基于单片机调制的温度调节模块.docx

北京信息科技大学 毕业设计（论文） 题 目：基于PID控制和PWM调制的温度检 测及控制模块设计与实现学 院：通信工程学院 专 业：电子信息工程 学生姓名： 薛铮 班级/学号:电信1002/2010010516 指导老师/督导老师： 崔英花 起止时间：2014年2月24日 至 2014年6月20日摘要摘 要 温度是工业生产中主要被控参数之一，工业生产中温度很难控制，对于要求严格的的场合，温度过高或过低将严重影响工业生产的产质量及生产效率，降低生产效益。这就需要设计一个良好温度控制器，随时向用户显示温度，而且能够较好控制。 本次毕设主要从硬件和软件两方面介绍了基于PID控制（Proportion Integration Differentiation.比例-积分-微分控制）和PWM调制(PWM:Pulse Width Modulation 脉冲宽度调制)的温度检测及控制模块的设计思路，简单说明如何实现对温度的检测及控制，并对硬件原理图和程序框图作了简洁的描述。还介绍了在单片机温度控制系统的软硬件设计中的一些主要技术关键环节。并且介绍了本次毕设所用器件的选择，各个器件的优点或为何适用本毕设。本毕设以51单片机为主控制单元，以DS18B20为温度传感器的温度检测单元，以LCD为屏幕显示单元和用MAX232与PC机相连。关键词：单片机；温度传感器；温度检测；温度控制；PID算法IIAbstract Abstract Temperature control in industrial production is the main parameters.Difficult to control the temperature of the industrial production.For demanding situations,temperature is too high or too low, it will seriously affect the quality of industrial production capacity and production efficiency,and reduce production efficiency.This requires a good temperature controller,shows the temperature at any time and better able to control. This graduationdesign set ofhardware and software .Temperatures detection and control are based on PID coercion and PWM debugging. A brief description of how to achieve the detection and control of temperature . And hardware schematics and block diagrams were concise description . Describes the hardware and software design SCM temperature control system of some of the key aspects of the main technical. Explanation choose the complete set of used devices, advantage of the various components. The complete set of 51 SCM main control unit . With DS18B20 temperature detection unit .With LCD screen display unit. Connected with the PC using MAX232.Keywords: SCM; Temperature Sensor; Temperature detection; Temperature Control; PID algorithm; IV目录目录摘 要IAbstractII第一章 概述1 1.1 PID控制的优点.11.2 测温电路，温度检测模块11.3 51单片机最小系统11.4 LCD液晶显示电路11.5 PC机与单片机串口通讯电路1第二章 硬件电路的选择与设计22.1 系统设计的框架22.2 温度测量模块的选择22.3 单片机选择及单片机电路图42.3.1 