基于数字PID和89C52单片机的温度控制系统

　　在工业生产过程中，温度是工业生产过程中常见的工艺参数之一，对温度控制的好坏直接影响产品的质量。及时准确地得到温度信息并对其进行适当的控制，在许多工业场合中都是重要的环节。对于不同生产情况和工艺要求下的温度控制，所采用的加热方式和控制方式均不同。本文介绍了一种基于89C52单片机的温度控制系统，本系统的任务是对温度进行实时监控与控制。它以温度传感器DSl820对温度进行测量、采样与转换，并将测量结果送给单片机;单片机将输人的温度值与内部指定单元的给定温度值进行比较，根据比较结果，通过一个执行机构(可控硅)对加热源(加热炉的温度)的开关状态进行控制。在控制环节中，本系统采用的是数字PID控制算法来实现上述功能。传统的PID控制电路结构复杂，需配合相应的可控硅控制电路完成对温度的控制。具有器件多、生产成本高、电路调试复杂的缺点。所以，在该温度控制系统的设计中，运用单片机89C52进行数字PID运算能充分发挥软件系统的灵活性，具有控制方便、简单和灵活性大等优点。

　　1 系统结构及主要硬件电路设计

　　1.1 系统结构

　　该系统的控制对象是水温，水温经测温传感器DSl820转换成电压信号，经A/D转换成计算机可以接收的数字信号，保存在89C52单片机采样值单元中;再利用键盘输入设定温度，经温度标度转换成二进制数，保存在单片机内设定值单元;然后，调用显示子程序，显示设定温度和采样温度，然后把采样值与设定值输入单片机内进行数字PID控制算法的运算，运算结果由单片机输出，通过可控硅交流调压装置来控制时间的导通和关断，在达到设定温度后利用PWM方法来保持此温度，以此来调节温度。该系统原理图如图1所示。

　　l.2 硬件电路设计

　　根据任务要求，确定了器件和系统电路。系统电路简图如图2所示。该系统以高性能/价格比的89C252单片机为控制系统的核心，采用新型单片机数字测温传感器DSl820来测量温度，由双向可控硅驱动电路MOC3854和双向可控硅TLC253A组成输出控制通道。除此之外，还有键盘电路、显示电路、报警电路等。　　

　　89C52单片机是控制系统的核心，实现水温检测、数字滤波、控制算法运算、信息存储等功能。89C52通过数据、地址、控制总线与A/D转换器相连，完成模拟量与数字量之间的转换。测量机构采用温度传感器DSl820作为温度测量电路的核心器件，DSl820是一款两端器件，只需要一个直流电压源，功率的需求比较低，可量测范围-40～180℃，其输出是高阻抗电流，因而大阻值的电阻对器件工作影响不大，具有非常好的线性输出性能。执行机构是可控硅交流调压装置，其输入信号为高低电平，通过改变输入信号来调节加热炉丝的电压。键盘部分主要在程序中引入3个中断，即串位键、+l键、-1键分别对应3个中断，当某个键按下时，中断口便产生一个下降沿，从而进入相应的中断服务子程序。显示利用8155进行扩展成4位BCD码，前2位为设定值，后2位为采样值，实现了动态循环显示特性。