控制系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)-基于51單片機(jī)的pid溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)-文庫(kù)吧
2025-10-13 09:14 本頁(yè)面
【正文】 此次課程設(shè)計(jì)的溫度控制系統(tǒng)，以單片機(jī) AT89C51 為控制核心。主要內(nèi)容是通過(guò) Pt100 溫度傳感器，將水壺的溫度值轉(zhuǎn)化成電阻 值。再通過(guò)自設(shè)計(jì)的溫度變送器進(jìn)行 放大輸出電壓量，由 AD模 塊（ ADC0809 芯片）將電壓信號(hào)采集進(jìn)單片機(jī)。與我們系統(tǒng)的給定值 rk進(jìn)行比較得到誤差量 ek，采用 PID 控制算法得到控制量。將控制量經(jīng) DA 模塊（ DAC0832 芯片）產(chǎn)生電壓信號(hào)驅(qū)動(dòng)功率模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)水壺的溫度控制。 此次課程設(shè)計(jì)采用的控制算法采用的是 BangBang PID 算法，當(dāng)溫度低于設(shè)定范圍以下，可以使溫度較低時(shí)能夠快速的升溫。水壺的溫度控制也可采用 模糊控制算法等智能控制算法，并且溫度系統(tǒng)存在較大的滯后，也可以增加 Smith預(yù)估算法。 本次課程設(shè) 計(jì)的目的在于，在對(duì)水壺溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，了解溫度控制系統(tǒng)基本的控制方案。將理論應(yīng)用與實(shí)際，對(duì)過(guò)程控制技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)的應(yīng)用得到一定的提升。 三、 溫度控制系統(tǒng) 硬件設(shè)計(jì) 、 溫度變送器模塊 Pt100 的 電 阻 受 溫 度 的 變 化 而 變 化 ， 其 計(jì) 算 公 式 ：Rt=R0(1+aT)=100(1+)，其中 T 為溫度， Rt 的單位為歐姆， Rt 與溫度呈有一個(gè)零點(diǎn)的線性關(guān)系。 在變送器模塊設(shè)計(jì)中 為了將溫度的變化轉(zhuǎn)化成電壓的變化，需設(shè)計(jì)一個(gè)恒流電路，使電阻的變化轉(zhuǎn)化成電壓的變化。根據(jù)公式： Vt=Rt Is=100 Is+ Is， 故需要設(shè)計(jì)一個(gè)恒壓抬高電路，抵消 100 Is，使溫度與電壓呈線性關(guān)系。最后，由于 Pt100 的電路產(chǎn)生的電壓變化比較小，所以還需要設(shè)計(jì)放大電路。 圖 2 溫度變送器原理圖 由圖 2可知： （ 1） 系統(tǒng)前級(jí)電路 由三極管、二極管和穩(wěn)壓管組成的電路產(chǎn)生恒定的電流Is， 使 Vi隨 溫度的變化而變化 ； （ 2） Vi 為鉑電阻的轉(zhuǎn)換電壓， U1和 U2 組成二級(jí)放大器， Vi1為一級(jí)放大電壓， V11 抬高電壓， Vo 為最終輸出電壓 (0~10V),Vo1 輸出 0~5V； （ 3） U3 是射極跟隨器，產(chǎn)生穩(wěn) 定的抬高電壓 V11。 圖 3 溫度變送器實(shí)物圖 溫度變送器設(shè)計(jì)完成后，對(duì)各電位器進(jìn)行調(diào)節(jié)，使得傳感器輸入為 0~100℃，輸出為 0~5V。對(duì)水壺的水溫進(jìn)行測(cè)量，將得到的溫度及對(duì)應(yīng)的電壓值用 Excel進(jìn)行繪圖并擬合。 溫度（℃） 12 20 30 40 50 60 70 80 90 100 電壓（ V） 表 1 溫度與采集電壓數(shù)據(jù)表 圖表標(biāo)題y = + 01234560 20 40 60 80 100 120電壓線性 ( 電壓) 圖 4 溫度與采集電壓曲線圖 擬合公式為： y=+ (1) 其中 y 表
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