单片机的模糊温度控制器的设计方案
温度控制
摘要在实际的工业生产中，电阻炉设备对温度精度的要求很高，但是因为加热设备本身的一些缺点，如到达温度后还有一定的升温空间，精度控制效果不理想.所以对电阻炉内温度进行调控有很大的难度。
而且常规的方法对温度进行调节，其调节结果基本上都有一部分的超调量，而这些超调量会使温度精度进一步下降。
本文正是基于电阻炉设备的这些缺点，研究引用模糊PID控制方法使电阻炉温度调节拥有更小的误差、调节的反应速度更快。
设计一种以STC89C51单片机为核心控制器，使用模糊策略PID温度控制器，将PID控制与模糊控制的灵活性、简便性以及Robust集为一体的基于模糊策略的电阻炉温控系统。
关键词：模糊 PID 单片机温度控制电阻炉AbstractIn industrial production, resistance furnace temperature control equipment have become increasingly demanding, but because some of its own temperature characteristics, such as having a large inertia, the lag is serious, difficult to establish accurate mathematical model and other shortcomings led to control system performance poor poor control. And most of the literature on the temperature control, the control result has overshoot and most of the time part of a larger overshoot temperature leads to further deviate from the results.This article is based on the characteristics of a study on fuzzy PID control the resistance furnace temperature control system with a small amount of steady-state error, settling time and fast effect. Design of a microcontroller core with STC89C51 controller, fuzzy policy PID temperature controller, the PID control and fuzzy control flexibility, simplicity and Robust set as one of resistance furnace temperature control system based on fuzzy strategy.Keywords: fuzzy PID Temperature Control resistance furnace目录摘要 (1)A B S T R A C T (2)第1章绪论 (5)1.1 电阻炉工作背景 (5)1.2电阻炉温控系统研究现状 (6)第2章系统的总体设计 (7)2.1 电阻炉温控系统的设计方案 (7)2.2 电阻炉的构成 (9)第3章系统的硬件设计 (10)3.1 主控芯片的选型 (10)3.1.1芯片选型(和3.1表达重了) (10)3.1.2 晶振与复位电路的设计 (11)3.2 温度采集模块电路 (12)3.2.1 温度传感器选型 (12)3.2.2 温度传感器与A/D接口电路 (14)3.3 温度设定模块电路 (15)3.4 温度超限报警模块电路 (16)3.5 外部通信模块电路 (17)3.5.1 接口器件的选择 (17)3.5.2串行通讯接口的电路 (18)3.6输出驱动模块电路设计 (18)3.7温度显示模块电路 (19)3.8 电源模块电路设计 (21)第4章基于Fuzzy控制系统仿真 (22)4.1传递PID算法 (22)4.2模糊PID系统设计 (25)4.3 仿真结果分析 (26)第5章系统的软件设计 (30)5.1 系统的总体程序设计 (30)5.2 温度采集模块程序设计 (31)5.3 温度设定模块程序设计 (32)5.4 温度超限报警模块程序设计 (33)5.5 温度显示模块程序设计 (34)5.6 模糊PID控制器设计 (36)5.6.1 模糊PID控制器 (36)5.6.2 模糊自整PID算法 (38)5.7 外部通讯模块程序设计 (38)结论 (40)致谢 (41)参考文献 (42)第1章绪论1.1 电阻炉工作背景自从发电电流的热效应以来，热效应产生的电流首先在家用电器，小电炉用使用电流热效应，后来又在实验室使用。
基于STM32单片机的温度控制系统设计
基于STM32单片机的温度控制系统设计一、本文概述本文旨在探讨基于STM32单片机的温度控制系统的设计。
我们将从系统需求分析、硬件设计、软件编程以及系统测试等多个方面进行全面而详细的介绍。
STM32单片机作为一款高性能、低功耗的微控制器，广泛应用于各类嵌入式系统中。
通过STM32单片机实现温度控制，不仅可以精确控制目标温度，而且能够实现系统的智能化和自动化。
本文将介绍如何通过STM32单片机，结合传感器、执行器等硬件设备，构建一套高效、稳定的温度控制系统，以满足不同应用场景的需求。
在本文中，我们将首先分析温度控制系统的基本需求，包括温度范围、精度、稳定性等关键指标。
随后，我们将详细介绍系统的硬件设计，包括STM32单片机的选型、传感器和执行器的选择、电路设计等。
在软件编程方面，我们将介绍如何使用STM32的开发环境进行程序编写，包括温度数据的采集、处理、显示以及控制策略的实现等。
我们将对系统进行测试，以验证其性能和稳定性。
通过本文的阐述，读者可以深入了解基于STM32单片机的温度控制系统的设计过程，掌握相关硬件和软件技术，为实际应用提供有力支持。
本文也为从事嵌入式系统设计和开发的工程师提供了一定的参考和借鉴。
二、系统总体设计基于STM32单片机的温度控制系统设计，主要围绕实现精确的温度监测与控制展开。
系统的总体设计目标是构建一个稳定、可靠且高效的环境温度控制平台，能够实时采集环境温度，并根据预设的温度阈值进行智能调节，以实现对环境温度的精确控制。
在系统总体设计中，我们采用了模块化设计的思想，将整个系统划分为多个功能模块，包括温度采集模块、控制算法模块、执行机构模块以及人机交互模块等。
这样的设计方式不仅提高了系统的可维护性和可扩展性，同时也便于后续的调试与优化。
温度采集模块是系统的感知层，负责实时采集环境温度数据。
我们选用高精度温度传感器作为采集元件，将其与STM32单片机相连，通过ADC（模数转换器）将模拟信号转换为数字信号，供后续处理使用。
基于模糊控制的温度控制系统设计
（１）当０≤∞≤％≤０．１时，则对误差的控制作用的权重非 常小，而对误差变化的控制作用的权重非常大，使得控制效果
万方数据
存在较大的误差，且过渡过程时间长。 （２）当０．１≤ａｌ≤ａｈ≤０．５时，对误差的控制作用的权重比
较小，对误差变化的控制作用权重比较大，控制效果仍存在误 差，过渡时间过程稍长。
（３）当０．５≤口．≤ａ。≤１时，对误差的控制作用的权重较 大，对误差变化的控制作用的权重比较小，控制效果虽然误差 很小，但对误差变化的控制不够，过渡过程的时间过长，甚至引 起振荡现象。
ＰＳ
ＰＭ ＰＭ ＺＥ ＮＳ ＮＭ ＮＢ ＮＢ
ＰＭ
