一種單片機(jī)溫度模糊控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

甄麗平 司紹偉

石家莊經(jīng)濟(jì)學(xué)院信息工程系，河北 石家莊 050031

武警石家莊指揮學(xué)院通信基礎(chǔ)，河北 石家莊 050006

一種單片機(jī)溫度模糊控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

甄麗平 司紹偉

石家莊經(jīng)濟(jì)學(xué)院信息工程系，河北 石家莊 050031

武警石家莊指揮學(xué)院通信基礎(chǔ)，河北 石家莊 050006

本文介紹了模糊溫度控制系統(tǒng)的硬件方案，以及溫度模糊控制器的輸入模糊化、模糊決策、輸出逆模糊化等過程的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。并在模糊電飯煲上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，給出了系統(tǒng)的組成、模糊控制算法的實(shí)現(xiàn)。

溫度控制；模糊控制；算法

通過模糊控制理論的研究，結(jié)合目前應(yīng)用廣泛的單片機(jī)，本文設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了模糊電飯煲的控制系統(tǒng)。

1 溫度模糊控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

為了實(shí)現(xiàn)模糊電飯煲的良好控制，我們采用了二維溫度模糊控制系統(tǒng)，如圖1所示。整個(gè)系統(tǒng)的核心是模糊控制器，由單片機(jī)實(shí)現(xiàn)；溫控裝置由繼電器驅(qū)動(dòng)電路控制加熱器的開關(guān)，達(dá)到控制溫度的目的；由熱敏電阻構(gòu)成溫度檢測(cè)電路。

系統(tǒng)溫度變化主要包括恒溫和升溫過程，其控制過程類似。首先系統(tǒng)將溫度檢測(cè)裝置得到的實(shí)時(shí)信號(hào)y與設(shè)定溫度信號(hào)x進(jìn)行比較，得到誤差信號(hào)e以及誤差變化率ec由模糊控制器進(jìn)行處理，輸出開關(guān)控制量u，控制加熱過程。

圖1 溫度模糊控制系統(tǒng)

2 硬件方案

電飯煲溫度控制系統(tǒng)硬件電路方框圖如圖2所示。

圖2 溫度控制系統(tǒng)框圖

單片機(jī)采用M o t o r o l a公司的MC68HC5P9。單片機(jī)用軟件完成模糊控制算法，輸出信號(hào)控制功率驅(qū)動(dòng)電路，實(shí)現(xiàn)溫度控制。

鍵盤輸入電路由按鍵K 1、K 2組成。K 1用于選擇5種工作方式，K 2用于啟動(dòng)和停止模糊控制系統(tǒng)。

功率驅(qū)動(dòng)電路采用繼電器驅(qū)動(dòng)方式。通過控制繼電器采樣周期內(nèi)閉合的時(shí)間，實(shí)現(xiàn)對(duì)加熱器的開關(guān)式控制。

LED顯示電路由兩部分組成，一部分是7段LED數(shù)碼管，用于顯示溫度，每采樣周期刷新一次顯示值；另一部分是LED二極管，共6個(gè)，其中五個(gè)對(duì)應(yīng)于K 1鍵的五種工作方式，1個(gè)用于顯示系統(tǒng)開關(guān)狀態(tài)。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 模糊控制器的實(shí)現(xiàn)

在模糊電飯煲中，模糊溫度控制有兩種情況：一種是恒溫控制，另一種是勻速升溫控制。其控制原理類似，其結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。

圖3 模糊控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

模糊量化是將一個(gè)精確值化成一個(gè)或幾個(gè)模糊值的單點(diǎn)的過程。本系統(tǒng)中保溫過程中，溫差e、溫差變化率ec為語言輸入變量；升溫過程中，溫差變化率及溫差變化率的變化率為語言輸入變量。輸出變量為開關(guān)量u。模糊分割數(shù)取9，各語言變量的論域如下：

模糊決策的基礎(chǔ)是模糊控制規(guī)則?？偨Y(jié)溫度控制經(jīng)驗(yàn)，溫度模糊控制規(guī)則如表1所示。

為了進(jìn)一步提高系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，本系統(tǒng)將上述模糊決策中推理過程通過離線計(jì)算，產(chǎn)生一個(gè)模糊控制總表，以簡(jiǎn)化系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)控制器的在線運(yùn)算。

由模糊推理得到的結(jié)論仍然是輸出控制量的模糊集。由模糊控制總表得到輸出量u’后，再利用u=(b-a)u’/2n+(a+b/2)公式求出實(shí)際的控制量u。

3.2 系統(tǒng)軟件流程

系統(tǒng)程序總體結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 系統(tǒng)程序總體結(jié)構(gòu)

4 結(jié)論

本文的控制系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)性好、控制速度快、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。

[1]余永權(quán)，曾碧.單片機(jī)模糊邏輯控制.北京航空航天大學(xué)出版社.1995

[2]王俊普.智能控制.中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社.1996

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[4]張志軍，孫旭東. 模糊控制在溫度控制中的應(yīng)用.自動(dòng)化與儀器儀表.1998.5

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.10.083

甄麗平，講師，石家莊經(jīng)濟(jì)學(xué)院信息工程系電子信息教研室。