【正文】 于結(jié)構(gòu)復(fù)雜且難以用傳統(tǒng)理論建立模型的問題。目前 FLC 已經(jīng)成功地應(yīng)用與各種溫度控制上。 模糊控制與一般的自動(dòng)控制的根本區(qū)別是，不需要建立精確的數(shù)學(xué)模型，而是運(yùn)用模糊理論將人的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)、思維推理， 其 控制過程的方法與策略是由所謂模糊控制器來實(shí)現(xiàn)。 對(duì)于多變量、非線性和時(shí)變的大系統(tǒng)，系統(tǒng)的復(fù)雜性和控制技術(shù)的精確性形成了尖銳的矛盾。 模糊控制對(duì)那些難以獲得數(shù) 學(xué)模型或模型非常粗糙的工業(yè)系統(tǒng)，如那些大滯后、非線性等復(fù)雜工業(yè)對(duì)象實(shí)施控制有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，但 靜態(tài)誤差不易控制 .模糊控制偏偏含有大量專家經(jīng)驗(yàn) ,實(shí)際實(shí)現(xiàn)比較困難 ,它絕不可以代替經(jīng)典的自動(dòng)控制，而是擴(kuò)展了一般的自動(dòng)控制。在一些實(shí)際過程中，人們也常把模糊控制與一般的自動(dòng)控制結(jié)合在一起應(yīng)用，并且已研制出神經(jīng)模糊網(wǎng)絡(luò)的家電產(chǎn)品，將模糊控制技術(shù)與人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、專家系統(tǒng)等人工智能中一些新技術(shù)相結(jié)合，向著更高層次的研究和應(yīng)用發(fā)展。 采用模糊控制其優(yōu)點(diǎn)是不需要粗確知道被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，而且適用于有較大滯后特性的控制對(duì)象。缺點(diǎn)是靜 態(tài)誤差不易控制，因含有大量專家經(jīng)驗(yàn)，實(shí)際實(shí)現(xiàn)比較困難。 模糊控制比傳統(tǒng)的 PID 控制等方法 , 在強(qiáng)時(shí)變、大時(shí)滯、非線性系統(tǒng)中的控制效果有著明顯的優(yōu)勢(shì)。將模糊控制技術(shù)應(yīng)用于家電產(chǎn)品在國(guó)外已是很普遍的現(xiàn)象。單片機(jī)是家用電器常用的控制器件 , 把二者結(jié)合起來 , 可使控制器的性能指標(biāo)達(dá)到最優(yōu)的目的?；谀：刂萍夹g(shù)的單片機(jī)控制的電熱水器 , 是對(duì)傳統(tǒng)的電熱水器開關(guān)控制的改造 , 具有達(dá)到設(shè)定溫度的時(shí)間短、穩(wěn)態(tài)溫度波動(dòng)小、反應(yīng)靈敏、抗干擾能力強(qiáng)、節(jié)省電能等優(yōu)點(diǎn)，將成為以后發(fā)展的主流。 江蘇大學(xué)京江學(xué)院本科畢業(yè)論文 3 第二章 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)并制作一個(gè) 基于單片機(jī)的熱水器溫度控制系統(tǒng)的電路，其結(jié)構(gòu)框圖如圖 21： 圖 2－ 1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 硬件系統(tǒng)子模塊 (1) 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路部分 (2) 鍵盤掃描電路部分 (3) 數(shù)碼管溫度顯示和運(yùn)行指示燈電路部分 (4) 溫度采集電路部分 (5) 繼電器控制部分 (6) 報(bào)警部分 軟件總體設(shè)計(jì) 良好的設(shè)計(jì)方案可以減少軟件設(shè)計(jì)的工作量，提高軟件的通用性，擴(kuò)展性和可讀性。 