ＺＥ ＺＥ ＮＳ ＮＭ ＮＭ ＮＢ ＮＢ
ＰＢ
ＺＥ ＺＥ ＮＳ ＮＭ ＮＭ ＮＢ ＮＢ
设计采用Ｍａｍｄａｎｉ方法推理方法进行推理。 由于模糊控制器输出是一个模糊集合，它无法对精确的模 拟或数字系统进行控制。因此，必须进行精确化计算得出此模 糊集中最有代表意义的确定值作为系统的输出控制，主要方法 有：最大隶属度法、取中位数法、加权平均法等，该设计采用重 心法，即加权平均法。 模糊控制器的实现方法就是将上述一系列模糊控制规则 离线化为一个查询表，存储在计算机中供在线控制实时使用。 １．３调整因子的选择 虽然误差以及误差变化率对控制量的权重可以自动调整， 但是％和Ｏｔ。的选择对整个控制系统的控制效果仍然存在着较 大的影响。
由此可以得到，除氧器温度模糊控制器的误差量化因子恐
＝６／３＝２，误差变化率的量化因子ｋ＝６／１＝６。量化因子使得
输入量实现了从基本论域变换到模糊集论域的作用，即由基本 论域中的任意一点通过量化因子映射到模糊集论域中最相近 的整数点。
此外，经模糊控制算法给出的控制量还不能直接控制对 象，必须将其转换到为控制对象所能接受的基本论域中去。通 常选取一个比例因子Ｋ把控制量的模糊集论域变换到基本论 域中。若控制量的基本论域为［墨幽，ｘ。～］，量化后的论域为
《2024年基于51单片机的温度控制系统设计与实现》范文
《基于51单片机的温度控制系统设计与实现》篇一一、引言在现代工业控制领域，温度控制系统的设计与实现至关重要。
为了满足不同场景下对温度精确控制的需求，本文提出了一种基于51单片机的温度控制系统设计与实现方案。
该系统通过51单片机作为核心控制器，结合温度传感器与执行机构，实现了对环境温度的实时监测与精确控制。
二、系统设计1. 硬件设计本系统以51单片机为核心控制器，其具备成本低、开发简单、性能稳定等优点。
硬件部分主要包括51单片机、温度传感器、执行机构（如加热器、制冷器等）、电源模块等。
其中，温度传感器负责实时监测环境温度，将温度信号转换为电信号；执行机构根据控制器的指令进行工作，以实现对环境温度的调节；电源模块为整个系统提供稳定的供电。
2. 软件设计软件部分主要包括单片机程序与上位机监控软件。
单片机程序负责实时采集温度传感器的数据，根据设定的温度阈值，输出控制信号给执行机构，以实现对环境温度的精确控制。
上位机监控软件则负责与单片机进行通信，实时显示环境温度及控制状态，方便用户进行监控与操作。
三、系统实现1. 硬件连接将温度传感器、执行机构等硬件设备与51单片机进行连接。
具体连接方式根据硬件设备的接口类型而定，一般采用串口、并口或GPIO口进行连接。
连接完成后，需进行硬件设备的调试与测试，确保各部分正常工作。
2. 软件编程编写51单片机的程序，实现温度的实时采集、数据处理、控制输出等功能。
程序采用C语言编写，易于阅读与维护。
同时，需编写上位机监控软件，实现与单片机的通信、数据展示、控制指令发送等功能。
3. 系统调试在完成硬件连接与软件编程后，需对整个系统进行调试。
首先，对单片机程序进行调试，确保其能够正确采集温度数据、输出控制信号。
其次，对上位机监控软件进行调试，确保其能够与单片机正常通信、实时显示环境温度及控制状态。
最后，对整个系统进行联调，测试其在实际应用中的性能表现。
四、实验结果与分析通过实验测试，本系统能够实现对环境温度的实时监测与精确控制。
基于单片机的水温控制器设计
基于单片机的水温控制器设计引言水温控制在很多领域中都具有重要的应用价值，例如温室、鱼缸、热水器等。
基于单片机的水温控制器能够自动调控水温，提高水温的稳定性和准确性。
本文将介绍如何设计一个基于单片机的水温控制器，以实现对水温的精确控制。
一、硬件设计1.单片机选择选择一个合适的单片机对于设计一个稳定可靠的水温控制器至关重要。
常用的单片机有STC89C52、AT89C52等。
在选择时应考虑单片机的性能、功耗、接口等因素。
2.温度传感器温度传感器用于检测水温，常用的有NTC热敏电阻和DS18B20数字温度传感器。
NTC热敏电阻价格便宜，但精度较低，DS18B20精度高，但价格相对较贵。
3.加热装置加热装置用于根据温度控制器的输出信号进行加热或制冷。
可以选择加热丝、加热管或半导体制冷片等。
4.驱动电路驱动电路用于将单片机的输出信号转换为合适的电流或电压，驱动加热装置。
可以选择晶体管或继电器等。
5.显示模块可以选择液晶显示屏或LED数码管等显示水温的数值。
二、软件设计1.初始化设置首先，对单片机进行初始化设置，包括引脚配置、定时器设置等。
然后，设置温度传感器和加热装置的引脚。
最后，设置温度范围，以便根据实际需求进行调整。
2.温度检测使用温度传感器检测水温，并将读取到的温度值转换为数字形式，以便进行比较和控制。
可以使用ADC（模拟-数字转换）模块转换模拟信号为数字信号。
3.控制算法本设计中可以采用PID控制算法进行水温控制。
PID（Proportional-Integral-Derivative）控制算法根据设定值和反馈值之间的差异来计算控制信号。
可以根据需求进行参数调整，以获得更好的控制效果。
4.显示和报警使用显示模块显示当前水温的数值，并在温度超出设定值时触发报警功能。
报警可以采用声音、灯光等形式。
5.控制输出根据PID算法计算出的控制信号，控制驱动电路，驱动加热装置或制冷装置，以实现水温的调节。
总结基于单片机的水温控制器能够实现对水温的精确控制。
单片机温度控制系统设计及实现
单片机温度控制系统设计及实现温度控制是很多自动化系统中的重要部分，可以应用于许多场景，如家用空调系统、工业加热系统等。
本文将介绍如何利用单片机设计和实现一个简单的温度控制系统。
一、系统设计1. 硬件设计首先,我们需要选择合适的硬件来搭建我们的温度控制系统。
一个基本的温度控制系统由以下几个组件组成：- 传感器：用于检测环境的温度。
常见的温度传感器有热敏电阻和温度传感器。
- 控制器：我们选择的是单片机，可以根据传感器的读数进行逻辑判断，并控制输出的信号。
- 执行器：用于根据控制器的指令执行具体的动作，例如开启或关闭空调。
2. 软件设计温度控制系统的软件部分主要包括，传感器读取、温度控制逻辑和执行器控制。
我们可以使用C语言来编写单片机的软件。
- 传感器读取：通过串口或者模拟输入端口来读取传感器的数据，可以利用类似的库函数或者自己编写读取传感器数据的函数。
- 温度控制逻辑：根据读取到的温度值，判断当前环境是否需要进行温度调节，并生成相应的控制信号。
- 执行器控制：将控制信号发送到执行器上，实现对温度的调节。
二、系统实施1. 硬件连接首先，将传感器连接到单片机的输入端口，这样单片机就可以读取传感器的数据。
然后，将执行器连接到单片机的输出端口，单片机可以通过控制输出端口的电平来控制执行器的开关。
2. 软件实现编写单片机的软件程序，根据前面设计的软件逻辑，实现温度的读取和控制。
首先，读取传感器的数据，可以定义一个函数来读取传感器的数据并返回温度值。
其次，根据读取到的温度值，编写逻辑判断代码，判断当前环境是否需要进行温度调节。
如果需要进行温度调节，可以根据温度的高低来控制执行器的开关。
最后，循环执行上述代码，实现实时的温度检测和控制。
三、系统测试和优化完成软硬件的实施之后，需要对温度控制系统进行测试和优化。
1. 测试通过模拟不同的温度情况，并观察控制器的输出是否能够正确地控制执行器的开关。
可以使用温度模拟器或者改变环境温度来进行测试。
基于单片机的温度控制系统设计方案
基于单片机的温度控制系统设计方案设计方案：1. 系统概述：本温度控制系统采用单片机作为核心控制器，通过对温度传感器的采集并对温度进行处理，控制继电器的开关状态，实现对温度的精确控制。
系统可广泛应用于家庭、工业、医疗等领域中的温度控制需求。
