【正文】 所以在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)做好搞干擾設(shè)計(jì)，以求將干擾對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生的影響降到最低。另外為了減少程 序，可由差值 e? 量化后直接求出控制量，而不必要對(duì)控制量進(jìn)行反量化。其中包含了求差量化 和查模糊表等子程序。在這個(gè)時(shí)間內(nèi)定時(shí)器 1 在 fuzztime 個(gè)周期的時(shí)間內(nèi)將執(zhí)行器通電，使加熱器加熱，其余的周期時(shí)間（ 20fuzztime） 執(zhí)行器不通電。整個(gè)程序?yàn)轫樞驁?zhí)行。此程序用于判斷輸入的鍵是功能鍵還是數(shù)字鍵，如果是功能鍵則選擇相應(yīng)的功能或者在誤輸入的情況下報(bào)警，提醒操作者。當(dāng)檢測(cè)到有鍵按下時(shí)，程序?qū)z測(cè)是在第 0 行或者是在第 1 行，然后通過(guò)串行輸出不同的列值來(lái)掃描按下的鍵在哪一列。其要 顯示的數(shù)據(jù)共四位位于從 TEMPDATA 開(kāi)始的四個(gè)連續(xù)存儲(chǔ)空間中。因?yàn)橹挥玫搅似渲械?10H~16H 單元，其余單元空閑，所以SUBADD（圖中的第二個(gè) ADDESS）為 00000010。其中標(biāo)志占一個(gè)字節(jié)，其余各占 2 個(gè)字節(jié)。分別作為溫度 的整數(shù)部分和小數(shù)部分，用于四位溫度顯示。正如前面說(shuō)所 ,由于變送器的限制 ,我們只能將 0℃時(shí)所對(duì)應(yīng)的變送器輸出為 ,而 100℃時(shí)對(duì)應(yīng)的變送器輸出是 。 從圖上可以看出 A/D 轉(zhuǎn)換的最高位數(shù)據(jù)在 CS 變低以后的第二個(gè)脈沖開(kāi)始出現(xiàn)，而TLC2551 為 12 位，即其轉(zhuǎn)換結(jié)果在第 14 脈沖時(shí)完全從 TLC2551 出來(lái)進(jìn)入到單片機(jī)內(nèi)部。但這樣處理主程序起到了分散功能的作用，即主程序會(huì)變得很容易編寫(xiě)，而具體的功能都由功能子程序完成。 主程序 主程序作為程序的入口，控制各類(lèi)程序的調(diào)用。 執(zhí)行機(jī)構(gòu) 執(zhí)行機(jī)構(gòu)為一個(gè)固態(tài)繼電器，程序中采用了模擬的 PWM 變換方法。當(dāng)出現(xiàn)越限報(bào)警時(shí)，工作人員應(yīng)該注意是不是此種情況，此情況可以忽略。 確認(rèn)鍵 1（ 10） 確定輸入的數(shù)據(jù)，輸入數(shù)據(jù)時(shí)有效，其它情況下報(bào)警。整個(gè)鍵盤(pán)共設(shè) 16 個(gè)鍵，見(jiàn)圖 。但溫度的設(shè)定值只能輸入兩位，即十位百位。使用 LED 顯示器可以很容易解決 I/O 口的問(wèn)題，采用 51 單片機(jī)的串行方式 0，只要兩根線（數(shù)據(jù)與時(shí)鐘）就能完成 顯示功能，而且串行口還可以跟其它芯片共用，只要加上一個(gè)邏輯門(mén)電路形成線選就可以了。 開(kāi)始 7/10 器件地址 R/W ACK SUBADD ACK DATA ACK ?? 停止 C920PC1020PY112Mx2x1+ 5VS1SW P BC7R22kRE SE TVC C圖 復(fù)位電路和時(shí)鐘電路 基于模糊控制算法的溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 27 人機(jī)交 互接口 1 顯示電路 顯示部分用于顯示用戶(hù)設(shè)定的溫度、上限溫度、下限溫度和當(dāng)前溫度值等。在系統(tǒng)中，用 AT24C01 存儲(chǔ)用戶(hù)設(shè)定的保持溫度，上限溫度和下限溫度。 I2C 總線簡(jiǎn)介： I2C 總線 由 PHILIPS 提出，是一種用于 IC 器件之間連接的二線制總線。 