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
一種單片機溫度模糊控制系統(tǒng)的實現(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)計實現(xiàn)。并在模糊電飯煲上進(jìn)行實驗研究,給出了系統(tǒng)的組成、模糊控制算法的實現(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,本文設(shè)計實現(xiàn)了模糊電飯煲的控制系統(tǒng)。
為了實現(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。整個系統(tǒng)的核心是模糊控制器,由單片機實現(xiàn);溫控裝置由繼電器驅(qū)動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)將溫度檢測裝置得到的實時信號y與設(shè)定溫度信號x進(jìn)行比較,得到誤差信號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)
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
單片機采用M o t o r o l a公司的MC68HC5P9。單片機用軟件完成模糊控制算法,輸出信號控制功率驅(qū)動電路,實現(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用于啟動和停止模糊控制系統(tǒng)。
功率驅(qū)動電路采用繼電器驅(qū)動方式。通過控制繼電器采樣周期內(nèi)閉合的時間,實現(xiàn)對加熱器的開關(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,其中五個對應(yīng)于K 1鍵的五種工作方式,1個用于顯示系統(tǒng)開關(guān)狀態(tài)。
3.1 模糊控制器的實現(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
模糊量化是將一個精確值化成一個或幾個模糊值的單點的過程。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,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)的實時性,本系統(tǒng)將上述模糊決策中推理過程通過離線計算,產(chǎn)生一個模糊控制總表,以簡化系統(tǒng)運行時控制器的在線運算。
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)
本文的控制系統(tǒng)具有實時性好、控制速度快、穩(wěn)定性好等優(yōu)點。
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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。