2. 硬件设计：a. 单片机选择：根据系统需求，我们选择适用于温度控制的单片机，如8051、PIC、STM32等，具备较高的性能和稳定性。
b. 传感器：采用温度传感器（如DS18B20）进行温度的精确测量，传感器将温度值转化为数字信号进行输出，供单片机进行处理。
c. 屏幕显示：选用LCD液晶屏幕，实时显示当前温度值和设定的目标温度值。
3. 软件设计：a. 数据采集：单片机通过GPIO口连接温度传感器，采集传感器输出的数字信号，并进行AD转换，将模拟信号转化为数字信号。
b. 控制策略：单片机通过比较当前温度值和设定的目标温度值，根据控制算法判断是否需要开启或关闭继电器，从而实现对温度的控制。
c. 温度显示：单片机通过串口通信或I2C通信与LCD屏幕进行数据传输和显示，使用户能够随时了解当前温度和设定的目标温度。
4. 控制算法设计：a. ON/OFF控制：当当前温度值超过设定的目标温度值时，继电器闭合，使制冷或加热设备开始工作；当当前温度值低于设定的目标温度值时，继电器断开，使制冷或加热设备停止工作，实现温度的维持控制。
b. PID控制：根据温度的测量值和设定值，通过比例、积分、微分三个环节的控制，精确调节控制设备的工作状态，使温度尽可能接近设定值。
5. 系统实现和调试：a. 硬件连接：根据设计制作电路板，并连接单片机、温度传感器、继电器、液晶显示器等组件。
b. 程序编写：按照软件设计进行程序编写，并进行单片机的初始化设置、温度数据的采集和处理、继电器的控制等功能的实现。
c. 系统调试：通过实际应用场景中的温度测试数据，验证系统的稳定性和准确性，并根据实际情况进行调试和优化，确保系统达到要求的温度控制效果。
基于单片机结合模糊控制的电热水器控制系统设计
基于单片机结合模糊控制的电热水器控制系统设计作者：张敏来源：《现代电子技术》2008年第16期摘要：根据近几年来的电热水器发展趋势，利用AT89C51单片机作为控制器的核心，结合模糊控制技术，设计出功能较为完善的电热水器控制系统。
该控制系统除了具有通常的控制加热和保护外，还具有较强的智能性，包括根据用户设定的温度自动控制加热管的工作，给出恒定温度的出水以及漏电保护等功能，具有较强的实用性。
关键词：AT89C51单片机；模糊控制；漏电保护；传感器中图分类号：TP274 文献标识码：B 文章编号：1004373X(2008)1603904Control System Design of Electric Water Heaters Based on Single ChipMicrocomputer with Fuzzy ControlZHANG Min(Hunan Institute of Science and Technology,Yueyang,414000,China)Abstract：According to the electric boiler development tendency in the last few years,the function comparison perfect control system of electric water heaters is designed with fuzzy control and taking the AT89C51 SCM(single chip microcomputer) as the core.This control system in addition to the usual control heating and protection,but also has strong intelligence,including according to userset temperature to control heating pipe work,produces constant temperature water and provide leakage protection and so on.The control system is very practical.Keywords：AT89C51 single chip microcomputer;fuzzy control;leakage protection;sensor1 引言热水器是一种可供浴室，洗手间及厨房使用的家用电器。
基于AT89S52单片机的照度模糊控制器的设计
现 了照度健康化 和个 眭化 的问题 ， 机 械旋钮 式 的精 度无 法控 制 ； 但 合档 定 位方法 中的档位 固定通 常 只有 ３个档 位 ， 法做 到精确 调 节 和广泛 无
适应 性．
运 用单 片机 结合模 糊算 法 设计 灯光 照 度控 制 器 的方 法 得 到广 泛
应 用． 文献 ［ ］ １ 通过 探测 光强度 ， 现 了城 市路 灯 照度 的 ３级控 制 ； 实 文
１ 模糊控制 系统原理
Ｐ ｉ ｉ ｌ ｆｆ ｚ ｙ ｃ ｎ ｒ ｌｓ ｓｅ ｒｎｃｐ ｅ ｏ ｕ ｚ ｏ ｔｏ ｙ ｔ ｍ
模 糊控 制 系统原 理如 图 １ ．
收 稿 日期 ２ ０ －８２ ０ ９０ － ６ 资助 项 目 国 家 自然科 学 基 金 （０ ７ １０） ６８４１ 作者 简 介 席 呖 呖 ， ， 士 生 ， 究 方 向 为 智 能 系统 女 硕 研 控 制 ． ｅｒ ｙ ９ ３ ｙｈ ｏｃ ｄａｘ １８ ＠ ａｏ ．ｎ ｙ
中 图 分 类 号 Ｔ ２ ３＋． Ｐ７ ４ 文献标志码 Ａ
关 于环境 的 舒 适 度 与人 体 健 康 问 的相 互 关 系 的研 究 表 明 ， 期 长 在不 舒适 的光 环境 下工 作 和生 活 ， 心 健康 会 受 到不 同程序 的损 害 ， 身
并直 接影 响到 工作效 率 与生活 质量 ． 近年 来 ， 场上 出现 了多 种 改 善 光 环 境 的灯 具 ， ： 对 频 闪 和 市 如 针
献 ［ ］ 过人数 和 座位 数 的监 测 进行 了教 室 照 明 的控 制 ； ２通 文献 ［ ］ ３ 根 据 室外光 线 的强 弱 自动 调 节 百 叶 窗实 现 了对 室 内照 度 的 控 制等 ． 而
关 于工作 与家 用 照明照 度 的精 细控 制 问题 ， 今未 见 相关 文 献 ． 文 至 本 运用 单 片机结 合模 糊 算 法 实 现 工 作 与 家 用 照 明 照 度 的精 细调 控 ， 并 以一 个具 体 的照度控 制 系统 为例 ， 出相 应 的软硬 件设计 ． 给
基于单片机的水温控制系统毕业设计
基于单片机的水温控制系统毕业设计第2章设计方案本设计中的芯片可以采用二种方案。
方案一：采用普通电阻式温度传感器，放大器，A/D转换器作为测量温度的电路。
采用两种不同材质的导体，如在某点互相连接在一起，对这个连接点加热，在它们不加热的部位就会出现电位差。
这个电位差的数值与不加热部位测量点的温度有关，和这两种导体的材质有关。
热电偶传感器有自己的优点和缺陷，它灵敏度比较低，容易受到环境干扰信号的影响，也容易受到前置放大器温度漂移的影响，因此不适合测量微小的温度变化[5]。
由于热电偶温度传感器的灵敏度与材料的粗细无关，用非常细的材料也能够做成温度传感器。
也由于制作热电偶的金属材料具有很好的延展性，这种细微的测温元件有极高的响应速度，可以测量快速变化的过程。
硬件电路复杂，需要设计A/D转换电路，以及与其相关的编程，总体设计起来较困难，软件、硬件调试复杂，硬件成本较高。
而且器传感器有以下缺点：它灵敏度比较低，容易受到环境干扰信号的影响，也容易受到前置放大器温度漂移的影响[1]。
所以总体来说，在硬件、软件上的成本都比较高，而且易受外部环境的影响，系统工作不稳定。
方案二：采用数字可编程温度传感器作为温度检测元件。
数字可编程温度传感器可以直接读出被测温度值。
