基于单片机锅炉温度控制

1、-PAGE . z1 引言随着工业技术的不断开展，温度控制在国民经济和生活中的作用显著提升。在工业生产的过程当中，有很多极为重要的被控参数，温度即是其中最重要的参数之一，在众多的工业生产中，所需温度的控制效果直接影响到锅炉以及工作人员的平安，还直接的影响到工艺生产产品的质量。在不同的生产过程当中，由于所需温度的不同、控制所需的精度也不同，则采用的测控元器件元件、温度控制方法也将有所不同，随着科学技术的不断地开展，温度控制系统技术得到了巨大的开展，自动控制技术越来越显示出其优越性。当今社会中伴随着集成电路技术的不断的开展，单片机的种类不断地增多，功能也不断的增强，涌现除了大量的高性能的单片机。单

2、片机在工业生产中自动化和测控领域中的应用不断增加，因为单片机有许多显著的优点，如今的单片机不仅功能强大，而且体积越来越小，开发周期也越来越短，在各行各业在温度控制系统中起到无法替代的核心作用的就是各种各样的单片机。在工业生产中很多地方温度控制系统中都运用到了电阻加热的原理，例如钢铁厂用于融化金属的电阻炉、电热锅炉等。鉴于温度控制在各行各业的生产过程中的重要性，以及单片机技术的不断开展和众多的优越性。根据以上这些思想本文设计一种工业锅炉的温度控制系统，这种锅炉温度控制系统系统在当今工业生产过程中具有非常重要的意义。11 论文研究的背景和意义锅炉是一种重要的能量转换设备,随着工业的不断开展，锅炉在

3、各行各业当中的应用也显著增加，锅炉在运行时可以将电能、化学能等能量形式转化成有热量的蒸汽、高温液体等,通过复杂的物理化学变化以及一系列能量的传输过程实现锅炉的正常运转。在实际的生产过程当中温度控制系统的运行具有很大的难度，究其原因就是因为温度控制系统是一个具有多变、时变以及非线性变化的复杂系统,因此在实际的生产过程中选择适合的温度控制锅炉的方法很重要,当通过温度控制系统能够是锅炉稳定运行时，不仅仅对锅炉的稳定性有极大的提高，而且也极提高了工作人员的平安性，具有十分重大的意义。锅炉运行温度的控制直接关系到锅炉的生产效率、性能指标,同时锅炉以及工作人的平安性产生了巨大的影响。过高或过低的工业锅炉温

4、度,不仅仅对锅炉和工作人员平安性造成影响，还对锅炉的稳定性造成影响，压力不符合标准,导致系统不稳定甚至锅炉的损坏和事故的发生，此外，还会影响到生产产品的质量。虽然锅炉的温度控制系统有了很大的进步，但是时至今日仍然存在许多的难题，由于实际生产过程当中的锅炉温度控制系统中存在时变性,多变量,大滞后,非线性等特点,参数具有不确定性和时变性,在现实生活中很难建立起准确的数学模型,而能够准确的控制锅炉温度对锅炉的稳定性,平安性以及节能环保具有相当重要的意义。锅炉开展的历史长远,应用十分广泛,开展至今种类繁多,广泛应用于社会生活当中各个工业生产以及生活的各个领域,由于我国工业开展滞后于兴旺国家，虽然锅炉温

5、度控制系统的研究在我国起步很晚，但是开展迅猛,并且局部产品的技术性能已经到达国际相近水平,尽管如此,国大局部的锅炉的温度控制系统的成熟度不够高，大局部的锅炉温度控制系统还停留在比拟落后的阶段，自动化程度较低,只能通过手动控制来改变仪器仪表，只有局部产品采用先进的控制系统,锅炉的效益根本都不高,要想到达国外县先进水平，国的研究水平还要加大力度。因此,为了提高国锅炉温度控制系统的信息化、自动化以及节能减排，加强对锅炉温度控制系统的研究具有十分重要的意义。12 锅炉温度控制技术的开展状况随着科技的不断开展，国各行业不断兴起，国各行各业在锅炉温度控制技术方面需求越来越大,温度控制系统的应用的领域日渐增

