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、系统概述
该系统旨在通过单片机和PID（比例-积分-微分）算法实现对温度的精确和稳定控制，以维持一个恒定的温度环境。系统通过温度传感器实时采集环境温度，并基于PID算法计算出合适的控制信号，然后通过驱动电路控制加热或制冷设备，以调整环境温度至设定值。
二、基本原理
PID控制器原理：PID控制器是一种基于比例、积分、微分三个控制参数的控制系统。比例项负责根据误差大小来控制输出；积分项用来修正系统长期稳态误差；微分项主要用来抑制系统的瞬时波动。PID控制器将这三个项进行线性组合，通过调节比例、积分、微分这三个参数来实现对系统的控制。
温度传感器原理：温度传感器是将温度变化转化为电信号输出的器件。常见的温度传感器有热电偶、热敏电阻、半导体温度传感器等。在温度控制系统中，温度传感器负责将环境温度转化为电信号，以便控制系统进行监测和调节。
三、系统硬件设计
传感器：恒温控制系统中的传感器用于实时监测温度值，并将其转化为电信号输入给单片机。常用的温度传感器有热电偶、热敏电阻等。在本设计中，选择适当的温度传感器以满足系统需求。
控制器：选择常用的单片机作为控制器，如STC89C52等。它具有丰富的外设接口和高性能的处理能力，能够满足恒温控制系统的需求。
作动器：作动器是恒温控制系统中负责调节环境参数（如加热、冷却等）以实现恒温目标的设备。本设计中可以选择继电器或电机作为作动器，根据单片机输出信号来切换加热和冷却设备。
四、系统软件设计
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：PID算法的实现是整个恒温控制系统的核心。根据设定温度与实际温度的差值，通过比例、积分和微分三个环节的组合，计算出控制信号。这个控制信号将作为PWM（脉宽调制）信号的占空比，用于控制作动器的操作。
控制策略：在到达（目标温度-5摄氏度）前，电机可以全速运行进行加热操作。当温度进入设定温度的上下5℃范围内时，PID算法开始起作用，通过调整PWM占空比实现精确控温。如果温度超过设定阈值，系统将采取相应的措施，如关闭加热设备或启动冷却设备。
五、总结
基于单片机的PID恒温控制系统设计通过温度传感器实时采集环境温度，利用PID算法计算出合适的控制信号，并通过驱动电路控制加热或制冷设备，以实现对温度的精确和稳定控制。该系统具有实时性、稳定性和易用性等优点，可以广泛应用于各种需要恒温控制的场合。
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码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起作用的设定國值为设定温度的上下5°C，过温时采用停正加热自然冷却的方式实现。在在到达（自标温
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5C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
设计思路
文献研究法：搜集整理相关单片机系统相关研究资料，认真阅读文献，为研究做准备；
调查研究法：通过调查、分析、具体试用等方法，发现单片机系统的现状、存在问题和解决办法；
比较分析法：比较不同系统的具体原理，以及同一类传感器性能的区别，分析系统的研究现状与发展前景；
软硬件设计法：通过软硬件设计实现具体硬件实物，最后测试各项功能是否满足要求。
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：QQ2193276455