不需要将温度传感器的输出信号接到A/D转换器上，减少了系统的硬件电路的成本和整个系统的体积同时具有极强的抗干扰纠错能力；负压特性：电源极性接反时，芯片不会因发热而烧毁，但不能正常工作[6]。
由于采用的是具有一总线特点的温度传感器，所以电路连接简单；而且该传感器拥有强大的通信协议，同过几个简单的操作就可以实现传感器与单片机的交互，包括复位传感器、对传感器读写数据、对传感器写命令[6]。
软件、硬件易于调试，制作成本较低。
也使得系统所测结果精度大大提高。
通过以上二种方案的论证和比较，从设计的实用性、方便性和成本等诸多方面考虑，最终选择了以DS18B20为温度测量和传输元件的设计，这样设计在本次毕业设计中能够在经费有限的情况下，进行最优的实现方法。
基于单片机的双模糊温度控制器设计
６－ ４
行 比较 ［ 模糊 控 制 器 输 出控 制 量 通 过 Ｐ ． 出 ， ２ １ 。 １ Ｏ输 通过 光 电双 向可 控 硅 驱 动 器 ＭＯ ３５ 去 驱 动 功 率 可控 硅 ，从 而 改 变 加 Ｃ０１ 热 元 件 的加 热 功 率 ， 以实 现 温 度 调 节 的 目的 。 考 虑 到 系 统 的 人 机 互 动 ， 用 并 行 接 口芯 片 ８５ 利 １５进 行 Ｉ ／ ０ 口扩 展 ， 以完 成 键 盘输 入 及 显 示 器 输 出 的设 计 。其 中键 盘 采用 矩 阵 式 键 盘 ， 责 参 数 的设 定 和一 些 开 关 量 的 输 人 ， ： 负 如 启动、 止 、 位 、 度设 定 、 定值修改 、 度数字键 等 ； 停 复 温 设 温 而
ａ ｄ ａ ｓ ａ ｅ ｔ ｅｈ ｒ ｗａｅ ａ ｄ ｓ ｆ ｒ ｅ ｉ ｎ ｉ ｅ ｓａ ｄ ｍｅ ｈ ｄ ｆ ｈ ｍｐ ｒ ｔ ｒ ｏ ｔｏｌｒ． ｈ ｏ ｔ ｌ ｒｉ ｓ ｌ． ｕ ｎ ｌｏｇ ｖ ａ ｄ ｒ ｎ ｏｔ ｅｄ ｓｇ ａ ｎ ｔ ｏ ｓｏ ｅ ｔ ｈ ｗａ ｄ ｔ ｅ ｅ ａｕ ｅｃ ｎ ｒ ｌ ｅ Ｔ ｅｃ ｎｒ ｌ ｉ ｅ ｂ ｔ ｏ ｅ ｓ ｍｐ ｉ ｃ ｎｅ ｆｃｉ ｅｙ ｉ ｒ ｖ ｅｔ ｍｐ ｒ ｔ ｒ ｏ ｔ ｌ ｅ ｏ ｍａ ｃ ｎ ｅｓａ ｉ ｔ ｆ ｈ ｍｐ ｒ ｔ ｒ ｏ ｔ ｌ ｔ ａ ｆ ｔ ｌ ｅ ｖ ｍｐ ｏ ｅｔ ｅ ｅ ａ ｕ ｅｃ ｎ ｒ ｒ ｒ ｎ ｅａ ｄ ｔ ｔｂ ｌ ｙ ｏ ｅｔ ｈ ｏｐ ｆ ｈ ｉ ｔ ｅ ｅ ａ ｕ ｅｃ ｎ ｒ ， ｏ Ｋｅ ｒ ｓ ｏ ｂ ｅ ｆ ｚ ｙ ｃ ｎ ｒｌ ｙ ｗｏ ｄ ：ｄ ｕ ｌ ｕ ｚ ｏ ｔｏ ；ＭＣＵ；ｔｍｐ ｒｔ ｒ ｏ ｔ ｌ ｏ ｔ ｌｓ ａ ｅ ｙ ｅ ｅ ａｕ ｅｃ ｎ ｒ ；ｃ ｎｒ ｔ ｔ ｇ ｏ ｏ ｒ
基于单片机游泳池温度控制系统的设计
洛陽理工學院游泳池水温控制系统设计课程答辩王明超2014/12/29班级：B110411学号：B********姓名：***摘要随着人民生活的进步，恒温游泳池走进了我们的生活，而游泳池的保温控制器，它能自动控制游泳池的水温。
从而大大的方便了人们对游泳池水温恒温的需求。
本文对该测控仪系统进行了分析设计。
本游泳池恒温控制系统选用AT89C51单片机作为控制器，利用PID和PWM技术实现对游泳池的水温控制。
该控制系统主要由CPU主控制模块、主电源模块、键盘处理模块、温度采集模块、继电器控制模块及LED显示模块构成。
本游泳池恒温控制系统选用AT89C51单片机作为控制器，利用PID和PWM技术实现对游泳池的水温控制。
该控制系统主要由CPU主控制模块、主电源模块、键盘处理模块、温度采集模块、继电器控制模块及LED显示模块构成。
DS18B20用来采集温度信号，其体积小，精度高，适用电压宽，抗干扰能力强。
继电器控制两台电机的转动，分别对应控制热水阀和冷水阀，从而，实现水温的实时控制。
最后，采用共阳极数码管LG5641A动态显示水温。
关键词： AT89C51单片机，游泳池，温度控制，模糊控制。
Ⅰ目录第1章绪论 3 1.1选题的背景与意义 3 1.1.1自动控控系统可温度控制系统 3 1.2 温度控制系统的设计 3 第2章系统总体设计 4 2.1方案的选择 4 2.2系统总体设计 4 第3章硬件设计 5 3.1硬件选型 5 3.2硬件电路设计 5 3.2.1主电源电路 5 3.2.2温度采集模块 6 3.2.3按键输入电路 6 3.2.4继电器模块 7 3.2.5 显示模块 7 第4章软件设计 8 4.1系统程序设计 8 4.2各部分程序流程图 8 4.2.1. 计算温度子程序 9 4.2.2.按键处理子程序 9 4.2.3.计算温度子程序 10第5章仿真结果 12 5.2仿真结果 12 5.1本系统仿真 13 5.2仿真结果 13 结论 14 参考文献 15 附录 16第1章绪论1.1选题的背景与意义1.1.1自动控控系统可温度控制系统电子技术的发展，特别是随着大规模集成电路的产生，给人们的生活带来了根本性的变化，如果说微型计算机的出现使现代的科学研究得到了质的飞跃，那么单片机技术的出现则是给现代工业控制测控领域带来了一次新的革命。
基于MSP430单片机的模糊温湿度控制器的设计
Ｔｈ ｅ ｐ ｒ ｔ ｎ ｕ ｄｔ ｕ ｚ ｏ ｔｏｌｒｍａ ｅｕ ｆＭ Ｓ ３ Ｆ４ ９ Ｍ ＣＵ ｓｄ ｓｇ ｅ ． ｅｆ ｚｙ ｃ ｎ ｒ ｌ ｅｔｍ ｅ ａ ｅａ ｄ ｈ ｍｉｉｙｆ ｚＹ ｃ ｎ ｒ ｌ ｄ ｐ ｏ Ｐ４ ０ ４ ｅ ｉ ｅ ｉｎ ｄ Ｔｈ ｕ ｚ ｏ ｔｏ
１ 变 量 的 模糊 化 和模 糊 控 制 规 则
本模 糊 控 制 器是 一个 多 输 人多 输 出 控制 器． 输
入变 量 为温度 和湿 度 ； 出变 量 为加 湿 器 和 除湿 器 输
需进行粗略的知识描述 ， 可直接使用１ ｊ
随着 单 片微 机 技 术 的发 展 ， 片 机性 能 在 不 断 单 提高 ， 以完成 复杂 的控 制． 模糊 控制 中专 家 的经 可 在 验知 识是 一 系列 含 有 语 言 变 量 的条 件 语 句 和 规则 ， 而模 糊集 合理 论又 能 十分恰 当地 表达具 有模 糊性 的 语 言变量 和 条件语 句． 将单 片机 与 模糊 集 合 理 论 相
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Ａｂ ｔａ ｔ Ｔｈ ｅ ｐ ｒ ｔ ｎ ｕ ｄ ｔ ｒ ｏ ｔ ｏ ｌｄ ｂ ｕ ｚ ｏ ｔｏ ｌ ｒｔ ｅ ｌ ｅ ｔ ｅｒ ｉ ｔ ｌ ｇ ｎ ｏ ｔ ｏ ． ｓ ｒ ｃ ： ｅ ｔ ｍ ｅ ａ ｅ ａ ｄ ｈ ｍｉ ｉ ａ ｅ ｃ ｎ ｒ ｌ ｙ ｆ ｚ ｙ ｃ ｎ ｒ ｌ ｏ ｒ ａ ｉ ｈ ｉ ｎ ｅ ｌ ｅ ｔ ｃ ｎ ｒ １ ｙ ｅ ｅ ｚ ｉ
Ｄｅ ｉｎ ｏ ｍ ｐｅ ａ ｕ ｅａ ｕ ｉ ｔ ｚ ｙ Ｃｏ ｒ ｌｅ ｓ ｄ ｏ Ｓ ３ ＣＵ ｓｇ ｆＴｅ ｒ ｔ ｒ ｎｄ Ｈ ｍ ｄｉｙ Ｆｕ ｚ ｎｔｏ ｌｒＢａ ｅ ｎ Ｍ Ｐ４ ０ Ｍ
ＬＩＸｉ 。ＱＵＭ ｅ ｇ— ｅ ｎ ｎ ｋ ，ＲＯＮＧ Ｙｕ 。
基于单片机的模糊温度控制器研究
常 州 工 学 院 学 报
Ｊ ｕ ａ ｆＣｈ ｎ ｚ ｏ ｎ ｔ ｅ ＯｆＴｅ ｈ ｏ ｏ ｙ Ｏ ｍ ｌｏ ａ ｇ ｈ ｕ Ｉ ｓｉ ｃ ｎ ｌ ｇ ｍｔ
Ｖｏ ． Ｎｏ． １ ２ｌ ５
Ｏｃ ． ０ ８ ｔ２ ０
制器 ， 其优点是不要求掌握被控对象的精确数学模 型， 通过从专家 们积 累 的经 验 中总结 的控制 规则 ， 对温度进行控 制 ， 够得 到 较好 的动态 响 应特 性 ， 能 并且无需 知道被 控对 象 的数 学模 型 ， 应 性强 ， 适 上 升时间快 。基于此， 本文提出一种基于单片机的模 糊温度控制器， 能实现较为理想的控温效果 。
