基于pc的pid温度测控系统设计.doc

摘  要
温度控制是工业生产、科研活动中一个举足轻重的环节，它直接关系到整个生产系统的控制系统，因此温度控制的研究具有重要的现实意义。
本系统针对温度控制的特点，设计了一种基于PC的PID温度测控系统。本系统包括远程控制终端（RTU）和人机接口（HMI）两个部分。RTU主要作用于信号采集、测量和控制。HMI主要实现的是温度数据在上位机上的数据处理功能。
RTU硬件电路以51单片机为微处理器，分为温度采集模块、液晶显示模块、串行通信模块和输出控制模块四个部分。软件部分主要对PID算法进行编程。系统利用单片机低功耗、处理能力强的特点,使PC与单片机进行串行通信，用数字温度传感器DS18B20采集温度后，对设定温度与采集温度信号的偏差进行PID控制，输出的控制信号传递给温度控制电路，从而实现升温或降温。系统具有人机交互良好、控温精度高、自动化程度高等特点,有效地实现了水温温度的自动控制，具有良好的实用价值和发展前景。
关键词：DS18B20；PID控制；PWM控制；串行通信

 
Abstract
Temperature control takes a vital part in the industrial production and scientific research activities, it directly related to the control system of the entire production system, so the research of the temperature control has its important practical significance.
This issue designed a PC-based PID temperature control system featured for temperature control. The system includes two parts-- Remote Terminal Unit (RTU) and Human Machine Interface (HMI). RTU majors in signal acquisition, measurement and control. HMI mainly realizes the function of temperature data in the host computer's data processing.
The microprocessor of the RTU hardware circuit is 51 MCU; it divides into four parts: temperature acquisition module, temperature display module, serial communication module and data processing module. The software part is mainly program the PID algorithm. The system makes use of the future of the low power consumption and the processing capability of the SCM, which enables PC and SCM do serial communication. After acquire the temperature with digital temperature sensor DS18B20, do the PID control to the signal deviations between the setting temperature and the acquisition of the temperature, the output control signal transmits to the temperature control circuit, in order to heating or cooling the temperature. The system with good human-computer interaction, high precision temperature control, auto level, effectively realize the auto-control of the water temperature, it has good practical value and development prospects.
Key Words: DS18B20；PID control；PWM control；serial communication
 
目  录
1　引言 1
2　系统方案设计 3
3　RTU硬件设计 5
3.1 微处理器系统 5
3.1.1 时钟电路 5
3.1.2 复位电路 6
3.2温度采集模块 6
3.2.1 温度传感器选择 6
3.2.2 温度采集电路 6
3.3 液晶显示模块 7
3.3.1显示模块选择 7
3.3.2 液晶显示电路 7
3.4 串行通信模块 8
3.5 输出控制模块 9
3.5.1 输出控制方式选择 9
3.5.2 输出控制电路 10
4　RTU软件设计 11
4.1 主程序 11
4.2 温度采集模块 12
4.2.1 初始化 12
4.2.2 读操作 13
4.2.3 写操作 14
4.2.4 温度转换 15
4.3 液晶显示模块 17
4.4 串行通信模块 18
4.5 PID控制模块 19
4.5.1 PID调节器控制原理 19
4.5.2 PID参数对系统性能的影响 20
4.5.3 PID计算程序 20
5　HMI设计 23
5.1 HMI硬件 23
5.2 HMI软件 23
6　仿真和调试 25
6.1 调试工具与平台 25
6.2 系统调试与仿真 26
6.3 测试结果与分析 28
6.3.1 设计所达到的性能指标 28
6.3.2 结果分析论述 29
7　结论 30
致  谢 31
参考文献 32
附录1  实验原理图 34