【正文】 80年代中后期水平，大多系統(tǒng)以“點(diǎn)位”控制及常規(guī)PID控制器為主，只能適應(yīng)與一般溫度系統(tǒng)的控制，很難控制滯后復(fù)雜時(shí)的溫度控制。形成商品化并廣泛使用的控制儀表相當(dāng)?shù)纳?。在這方面有待與我們這代人的努力，同時(shí)在這方面我國(guó)還潛藏著巨大的潛力，意味著有許多我們伸展的空間。由于市場(chǎng)的需求，國(guó)內(nèi)以信息化時(shí)代的到來(lái)，帶動(dòng)了溫度控制產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展。溫度已成為工業(yè)對(duì)象控制中一個(gè)最重要的參數(shù)，特別是在化工工業(yè)、冶金工業(yè)、機(jī)械工業(yè)、電力工業(yè)、食品工業(yè)等等領(lǐng)域，都需要對(duì)各種加熱爐的溫度進(jìn)行精確的控制。隨著信息工業(yè)不斷的發(fā)展，傳統(tǒng)的控制方式已滿足不來(lái)高精度、高速度的控制要求了。必須不斷的開發(fā)研究創(chuàng)造出新型的信息花的溫度控制系統(tǒng)。如接觸器溫度控制儀表，其主要的缺點(diǎn)是溫度波動(dòng)范圍較大，由于它主要通過(guò)控制接觸器的通斷時(shí)間比例，從而達(dá)到了變化加熱功率的目的，受到儀表本身的誤差和交流接觸器的壽命所限制，通斷頻率會(huì)很低。最近幾年來(lái)，隨著市場(chǎng)的需求出現(xiàn)了許多種先進(jìn)的溫度控制技術(shù)，如：PID控制，模糊控制，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及遺傳算法控制等等。這些新型的控制技術(shù)大大的提高了控制的精度，不但使控制變得簡(jiǎn)便快捷，而且使產(chǎn)品的質(zhì)量更好，降低了生產(chǎn)產(chǎn)品的成本，提高了生產(chǎn)的效率。一個(gè)優(yōu)質(zhì)的溫度控制系統(tǒng)不但要保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和整個(gè)生產(chǎn)的安全性（滿足各種約束的條件），而且必須能夠帶來(lái)一定的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。然而設(shè)計(jì)這樣的溫度控制系統(tǒng)必然會(huì)遇到許多的困難，特別是在一些復(fù)雜工業(yè)過(guò)程中，往往具有許多不確定性（環(huán)境結(jié)構(gòu)和參數(shù)的未知性、溫度的慣性、及環(huán)境突變性）、非線性、變量間的關(guān)聯(lián)性和信息的不完全性等等，想要獲得一個(gè)精確的數(shù)學(xué)模型，這是十分困難的。因而，對(duì)于系統(tǒng)過(guò)程的設(shè)計(jì)，已經(jīng)不能采用單一定量數(shù)學(xué)模型的傳統(tǒng)理論和設(shè)計(jì)方案了，必須進(jìn)一步開發(fā)新型高級(jí)的過(guò)程控制系統(tǒng)來(lái)，研究先進(jìn)的過(guò)程控制規(guī)律，以及將現(xiàn)有的控制理論和方法向過(guò)程控制領(lǐng)域進(jìn)行移植和改造，這些都已經(jīng)越來(lái)越受到控制界的關(guān)注，已經(jīng)形成一種趨勢(shì)。隨著單片微型計(jì)算機(jī)的功能在不斷的增強(qiáng)，為新型的控制算法提供了載體，許多高性能的新型機(jī)種隨之應(yīng)運(yùn)而生。單片機(jī)憑其功能性強(qiáng)、體積簡(jiǎn)小、可靠性能高、造價(jià)低廉和開發(fā)運(yùn)作周期短的優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為了控制領(lǐng)域中普遍應(yīng)用的必備器件，在工業(yè)生產(chǎn)中也成為了必不可少的器件。在溫度控制系統(tǒng)中，單片機(jī)起到的更是不可替代的核心作用。像用于熱處理中的加熱爐、用于融化金屬中的坩鍋電阻爐等，類似工業(yè)用加熱爐中都可以被廣泛的應(yīng)用，隨著生產(chǎn)的發(fā)展，在工業(yè)中，一些設(shè)備對(duì)溫度的控制要求會(huì)越來(lái)越高。本此設(shè)計(jì)就是以單片機(jī)為核心、PID算法為控制方式而設(shè)計(jì)的恒溫控系統(tǒng)。溫度是工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中最常見的變量參數(shù)之一，對(duì)溫度控制的精確度，直接影響到產(chǎn)品的質(zhì)量。及時(shí)準(zhǔn)確地獲得溫度信息并對(duì)其進(jìn)行精確的控制。不同產(chǎn)品和不同工藝要求下的溫度控制，所采用的控制方式和加熱方式都是不一樣的?，F(xiàn)今基于數(shù)字PID和單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)上已經(jīng)被廣泛的使用，此系統(tǒng)的任務(wù)是對(duì)溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。在控制過(guò)程中，系統(tǒng)采用的是數(shù)字PID控制算法來(lái)實(shí)現(xiàn)其功能的。