ST89C51的主要特性52.3.2 引脚功能52.3.3 单片机电路图设计62.4 Lcd显示器72.4.1 显示器的选择72.4.2 显示器管脚82.4.3 显示器电路图设计92.5 PC机与单片机串口通讯电路的选择与设计92.5.1 与PC机相连的单片机的选择92.5.2 单片机管脚102.5.3 PC机与单片机串口通讯电路的设计112.6 电源电路的设计112.7 温度控制电路12第三章 PID控制133.1 PID控制133.2 PID控制原理13第四章 系统的软件设计144.1 程序结构分析144.2 主程序154.3 屏幕显示164.4 温度测量程序184.5 按键程序194.6 PID算法程序21结束语：22参考文献：22附录：.23基于PID控制和PWM调制的温度检测及控制系统设计与实现第一章 概述 温度控制广泛应用于人们的生产和生活中，人们使用温度计来采集温度，通过人工操作加热、通风和降温设备来控制温度，这样不但控制精度低、实时性差，而且操作人员的劳动强度大。即使有些用户采用半导体二极管作温度传感器，但由于其互换性差，效果也不理想。在某些行业中对温度的要求较高，由于工作环境温度不合理而引发的事故时有发生。对工业生产可靠进行造成影响，甚至操作人员的安全。为了避免这些缺点，需要在某些特定的环境里安装数字温度测量及控制设备。而传统的温度检测以热敏电阻和AD590为温度敏感元件。热敏电阻的成本低，但需后续信号处理电路，而且可靠性相对较差。测温准确度低，检测系统也有一定的误差。因此，利用新型温度传感器取代旧式的温度传感器是必然的趋势，新型的温度传感器的优势越来越得到体现，越来越普及。单片机以其功能强、体积小、可靠性高、造价低和开发周期短等优点，成为自动化和各个测控领域中必不可少且广泛应用的器件，尤其在日常生活中也发挥越来越大的作用。本毕设的温度计与传统的温度计相比，具有读数方便，测温范围广，测温准确，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。其输出温度采用数字显示，主要用于对测温比较准确的场所，或科研实验室使用，测温传感器使用DS18B20，LCD以串口传送数据,实现温度显示,能准确达到以上要求。本毕设是采用51单片机设计的温度实时测量及控制系统。51单片机能够根据温度传感器DS18B20所采集的温度在液晶屏上实时显示，通过控制从而把温度控制在设定的范围之内。所有温度数据均通过液晶显示器LCD显示出来。第二章 硬件电路的选择与设计2.1 系统设计的框架本课题设计的是一种以51单片机为主控制单元，以DS18B20为温度传感器的温度控制系统。该控制系统可以实时存储相关的温度数据并记录当前的时间。其主要包括：电源模块、温度采集模块、按键处理模块、LCD显示模块、PC机与单片机串口通讯模块以及单片机最小系统。图2.1 系统框架图2.2 温度测量模块的选择本毕设采用一线制数字温度传感器DS18B20来作为本毕设的温度传感器。温度传感器输出信号进4.7K的上拉电阻可以直接接到单片机的P1.0引脚上。DS18B20温度传感器是美国达拉斯(DALLAS)半导体公司推出的应用单总线技术的数字温度传感器。该器件将半导体温敏器件、A/D转换器、存储器等做在一个很小的集成电路芯片上。本设计中温度传感器之所以选择单线数字器件DS18B20，是在经过多方面比较和考虑后决定的。DS18B20产品的特点：（1） 、独特的单线接口方式，DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与 DS18B20的双向通讯。（2） 、支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，最多只能并联8个，实现多点 测温，如果数量过多，会使供电电源电压过低，从而造成信号传输的不稳定。 （3）、在DS18B20中的每个器件上都有各自独一无二的序列号。（4）、在实际应用中DS18B20不需要外部任何其他元器件就可以实现检测温度。（5）、测量温度范围在55到125之间，固有测温误差1。（6）、数字温度计的分辨率用户可以从9位到12位选择。（7）、内部有温度上、下限告警设置。主要有以下几方面的原因：（1）系统的特性：测温范围为-55+125，测温精度为士0.5；温度转换精度9到12位可变，能够直接将温度转换值用16位二进制数码的方式串行输出；12位精度转换的最大时间为750ms；可以通过数据线供电，具有超低功耗运行方式。（2）系统成本：随着计算机技术和微电子技术的发展，新型大规模集成电路功能越来越强大，体积越来越小，而价格也越来越低。