单片机控制水温电路设计：PID算法与自动整定

"这篇学士学位论文主要探讨了基于单片机的水温控制电路设计，包括程序代码和中英文翻译。设计使用了MCS-51系列的AT89C51单片机，利用PID算法控制PWM波形来调整电炉的加热，以实现精确的水温控制。此外，论文提出了一种归一化参数整定法，简化了PID控制器的参数设置，提高了工作效率。系统还包含了温度显示、用户输入和继电器控制等功能。" 在温度控制领域，单片机的应用广泛，尤其在自动化和消费电子产品中。传统的温度控制系统通常需要复杂的外围电路和校准过程，而单片机则能提供更精确、更灵活的控制方式。这篇论文中的设计采用AT89C51单片机作为核心，通过编程实现PID算法，控制脉宽调制（PWM）信号，进而调整电炉的加热功率，以达到水温的恒定控制。这一方法特别适合于环境参数经常变化的小型水温控制系统。 系统的主要组成部分包括： 1. **电炉** - 通过继电器接入220V交流电源，用于加热水。继电器的开闭由单片机根据温度控制逻辑控制。 2. **传感器** - 实时监测水温，将温度信号传递给单片机。这通常使用热电偶或热敏电阻等温度传感器。 3. **单片机基本系统** - a. 接收传感器的温度信号，处理后送至显示单元。 b. 接受用户通过键盘输入的温度阈值，允许用户设置期望的水温。 c. 计算实际温度与设定温度的差值，根据PID算法生成控制信号，通过继电器控制电炉的加热状态。 论文提出的归一化参数整定法降低了PID控制器的调试难度，仅需整定一个参数，减少了手动调整的工作量，提升了系统的适应性和自动化程度。这样的设计对于应对复杂工况和动态变化的对象特性具有显著优势。 整个系统还包括数码管显示模块，用于显示实际温度和设定温度，以及键盘输入模块，允许用户交互式地设定温度阈值。7407同相器用于驱动数码管和固态继电器，确保了驱动信号的稳定和可靠。 这篇论文提供了基于单片机的水温控制系统的全面设计方案，结合了硬件电路和软件算法，为实际应用提供了理论基础和技术参考。