基于AT89S51單片機(jī)的PID溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　溫度控制技術(shù)不僅在工業(yè)生產(chǎn)有著非常重要的作用，而且在日常生活中也起著至關(guān)重要的作用。本文對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行硬件和軟件的設(shè)計(jì)，在建立溫度控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)之上，通過對(duì)PID控制的分析設(shè)計(jì)了系統(tǒng)控制器，完成了系統(tǒng)的軟、硬件調(diào)試工作。算法簡(jiǎn)單、可靠性高、魯棒性好，而且PID控制器參數(shù)直接影響控制效果。

　　1.系統(tǒng)概述

　　1.1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

　　該系統(tǒng)利用AT89S51豐富的外設(shè)模塊搭建硬件平臺(tái)。系統(tǒng)的硬件電路包括：模擬部分和數(shù)字部分，基本電路由核心處理模塊、溫度采集模塊、鍵盤顯示模塊及控制執(zhí)行模塊等組成。

　　1.2系統(tǒng)工作流程

　　系統(tǒng)開始工作時(shí)，首先由單片機(jī)控制軟件發(fā)出溫度讀取指令，通過數(shù)字溫度傳感器采集被控對(duì)象的當(dāng)前溫度值并送顯示屏實(shí)時(shí)顯示。然后，將該溫度測(cè)量值與設(shè)定值T比較，其差值送PID控制器。PID控制器處理后輸出一定數(shù)值的控制量，經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換為模擬電壓量，控制被控對(duì)象進(jìn)行加熱。

　　1.3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)方法

　　整個(gè)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)包括管理程序和控制程序兩部分，管理程序包括LED顯示的動(dòng)態(tài)刷新、控制指示燈、處理鍵盤的掃描和響應(yīng)?？刂瞥绦虬ˋ/D轉(zhuǎn)換、中值濾波、越限報(bào)警處理、PID計(jì)算等。

　　2.系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

　　2.1電源電路的設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)所用直流電源由三端集成穩(wěn)壓器組成的串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源提供。設(shè)計(jì)中選用了LM7805 LM7815和LM7915三個(gè)三端集成穩(wěn)壓器，提供+5V直流電壓，輸出電流均為1A.變壓器將220V的市電降壓后再通過整流橋整流之后采用了大容量的電解電容進(jìn)行濾波，以減小輸出電壓紋波。電源電路圖如圖1所示。

　　圖1電源電路圖

　　2.2復(fù)位電路設(shè)計(jì)

　　單片機(jī)復(fù)位電路設(shè)計(jì)的好壞，直接影響到整個(gè)系統(tǒng)工作的可靠性。只有一個(gè)可靠的復(fù)位電路才能使系統(tǒng)避免出現(xiàn)了“死機(jī)”、“程序走飛”等現(xiàn)象。電路圖如圖2所示。

　　圖2復(fù)位電路圖

　　2.3時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)

　　本控制器采用的是內(nèi)部振蕩方式得到單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)，這種方式得到的時(shí)鐘信號(hào)比較穩(wěn)定。圖3為時(shí)鐘電路。

　　圖3時(shí)鐘電路圖

　　2.4可控硅輸出電路

　　可控硅是一種功率半導(dǎo)體器件，簡(jiǎn)稱SCR，也稱晶閘管。本部分為控制電加熱爐功率的雙向可控硅驅(qū)動(dòng)電路，采用MOC3041作為驅(qū)動(dòng)電路。如圖4所示。

　　圖4可控硅輸出電路