本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案和步驟如下 ： (1) 根據(jù)需求按照系統(tǒng)的功能要求，逐級(jí)劃 分模塊。 電源 數(shù)碼管顯示 指示燈 報(bào)警 繼電器 鍵盤 單片機(jī) AT80C51 溫度傳感器 DS18B20 江蘇大學(xué)京江學(xué)院本科畢業(yè)論文 4 (2) 明確各模塊之間的數(shù)據(jù)流傳遞關(guān)系，力求數(shù)據(jù)傳遞少，以增強(qiáng)各模塊的獨(dú)立性，便于軟件編制和調(diào)試。 (3) 確定軟件開發(fā)環(huán)境，選擇設(shè)計(jì)語言，完成模塊功能設(shè)計(jì)，并分別調(diào)試通過。 (4) 按照開發(fā)式軟件設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，將各模塊有機(jī)的結(jié)合起來，即成一個(gè)較完善的系統(tǒng)。 首先接通電源系統(tǒng)開始工作，系統(tǒng)開始工作后，通過按鍵設(shè)定溫度值的上限值和下限值，確定按鍵將設(shè)定的溫度值存儲(chǔ)到指定的地址空間， 溫度傳感器 開始實(shí)時(shí)檢測(cè)，調(diào)用顯示子程序顯示檢測(cè)結(jié)果，調(diào)用比較當(dāng)前顯示溫度值與開始設(shè)定的溫度值比較，如果當(dāng)前顯示值低于設(shè)定值就 通過繼電器起動(dòng)加熱裝置，直到達(dá)到設(shè)定值停止加熱，之后進(jìn)行保溫 ， 如果溫度高于上限進(jìn)行報(bào)警。 本次設(shè)計(jì)主要思路是通過對(duì)單片機(jī)編程將由溫度傳感器 DS18B20采集的溫度外加驅(qū)動(dòng)電路顯示出來，包括對(duì)繼電器的控制，進(jìn)行升溫，當(dāng)溫度達(dá)到上下限蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警。P17開關(guān)按鈕是用于確認(rèn)設(shè)定溫度的，初始按下表示開始進(jìn)入溫度設(shè)定狀態(tài)，然后通過P15和 P16設(shè)置溫度的升降，再次按下 P17時(shí)，表示確認(rèn)所設(shè)定的溫度，然后轉(zhuǎn)入升溫或降溫。 P23所接的發(fā)光二極管用于表示加熱狀態(tài)， P25所接的發(fā)光二極管用于表示保溫狀態(tài)。 P23接繼電器。 P31是溫度信號(hào)線。整個(gè)電路都是通過軟件控制實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求。 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路 因?yàn)?80C51單片機(jī)內(nèi)部自帶 8K的 ROM和 256字節(jié)的 RAM，因此不必構(gòu)建單片機(jī)系統(tǒng)的擴(kuò)展電路。如圖 2－ 2，單片機(jī)最小系統(tǒng)有復(fù)位電路和振蕩器電路。值得注意的一點(diǎn)是單片機(jī)的 31腳 VPEA/ 必須接高電平，否則系統(tǒng)將不能運(yùn)行。因?yàn)樵撃_不接時(shí)為低電平，單片機(jī)將直接讀取外部程序存儲(chǔ)器，而系統(tǒng)沒有外部程序存儲(chǔ)器，所以 VPEA/ 必須接 VCC。在按鍵兩端并聯(lián)一個(gè)電解電容 ，濾除交流干擾，增加系統(tǒng)抗干擾能力。 江蘇大學(xué)京江學(xué)院本科畢業(yè)論文 5 圖 2－ 2 單片機(jī)最小系統(tǒng) 圖 鍵盤電路 鍵盤是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中的主要輸入設(shè)備，單片機(jī)使用的鍵盤分為編碼鍵盤和非編碼鍵盤。編碼鍵盤采用硬件線路來實(shí)現(xiàn)鍵盤的編碼，每按下一個(gè)鍵，鍵盤能夠自動(dòng)生成按鍵代碼，并有去抖功能。因此使用方便，但硬件較復(fù)雜。