一種單片機溫度模糊控制系統的實現

甄麗平 司紹偉

石家莊經濟學院信息工程系，河北 石家莊 050031

武警石家莊指揮學院通信基礎，河北 石家莊 050006

一種單片機溫度模糊控制系統的實現

甄麗平 司紹偉

石家莊經濟學院信息工程系，河北 石家莊 050031

武警石家莊指揮學院通信基礎，河北 石家莊 050006

本文介紹了模糊溫度控制系統的硬件方案，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計實現。并在模糊電飯煲上進行實驗研究，給出了系統的組成、模糊控制算法的實現。

溫度控制；模糊控制；算法

通過模糊控制理論的研究，結合目前應用廣泛的單片機，本文設計實現了模糊電飯煲的控制系統。

1 溫度模糊控制系統的設計

為了實現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，如圖1所示。整個系統的核心是模糊控制器，由單片機實現；溫控裝置由繼電器驅動電路控制加熱器的開關，達到控制溫度的目的；由熱敏電阻構成溫度檢測電路。

系統溫度變化主要包括恒溫和升溫過程，其控制過程類似。首先系統將溫度檢測裝置得到的實時信號y與設定溫度信號x進行比較，得到誤差信號e以及誤差變化率ec由模糊控制器進行處理，輸出開關控制量u，控制加熱過程。

圖1 溫度模糊控制系統

2 硬件方案

電飯煲溫度控制系統硬件電路方框圖如圖2所示。

圖2 溫度控制系統框圖

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動電路，實現溫度控制。

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。

功率驅動電路采用繼電器驅動方式。通過控制繼電器采樣周期內閉合的時間，實現對加熱器的開關式控制。

LED顯示電路由兩部分組成，一部分是7段LED數碼管，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，其中五個對應于K 1鍵的五種工作方式，1個用于顯示系統開關狀態。

3 系統軟件設計

3.1 模糊控制器的實現

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，其結構圖如圖3所示。

圖3 模糊控制系統結構圖

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。輸出變量為開關量u。模糊分割數取9，各語言變量的論域如下：

模糊決策的基礎是模糊控制規則。總結溫度控制經驗，溫度模糊控制規則如表1所示。

為了進一步提高系統的實時性，本系統將上述模糊決策中推理過程通過離線計算，產生一個模糊控制總表，以簡化系統運行時控制器的在線運算。

由模糊推理得到的結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 系統軟件流程

系統程序總體結構如圖4所示。

圖4 系統程序總體結構

4 結論

本文的控制系統具有實時性好、控制速度快、穩定性好等優點。

[1]余永權，曾碧.單片機模糊邏輯控制.北京航空航天大學出版社.1995

[2]王俊普.智能控制.中國科學技術大學出版社.1996

[3]熊朝暉.模糊邏輯在溫度控制中的應用.計測技術.2002.5

[4]張志軍，孫旭東. 模糊控制在溫度控制中的應用.自動化與儀器儀表.1998.5

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.10.083

甄麗平，講師，石家莊經濟學院信息工程系電子信息教研室。