基于PID算法和51單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)

2 系統(tǒng)的硬件構(gòu)成
本系統(tǒng)由傳感器A／D采樣輸入、單片機(jī)控制、人機(jī)交互、控制信號(hào)輸出四部分組成，其中溫度傳感部分由測(cè)試采樣電路實(shí)現(xiàn)，人機(jī)交互由矩陣鍵盤和LCD液晶屏構(gòu)成，PID控制算法由89C52單片機(jī)實(shí)現(xiàn)，控制信號(hào)輸出部分則由功率放大和開關(guān)控制電路組成。系統(tǒng)框圖如圖1所示。

3 主程序流程
軟件程序是本控制系統(tǒng)的核心，它包括從溫度采樣到信號(hào)輸出的整個(gè)流程控制，其示意圖如圖2所示。

程序功能主要由以下的幾部分組成：
(1)初始化：設(shè)定各參數(shù)的初始值，設(shè)定各中斷及定時(shí)器。
(2)接收／發(fā)射：此部分程序主要完成數(shù)據(jù)的控制及顯示，主要通過89C52單片機(jī)的全雙工串行口完成和鍵盤部分的雙向通信。
(3)PC機(jī)通信：此部分完成與微機(jī)控制接口RS 232的連接及通信的控制。
(4)數(shù)值轉(zhuǎn)換子程序：由于主程序中用到了很多的數(shù)值轉(zhuǎn)換及數(shù)值的運(yùn)算(如十進(jìn)制轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制、雙字節(jié)與單字節(jié)的除法運(yùn)算等)，為了程序調(diào)用的方便，特將其編寫成子程序的形式。
(5)PID算法。

4 實(shí)驗(yàn)測(cè)試
系統(tǒng)的性能與穩(wěn)定度需要通過具體實(shí)驗(yàn)測(cè)試完成?，F(xiàn)用1 kW的電爐將電熱杯中的1 L清水進(jìn)行加熱。
觀測(cè)設(shè)定值和實(shí)測(cè)值之間的誤差(當(dāng)水溫達(dá)到穩(wěn)定時(shí)的值)，計(jì)算絕對(duì)誤差和相對(duì)誤差，見表1。

設(shè)定溫度為50℃，每隔30 s記錄實(shí)測(cè)溫度，如表2所示。

從表2中的數(shù)據(jù)可知，系統(tǒng)運(yùn)行5 min時(shí)基本達(dá)到穩(wěn)定。

5 結(jié) 語
由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，系統(tǒng)的誤差基本穩(wěn)定在±0．3℃，可見系統(tǒng)的精度很好。此外，系統(tǒng)運(yùn)行5 min時(shí)溫度基本達(dá)到穩(wěn)定，穩(wěn)定所需時(shí)間較短。可以看出，基于PID算法的單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)具有較高的精確度和穩(wěn)定性，在溫度調(diào)節(jié)階段平衡溫度時(shí)間較短。因此本系統(tǒng)可以應(yīng)用于各種對(duì)精度要求較高的溫度控制場合。