基于模糊控制的水温自动调节器的设计与开发..doc

基于模糊控制的水温自动调节器的设计与开发 07电信1班 陈晓静 200730580103 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。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”所拥有的信息容量更大，内涵更丰富，更符合客观世界 “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、反应灵敏、抗干扰能力强、节省电能等优点。 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编程与硬件的交互作用。 电热水器水温自动调节器以AT89C2051单片机为核心，有多谐振荡电路、温度设定电路、单片机。设定温度显示电路、控制信号隔离输出电路等几部分组成，结构框图如图1显示： ①多谐振荡电路。由G1、G2、G3、G4、Rt、Rs、C组成。具体电路如图2。其中Rt是具有负温度系数的热敏电阻（0～100℃时，阻值在3～1kΩ之间变化），是本电路中的温度传感器，用环氧树胶涂于其外表后置于热水中。Rs是限流电阻，限值很小，只有100Ω。G1、G2、G3、G4四个非门采用TTL门74LS04电路，振荡周期T≈ ②AT89C2051单片机。是本控制器核心器件，模糊控制就是靠它控制软件来实现。AT89C系列单片机是Atmel公司1993年开始研制生产的，优越的性能价格比使其成为颇受欢迎的8位单片机。 AT89C2051提供以下标准功能：2k字节Flash 闪速存储器，128字节内部RAM，15个I／O 口线，两个16位定时／计数器，—个5 向量两级 断结构，一个全双工串行通信口，内置—个精密比较器，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89C2051可降至0HZ 的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU 的工作，但允许RAM，定时／计数器，串行通信口及 断系统继续工作。掉电方式保存RAM 中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。 AT89C2051单片机的内部结构图 ③温度设定电路。通过按键产生脉冲从INT1输入单片机来调节水温。 ④设定温度显示电路。单片机将设定的温度值通过动态扫描的方法输出，数码管上可直接显示设定温度。在自动测定各温度对应的T0的计数值时，还可用来显示TL0的值。 ⑤控制信号隔离输出电路。通过光耦将加热强电电路与单片机隔离，防止其干扰单片机的工作。单片机的输出控制信号控制两电热丝的断通，从而调节水温。 图1 硬件原理框图 图2 多谐振荡器电路图 工作原理： INT1先用于各温度值对应的脉宽计数器值的测量显示。中断