【正文】 領(lǐng)先。 景德鎮(zhèn)陶瓷學院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 主要研究內(nèi)容 本課題以單片機為主要手段，以電飯鍋 為控制對象， 將模糊控制技術(shù)應 用于電飯鍋的開發(fā)方面，由于在電飯鍋的模糊控制當中，許多前輩已經(jīng)做了大量卓有成效的工作， 即使在今天，模糊電飯鍋在市場上也是比比皆是。所以，在其它因素 (如結(jié)構(gòu)、材料、發(fā)熱盤的形狀、頂蓋出氣孔的大小等 )一定的情 況下，對米量進行模糊判斷是決定控制效果好壞的關(guān)鍵 .為了選取合適的輸入量進行米量的判斷，首先必須了解模糊電飯鍋的煮飯工藝曲線 . 模糊電飯煲的工作過程 從煮飯專家的角度來看，米飯的成熟需要經(jīng)過如下八個階段 :穩(wěn)定、吸水、集中加熱、落水、沸騰、間歇加熱、炯飯和保溫。 (2)吸水階段 大米在正常狀態(tài)的含水量較低，吸水階段的工作目的就是使大米的含水量升高，以便在 加熱階段能夠使大米的加熱趨于均勻，熱量透到大米的芯部，提高米飯的質(zhì)量。也就是使米芯的淀粉 a 化。模糊控制器的控制規(guī)律由程序?qū)崿F(xiàn)，在實現(xiàn)的過程中要經(jīng)過以下三個步驟 :輸入量的模糊化、模糊推理和輸出量的解模糊。模糊推理就是以已知的規(guī)則庫和輸入變量為依據(jù)，基于模糊變換推出新的模糊命題作為結(jié)論的過程。 炊飯量的模糊推理 因為影響炊飯量檢測的因素眾多， 所以不能采用稱重傳感器或其它直接測量的方 法，而只能用溫度傳感器測出飯溫信號，利用模糊推理，組成測定飯量的軟傳感器，最后通過模糊決策來判斷米量的值。 二維 模糊推理機的設(shè)計 模糊控制器的設(shè)計方法可以分為兩類 :試錯法 (trialanderror approach)和理論法 (theoretical approach)。本質(zhì)上說，這一步驟界定了模糊控制器的應用范圍。這也是人們普遍采用二維模糊控制器的原因。反倒是底部溫度到達 95℃時的頂部溫度在不同米量下差別更為顯著。下面將講述其具體推理過程。 景德鎮(zhèn)陶瓷學院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 表 22 t100 隸屬度表 Table 22 Membership of t100 米量 R 分為五檔，語言描述為很大、較大、中等、較小、很小， 對應的 模糊子集為 {PB， PS, O, NS, NS}。 如果頂溫較高，且加熱時間較短，則米量很小 。 表 23 語言變量的判斷規(guī)則表 由此可得表 24 所示的模糊判斷規(guī)則 : 表 24 模糊判斷規(guī)則表 建立模糊推理器的推理規(guī)則由上述規(guī)則表可見，手動控制規(guī)則的條件語句為IF A 且 B則 C(即 IF A AND B THEN C)的形式，由似然推理的 MAMDANI 推理方法，其對應的模糊關(guān)系為 : R = ( A C ) ( B C ) = A B C? ? ? ? ? 對于推理規(guī)則 (1)如果頂溫很高，且加熱時間很短，則米量很小，即 : R1=TPB X tNB X RNB 同理 R2=TPB X tNS X RNB R3=TPB X tO X RNS R4=TPB X tPS X RNs R5=TPB X tPB X RNs 景德鎮(zhèn)陶瓷學院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 R6=TPS X tNB X RNB ?? R26=TNB X tNB X RPS R27=TNB X tNS X RPB R28=TNB X to X RPB R29=TNB X tPS X RPB R30=TNB X tPB X RPB 總的控制規(guī)則為 R=R1+R1 十 R3 十?? +R29 十 R30 (26) R 應該是一個 (7X7) X6 的矩陣。