6、多，但国总体开展水平仍然低于西方工业生产技术兴旺的先进国家。目前, 我国还十分的落后于兴旺国家，在这方面总体技术水平处于相对来说很落后的时代, 在国的温度控制系统技术相对成熟产品主要常规的PID 控制器和以点位控制为主。国的这些产品在控制比拟复杂的大规模温度系统控制有很大的困难，只能适应与一般温度系统控制。对于那些能够用于较高场合的智能化自动控制器以及自动控制仪表来看，国的技术还明显的低于兴旺国家，然而在国外已经有了许多成熟的产品，能够自定义各个参数，并形成了商业化的仪表。由于国对于锅炉温度控制系统技术的滞后，经常需要工作人员根据实际经历去设定参数，根据目前国的温度控制方面的技术来看还不能开发

7、出技术相对完善可靠的自整定软件。随着科学技术的不断的开展,国外的技术也在不断地提高，美国、德国等兴旺国家在温度控制系统方面都取得了十分显著的成果，这些巨大的成果主要表达在控制系统的智能化、自动化、参数自整定等方面，已经生产出了一批高性能、商业化的温度控制系统, 这些系统被用在实际生产生活中的各个领域。它们主要具有如下的特点:一、是它们能够应用于各种复杂的工业控制过程当中具有大滞后以及惯性很大的温度控制系统的控制;二、是它们能够建立一些特殊的温度控制系统，而这些温度控制系统是很难在现实生活当中用来试验的，因为这些系统很难通过数学模型建立。三、是它们能够适应于一些工业温度控制系统中，这些受控的温度

8、控制系统工作过程参数是不断变化的;四、是在现代大局部工业生产过程当中所应用的温度控制系统采用了大量的先进科学技术以此来适应与广阔的工业生产过程，例如自动控制、自动检测、模糊控制等理论及微机技术, 控制方面采取了先进的算法;五、是温度控制系统中的仪器仪表具有参数自整定功能。有的还具有自学习功能,能够根据历史经历及控制对象的变化情况, 可以实时的自动调整相关仪器仪表的控制参数, 以此来到达温度控制系统最合理控制;六、是它们具有很多突出的特点，这些突出的特点包含了控制精度高、性价比高等。如今的仪器仪表都在向着更高性、更完善能的方向开展。13 本课题研究的主要容本设计主要利用单片机技术、采集温度、温度

9、的执行等知识制作一个工业锅炉的温度控制系统。本设计涉及了计算机、电子、通信以及软件学等相关专业的知识，所涉及到的专业知识比拟广泛。此次设计中要求可以实时监测并显示当前温度，可以实现温度的升高和降低，当超限后可以实现报警，温度控制设定波动围小于5%，测量精度小于5%，控制精度小于2%。a 收集资料，研究并设计出总体方案。b 根据方案和设计要求完成工业锅炉温度控制系统的模型并确定各局部参数。c 根据方案和设计要求设计出工业锅炉温度控制系统硬件电路中所包含的各个模块。d 根据流程图进展程序编写，并对各模块进展编程、调试，再对整体系统进展调试。2 系统分析及总体设计方案随着社会的不断进步以及科学技术的

10、不断开展工业生产技术越来越完善。在工业生产过程当中有很多的控制因素，其中温度控制技术对工业锅炉的影响最大。在如今的工业生产过程当中温度控制系统主要作用是使锅炉温度保持在一定围之，在保证锅炉设备正常工作情况的同时，提高生产效率。本系统主要主要包含七大板块：AT89S51单片机、温度采集电路、显示电路、键盘输入电路、电源模块、报警电路和温度控制电路组成。在设计中首先通过传感器对周围的环境温度实时监测，根据设计需要到达的指标本设计采用了检测精度很高的AD590传感器，由于采集到的温度信号太低单片机无法直接识别，所以需要放大后在传递给单片机，采集到的温度通过超低温漂移高精度运算放大器OP07将信号进展

