文档介绍：基于单片机的PID控制算法
基于单片机的PID控制算法实现
摘要：温度是工业控制对象主要被控参数之一，在温度控制中，由于受到温度被控对象特性〔如惯性大、滞后大、非线性等〕的影响，使得控制性能难以提高，有些工艺过程其温度控制的好坏直接影响着产品的质量，因而设计一种较为理想的温度控制系统是非常有价值的。为了实现高精度的水温测量和控制，本文介绍了一种以At-mel公司的低功耗高性能CMOS单片机为核心，以PID算法控制来实现的温度控制系统，其硬件电路还包括温度采集、温度控制、温度显示、键盘输入以与RS232接口等电路。该系统可实现对温度的测量，并能根据设定值对温度进展调节，实现控温的目的。
关键词：单片机AT89C51；温度控制；温度传感器PT1000；PID调节算法
1 前言
在现代化的工业生产中，电流、电压、温度、压力、流量、流速和开关量都是常用的主要被控参数。例如：在冶金工业、化工生产、电力工程、造纸行业、机械制造和食品加工等诸多领域中，人们都需要对各类加热炉、热处理炉、反响炉和锅炉中的温度进展检测和控制。采用AT89C51单片机来对温度进展控制，不仅具有控制方便、组态简单和灵活性大等优点，而且可以大幅度提高被控温度的技术指标，从而能够大大提高产品的质量和数量。目前，温度控制系统在国内各行各业的应用虽然已经十分广泛，但从国内生产的温度控制器来讲，总体开展水平仍然不高，同国外的日本、美国、德国等先进国家相比，仍然有着较大的差距。现在，我国在这方面总体技术水平处于20世纪80年代中后期水平。成熟产品主要以“点位〞控制与常规的PID控制器为主，它只能适应一般温度系统控制，难于控制滞后复杂时变温度系统控制，而且适应于较高控制场合的智能化、自适应控制仪表国内技术还不十分成熟，形成商品化并广泛应用的控制仪表较少。随着嵌入式系统开发技术的快速开展与其在各个领域的广泛应用，人们对电子产品的小型化和智能化要求越来越高，作为高新技术之一的单片机以其体积小、价格低、可靠性高、适用X围大以与本身的指令系统等诸多优势，在各个领域、各个行业应用广泛。
盐浴炉温度控制系统利用S型铂铑-铑热电偶检测温度，热电偶进展冷端补偿，热电偶检测的信号通过放大、采样保持、模数转换再送单片机保存，采用分段查表法获取各点温度。选用可控硅过零触发自动控制盐浴炉温度，控制周期为100个三相交流式电周期，即2s。由单片机控制可按预设温度曲线进展加热，并可实时显示加温曲线。大型粮库采用主机为PC上位机，从机为68HC08GP32为主控芯片的分机〔下位机〕。下位机采用DALLAS的数字式温度传感器芯片DS1820，可以在三根线〔电源线、地线、信号线〕上同时并联多个温度探测点。每个分机上可以连接10跟电缆，每根电缆上可并联几十个点。分机利用了68HC08GP32的片内FLASH功能，实现了DS1820的序列号在68HC08GP32中的动态存取，从而节省了大量存储器。温度数据保存在68HC08GP32的片内RAM里并且充分利用了68HC08GP32的片内的A/D实现了湿度数据的测量。有的还用PLC来控制总之温度控制系统的控制方式是多种多样的。
本文主要介绍单片机温度控制系统的设计过程，其中涉与系统结构设计、元器件的选取和控制算法的选择、程序的调试和系统参数的整定。以AT
89C51为CPU，温度信号由PT1000和电压放大电路提供。电压放大电路用超低温漂移高精度运算放大器0P07将温度--电压信号进展放大，用单片机控制SSR固态继电器的通断时间以控制温度，系统控制对象为1升净水，容器为搪瓷器皿。温度可以在环境温度降低时实现自动控制，以保持设定的温度根本不变，具有较好的快速性与较小的超调。
2 系统方案
温度控制系统设计任务和要求
设计一个温度自动控制系统，并能在环境温度降低时实现自动调整，以保持设定的温度根本不变，系统设计具体要求：温度设定X围为40℃，目标温度的±2℃；加热棒功率2KW，控制器为固态继电器；用十进制数码管显示水的实际温度。
温度控制系统局部
温度控制系统是一个过程控制系统，组成框图如图1所示，由控制器、执行器、被控对象与其反响作用的测量变送组成。测量变送是通过温度传感器Pt1000来传送的。控制器是通过单片机来完成。
图1 控制系统框图
CPU中央处理器
方案一：采用8031作为控制核心，使用最为普遍的器件ADC0804作模数转换，控制上使用对加热棒加电对水槽里的水升温。此方案简易可行，器件价格廉价，但8031内部没有程序存储器需扩展，增加了电路的复杂性。
方案二：此方案采用8951单片机实现，可用编程实现各种