(完整word版)基于单片机的PID温度控制系统.doc
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2022-11-16
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基于单片机的 PID 温度控制系统
【摘 要】本设计在单片机的基础上，利用 PID 算法完成了温度控制系统的硬件设计和软件设计，实现更加精确高
效的水的温度控制。本系统主要分为单片机控制模块，LCD 显示模块，传感器检测模块，继电器控制模块等，通过传感
器模块检测水温然后发送给单片机，单片机对数据进行处理后由 LCD 显示，同时反馈给继电器，继电器接收到信号后控
制加热器进行对水温的加热，从而达到精确控制水的温度的目的。该系统以节能高效为出发点，适用于小到热带鱼缸大
到渔场养殖等多种场所。
【关键词】单片机、PID、温度控制
1. 前言
1.1 课题的背景及研究意义
温度作为一个不可忽视的因素存在于现代工业的生产中，工业生产过程中的温度控制一直是十分重
要的环节。但控制在工业生产中已很难把握，并且对于那些以严格为目标的生产工艺，太高或太低的温
度会对生产效率和质量造成显著的影响，从而导致生产效益的降低。这就要求我们开发出一种能够很好
控制并且可以随时将温度展示给客户观看的温度控制器。单片机拥有着如同那些计算机一样强大的数据
分析与处理能力，通过与 PID 相结合，我们可以很大程度上提高控制程序的能力，这样就能使生产效益
得到提高
[2]
。
温度的测量、控制与保持是单片机温度测量系统中的重要部分，温度测量是工业生产中最要要的物
理量之一。而有效的测量温度的方法之一就是通过单片机，所以单片机温度测量系统能够广泛的应在工
业生产中，在电力工程、化工、机械、冶金等重点行业，有一个重要的测量任务，在日常生活中也可以
得到广泛的应用。
以热带鱼缸为例，系统设计不够周全、结构不够简单化、性价比不够高等问题普遍的存在于目前市
场上的各种热带鱼缸中，很多的鱼缸在温度控制方面都存在着许多缺陷，比如对温度控制的不够精确，
常常还没达到设定温度就停止加热等。即使它达到了设定的温度，也有因加热时间长短不能有效地控制
而导致能量的浪费问题。本次设计的温度控制系统是以 51 单片机为基础利用 PID 算法进行精确的温度
控制，功能主要有温度设定、显示与控制等方面。此控制器和显示装置与以前的相比具有成本低，高精
度的温度控制和显示，使用方便，性能稳定等优点，可以提高能源利用效率，在经济与社会效益上有一
定的推动
[3]
。
1.2 国内外现状及水平
这几年，我们在理论上对温度控制的研究已经比较成熟，但是在具体的温度测量与控制上，我们对
于如何精确的对其进行控制等方面还存在着一些问题。温度控制技术按照控制目标的不同可分为两类：
动态温度跟踪与恒值温度控制。动态温度跟踪实现的控制目标是使被控对象的温度值按预先设定好的曲
线进行变化。在工业生产中很多场合需要实现这一控制目标，如在发酵过程控制，化工生产中的化学反
应温度控制，冶金工厂中燃烧炉中的温度控制等。恒值温度控制的目的是使被控对象的温度恒定在某一
数值上，且要求其波动幅度不能超过某一给定值。从工业温度控制器的发展过程来看，温度控制技术大
致可分以下几种：
1.2.1 定值开关温度控制法
所谓定值开关控温法，就是通过硬件电路或软件计算判别当前温度值与设定目标温度值之间的关系，
进而对系统加热源或冷却装置进行通断控制这种控温方法操作相对来说比较简单，但是它对温度控制的
精度比较低，受温度变化过程的滞后性影响较大。
1.2.2 PID 线性温度控制法
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