圖 89c2051 及其引腳與網(wǎng)標(biāo) R S T1P 3. 0( R X D )2P 3. 1( T X D )3X24X15P 3. 26P 3. 37P 3. 48P 3. 59V S S10P 3. 711P 1. 012P 1. 113P 1. 214P 1. 315P 1. 416P 1. 517P 1. 618P 1. 719V C C20U889 C 20 51R X DT X DGNDV C CR E S E TX2X1O P ECSL O C Kl i ne 1l i ne 2di s s e l e cS C LS A DDOC L K ]基于模糊控制算法的溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 26 片外數(shù)據(jù)輔助存儲(chǔ)器 在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，考慮到加熱器在加熱過(guò)程中出現(xiàn)斷電的情況。可以保證程序運(yùn)行速度即保證了控制的實(shí)時(shí)性。 CS1I N +2I N _3GND4R E F5DO6C L K7V C C8U7T L C 25 51V C CCSV C CD D Z O U TC 110. 1U FC 120. 1U FDOC L K圖 模數(shù)轉(zhuǎn)換電路 基于模糊控制算法的溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 25 單片機(jī)最小系統(tǒng) 1 單片機(jī)選型 整個(gè)系統(tǒng)采用最小化設(shè) 計(jì)，其外部所接組件大多采用了串行通信，所以在單片機(jī)選型時(shí)不需要很多的并行口，有一定的程序存儲(chǔ)器和定時(shí)器、外部中斷即可。其輸出值 =溫度 10，運(yùn)算的時(shí)候根本不用采用浮點(diǎn)數(shù)運(yùn) 算，只要一個(gè)雙字節(jié)無(wú)符號(hào)數(shù)減法、除法即可以完成，且在顯示的時(shí)候也可以精確顯示到小數(shù)點(diǎn)后面一位。我們可以將 100℃時(shí) A/D 輸出為 1000，這樣其精度可以達(dá)到 ℃，完全滿足設(shè)計(jì)的要求。意味著在有限的存儲(chǔ)空間里面要存儲(chǔ)浮點(diǎn)數(shù)的加、減、乘、除和二進(jìn)制數(shù)與十進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換程序等；并且因?yàn)闇囟仁峭ㄟ^(guò)鍵盤(pán)輸入到存儲(chǔ)器中的所以輸入的溫度值也要經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換，這就大大的加長(zhǎng)了程序運(yùn)行的時(shí)間同時(shí)也就減短了 A/D 轉(zhuǎn)換所占用的時(shí)間和溫度的采樣點(diǎn)數(shù)，直接影響了其控制精度。 ℃。 (3) 線路中采用了安全火花防爆措施，幫可用于危險(xiǎn)場(chǎng)所中的溫度測(cè)量變送。 DDZШ熱電偶溫度變送器具有熱電偶冷端溫度補(bǔ)償、零點(diǎn)調(diào)整、零點(diǎn)遷移、量程調(diào)整以及線性化等重功能。熱電阻溫度計(jì)是利用導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻值隨溫度而變化的性質(zhì)來(lái)測(cè)量溫度的。 熱電偶溫度計(jì)在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中極為廣泛。 由于本系統(tǒng)中測(cè)量的對(duì)象為電爐，測(cè)量溫度在 0~100℃左右，且介質(zhì)為水，不易與測(cè) 量體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。此外測(cè)量體還受到耐溫材料的限制，不能應(yīng)用于很高溫度的測(cè)量。