11、放大，当采集到的信号放大到足够大，这些将信号传送到12位的AD574A转换器进展转换，从而实现锅炉温度的自动检测功能,并且实时显示当前锅炉准确温度以及越限报警。最终的环节是控制局部，本系统控制局部采用PID算法,由于锅炉的温度是通过调节电阻炉来调节的，只有通过调节双向可控硅的通段时间才可以调节电阻炉的功率，而双向可控硅是通过实时更新PWM控制参数实现的将采集到的炉温度和设定值进展比拟，通过PID算法对偏差进展计算以此来实时更新PWM控制输出参数,来实时的调整锅炉温度。系统设计技术指标：1温度控制设定波动围小于5%，测量精度小于5%，控制精度小于2%；2能够实时显示当前温度值；3能够实现升温和降

12、温的功能；4按键控制：设置五个主要功能键，包含了运行键、复位键、功能转换键、加一键和减一键；5超过设定温度值或低于设定温度值进展越限报警。本设计中温度控制系统硬件主要包含以下七大模块：单片机的最小系统、温度采集电路、显示电路、键盘输入电路、电源模块、报警电路和温度控制电路等。系统构造图如图：AT89S51单片机温度采集工业锅炉控制电路温度显示报警设备键盘控制传感器 系统硬件设计本设计的温度控制系统的硬件主要包括以下七大模块：单片机的最小系统、温度采集电路、显示电路、键盘输入电路、电源模块、报警电路和温度控制电路等。31 AT89S51单片机的最小系统在本设计的工业锅炉的温度控制系统中，根据系统

13、的功能需求与学习过程中所学到的8051单片机的情况，所以选定MCS-51系统中的AT89S51单片机。单片机AT89S51是MCS-51系列单片机当中最为先进的单片机之一，是一个功率消耗更低、性能更强、体积更小的8位CMOS单片机，是ATMEL公司继AT889C5*系列之后推出的新机型之一。，在时钟频率以及运算速度上有了较大的提高。AT89S51芯片在市场上得价格更加廉价，适合于大批量的应用于各行各业的控制系统中。以下是对单片机AT89S51功能的简单介绍：AT89S51单片机具有很多的功能：单片机中含有4k字节的Flash程序存储器，如果片的程序存储容量不够，片外最多可外扩之64KB。片具有

14、5个中断源，2级中断优先权。单片机中含有128字节部RAM，片外最多可扩至64KB。每片单片机中都含有4个8位可编程并行I/O口，片含有两个16位定时/计数器，具有4种工作方式。一个全双工串行通信口，具有4中工作方式。还增加了看门狗定时器WDT。同时，AT89S51共包含了26个特殊功能存放器，用于CPU对片各功能部件进展管理、控制和监事。引脚功能说明：Vcc：电源电压GND：接地P0引脚口：8位漏极开路型双向I/O口，也即地址/数据总线复用口。作为输出口用时，每位能驱动8个TTL逻辑门电路，对端口写1可作为高阻抗输入端用。在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址(低8位)和数

15、据总线复用，在访问期间激活部上拉电阻。P1引脚口：8位准双向I/O口，P1的输出缓冲级可驱动(吸收或输出电流)4个TTL逻辑门电路。对端口写1，通过部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。P2引脚口: 8位准双向I/O口，P2的输出缓冲级可驱动(吸收或输出电流)4个TTL逻辑门电路。对端口写1，通过部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，为部存在上拉电阻，*个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流(In)。P3引脚口: P3口是一组带有部上拉电阻的8位双向I/O口。P3口输出缓冲级可驱动(吸收或输出电流)4个TTL逻辑门电路。对P3 口写入1”时，它们被部上拉电阻拉高并

16、可作为输入端口。作输入端时，被外部拉低的P3 口将用上拉电阻输出电流In。*TAL1: 振荡器反相放大器及部时钟发生器的输入端。*TAL2: 振荡器反相放大器的输出端。在AT89S51单片机中P3口不仅仅可以作为一般的I/O口线，它的第二功能也十分的重要。如下表所示：管脚备选功能P3.0R*D串行输入口P3.1T*D串行输出口P3.2外部中断0P3.3外部中断1P3.4T0记时器0外部输入P3.5T1记时器1外部输入P3.6外部数据存储器写选通P3.7外部数据存储器读选通如下列图所示为AT89S51单片机的最小系统结图： 图3-1：单片机最小系统AT89S51单片机的最小系统的功能主要包含四局