非編碼鍵盤僅僅提供鍵開關(guān)狀態(tài)，由程序來識(shí)別閉合鍵，消除抖動(dòng)，產(chǎn)生相應(yīng)的代碼，轉(zhuǎn)入執(zhí)行該鍵的功能程序。非編碼鍵盤中鍵的數(shù)量較少，硬件簡(jiǎn)單，在單片機(jī)中應(yīng)用非常廣泛。 圖 2－ 3為 按鍵和 AT80C51的接線圖，檢測(cè)儀共設(shè)有 4個(gè)按鍵，每個(gè)按鍵由軟件來決定其功能， 4個(gè)按鍵功能分別為 ： (1) SW1： 設(shè)定按鍵 (設(shè)定按鍵 ) (2) SW2： 加法按鍵 (當(dāng)前位加 5) (3) SW3： 減法按鍵 (當(dāng)前位減 5) (4) SW4： 退出設(shè)置鍵 (系統(tǒng)初始化 ) 江蘇大學(xué)京江學(xué)院本科畢業(yè)論文 6 圖 2－ 3 單片機(jī) 按鍵和 AT80C51 的接線圖 數(shù)碼管及指示燈顯示電路 （ 1）數(shù)碼管顯示說明 各個(gè)數(shù)碼管的段碼都是單片機(jī)的數(shù)據(jù)輸出 ， 即各個(gè)數(shù)碼管輸入的段碼都是一樣的 ，為了使其分別顯示不同的數(shù)字 ， 可采用動(dòng)態(tài)顯示的方式 ， 即先只讓最低位顯示 0(含點(diǎn) )，經(jīng)過一段延時(shí)，再只讓次低位顯示 1，如此類推。由視覺暫留 ， 只要我們的延時(shí)時(shí)間足夠短，就能夠使得數(shù)碼的顯示看起來非常的穩(wěn)定清楚 ， 過程如 表 21。 表 21 數(shù)碼管編碼表 段碼 位碼 顯示器狀態(tài) 08H 01H □□□□□□□0 abH 02H □□□□□□1□ 12H 04H □□□□□2□□ 22H 08H □□□□3□□□ a1H 10H □□□4□□□□ 24H 20H □□5□□□□□ 04H 40H □6□□□□□□ aaH 80H 7□□□□□□□ 江蘇大學(xué)京江學(xué)院本科畢業(yè)論文 7 本論文中使用了 3個(gè)數(shù)碼管，其中前兩位使用動(dòng)態(tài)掃描顯示實(shí)測(cè)溫度， 在設(shè)置加熱溫度的時(shí)候，兩個(gè)數(shù)碼管是閃爍，以提示目前處在溫度設(shè)置狀態(tài)。第三位數(shù)碼管靜態(tài)顯示符號(hào) “℃” 。 （ 2）運(yùn)行指示燈說明 本熱水器溫度控制系統(tǒng)中共使用到 3個(gè) LED指示燈和 3個(gè)數(shù)碼管。 右上角的紅色 LED是電源指示燈； 數(shù)碼管右邊的紅色 LED是加熱指示燈，當(dāng)剛開機(jī)或溫度降到設(shè)定溫度 5℃ 以下時(shí)，該燈會(huì)亮，表示目前處于加熱狀態(tài)；當(dāng)溫度上升到設(shè)定溫度時(shí)，該 LED滅，同時(shí)數(shù)碼管右邊的綠色 LED亮，表示目前處于保溫狀態(tài)，用戶可以使用熱水器；當(dāng)溫度再次下降到設(shè)定溫度 5℃ 以下時(shí)，綠色 LED滅，紅色加熱的 LED燈亮 ， 不斷循 環(huán)。 V C CE1C3B2Q1P N PE1C3B2Q3P N PR6470R7470R8470R9470R 10470R 11470R 12470R 13470V C CE A /V P31X119X218R E S E T9RD17WR16I N T 012I N T 113T014T115P 101P 112P 123P 134P 145P 156P 167P 178P 0039P 0138P 0237P 0336P 0435P 0534P 0633P 0732P 2021P 2122P 2223P 2324P 2425P 2526P 2627P 2728P S E N29A L E /P30T X D11R X D10U2R 16R 17S 85 50 *3abfcgdeD P Y1234567abcdefg8dpdpabfcgdeD P Ydpcom19com210D P 1兩位數(shù)碼管ab fcgdeDPY1234567abcdefg8dpdpCOM9D P 2D P Y _7 S E G _D PR 14470V C C 圖 2－ 4 LED 數(shù)碼管顯示電路圖 江蘇大學(xué)京江學(xué)院本科畢業(yè)論文 8 溫度采集電路 （ 1） DS18B20 介紹 Dallas最新單線數(shù)字溫度傳感器 DS18B20簡(jiǎn) 稱 新的 “ 一線器件 ” 體積更小、適用電壓更寬、更經(jīng)濟(jì) 。 