代码收藏家 基于单片机的PID恒温控制系统设计方案
**单片机设计介绍，基于单片机的PID恒温控制系统设计
文章目录
一 概要 二、功能设计 设计思路 三、 软件设计 原理图 五、 程序 六、 文章目录
一 概要
基于单片机的PID恒温控制系统设计概要如下：
一、设计概述
本设计旨在构建一个基于单片机的PID恒温控制系统，通过精确控制加热或制冷设备的功率，使系统内的温度稳定在设定的目标温度上。该系统采用PID控制算法，结合单片机的高性能处理能力，实现对温度的高效、稳定控制。
二、系统组成
传感器：用于实时监测系统内的温度值，并将其转化为电信号输入给单片机。常用的温度传感器包括热电偶、热敏电阻等。
单片机：作为系统的核心控制器，负责接收来自传感器的温度信号，通过PID控制算法计算出控制信号，并输出给执行器。常用的单片机型号有STC89C52等，具有丰富的外设接口和高性能的处理能力。
执行器：根据单片机输出的控制信号，调节加热或制冷设备的功率，以实现恒温目标。常用的执行器包括继电器、加热丝、制冷片等。
显示模块：用于显示当前温度、设定温度、控制状态等信息，方便用户实时了解系统的工作情况。
三、PID控制算法
PID控制算法是恒温控制系统的核心，它根据设定目标温度与反馈温度的差值，通过比例§、积分(I)和微分(D)三个环节计算出控制信号。具体计算公式如下：
uc = Kp * e + Ki * ∫e + Kd * △e/dt
其中，uc为控制信号，Kp、Ki和Kd分别为比例、积分和微分环节的增益系数，e为设定目标温度与反馈温度的差值，∫e为差值的积分值，△e/dt为差值的微分值。
通过调整Kp、Ki和Kd三个参数的值，可以实现对温度控制系统的动态响应和稳定性的调节。
四、系统实现
温度采集与处理：单片机通过模拟输入端口采集来自传感器的模拟信号，然后通过模数转换器将其转化为数字信号。接下来，通过算法对采集到的温度值进行处理，得到误差值。
PID算法实现：单片机根据采集到的误差值，通过PID控制算法计算出控制信号，并输出给执行器。
执行器驱动：执行器根据单片机输出的控制信号，调节加热或制冷设备的功率，使系统温度稳定在目标温度上。
五、系统优化
参数调整：根据系统的特性和需求，通过试验和调整，优化比例、积分和微分环节的增益系数，以达到最佳的控制效果。
传感器选择：选择高精度、快速响应和稳定性好的传感器，以提高温度采集的准确性和可靠性。
显示模块设计：设计直观、易读的显示界面，方便用户实时了解系统的工作情况。
六、总结
基于单片机的PID恒温控制系统设计，通过采用PID控制算法和单片机控制技术，实现对温度的高效、稳定控制。该系统具有结构简单、易于实现、控制精度高等优点，广泛应用于恒温控制领域。
二、功能设计
采用51单片机作为主控芯片，设计pid算法输出PWM驱动继电器吸合来控制电机进行加热操作。以DS18B20作为温度采集芯片，实时显示以及调整反馈温度，实现pid的闭环控制。 pid起作用的设定阈值为设定温度的上下5℃，过温时采用停止加热自然冷却的方式实现。在在到达（目标温度-5摄氏度）前，pid不起作用，电机全速运行加热操作，温度距离目标只有5℃范围内采用pid进行调节，迅速达到目标温度，并实现保温功能。不同的温度差代表不同大小的pid输出，也就是不同大小的PWM占空比
设计思路
本系统原理图设计采用Altium Designer19，具体如图。在本科单片机设计中，设计电路使用的软件一般是Altium Designer或proteus，由于Altium Designer功能强大，可以设计硬件电路的原理图、PCB图，且界面简单，易操作，上手快。Altium Designer19是一款专业的整的端到端电子印刷电路板设计环境，用于电子印刷电路板设计。它结合了原理图设计、PCB设计、多种管理及仿真技术，能够很好的满足本次设计需求。
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仿真实现
本设计利用protues8.7软件实现仿真设计，具体如图。
Protues也是在单片机仿真设计中常用的设计软件之一，通过设计出硬件电路图，及写入驱动程序，就能在不实现硬件的情况进行电路调试。另外，protues还能实现PCB的设计，在仿真中也可以与KEIL实现联调，便于程序的调试，且支持多种平台，使用简单便捷。
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三、 软件设计
本系统原理图设计采用Altium Designer19，具体如图。在本科单片机设计中，设计电路使用的软件一般是Altium Designer或proteus，由于Altium Designer功能强大，可以设计硬件电路的原理图、PCB图，且界面简单，易操作，上手快。Altium Designer19是一款专业的整的端到端电子印刷电路板设计环境，用于电子印刷电路板设计。它结合了原理图设计、PCB设计、多种管理及仿真技术，能够很好的满足本次设计需求。
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仿真实现
本设计利用protues8.7软件实现仿真设计，具体如图。
Protues也是在单片机仿真设计中常用的设计软件之一，通过设计出硬件电路图，及写入驱动程序，就能在不实现硬件的情况进行电路调试。另外，protues还能实现PCB的设计，在仿真中也可以与KEIL实现联调，便于程序的调试，且支持多种平台，使用简单便捷。
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原理图
五、 程序
本设计利用KEIL5软件实现程序设计，具体如图。作为本科期间学习的第一门编程语言，C语言是我们最熟悉的编程语言之一。当然，由于其功能强大，C语言是当前世界上使用最广泛、最受欢迎的编程语言。在单片机设计中，C语言已经逐步完全取代汇编语言，因为相比于汇编语言，C语言编译与运行、调试十分方便，且可移植性高，可读性好，便于烧录与写入硬件系统，因此C语言被广泛应用在单片机设计中。keil软件由于其兼容单片机的设计，能够实现快速调试，并生成烧录文件，被广泛应用于C语言的编写和单片机的设计。
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六、 文章目录
目 录
摘 要 I
Abstract II
引 言 1
1 控制系统设计 2
1.1 主控系统方案设计 2
1.2 传感器方案设计 3
1.3 系统工作原理 5
2 硬件设计 6
2.1 主电路 6
2.1.1 单片机的选择 6
2.2 驱动电路 8
2.2.1 比较器的介绍 8
2.3放大电路 8
2.4最小系统 11
3 软件设计 13
3.1编程语言的选择 13
4 系统调试 16
4.1 系统硬件调试 16
4.2 系统软件调试 16
结 论 17
参考文献 18
附录1 总体原理图设计 20
附录2 源程序清单 21
致 谢 25
作者：创新电子设计