17、部，这四局部是显示控制、键盘控制、短路保护控制以及报警控制。如果想要是单片机能够正常运行，必须具备一些硬件条件，而这些硬件条件则构成了单片机的最小系统，主要包括以下四局部：1、电源单片机的工作电源是+5V。2、时钟电路时钟电路在单片机中具有很大的影响，时钟频率将会直接影响到单片机的运行速度，从而直接影向到单片机系统的稳定性，本设计中AT89S51单片机的时钟电路采用部时钟方式，通过在*TAL1和*TAL2引脚外接12MHz的晶振，两个引脚连接电容和晶体构成单片机的振荡器，振荡频率取决于晶体的频率。电路中的C1、C2是补偿电容，通常选择30pF，电容的大小有频率微调和稳定的作用，也会直接影像到震

18、荡器频率。3、复位电路复位功能是单片机能够是单片机正常运行所必须具备的，复位是指将单片机进展初始化的操作，本设计中采用了按键电平复位电路。单片机的按键电平复位电路由电阻和电容构成。按键手动电平复位是通过RST端通过电阻、电容以及电源接通来实现，C的典型取值为10uF，R值为2K。当处于高电平时可以实现复位功能。当复位完成后系统会从头开场执行程序。4、引脚EA接高电平。32 温度采集电路本设计中的数据采集电路主要由AD590, 0P07,74LS373,AD574A等四局部组成。由于控制精度要求为2%,由于在实际的温度测量的过程当中会受到一些外界因素的干扰，以及处理数据过程当中产生的一些不可防止

19、的误差，根据系统功能的要求要想保证高精度的控制，温度传感器和AD 转化器的精度应更高。故温度传感器需要能够区分0.1 度;而对于AD 转换器,由于测量围AD转换器需要区分上百的数字,因此在转换器的选择上需要选用10位以上的高精度AD转换器。为此,选用高精度的12位AD574A。AD574A是一种高性能的A/D转换器，其采用了12位逐次逼进式的运行方式，它同ADC0809一样是常用的A/D转换器。转换时间为25s，部有时钟脉冲源和基准电压源，线性误差大约为1/2LSB，该转换器具有两种电压输入方式，可以采用单通道单极性也可以采用双极性电压输入的方式，此外，采用28脚双立直插式封装。AD574A构

20、造并不复杂，主要构造有以下四局部构成：一、12位A/D转换器可以单极性也可以双极性。单极性应用时，BIPOFF接0V，双极性时接10V。量程可以是10V也可以是20V。输入信号在10V围变化时，将输入信号接至10VIN；输入信号在20V围变化时，将输入信号接至20V(IN)；所以量化单位相应的就是10V和20V。二、三态输出锁存缓冲器用于存放12位转换结果DD=0212-1。D的输出方式有两种，引脚12/8=1时8的上面有一横杠，D的D(11)D(0)并行输出；引脚12/8=0时8的上面有一横杠，D的高8位与低4位分时输出。三、逻辑控制任务包括：启动转换，控制转换过程和控制转换结果D的输出四、

21、电源电压10V基准电压源如下列图所示为温度转换装置连接图： 图3-2：温度转换装置为了到达测量高精度的要求,选用温度传感器AD590,AD590具有较高精度和重复性(重复性优于01,其良好的非线形可以保证优于0.1 的测量精度,利用其重复性较好的特点,通过非线形补偿,可以到达0.1测量精度.)超低温漂移高精度运算放大器0P07将温度一电压信号进展放大,便于AD进展转换,以提高温度采集电路的可靠性。AD590是美国模拟器件公司生产的单片集成两端感温电流源。它的主要特性如1、当AD590温度传感器工作时，流过温度传感器的电流等于传感器所处位置的周围温度。因此，AD590温度传感器可以实时的反响所测

22、围的温度2、AD590温度传感器可以在-55+150围准确的测量温度。3、AD590温度传感器所适用的电源电压围为4V30V。温度传感器电源电压可在4V6V围有所变化，当温度传感器电流变化1A时，相当于温度传感器周围的温度变化1K。AD590温度传感器不会因为反接而损坏，因为温度传感器不仅仅可以承受44V正向电压，还可以承受20V的反向电压，。4、AD590温度传感器输出电阻为710M5、AD590温度传感器是一款监测精度非常高的器件，在传感器中中共分有五个档位，这五个档位分别是I、J、K、L、M，在五个档位当中精度最高的是M档，AD590温度传感器在-55+150围准确的测量周围的温度，它的

