模糊控制的恒温控制系统设计.docx

【Word版本下载可任意编辑】 PAGE 1 - / NUMPAGES 1 模糊控制的恒温控制系统设计 为了克服热惯性和高温散热较快的影响，基于模糊控制算法，以单片机为根底设计了一套恒温控制系统，并介绍了硬件组成构造和软件控制方案。实验说明，该系统实现了温度的测量和控制，其中静态误差小于0.2℃，恒温控制的标准差小于O.3℃。同时系统还具有响应速度快、性价比高、可移植性强等优点。  在日常工业生产当中，恒温控制应用非常广泛。模糊控制技术是通过模仿人的思维方法，运用不确定的模糊信息开展决策以实现的控制效果。模糊控制所关心的是目标而不是的数学模型，即研究的是控制器的本身而不是被控对象。因此可以利用特殊的控制媒介，研究控制器本身。本系统以此作为出发点，以单片机为控制器，研究模糊控制算法，实现了的恒温控制。并设计了单片机与上位机的通信软件，实现了远程温度控制和温度曲线可视化的功能。  1 系统功能和硬件设计  本系统以水温作为测量媒介，以AT89C51单片机作为控制器，以AD590温度传感器作为采集器，实现温度的采集、控制、传输、显示的功能。系统采用模糊算法对电热丝的加热时间开展控制，从而到达对水温的控制。同时通过上位机软件可以开展实时控制和显示温度曲线图等，系统框图如图1所示。  图1 系统框图  1.1 温度采集模块  温度采集模块实现温度信号采集、信号调理、模／数转换的功能。主要以集成温度传感器AD590M为采集主体，经过电压跟随器、差分式减法器、电压放大器、反相器等电路作为信号调理，后输入10位A／D转换器TLC1549开展模／数转换。电路图如图2所示。  图2 温度采集模块电路图  AD590是电流型集成温度传感器，具有抗干扰能力强的特点，其输出电流和温度值成正比，且是以温度零度(-273℃)为基准，其线性电流输出为1μA／K，利用10 kΩ的电阻可将电流信号转换为电压信号。本系统的测量范围为0～100℃，因此输出电压范围为2.73～3.73 V。为了增大后端电路的阻抗，减小对电流信号的分流，利用电压跟随器作为信号隔离。后输入差分减法器减去2.73 V，并经过5倍电压放大后，对应的输出电压范围为O～6 V。电压信号输入10位逐次比较型模数转换器TLCl549。其参考电压为5 V，则输入电压的分辨率(单位：mV)为：  从而本系统温度采样的理论分辨率为：  由于传感器信号微弱，极易受到外界电磁环境影响，须使用双绞线传输传感器信号。  1.2 人机交互和远程管理模块  系统开发了丰富的人机交互接口，分为本地管理和远程管理，上简化了操作的复杂度和方便度。在本地端，设有三个功能按键，分别为：设定温度加0.1℃、设定温度减0.1℃、温度控制开关。两个三位七段数码管，分别显示：设定温度和实时采集温度。  系统通过串口转换芯片MAX232，实现上位机和单片机的通信。上位机作为远程管理端，实现了显示温度变化曲线、显示当前温度、显示设定温度、显示正负误差，放大或缩小曲线、保存曲线等功能。  1.3 温度控制和超界报警模块  系统利用单片机控制电热丝在一个加热周期内的加热时间来实现对水温的控制。单片机端口信号经过光耦隔离后，利用三级管驱动电磁继电器的闭合与断开，从而控制加热时间。当温度超过100℃或者实时温度变化超过10℃时，单片机将驱动蜂鸣器开展长时间报警提示，当设置温度变化超过10℃时，蜂鸣器开展短时间报警提示。  2 软件系统设计  系统的控制思路为：根据模糊控制模型和实际应用情况推理出模糊查询表，模糊查询表表示对于不同状态的加温周期时间。单片机根据实时采样温度的变化查取模糊查询表，对加温周期做出调整，从而到达对温度控制的目的。  2.1 主程序  主程序一直处于等待接收串口信号状态，同时判断是否需要发送数据。定时中断每秒对采样温度开展平均值滤波后，置串口发送标志，在主程序中发送。单片机接收到PC信号的个字节时，调用接收数据子程序，将剩余数据接收到缓冲区内，并判断接收数据的类型，执行相应操作。  为防止串口干扰信号，系统采用应答模式和单向传输混用的串口通信，以提高通信的稳定性和系统的实时性。上位机下发命令采用应答模式，单片机实时温度信息上传采用单向通信模式。通信协议由***、命令、数据长度、数据包、校验位组成。  2.2 1ms定时中断程序  1ms定时中断作为系统的总时钟。每1 ms刷新一位数码管，每10 ms扫描按键，每1 s的100 ms中，每隔10 ms采样温度值，将10次采样值冒泡排序，去掉值和值后的平均值，作为本次实时采样的终