根據(jù) Q 的模糊化，將輸出變量的隸屬度函數(shù)。 景德鎮(zhèn)陶瓷學院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 16 第 3 章 電飯煲控制系統(tǒng)的設(shè)計 前兩節(jié)給出了電飯煲的炊煮工藝流程和模糊控制器的設(shè)計，這一節(jié)將重點闡述電飯煲控制系統(tǒng)的的實現(xiàn)。 MCU 顯示 /按鍵電路 聲音報警電路 加熱執(zhí)行電路 測溫電路 電源 /電池供電電路 時鐘與復位電路 景德鎮(zhèn)陶瓷學院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 17 圖 HT46R65 引腳配置圖 它的主要技術(shù)特性如下 : (1)高性能 RISC 結(jié)構(gòu) (2)低功率完全靜態(tài) CMOS 設(shè)計 (3)工作電壓 :在 4MHz 下，由 到 。當電源掉電，電 池供電時， Q1和 Q2 都截止， D6 導通， VDD 對數(shù)字地約等于電池電壓 ，此時 V1 懸空。電飯煲中有頂部和底部兩路溫度檢測，可以隨時監(jiān)測頂部和底部的溫度。輸入到 INT1 引腳的方波的另一個作用是檢測電源是否掉電，如果掉電 MCU 應該工作在 Halt 狀態(tài)。輸出控制部分受控于功能子程序，顯示當前的工作狀態(tài)并決定當前繼電器和可控硅是否工作。 煮飯工作過程的軟件設(shè)計 如前所述，煮飯的過程實際上是要保證電飯煲內(nèi)的米水混合物要經(jīng)過 圖 24開始 系統(tǒng)初始化及AD 采樣 按鍵掃描 功能一 功能 N 輸出控制及顯示 返回 功能 N 子程序 功能一子程序 …… YES YES 景德鎮(zhèn)陶瓷學院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 22 所示的溫度曲線，因此，煮飯功能程序的設(shè)計就是圍繞這一目的來進行的。 如果 T=1，若 t1，則 R=0，否則若 t=1，則 R=1，否則 R=2。這一過程的參數(shù)整定同樣是一個“試錯”過程，本文討論的專家系統(tǒng)正是針對參數(shù)整定問題提出的解決辦法。有經(jīng)驗的工程師在調(diào)試過程中或許可以少走一點彎路，沒有經(jīng)驗或僅有少量經(jīng)驗的工程師為了取得更好的控制效果往往不得不花費更大的時間和精力。知識庫以適當?shù)男问絻Υ鎻膶＜夷抢锏玫降哪硞€領(lǐng)域的專門知識、經(jīng)驗和常識。 本課題建立的一種基于模糊電飯煲開發(fā)的專家系統(tǒng)如圖 41 所示。在系統(tǒng)找到一種最優(yōu)的數(shù)據(jù)之后，只需將 EEPROM 中的數(shù)據(jù)讀出，放入程序中相應位置即可。 (4)通信子程序所有上位機獲得的電飯煲測試系統(tǒng)的數(shù)據(jù)都來自單片機的傳遞，單片機同 PC 之間是全雙工的通信方式。同時，上位機及下位機程序基本編寫完畢 。 景德鎮(zhèn)陶瓷學院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 32 結(jié) 論 本課題在研究了模糊控制系統(tǒng)的設(shè)計方法并熟悉了電飯煲這一模糊對象的基礎(chǔ)上，詳細討論了一種模糊電飯煲控制系統(tǒng)的實現(xiàn)。完成了下位機軟件的設(shè)計和調(diào)試 。微電腦電飯煲以其良好的烹調(diào)效果，節(jié)能的特點，智 能化與多功能的設(shè)計，越來越受到人們的喜愛。 