23、非线性误差仅仅为0.3。如下列图所示为AD590和OP07所组成的温度采集局部：图3-3：温度采集电路33 显示电路本文设计中根据系统所需功能要求，显示电路模块采用5位共阳LED静态显示方式,所谓的静态显示方式是指无论采用多少位LED数码管，都能够同时显示当前状态，本设计中由于温度控制的精度的要求，采用了五位LED数码管同时显示，需要显示的容有温度值的百位、十位、个位及小数点后两位,这样可以最大程度的节省了单片机端口资源，因为用来作为输出显示数据的端口可以只用到P3.0(R*D)口 ,温度控制系统的显示可以在P1.7 口和P3.1(T*D)的共同控制下通过5片74LS164来实现LED的静态显

24、示。如下列图为显示电路： 图3-4：显示电路34 键盘输入模块本设计中所采用的键盘工作方式为非编码键盘中的独立式键盘控制方法，这样可以是系统更加简化，从而降低了本钱、简化了电路。设计中按照功能中的需求设计了AN1,AN2,AN3,AN4, AN5五个功能键，这五个功能键均为低电平有效。按键AN1为硬件复位电路中的复位键,与R、C构成复位电路：按键AN3采用外部中断方式, AN3与P3.2相连,并且在所有外部中断方式中优先级定为最高; 按键AN5和按键AN4均采用软件查询的方式，分别与P1.4和P1.2相连。如下列图为键盘电路： 图3-5：键盘电路图中按键AN1,AN2,AN3,AN4, AN5

25、的功能定义如表1所示。按键键名功能AN1复位键使系统复位AN2运行键使系统开场数据采集AN3 功能转换键按键按下时,显示温度设定值;按键升起时,显示前温度值AN4加一键设定温度渐次加一AN5减一键设定温度渐次减一35 电源模块本设计中的电源模块是由220V交流电源经电测干扰滤波器、电源变压器、整流滤波器和三端集成稳压器7805，向 AT89S51单片机、报警电路、键盘电路和AD转换器等提供适合的电源电压。为了能够有效的滤除从交流电网中引入的噪声干扰在此设计中参加了电磁干扰滤波器。以极大的改善了电磁的兼容性。下列图是电源模块的电路连接图： 图3-6：电源模块电路图36 报警电路设计本设计采用扬声

26、器报警电路，它是由压电式蜂鸣器和晶体管组成。晶体管的导通或截止是通过单片机的P1.5口输出信号来控制的，当晶体管处于导通状态时，扬声器可以得到信号，从而进展报警。在本设计过程中当温度超过或者低于设定值时，则由单片机发出报警信号，通过扬声器进展报警。如下图报警电路：图3-7：报警电路37 温度控制电路由输出来控制工业锅炉的温度控制系统,工业锅炉的温度控制系统可以近似的建立为一阶惯性环节数学模型，而这种一阶惯性环节具有滞后性质。其传递函数形式为：可控硅可以认为是通过线形环节实现对锅炉温度的准确控制。工业锅炉中电阻炉的功率和单片机的输出分别属于强电和弱电局部,因此两局部需要进展隔离处理,本设计中的隔

27、离处理原件采用光耦元件TLP521 在控制局部进展光电隔离,此外本设计中的电源隔离局部采用变压器隔离实现强电与弱电的隔离。控制执行局部是通过单片机实时更新PWM参数来控制双向可控硅的导通时间，从而控制电阻炉的功率，以此来调节锅炉的实时温度。当单片机PWM 输出电平低电平时,光耦元件处于导通状态,从而使三极管形成有效偏置而导通,通过整流桥的电压经过集电极电阻以及发射集反向偏压,通过整流桥可以将220V的交流电压转换成7V左右的直流电压，当有7V 左右的电压加在双向可控硅控制端时，可控硅控制元件处于导通状态,此时，包含有1000W电阻丝的交流通路形成,电阻炉开场工作;反之当单片机PWM输出电平高电