一支DS18B20的体积与普通三极管相差无几，价格只有十元人民币左右。（3）系统复杂度：由于DS18B20是单总线元器件，微处理器与其接口时仅需占用1个I/O端口且一条总线上可以挂接几个DS18B20，当检测温时无需任何外部元器件，因此，与模拟传感器相比，可以大大减少布线的数量，降低系统和设计的复杂度，减少线路布局的实施量。（4）系统的调试和维护：因为引线的减少，使得系统接口大为简化，给系统的调试带来方便。同时因为DS18B20是全数字元器件，故障率很低，抗干扰性强，因此，减少了系统的日常维护工作。综上，我采用温度芯片DS18B20元器件在本毕设中测量温度。该芯片的物理化学性很稳定，且此元件线形较好，所以它能用做工业测温元件。并且在0100摄氏度时，最大线形偏差小于1摄氏度。该芯片直接向单片机传输数字信号，便于单片机处理及控制。而且数字温度传感器DS18B20，因其内部集成了A/D转换器，使得电路结构更加简单，而且减少了温度测量转换时的精度损失，使得测量温度更加精确。数字温度传感器DS18B20只用一个引脚即可与单片机进行通信，大大减少了接线的麻烦，使得单片机更加具有扩展性。由于DS18B20芯片的小型化，更加可以通过单跳数据线就可以和主电路连接，故可以把数字温度传感器DS18B20做成探头，探入到狭小的地方，增加了实用性。图2.2.1 DS18B20温度传感器图2.2.2 DS18B20管脚图1. GND地信号。2. IQ数据输入/输出引脚。开漏单总线接口引脚。当被用着在寄生电源下，也可以向器件提供电源。3. VDD可选择的VDD引脚。当工作于寄生电源时，此引脚必须接地。在硬件上，DS18B20与单片机的连接方法有两种，一种是用外部电源供电，VCC接外部电源，GND接地，DS18B20的I/O与单片机的I/O线相连；另外一种是用寄生电源供电，此时UDD、GND接地，DS18B20的I/O接单片机I/O。无论是内部寄生电源供电还是外部供电，DS18B20的I/O口线要接5K左右的上拉电阻.我们采用的是第一种连接方法（如图2.2.3）。CPU对DS18B20的访问流程是：首先对DS18B20初始化，然后进行ROM操作命令，最后才能对数据操作，存储器操作。DS18B20每一步操作都要遵循严格的工作时序和通信协议。如主机控制DS18B20完成温度转换这一过程，根据DS18B20的通讯协议，须经三个步骤：首先，每一次读写之前都要对DS18B20进行复位，复位成功后再发送一条ROM指令，最后才发送RAM指令，这样才能使DS18B20进行预定的操作。图2.2.3 温度感应电路图2.3 单片机选择及单片机电路图 在本毕设中单片机的作用是单片机从温度传感器DS18B20获取采集的设备环境温度值，经处理后得到当前环境中一个比较稳定的温度值，再根据当前设定的温度上下限值，通过加热和降温对当前温度进行调整。当采集的温度经处理后超过设定温度的上限时，单片机通过三极管驱动继电器开启降温设备(风扇)，当采集的温度经处理后低于设定温度的下时,单片机通过三极管驱动继电器开启升温设备(加热器)。 根据单片机在本次毕设中的作用，我采用51单片机。因为在单片机家族的众多成员中，MCS-51系列单片机以其优越的性能、成熟的技术及高可靠性和高性能价格比，迅速占领了工业测控和自动化工程应用的主要市场，成为国内单片机应用领域中的主流。 单片机的诞生标志着计算机正式形成了通用计算机系统和嵌入式计算机系统两个分支。通用计算机系统主要用于海量高速数值运算，不必兼顾控制功能，其数据总线的宽度不断更新，从8位、16位迅速过渡到32位、64位，并且不断提高运算速度和完善通用操作系统，以突出其高速海量数值运算的能力，在数据处理、模拟仿真、人工智能、图像处理、多媒体、网络通信中得到了广泛应用；单片机作为最典型的嵌入式系统，由于其微小的体积和极低的成本，广泛应用于家用电器、机器人、仪器仪表、工业控制单元、办公自动化设备以及通信产品中，成为现代电子系统中最重要的智能化工具。因此，单片机的出现大大促进了现代计算机技术的飞速发展，成为近代计算机技术发展史上一个重要里程碑。 由于MCS系列单片机集成了几乎完善的中央处理单元，处理功能强，中央处理单元中集成了方便灵活的专用寄存器，这给我们利用单片机提供了极大的便利。单片机把微型计算机的主要部件都集成在一块芯片上，使得数据传送距离大大缩短，运行速度更快，可靠性更高，抗干扰能力更强。由于属于芯片化的微型计算机，各功能部件在芯片中的布局和结构达到最优化，工作也相对稳定。51的优点是价钱便宜,I/O口多,程序空间大。因此，测控系统中，使用51单片机是最理想的选择。单片机属于典型的嵌入式系统，所以它是低端控制系统最佳器件。