此外，本人在 論文 期間曾經(jīng) 對 電飯煲 進 行過研究 ，對其中參數(shù)整定的復雜性深有體會，且其調(diào)整規(guī)則是由經(jīng)驗獲得的。 景德鎮(zhèn)陶瓷學院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 35 致 謝 這是我在大學校園里的最后一次作業(yè)，現(xiàn)在馬上就要結(jié)束了，不管好與差，我都感慨萬千。神經(jīng)控制和智能控制論 .哈爾濱工業(yè)大學出版社， 1998 5 余永權(quán) .模糊控制技術(shù)與模糊家用電器 .北京航空航天大學出 版社， 20xx 6 陳梅 .淺談模糊控制 .上海電機技術(shù)高等?？茖W校學報， 20xx 年第 3 期 7 張德江 .智能控制技術(shù)現(xiàn)狀與展望 .長春工業(yè)大學學報，第 23 卷增刊， 8 王立新 .模糊系統(tǒng)與模糊控制教程 .清華大學出版社， 20xx 9 余永權(quán)編著 .單片機與家用電器智能化技術(shù)。正是他 們給予了我大學四年的經(jīng)濟支持，才讓我能安心的在校園里學習知識，才讓我以一種輕松和愉悅的心情讀完了整個大學。主要是進行尋優(yōu)算法的設(shè)計，同時需要做大量的實驗對系統(tǒng)的 實際運行情況進行檢驗。在這種情況下，合適的米量判斷方法的研究就顯得格外重要。出于提高開發(fā)效率的考慮，本文提出了一種基于模糊電飯煲開發(fā)的專家系統(tǒng)，將工程師在參數(shù)整定方 面的經(jīng)驗進行總結(jié)，利用計算機程序代替工程師實現(xiàn)復雜的參數(shù)微調(diào)過程。 (3)研究了模糊電飯煲控制系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)，真正建立了一種適合電飯煲模糊控制系統(tǒng)的程序流程，實現(xiàn)了米量的正確判斷。本章介紹了系統(tǒng)的各個組成部分，包括硬件結(jié)構(gòu)及軟件架構(gòu)等，描述了系統(tǒng)的工作原理。 開始 測試已完成？ 測試結(jié)果反饋 現(xiàn)象輸入完畢？ 尋優(yōu)算法 通信子程序，傳遞調(diào)整后參數(shù)值 結(jié)束 同 MCU 通信 繪溫度圖 Y N Y N 景德鎮(zhèn)陶瓷學院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 31 （ 3）采用適當?shù)膶?yōu)算法，為了達到節(jié)省人力物力的目的，要求其要快速收斂。 （ 2)測試結(jié)果分析此程序模塊用于分析側(cè)試工程師輸入的結(jié)果，并將映射為數(shù)值關(guān)系，如，“嚴重度”會映射成為尋優(yōu)算法中的步長或調(diào)整因子等。 系統(tǒng)工作原理 上述系統(tǒng)的硬件采用一種通用的電飯煲開發(fā)板，與普通電飯煲控制器 不同之處在于，該通用的電飯煲開發(fā)板中的數(shù)據(jù)是存放在 EEPROM 中的，而普通電飯煲開發(fā)板中的數(shù)據(jù)是直接存放在單片機的 ROM 中的。知識獲取是建立專家系統(tǒng)的瓶頸。這也正是本文求助于專家系統(tǒng)的理由。因此，電飯煲設(shè)計工作到最后仍 然需要用試錯法 (Try and Error)對局部參數(shù)進行微調(diào)，而這一點恰恰是模糊電飯煲設(shè)計的難點。本章將就電飯煲 控制系統(tǒng) 實際設(shè)計過程中出現(xiàn)的難點問題 —— 參數(shù)整定問題進行討論并試圖給出一種解決辦法。 如果 T=1 且 t1，則 R=3 否則 R=2 。