28、平时,光耦元件不能导通,从而使三极管不能形成有效偏置而截止,当三极管不能形成有效偏执儿截止时可控硅控制端电压几乎为零,可控硅则处于截止状态，从而使包含有1000W电阻丝的交流通路截止,电阻炉停顿工作。控制执行局部的硬件电路如下列图： 图3-8：温度控制电路系统软件设计本设计系统的软件主要包含三大模块：主程序模块、功能实现模块和运算控制模块。主程序模块在主程序模块中首先将系统进展初始化，然后再进展PID算法的参数值的设定,然后启动AD574A通过循环显示当前所采集到的实时温度,并且设定键盘外部中断为最高优先级,以便能实时响应键盘处理;软件设定的定时器T0为5秒定时,当系统没有任何的操作时T0定时

29、器会每隔5s进展更新一次,将AD转换的采集到的温度信号进展处理;设定定时器T1为嵌套在T0之中的定时中断,初值由PID算法子程序提供，根据PID算法实时更新PWM控制参数进展锅炉温度的准确控制。在主程序中必须分配好每一局部子程序的起始地址,形式如下： ORG 0000H AJMP START ORG 000BH AJMP INTO ORG 001BH AJMP INT1 ORG 00F0HAJMP TT1主流程图如下图： 开场 系统初始化PID参数设定启动AD574A，采集温度数据处理显示当前温度 相等？当前温度与设定值比拟有中断温度设定？根据PID算法更新参数 Y越限报警NPWM输出调控温度

30、42 功能实现模块功能实现模块的功能是用来执行对可控硅及电阻炉的控制。主要功能涵盖了中断处理子程序、转换器的转换子程序、键盘以及显示子程序等局部组成。T0中断子程序在本设计中温度控制系统中的包含了多个中断效劳程序，这些中断效劳程序的主体程序是T0中断效劳程序，用于采集锅炉温度、读取锅炉温度、温度超限报警以及PID计算处理等。在T0中断效劳程序中，AT89S51把计算出的PID值得补码送入TL0，使单片机口为高电平1状态和启动T1工作，另一方面是温度标度转换子程序，在显示缓冲当前温度值和转移当前温度值的过程中将会等待T1中断，在中断效劳程序的单片机复位到低电位时，就会形成一个控制脉冲，通过控制加

31、在可控硅上的脉冲的个数来调节锅炉的当前温度值。 T1中断子程序T0中断之中含有T1定时中断程序,但是T1中断程序优先级高于T0中断程序,PID算法子程序向T1中断程序提供其定时初值,T1中断响应的时间用于输出可控硅的控制信号。键盘输入子程序NYNY闭合键是否释放开是否有键闭合调用显示子程序延时6ms返回输入键号二次调用延时子程序延时12ms开场NY是否有键闭合判断闭合键键号 显示子程序流程图判断是否发送完读表中对应数码值把30H给R0设定计数器R7给30H-37H赋初值N判断R7是否为0NEND43 运算控制模块运算控制模块包含标度转换子模块、PID控制算法以及可控硅触发控制。 标度转换子程序

32、本设计系统中需要实时的显示当前温度并且将温度值与系统所设定的值进展比拟，为了将温度传感器采集到的温度信号(00HFFH)转换为对应的温度值,需要运用标度转换子程序。标度转换子程序变换公式为：式中,A*：通过温度传感器测量到的实时的温度值;N*：通过AD转换器将采集到的当前温度信号转换为当前温度值;Am =90; Ao=40; Nm =FEH; No=01H;为了减小误差单片机运算采用定点数运算的方式,而且在高温以及低温处分别用程序作矫正处理以此来的到更加准确数值。4.3.2 PID控制算法的实现 本设计中的温度控制算法采用PID算法，在当今的社会当中PID控制技术已经到达了十分成熟的地步，相对