傳統(tǒng)PID控制電路結(jié)構(gòu)相當(dāng)?shù)膹?fù)雜（不適應(yīng)現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的需求），對(duì)溫度進(jìn)行控制時(shí)需要配合可控硅控制電路才能實(shí)現(xiàn)，此系統(tǒng)不僅器件煩多，生產(chǎn)成本高，而且電路調(diào)試還很復(fù)雜。在新型的溫度控制系統(tǒng)中，運(yùn)用單片機(jī)來(lái)進(jìn)行數(shù)字PID運(yùn)算，這樣可以充分發(fā)揮其軟件系統(tǒng)的靈活性，可以使得工業(yè)生產(chǎn)中控制方便，簡(jiǎn)單和靈活性大等等優(yōu)點(diǎn)。而系統(tǒng)中的單片機(jī)是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心。本設(shè)計(jì)用的是MCS51單片機(jī)，MCS是Inter 公司生產(chǎn)的單片機(jī)的系列符號(hào)。51單片機(jī)已經(jīng)成為溫度控制系統(tǒng)的主打核心。在實(shí)際的運(yùn)用中，應(yīng)用最為普遍的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例，積分，微分控制，簡(jiǎn)單稱為PID控制，又稱PID調(diào)節(jié)。PID控制器出現(xiàn)至今已有近70年歷史了，以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，穩(wěn)定性好，可靠性高，調(diào)整方便等優(yōu)點(diǎn)而成為工業(yè)控制的主要技術(shù)之一了。當(dāng)被控制對(duì)象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能確定時(shí)，當(dāng)?shù)貌坏骄_的數(shù)學(xué)模型時(shí)，當(dāng)控制理論的其它技術(shù)信息也難以采用時(shí)，系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)就得依靠經(jīng)驗(yàn)來(lái)確定，從而產(chǎn)生了很大的局限性，這時(shí)如若應(yīng)用PID控制技術(shù)可變的相當(dāng)?shù)姆奖恪＜串?dāng)我們不完全了解一個(gè)系統(tǒng)和控制對(duì)象時(shí)，或者不能通過(guò)有效的測(cè)量手段來(lái)獲得參數(shù)時(shí)，最適合運(yùn)用PID控制技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。PID控制，也就是PI和PD的控制。PID控制器是根據(jù)系統(tǒng)的誤差，再利用比例，積分，微分計(jì)算出控制量進(jìn)行控制的。以加熱爐為例，現(xiàn)在加熱爐的溫度控制系統(tǒng)是最為常見和典型的過(guò)程控制系統(tǒng)，溫度是工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的靈魂，因?yàn)樵S多實(shí)踐現(xiàn)場(chǎng)中，對(duì)溫度的影響往往是多方面的，從而使得溫度的控制變的相當(dāng)?shù)膹?fù)雜，傳統(tǒng)的溫度控制系統(tǒng)，采用的控制技術(shù)是繼電控制，其采用的是固定接線的硬件實(shí)現(xiàn)邏輯控制，使其控制系統(tǒng)體積會(huì)很大，耗電會(huì)很多，效率又不高，且很容易出現(xiàn)故障，維修又不方便，保證不了正常高效的工業(yè)生產(chǎn)，勢(shì)必將會(huì)被淘汰，也不可能在我們的日常生活中被廣泛的應(yīng)用。現(xiàn)代計(jì)算機(jī)控制技術(shù)飛速的發(fā)展，基于計(jì)算機(jī)技術(shù)而產(chǎn)生的新一代單片機(jī)控制系統(tǒng)必將取代傳統(tǒng)繼電器控制技術(shù)，從而向高精度智能化，小型化等方面快速發(fā)展來(lái)適應(yīng)市場(chǎng)激烈的競(jìng)爭(zhēng)。下以加熱爐為例：用單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)技術(shù)來(lái)控制溫度，使得加熱爐具有了工作效率高、生產(chǎn)成本降低、儀器體積小、高性價(jià)比、可靠性高、控制簡(jiǎn)單方便、測(cè)量精確度高等等的優(yōu)點(diǎn)。從而解決了許多的技術(shù)困難與問(wèn)題，為其相應(yīng)的工業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和工作效率。可見科學(xué)技術(shù)真為第一生產(chǎn)力。隨著現(xiàn)代先進(jìn)技術(shù)的不斷發(fā)展，在推動(dòng)工業(yè)發(fā)展的同時(shí)勢(shì)必也將為我們生活帶來(lái)許許多多的方便。 在溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，溫度采集為很一個(gè)重要的模塊。在本次設(shè)計(jì)中，采用數(shù)字傳感器DS18B20來(lái)采集溫度。數(shù)字溫度傳感DS18B20只用一個(gè)引腳，即可與51單片機(jī)進(jìn)行連接了，這樣大大的減少了設(shè)計(jì)中接線麻煩的問(wèn)題，使得單片機(jī)可以節(jié)約許多端口。