获取 被控制 器 的 精确 值 ， 后 将 此 量 与 给定 值 比 然
糊控制器的一个输入量 ， 把误差信号 Ｅ的精确量
进行 模糊 量化 变成模 糊 量 ， 差 Ｅ的模 糊量 可 用 误
较得到误差信号 ， 一般选择误差信号 Ｅ作为模
收稿 日期 ：０ ８ ９— ８ ２ Ｏ 一Ｏ ０
相应的模糊语言表示。至此 难 。大 量 的应用实 践表 明 ， 用传 采 统 的 ＰＤ 控 制 稳 态 响 应 特 性 较 好 ， 是 难 以得 Ｉ 但
到满 意 的动 态 响应 特性 。 模糊控 制器是 一种 近年 来发 展起 来 的新 型控
图 １ 模糊 控制 系统基 本 结构 图
模糊控制系统基本工作过程为 ： 微机经采样
０ 引言
温度是生活和生产中一个很重要的物理量 ， 在 很 多领域 都 要 涉 及 到 温 度 ， 冶金 工业 、 工 如 化 生产、 纸行 业、 械 制造 、 造 机 电加 热 炉 及 家 用 电 器等 ， 均需要用加热器来加 热实验对象 ， 并对 温 度进行测 量 和控 制 ， 使温 度这 一被控 对象 达到 并保持在某一设 定的温度范 围内 ， 即恒温控制 。 然而 ， 温度 控 制 系统 具 有 非 线 性 、 滞 以及 不 确 时 定 性 。传 统 控 制 方 法 （ 括 经 典 控 制 和 现 代 控 包 制 ） 处 理 具 有 非 线 性 或 不 精 确 特 性 的被 控 对 在
基于PIC单片机的速度模糊控制器设计
—２０ —２ ０ －６ —６０ －８０ －８ ０ ０ －８ ０
Ｉ ０ Ｏ ０ ０ － － — 一０ ｌ ｌ — — ０ ２ ２ ６ ６ ０ — ０ ８ １ ３ ０ ０ ｏ 一 ｏ ０ ０ ０
３系统软件设计与 实现 ．
Ｉ
Ａ： ｅ 一直流电动机转子角速度给定值和实际值的偏差 。 Ｂ：ｅ ｄ 一直流电动机转子角速度给定值和实际值的偏差的变化量。 Ｃ：一直流 电动机 电流值 。 ｕ ２ ． ２精确量 的模糊化 取直 流电动机 转子角速度给定值 和实际值 的偏 差 ｅ 直流 电动机 、 转子 角速度 给定值 和实 际值 的偏 差的变化量 ｄ 作 为控制器 的输入信 ｅ 息， 二者 皆可用模糊语 言变量表示 为： Ｂ、 Ｍ、Ｓ Ｚ Ｎ 、 Ｍ、 。模 Ｐ Ｐ Ｐ 、Ｅ、 Ｓ Ｎ ＮＢ 糊化 是对模糊控制器 的输入变量求取相应语 言值 的隶 属度 。 模糊变 量词集 ： 选择 ｅ的词集为｛ ＢＮ Ｎ ，ＥＰ ，Ｍ，Ｂ Ｎ ，Ｍ，ＳＺ ，ＳＰ Ｐ ｌ 选择 ｄ 的词集为｛ ＢＮ Ｎ ，ＥＰ ，Ｍ，Ｂ ｅ Ｎ ，Ｍ，ＳＺ ，ＳＰ Ｐ ｌ 选择 ｕ的词集 为｛ＢＮ ，Ｓ ＥＰ 。 ， １ Ｎ ，ＭＮ ， ， Ｐ Ｐ Ｚ Ｓ Ｍ Ｂ ａ． 采样角速度值模糊子集的隶属 函数
【 关键词 】 模糊出模糊 集 Ｕ 。模糊控制规则 由下列推理语言构成 ｉ ｅ ＮＢ ｎｄ ｅ ＰＢ ｈ ｎ ＝ ｆ ＝ ａ ｄ ＝ ｔ ｅ ｕ ＺＥ 在我 国 ． 模糊控制 的理论研究 水平相对较 高 ． 而应用 技术水平却
ｉ ＝ ａ ｄ ｅ ＰＭ ｔ ｎ ＝ Ｂ ｆ ｅ ＰＳ ｎ ｄ ＝ ｈｅ ｕ Ｐ 相对 落后 ． 别是在工业过 程控制领域 ． 特 普遍采用 查表法或公 式法实 实 际上它们规定 了输入 变量 ｅ ｄ 和 ｅ的各种状态下输 出变量 ｅ的 现模糊控制 ， 其控制精度不高 ． 影响系统 的性能 。 体 本文推 出一种通用 的模糊控制器 ．其模糊控制用 推理法实现 ． 并 对应值 ， 现了人 的控制经验。 ２４模 糊 判 决 － 且将 Ｐ 控制结合进去 以改 善控制性能 ．工程设计人 员只要根据对象 Ｉ 根据控制规则 ． 可以求 出每一条规则 的模 糊关系 Ｒ ． ｉ 进而求得 总 给 出系统输 入 、 出量 的隶属 函数及 控制规则 ． 加上少量 的外围 电 输 再
模糊控制算法单片机实现
ｉｎｐｕｔ ａｎｄ ｏｕｔｐｕｔ ｖａｒｉａｂｌｅｓ，ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｂｅｔｗｅｅｎ ｏｕｔｐｕｔ ｖａｒｉａｂｌｅｓ ｉｓ ｃｌｏｓｅ， ｔｈｅｒｅ ｉｓ ａ ｏｕｔｓｔａｎｄｉｎｇ ｐｒｏｂｌｅｍ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｄｅｇｒｅｅ ｏｆ ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ ｉｓ ｎｏｔ ｈｉｇｈ ｉｎ ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＰＬＣ．Ｏｎ ｔｈｅ ｏｔｈｅｒ ｈａｎｄ，ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＰＬＣ ａｄｏｐｔｓ ａｎａｌｏｇ ａｎｄ ｓｗｉｔｃｈ ｑｕａｎｔｉｔｙ ｃｏｎｔｒｏｌ，ｗｈｉｃｈ ｌｅａｄｓ ｔｏ ｌｏｗ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ａｎｄ ｂａｄ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ．
20020101
摘要
押出机是电线电缆工业中的核心设备，现行的电线电缆成套设备生产厂家广 泛采用基于ＰＬＣ的自动控制系统。一方面，由于被控对象建模复杂，输入输出变 量多，并且输出变量之间关联性强等原因，基于ＰＬＣ的控制系统普遍存在着自动 化程度低的突出问题。另一方面，这种系统采用传统的模拟量和开关量控制，致‘ 使系统的生产精度低，可靠性差。本文从模糊控制的基础理论出发，对模糊控制 器的设计方法、模糊控制的单片机实现方法进行了分析和对比研究，在此基础上 提出了基于ＭＯＴＯＲＯＬＡ ＭＣ６８ＨＣ０５８６单片机的押出机模糊控制系统。文章首先设 计出了４输入２输出的模糊控制器，其模糊控制规则能够比较有效地模仿熟练操 作人员的经验，合理解决输出的强关联性问题。然后利用模糊逻辑推理的方法， 结合大量的数学运算，离线计算出了简洁方便的模糊控制查询表。最后给出了模 糊控制查询的单片机实现方法及押出机模糊控制系统的核心控制部分的硬件电 路和软件流程。采用模糊控制的押出机自动控制系统，能够大大提高生产的自动 化程度，可实现～个操作工人轻松控制多条生产流水线，较大地提高劳动生产率。 另外，系统采用基于ＳＣＩ串行通信总线的数字控制，代替原系统中的模拟量和丌 关量控制，能够有效提高系统的生产精度，改善系统的可靠性。本文的研究对我 国电线电缆工业成套设备的设计和生产具有一定的指导意义，如做进一步的研究 和调试，将具有较大的经济价值。
基于单片机的模糊PID温度控制系统设计
摘要温度控制在热处理工艺过程中,是一个非常重要的环节。
控制精度直接影响着产品质量的好坏。
本文研究的电炉是一种具有纯滞后的大惯性系统，传统的加热炉控制系统大多建立在一定的模型基础上，难以保证加热工艺要求。
因此本文将模糊控制算法引入传统的加热炉控制系统构成智能模糊控制系统。
本文以模糊自整定 PID 控制算法为基础，设计以8031单片机为主体的控制系统控制电炉,构成一个能进行较复杂的数据处理和复杂控制功能的智能控制器，使其既可与微机配合构成控制系统，又可作为一个独立的单片机控制系统，具有较高的灵活性和可靠性。
单片机根据输入的各种命令，进行智能算法得到控制值，输出脉冲触发信号，通过过零触发电路驱动双向可控硅，从而加热电炉。
本文提出的基于模糊的自整定 PID 控制算法的控制系统具有真正的智能化和灵活性，有自动检测、数据实时采集、处理及控制结果显示等功能，对提高电炉温度的控制精度具有较好的意义。
关键词：电炉；单片机；模糊 PID。
