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基于PID算法的水温控制系统设

计报告

基于PID的水温控制系统设计

摘要

本次设计采用proteus仿真软件，以AT89C51单片机做为主控单元，运用PID控

制算法，仿真实现了一个恒温控制系统。设计中使用温度传感器DS18B20采集实时温

度，不需要复杂的信号调理电路和A/D转换电路，能直接与单片机完成数据的采集和

处理，使用PID算法控制加热炉仿真模型进行温度控制，总体实现了一个恒温控制仿

真系统。系统设计中包含硬件设计和软件设计两部分，硬件设计包含显示模块、按键模

块、温度采集模块、温度加热模块。软件设计的部分，采用分层模块化设计，主要有：

键盘扫描、按键处理程序、液晶显示程序、继电器控制程序、温度信号处理程序。另外

以AT89C51单片机为控制核心，利用PID控制算法提高了水温的控制精度，使用PID

控制算法实施自动控制系统，具有控制参数精度高、反映速度快和稳定性好的特点。

关键词：proteus仿真，PID，AT89C51，DS18B20温度控制

目录

1系统总体设计方案论证1

1.1设计要求1

1.2总体设计方案2

2系统的硬件设计3

2.1系统硬件构成概述3

2.2各单元总体说明4

2.3按键单元5

2.4LCD液晶显示单元6

2.5温度测试单元7

2.6温度控制器件单元8

3恒温控制算法研究（PID）错误!未定义书签。

3.1PID控制器的设计9

3.2PID算法的流程实现方法与具体程序12

1、

2、

3、

4、温度采集模块：本次设计中使用温度传感器DS18B20采集实时温度，使用PID

算法控制加热炉仿真模型进行温度控制，数字温度传感器DS18B20只需一个引脚，即

可与单片机进行通信，在设计中将DS18B20与51单片机的P3.4口连接，用其来完成

[6]

温度的测量。

5、

温度加热模块：本设计采用加热棒来进行温度值的控制，其配有功率显示表，

以便在仿真中与温度传感器DS18B20相对应，便于统计。加热棒与光电耦合器连接，

光电耦合器通过RELAY与51单片机的P2.6口连接。通过51单片机发送信号来控制

加热棒的运作。

2.3按键单元

一般的键盘设计采用的是硬件设计，可是其在仿真设计中连接，线路会比较麻烦。

所以在本此设置中我采用的是5按键软件控制，第一个按键为复位按键，其他两个为档

位调节按键，K1为50度、K2为60度、K3为70度、K4为80度，方便简洁，线路清

晰设计起来也较为方便。连接上上拉电阻，使其当未有按键按下时，各各按键位都处于

高电平。

按键操作说明：

1号按键为复位设置按键，第一次按下它时，1号按键位将处于低电平，LCD液晶

将会显示未加热时的温度，此时，可通过档位按键设置温度，然后进行其他功能模块的

操作。

电路如图3.1所示：

图3.1按键电路

3.6温度测试单元

在本设计中温度测试采用温度芯片DS18B20与51单片机的P3.4口连接。此集成

芯片，可以很好的减少外界的干扰。其内部集成A/D转换器，使得电路结构更简单，

且减少了温度测量转换时的精度损失，从而使测量的温度值更为精确，具有实在的设计

意义。且数字温度传感器DS18B20只用一个引脚，即可与单片机进行通信了，大大的

减少了接线麻烦的问题，使得单片机更加具扩展性。由于DS18B20芯片的小型化，通

过单条数据线，就可以和主电路连接，在实际应用中，可把