在這種情況下，還必須進行 AD 值到溫度值的曲線擬合。按鍵檢測部分檢測用戶輸入的鍵值，并分析該鍵值是否為有效鍵，如是，則執(zhí)行相應的按鍵子程序 :A/D 采樣及分析部分采集溫度信號，以備后續(xù)程序確定系統(tǒng)當前應該處于何種工作狀態(tài)，如果采集到的 A/D 信號有誤，則執(zhí)行相應的報警程序并返回待機狀態(tài) 。過零檢測電路如圖 所示?？梢酝ㄟ^調(diào)節(jié)計數(shù)初值而得到不同頻率的聲音，系統(tǒng)中分為音樂聲音和報警聲音兩類。而VDD 通過負載作用于 Q2 的發(fā)射極，通過估算知， Q2 處于放大狀態(tài)， VDD 比 Q2 發(fā)射極電壓高出約 5V, Q2 的發(fā)射極構(gòu)成了數(shù)字地。 圖 電飯煲硬件系統(tǒng)構(gòu)成 系統(tǒng)選用以低成本、功耗小、性能良好的 8位 A/D with LCD 型 HT46R65 單片機為控制核心的控制電路 。模式四表示香米的少量米模式 。綜上所述，在沸騰階段，不同的米量要采用不同的底部 Pw，這是建立以米量 Q為輸入，底部 Tp 為輸出，實現(xiàn)對 Pw 控制的一維模糊推理過程原因所在。 景德鎮(zhèn)陶瓷學院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 如果頂溫很低，且加熱時間很長，則米量很大 。 如果頂溫很高，且加熱時間很長，則米量很小 。 集中加熱時間的語言描述分為五檔，分別為很長、長、中等、短、很短， 其對應的模糊子集為 {PB， PS， O, NS, NB} 同樣量 化為七個等級，則有 t100= {3,2,1,0,1,2,3} 表 21 Tbot100 賦值表 對應的隸屬度曲線選用三角形和 Z形，如圖 27 所示。 圖 25模糊推理機的結(jié)構(gòu)示意圖 The configuration of the fuzzy inference engine 其中， INPUT 1 為頂溫 Tbot100, INPUT2 為集中加熱時間 t100。10cup,5cup,2cup 表示米量的大小，分別表示十杯、五杯、二杯。 輸入變量的選取 從理論上來說，模糊控制器的維數(shù)越高，控制越精細。狀態(tài)變量應能描述系統(tǒng)關(guān)鍵特性，控制變量應 該能夠影響系統(tǒng)的狀態(tài)。 由圖 ，不同米量下的底部溫度從 60℃ 上升到 100℃ 的時間差別并不是很大；從底部溫度 60℃ 加熱到頂部溫度 60℃ 在不同米量下的時間差別卻很顯著，當米量少（ 3杯）時，底部加熱產(chǎn)生的熱量很容易從底部滲透到液面的頂部，產(chǎn)生對流，底部溫度到達 100℃ 時頂部溫度為 40℃ ；反之，當米量很大（ 10杯）時，熱量很難從底部滲透到液面的頂部，底部溫度到達 100℃ 時頂部溫度僅為30℃ ，從圖 中還可以發(fā)現(xiàn)，當頂部溫度在 40℃ 到 80℃ 之間的線性度比較好，而這個階段對應著加熱階段的主上升期，所以，在加熱階段的主上升期來進行米量判斷原則上比較合適。軟件模糊推理的模糊化、模糊推理和模糊判決三個過程都用軟件來實現(xiàn)。大前提是多個模糊條件語句，構(gòu)成規(guī)則庫 。而這樣一條曲線是機械式電飯鍋不可能實現(xiàn)的，在電 飯鍋煮飯過程 中實現(xiàn)這樣一條曲線本身就是借鑒了煮飯專家的經(jīng)驗，模仿了人的行為，這本身就是智能化的，模糊化的 。大米充分吸水后，鍋內(nèi)的水進一步減少，鍋底漸漸趨于干燥，當鍋底的水分減少到一定程度，鍋底溫度就會迅速上升，這時沸騰過程結(jié)束。這一階段就是采用記時等待的辦法，等待大約 3,4 分鐘的時間，使鍋和水的狀態(tài)達到一致，以便對初始的煮飯狀態(tài)做出準確的判斷。米