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1、技术交流基于模糊理论的单片机温度控制系统的设计12陈建华,李干林(南京工程学院,江苏南京210013)[摘要]介绍了一种以单片机为核心,采用模糊控制算法的温度控制系统,并对模糊控制思想及系统的软、硬件设计进行了详细阐述。采用该控制系统,能较好地克服温度控制对象的纯滞后特性,控制响应时间短,超调小。[关键词]单片机;模糊控制;固态继电器;温度控制[中图分类号]TK323[文献标识码]A[文章编号]10023364(2007)01006703温度是工业控制对象中主要的被控参数之一。在从图1可以看出,模糊控制器的输出由系统的输温度控制中,由于受到温度被控对象特性
2、(如惯性大、入经过一定的模糊逻辑推理而得到,这一推理过程可滞后大、非线性、强耦合等)的影响,使得控制性能难以以通过软件来实现。提高。采用模糊控制算法进行温度控制能较好地克服单片机具有高集成度、高性能、大容量、低功耗、低温度控制对象的纯滞后问题,提高温度控制的精度。价格等特点,以单片机为核心,将其与模糊控制算法结合起来,即可构成一种方便适用、价格便宜的模糊温度1模糊控制思想及模糊控制器的基本控制器。结构2系统的硬件设计模糊控制器的基本结构如图1所示,控制单元为典型的双输入单输出的模糊控制器,其输入给定信号模糊温度控制系统以AT89C51作为主控制器。与反馈信
3、号的偏差e及偏差的微分ec(变化率),经过AT89C51内带FLASH存储器,程序可多次修改,满模糊化处理为对应的模糊量E、EC,再根据规则库进足将来更新程序的需要。温度采样由LM集成温度传行模糊推理,得到模糊控制量U,最后经过模糊判决感器LM35和ADC0804组成;输出控制通过SSR固(反模糊化),得到精确的控制变量u去控制被控对象。态继电器控制通断;由6个共阴数码块LED、1个8255A并行口和2个74LS07驱动芯片相组合,实现温度测量值及设定值的显示;设置四位独立按键用于控制的手/自动切换、温度设定值的输入和控制周期的改变,其控制系统构成见图2。
4、2.1温度采样图1模糊控制器的基本结构在控制系统中,LM集成温度传感器输出的电压作者简介:陈建华(1976-),男,电气工程及自动化专业,工学硕士,南京工程学院电力工程系讲师。E2mail:farzia1976@sohu.com热力发电·2007(1)67技术交流的闭合与断开,控制固态继电器在一个控制周期内通断的次数,即可控制电炉的输出功率。固态继电器通断的次数是由AT89C51根据控制算法获得。图2控制系统构成图6固态继电器控制输出电路信号经LM358集成放大器放大到0～5V后加于ADC0804的Vin(+)端,ADC0804的INTR信号与AT89C5
5、1的INTO信号线相连,以通知AT89C51有3系统的软件构成效地读取ADC0804输出的数学量。信号采集部分的电路见图3。温度控制系统由主程序和中断程序组成。主程序主要完成数据的采集、滤波、标度变换及显示、模糊控制推理、按键输入值(手/自动方式、温度设定值和控制周期)扫描及根据其输入值转移到相应的执行程序。中断程序主要用于设定固态继电器在一个控制周期内的通断次数及每次通断持续的时间(设为5ms),实现图3信号采集电路对功率的控制。主程序流程见图7。2.2显示部分在单片机应用系统中使用LED构成显示器时,外接8255A芯片进行I/O扩展,由8255A的A口
6、驱动数码管显示,BD信号提供数码管的位选信号,动态刷新显示温度值(图4)。图4显示部分电路2.3输出控制输出控制的调功原理:通过调节电功率来控制被加热物体的温度。通过控制开关每秒闭合的次数来改变功图5调功原理率(图5)。在图6中,固态继电器相当于一个开关,当P1.7输出高电平时,固态继电器断开;当P1.7输出低电平图7主程序流程时,固态继电器导通。固态继电器的通断相当于开关68热力发电·2007(1)技术交流版社,1999.4结语[2]同小军.模糊推理的程序化[J].电气自动化,2000,22(6):22224.[3]范赣军,陈林,刘青.单片微型计算机控制
7、技术[M].大连采用单片机模糊控制系统控制温度能较好地克服海事大学出版社,1996.温度对象的纯滞后特性,控制响应时间短、超调小,可[4]涂时亮,张友德.单片机控制技术[M].上海:复旦大学出获得比传统的PID算法好得多的控制效果,而且系统版社,1994.结构简单,适用范围广。对于不同的温度控制对象,只[5]李朝阳.单片机原理及接口技术[M].北京航空航天大学需要适当修改模糊推理关系,而无需改变系统的硬件出版社,1995.结构。[6]窦振中.模糊逻辑控制技术及其应用[M].北京航空航天大学出版社,1995.[参考文献][7]周仲.国内外常用集成电路互换型号
8、及应用手册[M].北[1]李仁厚.智能控制理论和方法[M].西安电