DS18B20芯片不僅體積比較小，且還是單線與主控芯片連接，于是在實(shí)際運(yùn)用中，常常把數(shù)字溫度傳感器DS18B20做成小型的測(cè)量溫度的探頭，即使是一些狹小的位置也能很方便的檢測(cè)到，使溫控系統(tǒng)發(fā)揮最大的作用。本次設(shè)計(jì)選用DS18B20也是考慮到了設(shè)計(jì)的實(shí)際使用意義。本次基于數(shù)字PID 和單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本思想是：先通過(guò)按鍵設(shè)置溫度，然后通過(guò)溫度傳感器 DS18B20 ，從環(huán)境中采集溫度，由單片機(jī)獲取采集的溫度值，經(jīng)過(guò)處理后，可得到當(dāng)前環(huán)境溫度中一個(gè)比較穩(wěn)定的溫度值，并且通過(guò)LED數(shù)碼管顯示。再去根據(jù)當(dāng)前設(shè)定的溫度值的上下限，溫度未達(dá)到預(yù)定的下限溫度時(shí)，單片機(jī)向蜂鳴器發(fā)送高電平信號(hào)驅(qū)動(dòng)使其發(fā)出警報(bào)生，同時(shí)輸出高電平控制信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)加熱爐工作，為系統(tǒng)提供熱量，來(lái)升高溫度。溫度上升到預(yù)定上限溫度時(shí)，單片機(jī)向蜂鳴器發(fā)送高電平信號(hào)使其發(fā)出警報(bào)生，同時(shí)輸出低電平控制信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)使得加熱爐停止加熱，讓溫度慢慢回落。 當(dāng)因環(huán)境溫度變化劇烈或因加熱、降溫設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，或者因溫度傳感頭出現(xiàn)故障，導(dǎo)致在一段時(shí)間內(nèi)不能將環(huán)境溫度調(diào)整到溫度限內(nèi)的時(shí)，單片機(jī)向蜂鳴器發(fā)送高電平信號(hào)使其發(fā)出警報(bào)生。系統(tǒng)的程序流程主要包括系統(tǒng)的主程序、鍵盤掃描、按鍵處理程序、數(shù)碼管顯示程序、繼電器控制程序、溫度信號(hào)處理程序、超溫報(bào)警程序。運(yùn)用C語(yǔ)言設(shè)計(jì)程序大大提高了開放調(diào)試工作的效率，使得程序結(jié)構(gòu)清晰，便于方便快捷的擴(kuò)展系統(tǒng)的功能。本次設(shè)計(jì)采用proteus仿真軟件，以AT89C51單片機(jī)做為主控單元,運(yùn)用PID控制算法，仿真實(shí)現(xiàn)了一個(gè)恒溫控制系統(tǒng)。設(shè)計(jì)中使用溫度傳感器DS18B20采集實(shí)時(shí)溫度，使用PID算法控制加熱爐仿真模型進(jìn)行溫度控制，總體實(shí)現(xiàn)了一個(gè)恒溫控制仿真系統(tǒng)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)中包含硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)兩部分，硬件設(shè)計(jì)包含溫度控制電路、溫度檢測(cè)電路等主要電路、LED顯示電路等部分。軟件設(shè)計(jì)的部分，采用模塊化結(jié)構(gòu)，主要的模塊有：鍵盤掃描、按鍵處理程序、數(shù)碼管顯示程序、繼電器控制程序、溫度信號(hào)處理程序、超溫報(bào)警程序。3總結(jié)部分基于數(shù)字PID 和單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，要求該系統(tǒng)充分的發(fā)揮其單片機(jī)對(duì)變化量的采集處理和增量式數(shù)字PID控制算法的功能，要求較靈活的調(diào)節(jié)控制信號(hào)的導(dǎo)通時(shí)間來(lái)控制各電路的工作。在滿足了溫度控制的前提下，需具備超調(diào)量小，震蕩幅度小可以隨時(shí)人為設(shè)定等的特點(diǎn)，同時(shí)系統(tǒng)還需要盡量避免控制過(guò)程中的一些不確定性及噪聲，從而提高系統(tǒng)的工作效率。使其具有高可靠性高，性價(jià)比高，控制簡(jiǎn)單方便，測(cè)量精確等的優(yōu)點(diǎn)。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外對(duì)溫度控制系統(tǒng)進(jìn)行了大量的研究。溫度控制系統(tǒng)被列為未來(lái)控制領(lǐng)域需要研究的幾大方向之一，具有廣闊的應(yīng)用前景。必向著高精度智能化，小型化等方面快速發(fā)展，使得其更加的貼近我們的日常生活，溫度控制系統(tǒng)將具有巨大的潛在的商業(yè)價(jià)值。4參考文獻(xiàn)[1][J].蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào), 1999,(02).[2]——談我國(guó)單片機(jī)的發(fā)展[J].微電腦世界, 1998,(17). 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