单片机的开发环境要求较低，软件资源十分丰富，开发工具和语言也大大简化。单片机的典型代表是Intel公司在20世纪80年代初研制出来的MCS51系列单片机。MCS51单片机很快在我国得到广泛的推广应用，成为电子系统中最普遍的应用手段，并在工业控制、交通运输、家用电器、仪器仪表等领域取得了大量应用成果。 以MCS-51技术核心为主导的单片机已成为许多厂家、电气公司竞相选用的对象，并以此为基核，推出许多与MCS51有极好兼容性的CHMOS单片机，同时增加了一些新的功能,所以用ST89S51。2.3.1 ST89C51的主要特性特性如下：寿命达1000写/擦循环 全静态工作：0Hz24MHz三级程序存储器锁定1288位内部RAM 32可编程I/O线2个16位定时器/计数器 6个中断源可编程串行通道低功耗闲置和掉电模式 片内振荡器和时钟电路51单片机还具有4K字节Flash闪速存储器，128字节内部RAM，32个I/O口线，看门狗（WDT），两个数据指针，两个16位定时器/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟。同时,AT89S51可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式何在RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直接到一个硬件复位。ST89C51引脚排列如图2.3.2所示，引脚功能如下：图2.3.2 51单片机引脚图 VCC：供电电压。GND：接地。P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。 P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下所示：P3.0 RXD（串行输入口）P3.1 TXD（串行输出口）P3.2 /INT0（外部中断0）P3.3 /INT1（外部中断1）P3.4 T0（记时器0外部输入）P3.5 T1（记时器1外部输入）P3.6 /WR（外部数据存储器写选通）P3.7 /RD（外部数据存储器读选通）P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。/PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。/EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2：来自反向振荡器的输出。振荡器特性:XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。2.3.3 单片机电路图设计图2.3.3 单片机电路图 单片机最小系统如图2.3.3所示，其中4个双向的8位并行I/O端口，P0、P1、P2、P3，都可以用于数据的输出和输入，P3口具有第二功能为系统提供一些控制信号。时钟电路用于产生MCS-51单片机工作所必须的时钟控制信号，内部电路在时钟信号的控制下，严格地按时序指令工作。MCS-51内部有一个用于构成振荡器的高增益反向放大器，该高增益反向放大器的输入端为芯片的引脚XTAL1，输出端为XTAL2。这两个引脚跨接石英晶体振荡器和微调电容，就构成了一个稳定的自激振荡器。电路中的微调电容通常选择为30pF左右，该电容的大小会影响到振荡器频率的高低、振荡器的稳定性和起振的快速性。晶体的振荡频率为12MHz。 把EA脚接高电平，单片机访问片内程序存储器，但在PC值超过0FFFH（4Kbyte地址范围）时，将自动转向执行外部程序存储器内的程序。 MCS-51的复位是由外部的复位电路来实现。采用最简单的外部按键复位电路。按键自动复位是通过外部复位电路的来实现的.我们选用时钟频率为12MHz,C1取47f。单片机各个管口作用如下：XTAL1(Pin19)、XTAL2(Pin20)与晶振Y1相连，晶振Y1提供一个周期，使温度可以实时检测。RST/VPP(Pin9)与开关相连。Pin10、Pin11管口分别与单片机MAX232的Pin12、Pin11管口相连。Pin17管口与温度检测电路相连。Pin36、Pin37、Pin38、Pin39管口与温度设置电路相连。Pin1、Pin2管口与警示灯相连。Pin3管口与温度控制电路相连（与风扇和加热装置相连）。Pin21、Pin22、Pin23、Pin25、Pin26、Pin27、Pin28管口与温度显示电路相连，分别与Lcd1602的Pin4、Pin5、Pin6、Pin11、Pin12、Pin13、Pin14相连。