基于模糊控制的无线温度控制系统的设计.doc

基于模糊控制的无线温控系统设计 宗晓萍1，李燕2，刘巍1 (1. 河北大学电子信息工程学院 河北保定 ； 2. 河北机电职业技术学院 河北邢台 ) 摘要：介绍了一种利用模糊控制器实现无线温度控制系统的设计方案。此方案以工业用电阻炉为控制对象，下位机将PT100测量温度反馈量无线传送给上位机，上位机采用模糊控制算法，将控制输出量以无线通信的方式传送给下位机，构成闭环控制系统。其中执行机构以PWM输出方式对电阻炉温度进行控制。 关键词：模糊控制；PT100测温；无线通讯；PWM 中图分类号：TP311 文献标识码：A The Design for Wireless temperature control system Based on Fuzzy Control Xiao-Ping Zong Yan Li Wei Liu （1. College of Electronic and Informational Engineering , Hebei University, BaoDing ; 2. Hebei Institute of Electrical and Mechanical Technology, Hebei XingTai ) Abstract: Wireless temperature control system is designed based on Fuzzy control in this paper. The closed-loop system is composed of slave machines and master machines. PT100 thermal resistances sensors is used for detecting the temperature in the slave machines and fuzzy control logic is used for controlling temperature in the master machines. The communication between slave machines and master machines is implemented by wireless modules. Key words: Fuzzy control; PT100; Wireless communication; PWM 1 引言 温度控制广泛用于生产生活当中，在粮食储存，数字农业，医疗监控等行业尤其重要。随着现代工业技术的发展,被控对象和生产过程日益复杂,系统的非线性、时滞性和环境的不稳定性导致难以建立精确的数学模型,这使传统控制技术受到了严峻的挑战。模糊控制技术的控制算法由控制规则和推理机构组成,能方便地描述控制操作人员的控制经验,不需要被控对象的数学模型,便可达到较好的控制效果,非常适用于温度控制系统。本系统以模糊控制器作为基础，由单片机配合Pt100铂电阻两线制测量电路和无线通信模块nRF24L01，构建了一个简单可行的无线温度控制系统，该系统有控制精度高，成本低，功耗低，无需布线和搭建网络等优点，在以电阻炉为控制对象的控制系统中，达到了满意的控制效果。 2 系统整体设计方案 系统由一个上位机和一个下位机构成。系统结构如图1所示，下位机采集温度数据并通过nRF24L01无线模块将数据发送给主机，上位机通过USB接口将数据传送给PC机，由LabWindows/CVI设计模糊控制器计算输出控制量。 P Pt100 测量电路 NRF2401无线模块 PWM输出 C805f330 单片机 CY7C68013单片机 NRF2401无线模块 PC机 模糊控制器 (a)下位机 (b)上位机 图1 系统结构组成 广义对象 3 下位机系统的硬件和软件设计 下位机硬件系统由C8051f330单片机，传感器测量电路，PWM输出模块和无线模块构成。如图2所示，传感器测量电路由pt100两线制测量电路构成，根据铂电阻阻值会随着温度的变化而改变的规律，在前置放大电路中采用电桥法将阻值变化转换为电压变化，产生随温度变化的模拟电压信号，经过C8051f330的内部AD转换器将模拟量转换为数字量，再根据前置电压放大倍数和铂电阻非线性计算公式推出当前温度值。 PWM输出模块由光电耦合器和继电器构成，由C8051f330单片机控制PWM输出，正脉冲宽度由上位机模糊控制器计算后提供。PWM脉冲经过光电耦合器后控制220V继电器开关，可直接作用于执行机构。 图2 下位机测量电路 下位机软件设计主要完成Pt100温度计算和PWM脉宽调制。其中PWM脉宽调制采用C51语言，在keil4编译器上调试编译通过。 vo