AbstractTemperature in heat treatment craft is very important. Control precision effect directly the quality of the product. The electric stove is a kind pure great inertia system, and the traditional heat control system is based on some certain model, so is hard to satisfy the technological requirement.This paper will adopt fuzzy control algorithm to build a intelligent fuzzy control system.In this paper, we use fuzzy self-regulated PID algorithmt to design a electric stove control system depending on mainly 8031 chip and build a intelligent controller which can process complicated data and realize complicated control functiong, meanwhile is alao regarded as an independent SCM control system which has higher flexibility and dependability. The SCM accords to all kinds input orders to carry out intelligent algorithm in order to get control value, then to feed out the pulse signal to trigger circuit and drive the two-way silicon in order to heat the stove.The control system based fuzzy self-regulated PID algorithm has real intelligence and flexibility. The functions include automatic detection, real-time data gather and precess and displaying the control output and so on, which do well in improving the control precision. Keyword：Electric stove；SCM；Fuzzy PID.目录第1章绪论 (1)1.1 引言 (1)1.2 控制器发展现状 (1)1.2.1 PID 控制器的发展现状 (1)1.2.2 模糊 PID 控制 (2)1.2.3 模糊自整定 PID 控制 (2)1.3 电炉采用模糊自整定 PID 控制的可行性 (2)第2章模糊自整定 PID 控制器的设计 (4)2.1 模糊推理机的设计 (4)2.1.1 模糊推理机的结构 (4)2.1.2 模糊推理机的设计 (4)2.1.2.1 精确量的模糊化 (5)2.1.2.2 建立模糊控制规则和模糊关系 (5)2.1.2.3 输出信息的模糊决策 (6)2.2 模糊自整定 PID 控制器 (6)2.2.1 PID 参数对 PID 控制性能的影响 (6)2.2.2 模糊自整定 PID 控制器 (7)2.3 模糊自整定 PID 控制器性能的研究 (8)2.3.1 Matlab 仿真结构图 (8)2.3.2 惯性时间常数的影响 (9)2.4 仿真结果分析 (10)第3章系统硬件和电路设计 (11)3.1引言 (11)3.2 系统的总体结构 (11)3.3 温度检测电路 (12)3.3.1 温度传感器 (12)3.3.2 测量放大器的组成 (12)3.3.3 热电偶冷端温度补偿方法 (13)3.4 多路开关的选择 (13)3.5 A/D转换器的选择及连接 (14)3.6 单片机系统的扩展 (15)3.6.1 系统扩展概述 (15)3.6.2 常用扩展器件简介 (16)3.7 存储器的扩展 (17)3.7.1 程序存储器的扩展 (17)3.7.1.1只读存储器简介 (17)3.7.1.2 EPROM2764简介 (17)3.7.2 数据存储器的扩展 (18)3.7.2.1数据存储器概述 (18)3.7.2.2静态RAM6264简介 (19)3.7.2.3数据存储器扩展举例 (19)3.8 单片机I/O口的扩展（8155扩展芯片） (20)3.8.1 8155的结构和引脚 (20)3.8.2 8155的控制字的及其工作方式 (21)3.8.3 8155与8031的连接 (22)3.9 看门狗、报警、复位和时钟电路的设计 (23)3.9.1看门狗电路的设计 (23)3.9.2报警电路的设计 (23)3.9.3复位电路的设计 (24)3.9.4 时钟电路的设计 (25)3.10 键盘与显示电路的设计 (25)3.10.1 LED数码显示器的接口电路 (25)3.10.2键盘接口电路 (26)3.11 DAC7521数模转换接口 (27)3.12 隔离放大器的设计 (28)3.13 可控硅调功控温 (29)3.13.1过零触发调功器的组成 (29)3.13.2主要电路介绍 (30)3.14 单片机开关稳压电源设计 (31)第4章系统软件设计 (32)4.1 主要程序的框图 (32)4.1.1主程序框图 (32)4.1.2键盘中断服务子程序 (33)4.1.3恒温及升温测控子程序 (34)4.1.4降温测控子程序 (35)4.2 模糊自整定 PID 控制算法 (36)致谢 (39)参考文献 (40)附录 (42)第1章 绪论1.1 引言电炉是热处理生产中应用最广的加热设备，通过布置在炉内的电热元件将电能转化为热能,借助辐射与对流的传热方式加热工件。
stm32单片机温控电路设计_概述说明以及解释
stm32单片机温控电路设计概述说明以及解释1. 引言1.1 概述在现代工业和生活中，温控电路设计是一个非常关键的技术领域。
通过对温度的监测和控制，可以实现许多重要的功能，例如保持设备运行在适宜的温度范围内，提高工作效率，预防过热或过冷导致的故障等。
而STM32单片机则是一种广泛应用于嵌入式系统中的强大的微控制器芯片，在温控电路设计中发挥着重要作用。
1.2 文章结构本文主要分为以下几个部分进行阐述。
首先介绍STM32单片机以及其在嵌入式系统中的作用与优势。
然后详细讲解温控电路设计原理，包括基本原理、主要组成部分等内容。
接着会对温度传感器进行选型与接口设计方面进行深入探讨。
最后，我们将进一步展开讨论其他相关话题并得出结论与展望。
1.3 目的本文旨在通过对STM32单片机温控电路设计的概述说明和解释，帮助读者更好地理解和应用该技术。
同时，将介绍一些常见的温控电路设计原理和方法，以及如何选择适合的温度传感器并设计有效的接口。
通过本文的阅读，相信读者能够对STM32单片机温控电路设计有更深入的了解，并且能够根据实际需求进行具体应用。
2. 正文：2.1 stm32单片机简介STM32单片机是由STMicroelectronics（意法半导体）公司开发的基于ARM Cortex-M内核的微控制器系列。
它具有强大的性能、高度集成的外设以及丰富的接口，广泛应用于各种嵌入式系统中。
