基于PID算法和51單片機的溫度控制系統(tǒng)

2 系統(tǒng)的硬件構成
本系統(tǒng)由傳感器A／D采樣輸入、單片機控制、人機交互、控制信號輸出四部分組成，其中溫度傳感部分由測試采樣電路實現(xiàn)，人機交互由矩陣鍵盤和LCD液晶屏構成，PID控制算法由89C52單片機實現(xiàn)，控制信號輸出部分則由功率放大和開關控制電路組成。系統(tǒng)框圖如圖1所示。

3 主程序流程
軟件程序是本控制系統(tǒng)的核心，它包括從溫度采樣到信號輸出的整個流程控制，其示意圖如圖2所示。

程序功能主要由以下的幾部分組成：
(1)初始化：設定各參數(shù)的初始值，設定各中斷及定時器。
(2)接收／發(fā)射：此部分程序主要完成數(shù)據(jù)的控制及顯示，主要通過89C52單片機的全雙工串行口完成和鍵盤部分的雙向通信。
(3)PC機通信：此部分完成與微機控制接口RS 232的連接及通信的控制。
(4)數(shù)值轉換子程序：由于主程序中用到了很多的數(shù)值轉換及數(shù)值的運算(如十進制轉換成十六進制、雙字節(jié)與單字節(jié)的除法運算等)，為了程序調用的方便，特將其編寫成子程序的形式。
(5)PID算法。

4 實驗測試
系統(tǒng)的性能與穩(wěn)定度需要通過具體實驗測試完成。現(xiàn)用1 kW的電爐將電熱杯中的1 L清水進行加熱。
觀測設定值和實測值之間的誤差(當水溫達到穩(wěn)定時的值)，計算絕對誤差和相對誤差，見表1。

設定溫度為50℃，每隔30 s記錄實測溫度，如表2所示。

從表2中的數(shù)據(jù)可知，系統(tǒng)運行5 min時基本達到穩(wěn)定。

5 結 語
由實驗結果可以看出，系統(tǒng)的誤差基本穩(wěn)定在±0．3℃，可見系統(tǒng)的精度很好。此外，系統(tǒng)運行5 min時溫度基本達到穩(wěn)定，穩(wěn)定所需時間較短?？梢钥闯觯?a class="contentlabel" href="http://m.butianyuan.cn/news/listbylabel/label/PID算法">PID算法的單片機溫度控制系統(tǒng)具有較高的精確度和穩(wěn)定性，在溫度調節(jié)階段平衡溫度時間較短。因此本系統(tǒng)可以應用于各種對精度要求較高的溫度控制場合。