測(cè)量溫度的方法有兩種，一種是 接觸式、另一種是非接觸式。 b. 測(cè)量信號(hào)噪聲（擾動(dòng)）的抑制。應(yīng)遵循以下原則： 1. 可能選擇測(cè)量誤差小的測(cè)量元件。 檢測(cè)環(huán)節(jié)至關(guān)重要，檢測(cè)元件的選型關(guān)系到檢測(cè)的精度和變送環(huán)節(jié)中信號(hào)變送的容易程度。 78L05 的輸出級(jí)接入兩個(gè)濾波電容，用于減小因?yàn)殡娫床▌?dòng)對(duì)系統(tǒng)造成的影響和濾波。 其主要電路如圖 所示： 圖 電源電路 基于模糊控制算法的溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 21 其中輸入電壓為交流 220V，經(jīng)過(guò)變壓器其輸出為 ，再進(jìn)行整流。原理框圖見(jiàn)圖 。本章詳細(xì)介紹了系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計(jì)，并對(duì)硬件和軟件的每一個(gè)部分進(jìn)行了分析，在后半部分還對(duì)系統(tǒng)模型進(jìn)行了訪真與程序調(diào)試。同時(shí)也省去了為建造燃料供應(yīng)子系統(tǒng)的費(fèi)用，節(jié)約了成本。這樣既節(jié)省了材料也可以很大程度上減少硬件電路的結(jié)構(gòu)。模糊控制算法發(fā)展到今天，已經(jīng)成功的解決了這個(gè)問(wèn)題。 綜上所述 ：方案 2 是無(wú)論是從經(jīng)濟(jì)方面、科學(xué)性還是從實(shí)現(xiàn)的容易程度、環(huán)境保護(hù)上都優(yōu)于其它兩個(gè)方案，不失為最佳的選擇。 (5) 方案 1 和 3 采用燃料作為能量供應(yīng)，而方案 2 采用電能。 (3) 方案 1 和方案 2 采用了價(jià)格便宜的 LED 顯示器，而方案 3 采用了相對(duì)昂貴的LCD 顯示器。而方案 2 和方案 3 采用了單片機(jī)及工控機(jī)，能夠很好的解決上述問(wèn)題。工控機(jī)利用模糊算法，根據(jù)給定量與測(cè)量量的偏差進(jìn)行模糊運(yùn)算，得出模糊輸出量，控制調(diào)節(jié)閥的開(kāi)啟程度，自動(dòng)的調(diào)節(jié)進(jìn)入燃燒爐內(nèi)的燃?xì)猓瑥亩鸬搅苏{(diào)節(jié)溫度的目的。 (3) 系統(tǒng)原理框圖 3. 方案 3 (1) 硬件組成 ：工控機(jī)、集成的熱電偶溫度變送器、 A/D 轉(zhuǎn)換器、 LCD 顯示器、調(diào)節(jié)閥、燃料供應(yīng)子系統(tǒng)。 LED 顯示器用于實(shí)時(shí)顯示測(cè)量的溫度。 A/D 轉(zhuǎn)換器將數(shù)據(jù)進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換后輸出到 PLC。當(dāng)然每一種方案都有其各自的優(yōu)點(diǎn)。很顯然，人機(jī)接口裝置越完備，其能實(shí)現(xiàn)的功能也越強(qiáng)，這樣也越能增加產(chǎn)品的功能和親合力。 (4) 模糊控制器 它是一臺(tái)處理器，用于完成模糊推理的過(guò)程與根據(jù)輸入量和模糊運(yùn)算做出模糊控制工作。它屬于智能控制范圍 [2]。 4. 模糊控制算法的改進(jìn)和研究。其中兩個(gè)重要的問(wèn)題是：如何獲得模糊規(guī)則即隸屬函數(shù)問(wèn)題以及如何保證模糊系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 模糊系統(tǒng)建模及參數(shù)辨 識(shí) 建模與參數(shù)辨識(shí)是實(shí)現(xiàn)控制的重要基礎(chǔ)，因此這一研究工作從 199 年至今一直是模糊控制領(lǐng)域的熱門(mén)話題。把專(zhuān)家系統(tǒng)技術(shù)引入模糊控制之中，目的是進(jìn)一步提高模糊控制器的智能水平。 