33、较大的时间常数的温度控制系统来说，变化近似于连续变化，所以具有更好更有效的控制方法是数字PID控制方法。简单的比例调节器最大的优点就是可以很快做出回应，但也有十清楚显的缺陷就是不仅仅控制不够准确，而且稳态误差还不能够完全的消除，为了完全的消除稳态误差，系统中参加了积分调节器的调节比例，能够有效的消除稳态误差，但是在消除稳态误差的同时也使系统的响应时间更长，导致系统的反响很慢。为了是系统能够完全的消除稳态误差，同时维持系统的反响速度，特此引入了积分、微分环节组成了比例、积分、微分PID调节器，使系统更加稳定、反响时间更短，从而极大的改善系统的动态性能，改善后的系统控制规律为：=(+110+)+0

34、,(1)单片机的工作方式是通过采集样本来进展控制的，由于采集到的样本会在时间上有不同的偏差，只能通过数值的近似算法，而不能通过积分或微分进展准确的计算，因此，仅仅通过单片计算出来的控制变量也会有很大的误差，但是PID调节可以通过具体的数值计算公式：=+=0+(-1)+0, (2) 计算出来，如果可以采集到足够小的样本,所得到的结果也会十分的准确, 连续过程与被控过程将会十分接近。通过上式(2)可以变换得到:=-1+=-1+2, (3)把=-1,2=-1带入上式得:=-1+(-1)+(-2-1+-2), (4)式中=-,W为设定值, Yi为第i次实际输出值,Kp为比例系数, 微分系数=/,积分系

35、数I=/i,为采样周期,以(4)式来编程比拟方便。 采用PID控制算法实现锅炉温度控制是一个反响过程：首先将温度传感采集到的锅炉的实时温度与最初的设定值进展比拟从而得到一个偏差，运用PID算法对偏差信号进展处理，通过实时更新PWM控制参数的输出，调节双向可控硅的工作时间，从而调节电阻炉的工作效率，进而重新调节锅炉的温度，以实现对锅炉温度的控制效果，由于电阻炉是一个具有滞后性的一阶线性环节，所以根据实际经历选取KP和KI，KD值。这个程序首先设置用户设定的温度和锅炉的实际温度T比拟，计算偏差EI，然后分为两种情况计算控制变量：(1)ei大于等于设定的偏差时,由于积分控制器使系统响应速度变慢,不采

36、用积分控制器调节,直接使用调节,获得比拟快的动态响应,计算和,最终得到控制量获得比拟快的动态响应。(2)小于设定的设定的偏差时,正常的分别计算、和,然后根据算法公式计算出控制变量。PID控制是单片机温度控制系统中一种最常用的控制算法。PID在实现其控制功能过程中，把计算机的灵活性以及逻辑判断功能十分合理的结合起来，而不是仅仅把PID控制规律简单的数字化，极大的改良和完善了PID控制技术在工业生产领域中的作用，使PID控制更加有效方便，更加科学。本系统是对工业锅炉温度控制，它是这样一个反响系统：将锅炉的实际温度和设定值得到偏差，将偏差信号反响到控制系统，控制系统得到控制信号，再通过PID算法实时

37、更新PWM参数调节电阻炉的加热功率，来实现对工业锅炉的温度的准确控制。下列图所示为相应的流程图： 可控硅触发的控制 要实现温度的控制，只有算法程序是远远不够的，必须要对温度执行元件进展准确控制，只有这样PID控制算法才有可能实现，通过控制可控硅触发信号的时间的长短就可以实现控制温度的加热时间，从而实现对温度的控制。通过计算机的PID算法可以得到最新的控制参数，给T1定时器赋值，以确定可控硅的控制时间，然后翻开定时器T1，当T1中断时间给可控硅输出触发信号，延时保证触发信号的脉冲宽度，完成一个周期的加热控制。结 论由于工业锅炉的温度控制系统所具有的时变性、非线性以及滞后性的特点，本文设计了一种基

38、于单片机AT89S51的设计方案，方案中AT89S51单片机并且通过PID算法实现温度实时控制,设计过高精度的温度传感器、放大器以及AD转换器组成温度采集电路，实时监测锅炉的温度，将采集到的温度控制信号运用PID算法更新T1的定时常数,通过控制参数实时更新PWM控制参数,以此来调节双向可控硅的通段时间，来调节电阻炉的功率，从而实现对温度的连续控制。本设计的温度控制系统具有功能全面、性能稳定,控制精度高等优点,通过PID算法是控制精度大大提高;软件局部采用模块化构造,提高了通用性。通过本次完成设计方案，我发现在过程中不仅仅是提供一种温度控制控制系统,而且还学到了单片机硬件电路以及PID算法所实现