2.2 温控电路设计原理温控电路设计的目标是通过对温度进行监测和反馈调节，实现对某个系统或器件的温度进行精确控制。
其原理可以简要分为两个步骤：温度检测和温度调节。
在温度检测方面，我们通常会选用一种合适的温度传感器来实时感知环境或器件中的温度变化。
传感器将通过电压信号、模拟信号或数字信号等形式输出相应的温度数值。
而在温度调节方面，我们使用stm32单片机作为控制器来完成。
借助stm32单片机丰富的外设和强大的处理能力，可以通过与其他元件（如继电器、加热元件等）结合使用，在有效范围内调整或维持系统、器件所需的目标温度。
中央空调温度模糊控制器的设计
摘要 ：介绍 中央空调房间温度控制器的温控原理 ， 提出一种通过单片机 ８ Ｃ ２控制 系统 在空调 温度控制 中 ９５ 实现模糊 ＰＤ控制器 的设计 ， 出控 制器的硬 件设计方案和软件设计方案 ， 细介 绍主控制器采用模糊控制 的工 Ｉ 给 详
作方式 ， 通过仿真可以看出控制器有较好 的控 制效果。
关键词 ： 中央空调 ； 温度 ； 模糊控制 ； 单片机
中 图分 类 号 ： Ｐ０ Ｔ ３３ 文 献标 识码 ： Ａ 文 章 编 号 ：６ １— ６ ４ ２ １ ） １ ５ １７ ９ ５ （０ １ ０ —０２—０ ３
Ｄｅ ｉ ｎ ｏ ｍｐｅ ａ ｕ ｅ Ｆｕｚ ｙ Ｃｏｎ ｒ ｌｅ ｏ ｎｔａｌＡｉ ｎ ｉｉ ｎ ｎｇ ｓｇ ｆ Ｔｅ ｒ ｔｒ ｚ ｔ ｏ ｌｒ ｆ ｒ Ｃｅ ｒ ｒ Ｃｏ ｄ ｔｏ ｉ Ｌ ＮＧ ｈ ｎ ｍｉ ｇ 一， ＥＮＧ ａ ｐｉｇ Ｉ Ｓ ｕａ ｇ ｎ Ｐ Ｘｉｏ ｎ
第 １ 年 ３月 １ 期 ２ １ 卷第 １ ０ １
ＪＵ Ｎ ＬＯ Ｈ Ｎ ＳＡ长沙航空职业技术学院学报 Ｅ Ｈ ＩＡ Ｏ ＬＧ Ｏ Ｒ Ａ ＦＣ Ａ Ｇ Ｈ Ｅ Ｏ Ａ Ｇ Ａ Ｏ Ａ ＩＮ ＬＡ ＤＴ Ｃ ＮＣ ＬＣ ＬＥ Ｅ Ａ Ｒ Ｎ Ｕ Ｃ ＬＶ Ｃ ＴＯ Ａ Ｎ
ＶＭ １ Ｎ ． ｏ．ｌ ｏｉ １
Ｋ ｅ ｏ ｄ ｃ ｎ ｒ ｌａｒｃ ｎ ｉｉｎｉ ｙ ｗ ｒ ｓ： ｅ ｔａ ｉ ｏ ｄ ｔｏ ｎｇ；ｔｍ ｐ ｒ ｔ ｒ ｆ ｚ ｙ ｃ ｎｔｏ ；ｉ ｇｅ — ｃ ｉ ｅ ｅ ａｕ ｅ；ｕ ｚ ｏ ｒ ｌ ｓｎ ｌ ｈｐ
中央空调房 间温 度控 制器 的智 能 控制 技术 实
造 成损坏 。无 阀式温 控制器 以调 风取 代调水 ， 解决 了这一难 题并 有两 大 优 点 ： 一是 全 自动 智 能控 制 ，
基于单片机的温度控制系统设计
基于单片机的温度控制系统设计温度控制系统是现代生活中不可或缺的一部分，常见于家庭的的空调、电饭煲、烤箱等家用电器，以及工业生产中的各种自动化设备。
本文基于单片机设计针对室内温度控制系统的实现方法进行说明，包括温度采集、温度控制器的实现和人机交互等方面。
一、温度采集温度采集是温度控制系统的核心部分。
目前比较常见的温度采集器主要有热电偶、热敏电阻和半导体温度传感器。
在本文中我们以半导体温度传感器为例进行说明。
常见的半导体温度传感器有DS18B20、LM35等，本次实验中采用DS18B20进行温度采集。
DS18B20是一种数字温度传感器，可以直接与单片机通信，通常使用仅三根导线连接。
其中VCC为控制器的电源正极，GND为电源负极，DATA为数据传输引脚。
DS18B20通过快速菲涅耳射线（FSR）读取芯片内部的温度数据并将其转换为数字信号。
传感器能够感知的温度范围通常为-55℃至125℃，精度通常为±0.5℃。
为了方便使用，DS18B20可以通过单片机内部的1-Wire总线进行控制和数据传输。
具体实现方法如下：1.首先需要引入相关库文件，如：#include <OneWire.h> //引用1-Wire库#include <DallasTemperature.h> //引用温度传感器库2.创建实例对象，其中参数10代表连接传感器的数字I/O引脚：OneWire oneWire(10); //实例化一个1-Wire示例DallasTemperature sensors(&oneWire); //实例化一个显示温度传感器示例3.在setup中初始化模块：sensors.begin(); // 初始化DS18B204.在主循环中，读取传感器数据并将温度值输出到串口监视器：sensors.requestTemperatures(); //请求温度值float tempC = sensors.getTempCByIndex(0); // 读取温度值Serial.println(tempC); //输出温度值二、温度控制器的实现温度控制器是本次实验的关键部件，主要实现对温度的控制和调节，其基本原理是根据温度变化情况来控制输出电压或模拟脚电平，驱动继电器控制电器设备工作。
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基于单片机的模糊温度控制器的设计1 引言本文研究的被控对象为某生产过程中用到的恒温箱,按工艺要求需保持箱温100℃恒定不变。
我们知道温度控制对象大多具有非线性、时变性、大滞后等特性, 采用常规的PID 控制很难做到参数间的优化组合, 以至使控制响应不能得到良好的动态效果。
而模糊控制通过把专家的经验或手动操作人员长期积累的经验总结成的若干条规则,采用简便、快捷、灵活的手段来完成那些用经典和现代控制理论难以完成的自动化和智能化的目标, 但它也有一些需要进一步改进和提高的地方。
模糊控制器本身消除系统稳态误差的性能比较差, 难以达到较高的控制精度, 尤其是在离散有限论域设计时更为明显, 并且对于那些时变的、非线性的复杂系统采用模糊控制时, 为了获得良好的控制效果, 必须要求模糊控制器具有较完善的控制规则。
这些控制规则是人们对受控过程认识的模糊信息的归纳和操作经验的总结。
然而, 由于被控过程的非线性、高阶次、时变性以及随机干扰等因素的影响, 造成模糊控制规则或者粗糙或者不够完善, 都会不同程度的影响控制效果。
为了弥补其不足, 本文提出用自适应模糊控制技术,达到模糊控制规则在控制过程中自动调整和完善, 从而使系统的性能不断完善, 以达到预期的效果。
2 自调整模糊控制器的结构及仿真(1> 控制对象一般温度可近似用一阶惯性纯滞后环节来表示, 其传递函数为:式中: K———对象的静态增益。
Tc———对象的时间常数。
τ———对象的纯滞后时间常数。
本文针对某干燥箱的温度控制, 用Cohn-Coon 公式计算各参数得:K=0.181。
Tc=60。
τ=20。
( 2> 自调整模糊控制器的结构自调整模糊控制器的结构如图1 所示。
图1 带自调整因子的模糊控制器图中α为调整因子, 又称加权因子。
通过调整α值,可以改变偏差E 和偏差变化EC 对控制输出量U 的加权程度, 从而调整了控制规则。
但是, 若α值一旦选定, 在整个控制过程中就不再改变, 即在控制规则中对偏差、偏差变化的加权固定不变。
然而, 在实际控制中, 模糊控制系统在不同的状态下, 对控制规则中偏差E 与偏差变化EC的加权程度会有不同的要求。
为了适应被控对象的结构和参数的变化, 并模拟人工控制中的学习过程可以构造一个如图1 所示的带自调整因子的模糊控制器, 其实质是一个二级模糊控制系统。
具体方法是: 将调整因子α看作是一个模糊集, 其论域为( 0, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6,0.7, 0.8, 0.9,1> 。
根据希望的控制性能构造α的修改规则。
根据检测及计算得到的信息查修正表, 以选择适当的α值。
由下式计算控制量的变化值:U=-int [αE+ (1-α>EC]此时, 上式所描述的控制规则体现了按误差的大小自动调整误差对控制作用的权重, 因为这种自动调整是在整个误差论域内进行的, 所以这种自调整过程更符合人在控制决策过程中的思维, 已经具有高“智能” 的优化特点,且非常易于通过微机实时地实现其控制思想。
