基于AT89S51單片機的PID溫度控制系統(tǒng)設(shè)計

　　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。本文對系統(tǒng)進行硬件和軟件的設(shè)計，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PID控制的分析設(shè)計了系統(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。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，首先由單片機控制軟件發(fā)出溫度讀取指令，通過數(shù)字溫度傳感器采集被控對象的當前溫度值并送顯示屏實時顯示。然后，將該溫度測量值與設(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，控制被控對象進行加熱。

　　1.3系統(tǒng)軟件設(shè)計方法

　　整個系統(tǒng)軟件設(shè)計包括管理程序和控制程序兩部分，管理程序包括LED顯示的動態(tài)刷新、控制指示燈、處理鍵盤的掃描和響應(yīng)。控制程序包括A/D轉(zhuǎn)換、中值濾波、越限報警處理、PID計算等。

　　2.系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

　　2.1電源電路的設(shè)計

　　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)計中選用了LM7805 LM7815和LM7915三個三端集成穩(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

　　單片機復(fù)位電路設(shè)計的好壞，直接影響到整個系統(tǒng)工作的可靠性。只有一個可靠的復(fù)位電路才能使系統(tǒng)避免出現(xiàn)了“死機”、“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時鐘電路設(shè)計

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

　　圖3時鐘電路圖

　　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)動電路，采用MOC3041作為驅(qū)動電路。如圖4所示。

　　圖4可控硅輸出電路