39、的控制算法，此外，还学习到了控制局部的软件编程。通过此次设计方案，学习到了更多的是设计的理念。致 本文是在导师国福副教授的谆谆教导和悉心指导下完成。教师在学术上有着严谨的科研作风，实事的治学态度，并能时刻把握最新科技的最前沿，了解科研动态，让我受益匪浅。教师生活上平易近人，和蔼可亲，是我生活和学习中的典范；教师渊博的知识、严谨的作风、高尚的人格以及忘我的工作热情，将永远鼓励我在以后的学习生活中不断进取，发奋向上。在毕业设计的过程中，教师给了我最及时有效的指导，使我终于克制困难，顺利完成了毕业设计。在此，谨向我的导师表示我最崇高和最衷心的感。此外，十分感在我大学生活以及做毕业设计过程中不断给我无

40、私关心和帮助的同学。参考文献1.国强.基于模糊自适应控制的锅炉温度控制J.轻工机械.2013(02)：51-55.2.周天沛,伟.基于粒子群模糊规则优化的水煤浆气化炉温度控制系统J.计算机测量与控制. 2013(04)：913-915.3.Ajay Pratap Singh, Samrat Mukherjee, Michael Nikolaou.Debottlenecking level control for tanks in seriesJ. Journal of Process Control, 2014, 24(3).4.Engin Yesil.Interval type-2 fuzz

41、y PID load frequency controller using Big BangBig Crunch optimizationJ.Applied Soft puting Journal, 2014, 15.5. 实.基于模糊PID算法的电阻炉温度控制系统设计J.电脑知识与技术.2011(05):1162-1163.6.王述彦,师宇,忠绪.基于模糊PID控制器的控制方法研究J.机械科学与技术. 2011(01):166-172.7.王本琪.基于组态王的PLC锅炉温度控制系统的设计D.中国海洋大学 2012:9-12.8.祁鲲,厉虹.基于PLC的温度控制仿真试验平台设计J.电气技术.2

42、013(09):30-33.9.段江霞.模糊PID控制在大惯量时滞温度控制系统中的应用研究D.大学2013:10-11.10.高小凤.电锅炉温度控制算法的研究与应用D. 科技大学 2013：21-29.附录A：主要程序设计 ORG 0000H AJMP START ORG 000BH AJMP INT0 ORG 001BH AJMP INT1 ORG 00F0HSTART: NN: P1.0 NN MOV 2FH,#00H MOV 30H,#00H MOV 3BH,#00H MOV 3CH,#00H MOV 3DH,#00H MOV 3EH,#00H MOV 32H,#05HMOV 31H,#

43、87HMOV 37H,#00HMOV 38H,#29HMOV 33H,#00H MOV 34H,#4AHMOV 35H,#01HMOV 36H,#99HMOV TMOD,#56HMOV TL0，#06HMOV TH0，#06HCLR PT0SETB TR0SETB ET0SETB EA MAIN:JNB P1.1 MMAJMP MAIN NN: $ENDINT0：PUSH DPLPUSH DPHPUSH ASETB 0D50HACALL SAMPACALL PIDMOV R3，2FHMOV R2，30HACALL CPL1MOV A,R2MOV TL1，AMOV A,R3ANL A,#0FH*

44、OR A,#0F0HMOV TH1,ASETB P1.3SETB PT1SETB ET1SETB TR1 LOOP: 0D50H,LOOPPUSH APUSH DPHPUSH DPLRETI INT1：CLR 0D50HCLR P1.3RETI SAMP:MOV DPTR,#4000HMOV* DPTR,AMOV R2,#20HDLY:DJNZ R2，DLY ZERO: P3.3，ZEROMOV* A,DPTRMOV 2AH,AINC DPTRMOV* A,DPTRANL A,#0F0HSWAP A MOV 2BH,AMOV A,2AHANL A,#0FHSWAP AORL A,2BHMOV A,2AHANL A,#0F0HSWAP AMOV 2AH,ARET PID:MOV R5，31HMOV R4，32HMOV R3，2AHMOV R2