( 3> 自调整模糊控制器的仿真在模糊控制系统中, 模糊控制的性能在很大程度上取决于模糊控制规则的确定是否合理以及模糊控制器的有关参数大小选择是否合适。
简单的模糊控制器具有设计比较简单、控制性能比较好的特点。
对于复杂的控制系统, 采用相似的模糊控制规则以及一组固定不变的参数, 往往控制性能不够理想。
根据上文介绍的内容, 进行以下几种控制方法的仿真, 包括: 比例参数Ku 的自调整模糊控制、量化因子Ke 和Kec 自调整模糊控制、控制规则自调整的模糊控制。
仿真结果如图2 所示。
图2 自调整模糊控制仿真曲线图图中, 第1、2、3 条曲线分别代表比例参数Ku、控制规则、量化因子Ke 和Kec 自调整模糊控制仿真输出温度曲线。
它们的控制性能指标如表1 所示。
表1 三种控制方法的控制性能比较3 控制系统硬件设计本系统由PC 机运行用Delphi6.0 编写的RS-232 串行通信控制软件与单片机进行串行通信实现对温度箱内温度的实时控制。
PC 机作为上位机负责接收外部命令, 由串口输出后经接口电路发送到单片机, 使其执行相应的动作。
单片机作为下位机构成温度箱的模糊控制系统。
由PT100 型铂热电阻作为温度传感器把被控对象的温度信号转化为mV 级电压信号, 经运算放大器放大为0～5V 的电压信号, 然后经串行A/D 转换得到数字量, 被AT89C51单片机I/O 口读取, 和事先已存于片内的EEPROM中的温度电压对照查询表对照, 即可得到实际的温度值, 一路进行在线显示并经串行口传送到PC 机储存和作图, 一路作为控制器的输入变量。
控制器的输出通过单片机的I/O 口经D/A 转换变为模拟信号, 经放大器放大后去触发可控硅的导通角, 以达到调节温度箱加热功率的目的。
整个控制系统构成一个闭环系统, 其原理图如图3 所示。
整个控制系统也可以在没有PC 机的参与下, 由AT89C51 单片机独立完成控制任务, 只是由于单片机功能的限制使人机交互不太理想。
4 控制系统软件设计( 1> PC 机软件设计PC 机完成的功能主要包括: 控制系统的启动、停止,控制参数设置, 储存单片机传送过来的实时采集的温度数据并将其实时显示和绘图。
软件流程框图如图4 所示。
PC机软件由Delphi6.0 编写, 温度曲线图的绘制通过TCHART控件编程实现。
温度数据的存储通过建立Access 数据库,将数据实时存入数据库来实现。
( 2> 控制规则自调整模糊控制器的软件设计由计算机程序实现控制规则自调整模糊控制器的控制算法, 流程框图如图5 所示。
程序包括如下两个部分:1> 计算机离线计算查询表程序。
查询表的建立方法是: 将调整因子α看作是一个模糊集, 其论域为( 0, 0.1,0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9, 1> 。
根据希望的控制性能构造α的修改规则。
将之制成查询表, 将此表存于计算机内存中, 供计算机在线控制时使用。
2> 计算机在线实时控制程序。
该程序在模糊控制过程中完成在线计算输入变量( 误差和误差变化率> , 并将它们模糊化处理, 查找查询表后再作输出处理。
具体步骤如下:①设置输入、输出变量及控制量的基本论域, 预置量化因子、比例因子和采样周期。
②判断采样时间到否, 若时间已到, 则转向第三步,否则等待。
③启动A/D 转换, 进行数据采集。
④计算误差和误差变化并判断它们是否已超过上( 下> 限值, 若已超过, 则将其设定为上( 下> 限值。
⑤按给定的量化因子将误差和误差变化模糊化, 并由此查询存放在计算机内存中的α修改规则查询表, 以选择适当的α值。
⑥由下式计算控制量的值: U=- int [ αe+ ( 1- α> ec] ,将此值乘以给定的比例因子, 若已超过上( 下> 限值, 则设置为上( 下> 限值。
⑦启动D/A 转换得到控制器实际输出模拟量用来控制温度箱的温度。
( 3> PC 机与单片机串口通信软件设计PC 机与单片机串口通信通过MAX3225E 串口通信芯片来实现。
软件的设计包括单片机串口通信和PC 机( 上位机> 串口通信两部分内容, 两者必须遵从相同的通信协议才能正常通信。
系统采用串口通信格式如下: 波特率为4800bps, SMOD=1, 单片机串口工作于方式1。
用T1 作为定时器, 工作于方式2, fOSC=11.0592M。
将以上已知条件带入下面的串口波特率计算公式:计算得到: TH1=244 ( 十进制> =0F4H ( 十六进制> 。
数据位: 8 位。
奇偶位: 无。
启始位: 1 位。
停止位:1 位。
单片机串口通信程序包括串口初始化程序和中断服务程序, 用C51 编写。
串口初始化程序是对串口工作方式进行设置, 控制寄存器PCON 和SCON 的设置以及定时器T1的设置。
中断服务程序主要是采用中断方式来接收和发送数据, 同时要用软件方式清除接收中断标志RI(响应接收中断后> 和发送中断标志TI(响应发送中断后> 。
单片机串口通信程序流程框图见图6 所示。
PC 机串口通信程序用于读取单片机发来的温度数据和向单片机发送参数及命令, 用Delphi6.0 编制, 利用串口控件SPCOMM可实现PC 机串口通信, 其流程框图见图7 所示。
( 4> 抗干扰设计系统的抗干扰能力是系统可靠性的重要指标。
本系统主要采用有硬件抗干扰设计和软件抗干扰设计。
1> 硬件抗干扰设计①在后向通道设计中采用光电耦合器MOC3041。
光电耦合器具有和高的绝缘电阻可达欧姆以上, 并能承受2000V 以上高压, 因而能有效隔离高电压对微机系统的各种噪声干扰, 抑制尖峰脉冲电压, 具有很强的抗干扰能力。
②数字信号的传输采用双绞线。
双绞线的阻抗高, 抗共模噪声能力强, 能使各个小环路的电磁感应干扰相互抵消, 对电磁场具有一定的抑制效果。
③电源线应尽量加粗。
可使信号电平稳定和增加抗干扰能力, 使电源线能通过3 倍于印刷电路板上的允许电流。
④接地线尽量构成闭环路, 可增加抗干扰能力。
⑤配置去耦电容。
电源输入端接10～100μF 的电解电容, 给每个IC 集成芯片配置一个0.01μF 的陶瓷电容器。
2> 软件抗干扰设计采用限幅滤波法消除干扰, 其方法是将两次相邻的采样值求出其增量, 然后与两次采样允许的最大差值Δy 进行比较。
若小于或等于Δy, 则取本次采样值, 若大于Δy,则取上次采样值作为本次采样值, 即|y n-y n-1|≤Δy, 则y n有效。
|y n-y n-1|＞Δy, 则y n-1有效。
式中: y n———第n 次采样值。
y n-1———第n-1 次采样值。
Δy———相邻两次采样值允许的最大偏差。
( 5> 误差分析误差主要来源是:①PT100 铂热电阻在0℃～100℃范围存在0.1℃的误差。
②A/D 转换误差: 1/212≈0.025%。
③被控对象即恒温箱内温度的不均匀导致误差。
对于第3 项减少误差的方法是在箱内安装风扇增加流动性。
另外, 采取多点测量, 然后取平均值作为温度测量值。
综合以上可知, 系统总的误差小于0.3℃。
5 结论温度是工业生产中经常碰到的控制参数之一, 对温度控制的好坏直接影响产品的质量甚至产品制造的成功与失败, 因而对温度的控制具有广泛的实际应用价值和应用前景。
本系统作为一次单片机系统在温度控制领域的探索和研究, 根据温度具有非线性、时变性、大滞后等特性, 采用了控制规则自调整模糊控制方法, 结合ATMEL 的89C51 单片机的应用, 通过硬件的设计、调试以及PC 机(上位机> 和单片机(下位机> 的软件的编程调试, 基本开发出了人机界面友好的模糊自适应温度控制器。