- 基于80C52单片机的电加热数字恒温控制系统设计[图]

8255A芯片用来扩展I/O口，它有3个输入输出端口，PA口接测量显示的LCD液晶显示器，PB口接给定温度显示的LCD液晶显示器，PC口控制LCD的选通，8255A的地址通过锁存器74L373选择，这样就很好的解决了单片机端口资源不足的问题，并且各个模块功能清晰。

2.2 软件系统设计

2.2.1 程序流程

程序流程如图3所示。系统程序包括主程序、对80C52单片机硬件电路的初始化、显示程序、键盘处理程序等。控制器的软件主要包括两部分：监控程序和控制程序。监控程序的主要功能包括初始化设置、内存清零、定时采样、键位操作和显示等。控制程序的主要功能包括定时、数据处理、温度控制子程序等。该系统的软件是在80C52单片机仿真开发环境下采甩基于51系列的C语言编写的，用C语言来设计程序大大提高了开发调试的工作效率。

图3 程序流程图

2.2.2 温度控制算法设计

PID控制器具有结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便等优点，是控制理论中技术最成熟、应用最广泛应的一种控制技术。所谓的PID控制，就是按偏差的比例、积分、微分进行控制。想模拟PID调节器的控制规律为：

式中u（t）是PID调节器的输出量，e（t）是PID调节器的输入量，Kp为比例系数，Ti为积分时间常数，Td为微分时间常数。

PID控制的形式多种多样，常用的通常有位置式和增量算式。根据对象的特点，该系统采用PID增量式控制算法。所谓的PID的增量算式，就是根据式（3）计算出u（kT-T），通过计算△u（kT）=u（kT）-u（kT-T）得到PID增量算△u（kT），即第k次采样输出算式为：

在计算机系统中，一般采用恒定的采样周期T,当确定了Kp、Ki、Kd时，根据前后3次测量的偏差值就可以求出控制增量△u（kT）。增量式PID程序流程图如图4所示。

图4 增量式PID程序流程图

3 实验结果与系统仿真

在Keilu Vision3中建立一个文件，在代码框中输入程序代码，检查调试代码无误后运行程序生成。HEX文件，打开PROTEUS的原理图编辑及仿真界面，并在界面中打开事先设计好的电路图，最后把转换好的二进制文件加载入80C52单片机，点击运行调试按钮就可以进行硬件和软件的仿真。

该系统炉温在一定范围内根据实际控制对象可以人工设定，图5为电加热炉温度设定值在50、100、150和300℃时的升温曲线图。从图中可以看出，炉温获得了良好的控制，各项指都达了电加热炉加热对象要求起跳快、调量小、控制平稳的技术指标。

图5 电加热炉温度设定值在50、100、150和300℃时的升温曲线图

4 结束语

该系统经验证能充分实现温度的实时控制与显示、设定显示，达到智能数字控制仪表的要求。试验表明，该系统具有良好的升温、降温特性，静态、动态指标均达到了控制要求，系统精度高，自适应能力强，可靠性高，抗干扰性强，控制界好等特点。系统的超调量小于4%,调节时间在温30~100范围内均6 min小于，炉温达刭了很好在控制效果。改小温度设定值，该系统可应用于孵蛋、细菌培育等场合恒温控制。该控制器的设计方法在热处理、化工、机械加工、金属冶炼等行业炉温控制器设计中具有一定的借鉴意义和推广价值。