2.4 LCD显示器2.4.1 显示器的选择采用LCD液晶屏进行显示。LCD液晶显示器是一种低压、微功耗的显示器件，只要23伏就可以工作，工作电流仅为几微安，是任何显示器无法比拟的，同时可以显示大量信息，除数字外，还可以显示文字、曲线，比传统的数码LED显示器显示的界面有了质的提高。在仪表和低功耗应用系统中得到了广泛的应用。优点为：1显示质量高，由于液晶显示器的每一个点收到信号后就一直保持那种色彩和亮度恒定发光，因此液晶显示器的画质高而且不会闪烁。2数字式接口，液晶显示器都是数字式的，和单片机的接口简单操作也很方便。3功率消耗小，相比而言液晶显示器的主要功耗在内部电极和驱动IC上，因而耗电量比其他器件要小很多。虽然LCD显示器的价格比数码管要贵，但它的显示效果好，是当今显示器的主流，所以采用LCD作为显示器如图2.4.1。图2.4.1 Lcd1602显示器2.4.2 显示器管脚1602采用标准的16脚接口，如图2.4.2。图2.4.2 Lcd1602管脚图第1脚：GND为电源地第2脚：VCC接5V电源正极第3脚：V0为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高（对比度 过高时会 产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度）。第4脚：RS为寄存器选择，高电平1时选择数据寄存器、低电平0时选择指令寄存器。第5脚：RW为读写信号线，高电平(1)时进行读操作，电平(0)时进行写操作。第6脚：E(或EN)端为使能(enable)端,高电平（1）时读取信息，负跳变时执行指令。第714脚：D0D7为8位双向数据端。第1516脚：空脚或背灯电源。15脚背光正极，16脚背光负极。2.4.3 显示器电路图设计图2.4.3 显示器电路图Pin1、Pin16管口连接地。Pin2、Pin15管口连接电源。Pin4、Pin5、Pin6、Pin11、Pin12、Pin13、Pin14管口与单片机相连。Pin3管口接变阻器与地相连，调节变阻器可以改变屏幕对比度。2.5 PC机与单片机串口通讯电路的选择与设计2.5.1与PC机相连的单片机的选择max232资料简介：该产品是由德州仪器公司（TI）推出的一款兼容RS232标准的芯片。由于电脑串口rs232电平是-10v+10v，而一般的单片机应用系统的信号电压是ttl电平0+5v,max232就是用来进行电平转换的,该器件包含2驱动器、2接收器和一个电压发生器电路提供TIA/EIA-232-F电平。该器件符合TIA/EIA-232-F标准，每一个接收器将TIA/EIA-232-F电平转换成5-VTTL/CMOS电平。每一个发送器将TTL/CMOS电平转换成TIA/EIA-232-F电平。主要特点：1、单5V电源工作2、LinBiCMOSTM工艺技术3、两个驱动器及两个接收器4、30V输入电平5、低电源电流：典型值是8mA6、符合甚至优于ANSI标准EIA/TIA-232-E及ITU推荐标准V.287、ESD保护大于MIL-STD-883（方法3015）标准的2000V51单片机有一个全双工的串行通讯口，所以单片机和电脑之间可以方便地进行串口通讯。进行串行通讯时要满足一定的条件，比如电脑的串口是RS232电平的，而单片机的串口是TTL电平的，两者之间必须有一个电平转换电路，我采用了专用芯片MAX232进行转换，虽然也可以用几个三极管进行模拟转换，但是还是用专用芯片更简单可靠。2.5.2单片机管脚图2.5.2 MAX232单片机1载波检测DCD2接收数据RXD3发送数据TXD4数据终端准备好DTR5信号地SG6数据准备好DSR7请求发送RTS8清除发送CTS9振铃提示RI在本毕设中采用了三线制连接串口，也就是说和电脑的9针串口只连接其中的3根线：第5脚的GND、第2脚的RXD、第3脚的TXD。这是最简单的连接方法，但是对我来说已经足够使用了，电路如下图所示，MAX232的第10脚和单片机的11脚连接，第9脚和单片机的10脚连接，第15脚和单片机的20脚连接，串口通讯具体。2.5.3 PC机与单片机串口通讯电路的设计图2.5.3 PC机与单片机串口通讯电路本毕设的PC机与单片机串口通讯采用的是常见的串口通讯，协议转换芯片是采用MAX232A，其接口原理图如图2.5.3。2.6 电源电路的设计控制系统主控制部分电源需要用5V直流电源供电，其电路如图所示，把频率为50Hz、有效值为220V的单相交流电压转换为幅值稳定的5V直流电压。其主要原理是把单相交流电经过电源变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路转换成稳定的直流电压。