基于单片机的 PID 控制算法实现
摘 要：温度是工业控制对象主要被控参数之一，在温度控制中，由于受到温度被控对象
特性（如惯性大、滞后大、非线性等）的影响，使得控制性能难以提高，有些工艺过程
其温度控制的好坏直接影响着产品的质量，因而设计一种较为理想的温度控制系统是非
常有价值的。为了实现高精度的水温测量和控制，本文介绍了一种以 At-mel 公司的低功
耗高性能 CMOS 单片机为核心，以 PID 算法控制来实现的温度控制系统，其硬件电路还
包括温度采集、温度控制、温度显示、键盘输入以及 RS232 接口等电路。该系统可实现
对温度的测量，并能根据设定值对温度进行调节，实现控温的目的。
关键词：单片机 AT89C51；温度控制；温度传感器 PT1000；PID 调节算法
1 前 言
1.1 课题背景与意义
在现代化的工业生产中，电流、电压、温度、压力、流量、流速和开关量都是常用的
主要被控参数。例如：在冶金工业、化工生产、电力工程、造纸行业、机械制造和食品
加工等诸多领域中，人们都需要对各类加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉中的温度进行
检测和控制。采用 AT89C51 单片机来对温度进行控制，不仅具有控制方便、组态简单和
灵活性大等优点，而且可以大幅度提高被控温度的技术指标，从而能够大大提高产品的
质量和数量。目前，温度控制系统在国内各行各业的应用虽然已经十分广泛，但从国内
生产的温度控制器来讲，总体发展水平仍然不高，同国外的日本、美国、德国等先进国
家相比，仍然有着较大的差距。现在，我国在这方面总体技术水平处于 20 世纪 80 年代
中后期水平。成熟产品主要以“点位”控制及常规的 PID 控制器为主，它只能适应一般温度
系统控制，难于控制滞后复杂时变温度系统控制，而且适应于较高控制场合的智能化、
自适应控制仪表国内技术还不十分成熟，形成商品化并广泛应用的控制仪表较少。随着
嵌入式系统开发技术的快速发展及其在各个领域的广泛应用，人们对电子产品的小型化
和智能化要求越来越高，作为高新技术之一的单片机以其体积小、价格低、可靠性高、
适用范围大以及本身的指令系统等诸多优势，在各个领域、各个行业应用广泛。
1.2 温度控制系统的应用
盐浴炉温度控制系统利用 S 型铂铑-铑热电偶检测温度，热电偶进行冷端补偿，热电偶
检测的信号通过放大、采样保持、模数转换再送单片机保存，采用分段查表法获取各点
温度。选用可控硅过零触发自动控制盐浴炉温度，控制周期为 100 个三相交流式电周期，
即 2s。由单片机控制可按预设温度曲线进行加热，并可实时显示加温曲线。大型粮库采
用主机为 PC 上位机，从机为 68HC08GP32 为主控芯片的分机（下位机）。下位机采用
DALLAS 的数字式温度传感器芯片 DS1820，可以在三根线（电源线、地线、信号线）上
同时并联多个温度探测点。每个分机上可以连接 10 跟电缆，每根电缆上可并联几十个点。
分机利用了 68HC08GP32 的片内 FLASH 功能，实现了 DS1820 的序列号在 68HC08GP32
中的动态存取，从而节省了大量存储器。温度数据保存在 68HC08GP32 的片内 RAM 里并
且充分利用了 68HC08GP32 的片内的 A/D 实现了湿度数据的测量。有的还用 PLC 来控制
总之温度控制系统的控制方式是多种多样的。
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