基于單片機(jī)的浴室控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘 要：基于浴室溫濕度對(duì)人體皮膚感覺的影響提出了以單片機(jī)為控制器的浴室智能控制系統(tǒng)，并以模糊控制方法來調(diào)控溫濕度，并應(yīng)用模糊解耦的方法來解決溫度和濕度強(qiáng)耦合的問題。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；模糊控制；溫濕度

中圖分類號(hào)：TP273

隨著人們生活水平的不斷提高，人們對(duì)于生活中浴室環(huán)境的要求也越來越高。簡(jiǎn)單的浴霸加熱水器模式已不能滿足人們的需求。科技的進(jìn)步給我們帶來了智能浴室的全新概念[1]，但此類產(chǎn)品價(jià)格較高，對(duì)于廣大的城市中低收入家庭和廣大農(nóng)村地區(qū)還不能很快普及。立足于此情況，提出了基于單片機(jī)的浴室控制系統(tǒng)。利用魯棒性和自適應(yīng)性很好的模糊控制器來控制浴室內(nèi)的溫度和濕度，同時(shí)溫度和濕度強(qiáng)耦合的問題也采用模糊解耦的方法來解決，滿足人體熱舒適度的需求[2]，提高廣大普通家庭浴室使用的舒適性和便利性。

1 智能浴室簡(jiǎn)介

浴室，又稱沐浴室、沐浴間，傳統(tǒng)浴室需要手動(dòng)調(diào)浴室內(nèi)的溫度、開排風(fēng)扇調(diào)節(jié)浴室內(nèi)的濕度；而浴室控制系統(tǒng)使人們擺脫了頻繁動(dòng)手調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度、排風(fēng)控制開關(guān)等繁雜低效的事情等，只是通過設(shè)定好的溫度、濕度，就可以智能的控制浴室內(nèi)的溫濕度，使人體肌膚感覺舒服，讓人們放松的享受每一分鐘。

2 溫濕度控制方案

傳感器信號(hào)檢測(cè)電路的功能是將家庭浴室內(nèi)環(huán)境涉及的溫濕度參數(shù)實(shí)時(shí)地轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，經(jīng)過信號(hào)處理電路之后傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)。

2.1 計(jì)算濕度。為了以獲取準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，必須補(bǔ)償濕度傳感器的非線性，則可使用如下公式修正讀數(shù)[3]：

3 模糊控制器的設(shè)計(jì)

模糊控制系統(tǒng)是一種自動(dòng)控制系統(tǒng)[4]，它是基于模糊數(shù)學(xué)、模糊語言形式的知識(shí)表示和模糊邏輯，采用計(jì)算機(jī)控制技術(shù)構(gòu)成的一種具有閉環(huán)結(jié)構(gòu)的數(shù)字控制系統(tǒng)。根據(jù)浴室內(nèi)實(shí)際情況，把整個(gè)系統(tǒng)分成排風(fēng)控制子系統(tǒng)、溫度控制子系統(tǒng)和濕度控制子系統(tǒng)。溫度控制系統(tǒng)保障人體熱舒適度對(duì)所處環(huán)境溫度的要求，濕度控制系統(tǒng)保障人體熱舒適度對(duì)所處環(huán)境濕度的要求，但排風(fēng)系統(tǒng)對(duì)溫度和濕度都有很大影響。所以本系統(tǒng)以浴室內(nèi)的溫度與設(shè)定溫度之間的溫度偏差Et，溫度偏差變化率EtC和浴室內(nèi)的濕度與設(shè)定濕度之間的偏差（Eh）與濕度偏差的變化率（EhC）作為輸入量。

4 單片機(jī)主程序設(shè)計(jì)

系統(tǒng)單片機(jī)內(nèi)部程序設(shè)計(jì)主要包括以下幾個(gè)方面，系統(tǒng)主程序，溫度檢測(cè)子程序和濕度檢測(cè)子程序，溫度和濕度的控制子程序，按鍵處理專用的子程序，系統(tǒng)參數(shù)顯示的子程序等。主程序工作在循環(huán)方式下，需要對(duì)定時(shí)器進(jìn)行數(shù)據(jù)初始化設(shè)置，溫濕度檢測(cè)，溫濕度處理，以及顯示子程序等循環(huán)調(diào)用功能[5]。單片機(jī)系統(tǒng)的初始化是靠單片機(jī)主程序，定時(shí)器初值計(jì)數(shù)，開中斷等，隨后，系統(tǒng)進(jìn)入循環(huán)，逐一調(diào)用各功能模塊當(dāng)中的應(yīng)用函數(shù)。其中功能模塊的函數(shù)主要包括：溫度和濕度采集程序、數(shù)據(jù)采集后處理程序、模糊算法功能程序、數(shù)據(jù)顯示程序、輸出控制程序等。

5 結(jié)論

通過從理論設(shè)計(jì)出發(fā)，對(duì)市場(chǎng)現(xiàn)有家庭傳統(tǒng)浴室的設(shè)備及使用情況展開分析與研究。在家庭傳統(tǒng)浴室人工控制的基礎(chǔ)上，采用了基于單片機(jī)的浴室環(huán)境自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想。系統(tǒng)硬件由單片機(jī)、各傳感器及外部驅(qū)動(dòng)電路組成，通過C語言編程設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)模糊運(yùn)算和各模塊的功能[5]。啟動(dòng)系統(tǒng)后，使用者只需要通過鍵盤將自己想要達(dá)到的室內(nèi)溫度、濕度輸入浴室控制系統(tǒng)就可以了，控制系統(tǒng)會(huì)根據(jù)使用者要求的溫度、濕度對(duì)浴室環(huán)境進(jìn)行控溫控濕處理，并不斷采集浴室環(huán)境內(nèi)的溫度、濕度信息，與用戶要求信息進(jìn)行對(duì)比，通過運(yùn)算，輸出信號(hào)對(duì)浴室設(shè)備進(jìn)行控制以達(dá)到使用者要求的溫度、濕度。

參考文獻(xiàn)：

[1]王明秋.智能家居控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)研究[D].武漢：華中師范大學(xué)，2006.

[2]戴朝華，朱云芳，馮濤.CI控制的舒適性與節(jié)能性研究[J].制冷學(xué)報(bào)，2005，26（03）：57-60.

[3]王寶芹，范長(zhǎng)勝，郭艷玲.基于單片機(jī)的溫室溫濕度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].林業(yè)機(jī)械與木工設(shè)備，2008（03）：5-8.

[4]周黎英，趙國(guó)樹.模糊PID控制算法在恒速升溫系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].儀器儀表學(xué)報(bào)，2008（02）：16-19.

[5]金桂向，國(guó)梁.基于C語言STC89C52單片機(jī)電子密碼鎖的設(shè)計(jì)與仿真[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2010（19）：35-38.

作者簡(jiǎn)介：張利成（1981-），男，北京人，助教，工程碩士，主要從數(shù)控技術(shù)、生產(chǎn)過程智能控制等工作；張瑞成（1975-），男，河北豐潤(rùn)人，電氣工程學(xué)院副院長(zhǎng)，副教授，工學(xué)博士，主要從事軋鋼自動(dòng)化、生產(chǎn)過程智能控制和魯棒控制等研究工作。

作者單位：北京信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，北京 100015；河北聯(lián)合大學(xué)，河北唐山 063009