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一个简易水温控制系统的设计———控制算法设计摘要在工农业生产和日常生活中，对温度的检测与控制始终有着非常重要的实际意义和广泛的实际应用。为了加深计算机控制理论的理解，故设计一个温度控制系统，该系统主要由温度信号采集与转换模块、主机控制模块、温度控制模块、液晶显示模块四部分组成，控制算法为PID算法。系统可实现稳态误差小于1℃，最大超调小于1℃，并且调节时间较短，恒定效果好。温度控制系统的对象存在滞后，它对阶跃信号的响应会推迟一些时间，对自动控制产生不利的影响，因此对温度准确的测量和有效的控制是此类工业控制系统中的重要指标。温度是一个重要的物理量，也是工业生产过程中的主要工艺参数之一，物体的许多性质和特性都与温度有关，很多重要的过程只有在一定温度范围内才能有效的进行，因此，对温度的精确测量和可靠控制，在工业生产和科学研究中就具有很重要的意义。本文阐述了过程控制系统的概念，介绍了一个基于数字传感器DS18B20和单片机STC89C52的简单温度控制系统，以电热水壶为被控对象，通过实验的方法建立温度控制系统的数学模型，采用了PID算法进行系统的设计，达到了比较好的控制目的。该系统可通过液晶显示器LCD1602显示数据或字符，通过按键设定参数；通过DS18B20测温，实现电热杯水温控制；通过PL2303下载端口，实现单机和上位机的通讯。实验表明该系统能够实现对温度的控制，具有一定的控制精度。该系统测温电路简单、连接方便，可用于简单温度控制的场合。关键词：单片机；温度传感器；液晶显示器；PID算法AbstractInindustrialandagriculturalproductionanddailylife,thetestingandcontroloftemperaturehasalwayshadveryimportantpracticalsignificanceandextensivepracticalapplication.Inordertodeepentheunderstandingofthecomputercontroltheory,thedesignofatemperaturecontrolsystem,thesystemismainlycomposedoftemperaturesignalacquisitionandconversionmodule,hostcontrolmodule,temperaturecontrolmodule,liquidcrystaldisplaymodulefourparts,thecontrolalgorithmforPIDalgorithm.Systemcanrealizethesteadystateerrorislessthan1℃,themaximumovershootlessthan1℃,andtheadjustmenttimeisshorter,constanteffectisgood.Laggedtemperaturecontrolsystemoftheobject,itsresponsetothestepsignalwilldelaysometime,produceadverseeffecttotheautomaticcontrol,soeffectiveforaccuratetemperaturemeasurementandcontrolisanimportantindicatorintheindustrialcontrolsystem.Temperatureisanimportantphysicalquantities,itisalsooneofthemainprocessparametersinindustrialproductionprocess,manypropertiesofobjectsandfeaturesarerelatedtotemperature,alotofimportantprocesscanonlybeeffectiveinacertaintemperaturerange,thus,accuratemeasurementandreliablecontroloftemperature,intheindustrialproductionandscientificresearchhastheveryvitalsignificance.Thispaperexpoundstheconceptofprocesscontrolsystem,introducedadigitalsensorDS18B20andsinglechipmicrocomputerbasedSTC89C52simpletemperaturecontrolsystem,electrickettleforcontrolledobject,andthroughtheexperimentthemethodtoestablishthemathematicalmodeloftemperaturecontrolsystem,usingPIDalgorithmtothedesignofthesystem,toachievethebettercontrol.ThroughDS18B20,thetemperaturecontroloftheelectricheatcupisachieved.ThroughthePL2303downloadport,thecommunicationbetweenthesinglemachineandtheabovemachineisachieved.Theexperimentshowsthatthesystemcancontrolthetemperature,andhascertaincontrolaccuracy.Thesystemissimpleandeasytoconnect,whichcanbeusedforsimpletemperaturecontrol.Keywords:singlechipmicrocomputer;thetemperaturesensor;Liquidcrystaldisplay;PIDalgorithm目录一﹑设计任务与要求...............................................................................................................................41.基本要求........................................................................................................................................4二﹑方案论证...........................................................................................................................................4三﹑系统设计...........................................................................................................................................41.硬件设计........................................................................................................................................42.软件设计........................................................................................................................................9（1）算法.................................................................................................................................9（2）控制系统模型分析.......................................................................................................10仿真结果图.....................................................................................................................................11四、实验结果.........................................................................................................................................11五、结论.................................................................................................................................................12六、心得体会.........................................................................................................................................12附录.................................................................................................................................................13参考文献...........................................................................................................................................23给定值一﹑设计任务与要求1.基本要求1L水由1kW的电路加热，要求水温可以在一定范围内由人工设定，并能在环境温度变化时实现自动调整，以保持在设定的温度。2.主要性能指标(1).温度设定范围：10℃~100℃，最小分辨率为1℃。(2).控制精度：温度控制的稳态误差0.2℃.(3).能够实时显示当前水温(4).具有通信能力，可通过RS-232串口输出当前温度值至上位机。(5).采用适当的控制方法，当设定温度或环境温度突变时减小系统的调节时间和超调量。二﹑方案论证由于水温控制系统的控制对象具有热储存能力大，惯性也较大的特点，水在容器内的流动或热量传递都存在一定的阻力，因而可以将被控对象归于具有纯滞后的一阶惯性环节。该系统可以采用以下几种控制方案：1.输出开关量控制对于惯性较大的过程可简单地采用输出开关量控制的方法。这种方法通过比较给定值与被控参数来控制输出的状态：通过控制加热回路的晶闸管的导通或关断来控制加热时间，控制过程简单易行，但容易引起反