基于模糊控制的水温自动调节器的设计与开发

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1、基于模糊控制的水温自动调节器的设计与开发摘要随着现代工业过程的不断复杂化，实际生产过程中的非线性、不确定性和复杂性的增加，传统的PID控制器已经不能满足我们的实际要求，因此我们力图将近些年发展起来的一些先进的智能控制方法，应用到PID控制领域当中。近年来，模糊控制已成为智能自动控制研究中最为活跃而又富有成果的领域。其中模糊PID控制技术扮演了十分重要的角色，并且仍将成为未来研究与应用的重点技术之一。嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，并且软硬件可裁剪，适用于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要

2、求的专用计算机系统。它一般由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统以及用户的应用程序等四个部分组成，用于实现对其他设备的控制、监视或管理等功能。以嵌入式微处理器AT89C2051为模糊控制器，结合温度传感器、多谐振荡电路、LED显示器、输出电路等组成一个基于模糊控制的温度控制系统。温度传感器及有关电路将温度转化为电脉冲的脉宽，单片机将测得的脉冲宽度的值转化为与之对应的温度值。与设定的温度相比较后，以温度偏差及其变化量为输入、加热量为输出，通过模糊控制算法，就可达到水温自动调节的目的。对任意温度对应的脉宽还可进

3、行自动测量，并加以显示。关键词：AT89C2051单片机模糊控制温度电热水器、1.引言自动控制理论有将近一个世纪的发展史，经历了经典控制理论和现代控制理论两个阶段后，正促使人们致力于70年代末开始的智能控制理论研究。它是在人工智能学科基础上，对控制理论研究在深度和广度上的开拓；也是当前被控对象的高度复杂化、控制性能要求的高指标化和计算机技术发展市速化所必然的趋向。人工智能包括推理、学习和联想三大要素，它是采用非数学式子方法，把人们的思维过程模型化，并用计算机来模仿人的智能的学科。许多科学家认为下一世纪生产力的飞跃寄

4、托于人工智能技术，并认为人工智能的发展必将带来一次新的史无前例的技术革命，第五代计算机的研究充分体现了人类左脑的逻辑推理功能，而人工智能研究的下一步是模仿人类右脑的模糊处理功能。人工智能将在逻辑推理计算机、模糊计算机和神经网络计算机这三者的基础上，由两个方面来实现，即：一是利用现有的计算机技术模拟人类的智能；二是利用一种全新的技术来实现信息处理的模糊化和网络化。前者是实现人工智能必需的先决条件；后者是实现人工智能的根本途径。“模糊”是人类感知万物、获取知识、思维推理、决策实施的重要特征。“模糊”经“清晰”所拥有的信

5、息容量更大，内涵更丰富，更符合客观世界。“模糊控制理论”是由美国学者加利福尼亚大学著名教授L.A.Zadeh于1965年首先提出，至今仅有20余年时间。它以模糊数学为基础，用语言规则表示方法和先进的计算机技术，由模糊推理进行判决的一种高级控制策略。它无疑是属于智能控制范畴，而且发展至今已成为人工智能领域中的一个重要分支。其理论发展之迅速，应用领域之广泛，控制效益之显著，实为世人醒目关注。特别是近一二年内，模糊控制与其他控制策略构成的集成控制，以及与神经网络相结合的模糊神经网络等得到迅速发展，更使诸多学者确信，它是一

6、种全新的技术和高科技的发展方向。“模糊控制”是近代控制理论中一种基于语言规则与模糊推理的高级控制策略和新颖技术。它是智能控制的一个重要分支，发展迅速，应用广泛，实效显著，引人关注。模糊控制比传统的PID等控制方法，在强时变、大时滞、非线性系统中的控制效果有着明显的优势。将模糊控制技术应用于家电产品在国外已是很普遍的现象。单片机是家用电器常用的控制器件，把二者结合起来，可是控制器的性能指标达到最优的目的。基于模糊控制技术的单片机控制的电热水器，是对传统的电热水器开关控制的改造，具有达到设定温度时间短、稳态温度波动小、

7、反应灵敏、抗干扰能力强、节省电能等优点。2.系统分析（功能、性能、要求、特点）(一)嵌入式系统概述随着计算机技术的发展，一种不为人们所熟悉但却被广泛应用的计算机系统逐渐发展壮大，那就是嵌入式系统。对于嵌入式系统，至今没有确切的定义，多指置于电子设备内部，完成某种特定功能的计算机系统，具有软件代码小、高度自动化、响应速度快等特点。嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，并且软硬件可裁剪，适用于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统。它一般由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统

8、以及用户的应用程序等四个部分组成，用于实现对其他设备的控制、监视或管理等功能。嵌入式系统一般指非PC系统，它包括硬件和软件两部分。硬件包括处理器/微处理器、存储器及外设器件和I/O端口、图形控制器等。软件部分包括操作系统软件（OS）（要求实时和多任务操作）和应用程序。有时设计人员把这两种软件组合在一起。应用程序控制着系统的运作和行为；而操作系统控制着应用程序