基于AT89S51单片机的PID温度控制系统设计

　　温度控制技术不仅在工业生产有着非常重要的作用，而且在日常生活中也起着至关重要的作用。本文对系统进行硬件和软件的设计，在建立温度控制系统数学模型的基础之上，通过对PID控制的分析设计了系统控制器，完成了系统的软、硬件调试工作。算法简单、可靠性高、鲁棒性好，而且PID控制器参数直接影响控制效果。

　　1. 系统概述

　　1.1 系统总体结构

　　该系统利用AT89S51丰富的外设模块搭建硬件平台。系统的硬件电路包括：模拟部分和数字部分，基本电路由核心处理模块、温度采集模块、键盘显示模块及控制执行模块等组成。

　　1.2 系统工作流程

　　系统开始工作时，首先由单片机控制软件发出温度读取指令，通过数字温度传感器采集被控对象的当前温度值并送显示屏实时显示。然后，将该温度测量值与设定值T比较，其差值送PID控制器。PID控制器处理后输出一定数值的控制量，经D/A转换为模拟电压量，控制被控对象进行加热。

　　1.3 系统软件设计方法

　　整个系统软件设计包括管理程序和控制程序两部分，管理程序包括LED显示的动态刷新、控制指示灯、处理键盘的扫描和响应。控制程序包括A/D转换、中值滤波、越限报警处理、PID计算等。

　　2. 系统硬件结构

　　2.1 电源电路的设计

　　系统所用直流电源由三端集成稳压器组成的串联型直流稳压电源提供。设计中选用了LM7805LM7815和LM7915三个三端集成稳压器，提供+5V直流电压，输出电流均为1A.变压器将220V的市电降压后再通过整流桥整流之后采用了大容量的电解电容进行滤波，以减小输出电压纹波。电源电路图如图1所示。

　　

　　图1 电源电路图

　　2.2 复位电路设计

　　单片机复位电路设计的好坏，直接影响到整个系统工作的可靠性。只有一个可靠的复位电路才能使系统避免出现了“死机”、“程序走飞”等现象。电路图如图2所示。

　　

　　图2 复位电路图

　　2.3 时钟电路设计

　　本控制器采用的是内部振荡方式得到单片机的时钟信号，这种方式得到的时钟信号比较稳定。图3为时钟电路。

　　

　　图3 时钟电路图

　　2.4 可控硅输出电路

　　可控硅是一种功率半导体器件，简称SCR，也称晶闸管。本部分为控制电加热炉功率的双向可控硅驱动电路，采用MOC3041作为驱动电路。如图4所示。

　　

　　图4 可控硅输出电路

　　2.5 声光报警电路模块

　　某一通道的温度测量值超出预先设定的上、下限报警值或系统运行出现故障时，系统发出声光报警以提醒用户注意。如图5所示。

　　

　　图5 声光报警电路图

　　3.系统软件设计

　　3.1 系统主程序设计

　　在反应器系统中，主程序的功能主要是设定程序执行过程中用到的相关变量，分配寄存器，对所需要的参数初始化，根据定时中断程序，调用相应的功能模块，完成一定的任务。