Dallas半導(dǎo)體公司的數(shù)字化溫度傳感器 DS1820是世界上第一片支持 “ 一線總線 ” 接口的溫度傳感器。一線總線獨(dú)特而且經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)，使用戶可輕松地組建傳感器網(wǎng)絡(luò)，為測(cè)量系統(tǒng)的構(gòu)建引入全新概念。 DS18B DS1822“ 一線總線 ” 數(shù)字化溫度傳感器同 DS18B20一樣， DS18B20也支持 “ 一線總線 ” 接口，測(cè)量溫度范圍 為 55℃~+125℃ ，在 10℃ ~+85℃ 范圍內(nèi) ,精度為 177。 ℃ 。 DS1822的精度較差為 177。2 ℃ ?，F(xiàn)場(chǎng)溫度直接以 “ 一線總線 ” 的數(shù)字方式傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。其 DS18B20的管腳配置和封裝結(jié)構(gòu)如圖 25所示 。 圖 25 DS18B20 封裝 引腳定義： ① DQ 為數(shù)字信號(hào)輸入 /輸出端； ② GND 為電源地； ③ VDD 為外接供電電源輸入端（在寄生電源接線方式時(shí)接地）。 （ 2） DS18B20的單線（ 1－ wire bus）系統(tǒng) 單線總線結(jié)構(gòu)是 DS18B20的突出特點(diǎn)，也是理解和編程 的難點(diǎn)。從兩個(gè)角度來理解單線總線：第一，單線總線只定義了一個(gè)信號(hào)線，而且 DS18B20智能程度較低（這點(diǎn)可以與微控制器和 SPI器件間的通信做一個(gè)比較），所以 DS18B20和處理器之間的通信必然要通過嚴(yán)格的時(shí)序控制來完成。第二， DS18B20的輸出口是漏級(jí)開路輸出，這里給出一個(gè)微控制器和 DS18B20連接原理圖。這種設(shè)計(jì)使總線上的器件在合適的時(shí)間驅(qū)動(dòng)它。顯然，總線上的器件與（ wired AND）關(guān)系。這就決定：（ 1）微控制器不能單方面控制總線狀態(tài)。之所以提出這點(diǎn)，是因?yàn)橄喈?dāng)多的文獻(xiàn)資料上認(rèn)為，微控制器在讀取 總線上數(shù)據(jù)之前的 I/O口的置 1操作是為了給 DS18B20一個(gè)發(fā)送數(shù)據(jù)的信號(hào)。這是一個(gè)錯(cuò)誤的觀江蘇大學(xué)京江學(xué)院本科畢業(yè)論文 9 點(diǎn)。如果當(dāng)前 DS18b20發(fā)送 0，即使微控制器 I/O口置 1，總線狀態(tài)還是 0。置 1操作是為了是 I/O口截止（ cut off），以確保微控制器正確讀取數(shù)據(jù)。（ 2）除了 DS18B20發(fā)送 0的時(shí)間段，其他時(shí)間其輸出口自動(dòng)截止。自動(dòng)截止是為確保： 1時(shí)，在總線操作的間隙總線處于空閑狀態(tài)，即高態(tài)。 2時(shí)，確保微控制器在寫 1的時(shí)候 DS18B20可以正確讀入。 由于 DS18B20采用的是 1－ Wire總線協(xié)議方式，即在一根數(shù)據(jù)線實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的 雙向傳輸，而對(duì) AT89S52單片機(jī)來說，硬件上并不支持單總線協(xié)議，因此，我們必須采用軟件的方法來模擬單總線的協(xié)議時(shí)序來完成對(duì) DS18B20芯片的訪問。 ① DS18B20 的復(fù)位時(shí)序，如圖 26 V D DG N D主 機(jī) 發(fā) 出 復(fù) 位 脈 沖最 小 值 ： 4 8 0 u s最 大 值