基于单片机的模糊逻辑数字温控系统

Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｖｏｌ．　２９　Ｎｏ．　１１

Ｎｏｖｅｍｂｅｒ　２００４

57

１　引言

温度控制对于实验或生产过程有着十分重要的作用温度传感器

吹风机和Ａ／Ｄ转换芯片来实现的数字温度控制

系统

使得升温

过程更加均匀

升温曲线更具有线性

与

传统控温方法相比它具有精度高造价

低

２　温度控制模糊算法

目前大部分温度控制器还是采用ＰＩＤ控制算

法

一般都得到较满意的控制效果

不同的温度控

制对象要用不同的ＰＩＤ参数

另外常规ＰＩＤ控制器对于非线性

要用ＰＩＤ

算法设计一种适应不同范围和不同用途的温度控制器

只能根据不同的

情况重新整定ＰＩＤ参数

可

以模仿人的思维方法

用模糊逻辑实现控制

研究的重

点是控制器本身而不是被控现象

郑学仁

李

旭

专用集成电路研究中心

摘要该系统硬件主要由

单片机

通过软件编程实现模糊逻辑控制和多点式线性逼近的方法

精确

该设计具有线路简单响应快

使用方便等特点

数字温控系统

线性逼近

中图分类号

Ａ 文章编号

ＺＨＥＮＧ　Ｘｕｅ－ｒｅｎＬＩ　Ｘｕ

（Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｐｈｙｓｉｃｓ，　Ｓｏｕｔｈ　Ｃｈｉｎａ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，　Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ　５１０６４０

半导体技术第２９卷第１１期

２００４年１１月

58系统参数变化不敏感适用于

对不同对象的控制

实现升温并使温度恒定

Ｔ是可正可负的

需将

使其论域从０开始到某一个正数Ｔ

的论域为

８

图１是

模糊控制器的原理图

定义把模糊输出论域０

Ｓ较

弱

中

等

较

大

强

其隶属函数仍采用对称三

角形

其规则形式为

Ｕ是

Ｂ

Ｔ有５个标称

由此构成一个模糊逻辑控制规

则知识库

Ｔ

采用玛达尼推理法

可获得模糊输出量

第

一阶段是

表示某一模糊变量的语言

值

第二阶段是

ＩＦ－ＴＨＥＮ

并把激活的各个规则所产生的结果

到一起

模糊输出

第三阶段是对这些

模糊输出进行解模糊判决

可直接驱动执行机构的

该系统的输入量为温度偏差

Ｔ为本次实测温度值与设定温度值之间的差值

温度变化一般不可能很

快

当

４

采用模糊逻辑控制算法实现控制将该模糊控制区分为５个模

糊子集

负大温度偏差负小温度

偏差

零温度偏差

正小温度偏

差模糊子集的隶属函数采用如图２所示的对称三角形

４都可以找到对应不同

模糊子集

的隶属度

由此就可完成对温度偏差精确输入

图１ 模糊控制器的原理图

图２ 输入量温度偏差

Ｔ

ＮＢＮＳＺＥＰＳＰＢＵＵ

Ｂ

ＭＢ

Ｍ

ＳＭ

Ｓ

３ 算法软件实现

图３是系统实现模糊逻辑控制部分的子程序流程图

为了精确控制温度ＰＷＭ

最大档

中间

档

最小档

即

每秒产生１００个脉冲其中最大

档为１００﹪脉宽最小档为０﹪脉

宽

中间档最为重要在不同的温度如现在温度为１００

假如维持温度１００

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Ｎｏｖｅｍｂｅｒ　２００４

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﹪脉宽的中间档经过线性计算处理后得到的其中间档也会随之变

化

即

１００

﹪

较小值就是１５﹪

脉宽

由于加热时间和需要加热温度

已经设定

也就是在每个时间点的加热脉宽不同

通过单片机进行计算后当前温度与设定温度不同时当前温度＜应达到温度

４

脉宽取最

大值

当前温度＞应达到温度

２

脉宽取较小值

当前温度

脉宽取中间值

还

采取了多点式线性逼近的方法

而且在加热过程中由于

单片机采样频率不够

甚至变化比较大

本温控系统可以在当前

温度与最终设定温度之间任意设定５组数据

这样可以使升温曲线更加趋于线性

把温度信

号通过Ａ／Ｄ转换芯片转换成

频率信号

计算出

当前温度

并利用模糊逻辑控制的原理

使加热过程更趋于线性使系统更加稳定

也就是在规定时间内所要达到的加热温

度

系统将默认按照前一次输入

的数据进行工作

将按照设定的每个

点的时间和设定加热温度进行工作

根据控温系统的功能

温度传感器

显示接口电路控温电路

其原理框图如图４

　测温电路

实现温度

电压变换

铂电阻的缺点主要是易碎

本系统使用的Ａ／Ｄ转换芯

片是Ｖ／Ｆ转换芯片

有着良好的精度此外

外围

元件性能要求不高

显示接口电路是由８只８段

式数码管及外围器件组成

可以显示２组０

按键接口电路由５个按键组

成

便于操作者对温控

系统进行控制和设定

　超限定温度报警显示接口电路