由于输入电压为电网电压，一般情况下所需直流电压的数值和电网电压的有效值相差较大，因而电源变压器的作用显现出来起到降压作用。降压后还是交流电压，所以需要整流电路把交流电压转换成直流电压。由于经整流电路整流后的电压含有较大的交流分量，会影响到负载电路的正常工作。需通过低通滤波电路滤波，使输出电压平滑。稳压电路的功能是使输出直流电压基本不受电网电压波动和负载电阻变化的影响，从而获得稳定性足够高的直流电压。本电路使用集成稳压芯片7805解决了电源稳压问题。图2.6.1 电源电路LM7805是我们最常用到的稳压芯片了，使用方便，用很简单的电路即可以输入一个直流稳压电源,他的输出电压恰好为5v，刚好是51系列单片机运行所需的电压。图2.6.2 LM78052.7 温度控制电路单片机通过三极管控制继电器的通断，最后达到控制加热器和风扇的目的。当温度未达到要求时，单片机发送高电平信号使三极管饱和导通，继电器使电源与电热器接通，电热器加热。温度慢慢升高。当温度上升到预定温度时，单片机发送低电平信号三极管进入截止状态，继电器的弹片打到另一侧，使电热器与电源断开，电热器停止加热；并且电源与风扇接通，风扇降温。温度慢慢降低。继电器电路中有一个三极管8050的保护电路，即将一个二极管反向接到三机管的两端。连接方法如图2.7.1所示。图2.7.1 温度控制电路其原理是：当继电器突然断电时，继电器产生很大的反向电流。二极管的作用是将反向电流分流，使流过三级管8050的电流比较小，达到保护三极管8050的作用。第三章 PID控制3.1 PID控制PID控制器（Proportion Integration Differentiation.比例-积分-微分控制器），工业生产过程中，对于生产装置的温度、压力、流量、液位等工艺变量常常要求维持在一定的数值上，或按一定的规律变化，以满足生产工艺的要求。PID控制器是根据PID控制原理对整个控制系统进行偏差调节，从而使被控变量的实际值与工艺要求的预定值一致。PID控制原理的优点在于能够在控制过程中根据预先设定好的控制规律不停地自动调节控制量以使被控系统朝着设定的平衡状态过度,最后达到控制范围精度内的稳定的动态平衡状态。由于控制对象的多样性和复杂性, 导致采用的温控手段的多样性。采用PID 控制原理研制成适合用于小功率半导体器件的温度控制器。该控制器能够达到很好的控制效果, 温度控制的精度可以达到0.05, 完全可以保证器件的正常工作。比例控制是一种最简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差（Steady-state error）。在积分控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。对一个自动控制系统，如果在进入稳态后存在稳态误差，则称这个控制系统是有稳态误差的或简称有差系统（System with Steady-state Error）。为了消除稳态误差，在控制器中必须引入“积分项”。积分项对误差取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。这样，即便误差很小，积分项也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，直到等于零。因此，比例+积分（PI）控制器，可以使系统在进入稳态后无稳态误差。在微分控制中，控制器的输出与输入误差信号的微分（即误差的变化率）成正比关系。自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳。其原因是由于存在有较大惯性组件（环节）或有滞后（delay）组件，具有抑制误差的作用，其变化总是落后于误差的变化。解决的办法是使抑制误差的作用的变化“超前”，即在误差接近零时，抑制误差的作用就应该是零。这就是说，在控制器中仅引入 “比例”项往往是不够的，比例项的作用仅是放大误差的幅值，而目前需要增加的是“微分项”，它能预测误差变化的趋势，这样，具有比例+微分的控制器，就能够提前使抑制误差的控制作用等于零，甚至为负值，从而避免了被控量的严重超调。所以对有较大惯性或滞后的被控对象，比例+微分（PD）控制器能改善系统在调节过程中的动态特性。3.2 PID控制原理温度控制的目的就是将环境温度以一定的精度稳定在一个预定的水平上, 这样一来就要求根据环境的实际情况采取一定的措施,随时将外界环境温度产生的变化抵消掉,若两者达到动态平衡, 则可以保持环境温度的稳定。 在一定的控制系统中, 首先将需要控