基于PID算法和89C52单片机的温度控制系统

朱必武，朱文武

（长安大学汽车学院，陕西 西安 710064）

基于PID算法和89C52单片机的温度控制系统

朱必武，朱文武

（长安大学汽车学院，陕西 西安 710064）

基于数字PID控制算法和89C52单片机的温度控制系统，该系统通过温度传感器DS1820对温度进行采样和转换，然后执行数字PID控制，输出控制量来调节可控硅触发端的通断，从而实现对温度的控制。

89C52；PID；算法；单片机

CLC NO.: TH7 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2015)06-86-02

引言

温控技术无论是在工业生产，还是日常生活中都起着非常重要的作用。在冶金、石油、化工、电力和现代农业等行业，温度是极为重要而又普遍的热工参数之一，在普通家庭里热水器、电饭煲、电烤箱等依赖于温控技术的家电设备也是必不可少。可以说温度控制技术无处不在。

单片机作为控制系统中必不可少的部分，在各个领域得到了广泛的应用，用单片机进行实时系统数据处理和控制，保证系统工作在最佳状态，提高系统的控制精度，有利于提高系统的工作效率。本系统采用单片机编程实现PID算法进行温度控制。

1、PID控制的原理和特点

在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID控制，又称PID调节。PID控制器以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。

PID控制器的参数整定是控制系统设计的核心内容。PID控制器参数整定的方法概括起来有两大类：一是理论计算整定法。它主要是依据系统的数学模型，经过理论计算确定控制器参数。这种方法所得到的计算数据未必可以直接用，还必须通过工程实际进行调整和修改。二是工程整定方法，它主要依赖工程经验，直接在控制系统的试验中进行，且方法简单、易于掌握，在工程实际中被广泛采用。

PID一般算式及模拟控制规律如式(1)所示：

式中：u(t)为控制器的输出；e(t)为偏差，即设定值与反馈值之差；KC为控制器的放大系数，即比例增益；TI为控制器的积分常数；TD为控制器的微分时间常数。PID算法的原理即调节KC，TI，TD三个参数使系统达到稳定。

由于计算机控制是一种采样控制，它只能根据采样时刻的偏差值计算控制量。因此在计算机控制系统中，必须首先对式(1)进行离散化处理，用数字形式的差分方程代替连续系统的微分方程，此时积分项和微分项可用求和及增量式表示：

将式(2)和式(3)代入式(1)，则可得到离散的PID表达式：

式中：△t=T为采样周期，必须使T足够小，才能保证系统有一定的精度(采样定理)；E(K)为第K次采样时的偏差值；E(K-1)为第K-1次采样时的偏差值；P(K)为第K次采样是调节器的输出。

2、系统的硬件构成

本系统由传感器单片机控制、A／D采样输入、控制信号输出、人机交互四部分组成，其中温度传感部分由测试采样电路实现，人机交互由矩阵键盘和LCD液晶屏构成，PID控制算法由89C52单片机实现，控制信号输出部分则由功率放大和开关控制电路组成。系统框图如图1所示。

3、主程序流程

操作流程是本控制系统的核心，它包括从温度信息的采样到电压信号输出的整个流程控制。

开机→系统初始化，显示清零，各计数指针清零，设定定时器中断

→判断是否有中断→调用相应的中断程序→实现PID算法，接受

及发射显示数据，各类数值转换子程序。

初始化程序：

4、实验测试

系统的性能与稳定度需要通过具体实验测试完成。现用1 kW的电炉将电热杯中的1 L清水进行加热。当水温达到正常值时计算绝对误差和相对误差，见表1。

设定温度为50℃，每隔30 s记录实测温度，如表2所示。

从表2中的数据可知，系统运行5 min时基本达到稳定。

5、结语

由实验结果可以看出，系统的误差基本稳定在±0．3℃，可见系统的精度很好。此外，系统运行5 min时温度基本达到稳定，稳定所需时间较短。可以看出，基于PID算法的单片机温度控制系统具有较高的精确度和稳定性，在温度调节阶段平衡温度时间较短。因此本系统可以应用于各种对精度要求较高的温度控制场合。

[1] 刘天. 基于单片机的恒温控制系统的设计研究[J]. 科技创新导报. 2009(03).

[2] 王晓雷,吴必瑞,王东云,蒋群. 基于MSP430单片机的恒温烘箱温度控制系统[J]. 微计算机信息. 2008(35).

[3] 李善寿,方潜生,肖本贤,汪小龙. 基于单片机的恒温控制器的设计和实现[J]. 计算机技术与发展. 2008(12).

PID algorithm and 89C52 microcontroller based temperature control system

Zhu Biwu, Zhu Wenwu
( Automobile Chang'an University, Shaanxi Xian 710064 )

Based on digital PID control algorithm and 89C52 micro-controller temperature control system, which sampling and converse by the temperature sensor DS1820 temperature, and then perform the digital PID control, output volume control to adjust the SCR trigger off side, in order to achieve the temperature control.

89C52; PID; algorithm; micro-controller

TH7

A

1671-7988(2015)06-86-02

朱必武，就读于长安大学汽车学院。