模糊控制與遺傳算法的融合 由于模糊邏輯控制所要確定的參數(shù)很多，專(zhuān)家的經(jīng)驗(yàn)只能起一個(gè)指導(dǎo)作用，很難根據(jù)它準(zhǔn)確地求出各項(xiàng)參數(shù)，因而實(shí)際上還要反復(fù)試湊，尋找一個(gè)最優(yōu)過(guò)程。 神經(jīng)模糊控制 (NeuronFuzzy Control)是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與模糊邏輯控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的模糊控制方法。隨著其它學(xué)科理論、新技術(shù)的建立和發(fā)展，使模糊理論的應(yīng)用將越來(lái)越廣泛。模糊芯片也已研制成功且功能不斷加強(qiáng)，成本不斷下降。 d. 根據(jù)輸入量和模糊關(guān)系 R 求出所對(duì)應(yīng)的輸出量。 (5) 模糊推理 在模糊控制中，模糊控制規(guī)則通常是由模糊條件語(yǔ)句來(lái)描述的，它符合人們的思維和推理規(guī)律，是一種較為直接的模糊推理。根據(jù)其語(yǔ)義各構(gòu)成語(yǔ)法規(guī)則不同，可以分為下述幾種類(lèi)型。在模糊控制中，采樣的輸入總是精確量。 v. G 是記法規(guī)則，它規(guī)定了原子詞，即原始項(xiàng)構(gòu)成全部項(xiàng)之后的詞義變化。設(shè) x 為模糊命題 A 的真值， y 為模糊命題 B 的真值，在連續(xù)邏輯中，邏輯運(yùn)算規(guī)則如下： 邏輯并： ? ?yxyx ,max?? () 邏輯交： ? ?yxyx ,min?? () 邏輯非： xx ??1 () 限界差： ? ?yxyx ???? 0 () 限界和： ? ?yxyx ???? 1 () 限界積： ? ?10 ????? yxyx () 基于模糊控制算法的溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 11 蘊(yùn)涵： ? ?yxyx ????? 11 () 等價(jià)： ? ? ? ?xyyxyx ??????? 11 () 3. 模糊語(yǔ)言 (1) 語(yǔ)言變量 由一個(gè)五元體（ N,T(N),U,M,G）來(lái)表征的變量，五元體中各個(gè)元定義如下： i. N 是變量名稱(chēng)，即單詞。可見(jiàn)，以模糊矩陣合成運(yùn)算所執(zhí) 行的模糊變換在意義重大。模糊矩陣 R 的第 i 行，第 k 列元素 ikr 等于 P 矩陣的第 i 行元素與 Q 矩陣的第 k 列對(duì)應(yīng)元素兩兩取小， 而后再所得到的 j 個(gè)元素中取大，即 ? ?? ?lkmiqpr ni jkijik ,2,1。 一般來(lái)說(shuō)，只要給出直積空間 YX? 中的模糊集合 R 的隸屬函數(shù) ? ?yxA ,? ，集合 X到集合 Y 的模糊關(guān)系 R 也就確定了。 a. 關(guān)系的概念 若 R 為由集合 X 到集合 Y 的普遍關(guān)系，則對(duì)于任意 x∈ X,y∈ Y 都有以下兩種情況： x 與 y 有某種關(guān)系，即 xRy。 對(duì)于模糊統(tǒng)計(jì)實(shí)驗(yàn)，在論域中給出一個(gè) x，再考慮 n 個(gè)有模糊集合 A 的普通集合，以及元素 x對(duì) A的歸屬次數(shù)。 (3) 子集 在模糊集 A， B 中，所謂 A 是 B 的 A 包含于 B 中，是指對(duì)所有元素 x，有 ? ? ? ?xxBABA ?? ??? () (4) 并集 模糊集合 A 和 B 的并 集 C，其隸屬函數(shù)可表示為 ? ? ? ? ? ?? ? UxxxxBAc ??? ,m a x ??? () (5) 交集 模糊集合 A 和 B 的交集 C，其隸屬函數(shù)可表示為 ? ? ? ? ? ?? ? UxxxxBAc ??? ,m i n ??? () (6) 補(bǔ)集 模糊集 A 的補(bǔ)集 B、 A 互為補(bǔ)集，其隸屬函數(shù)可表示為 ? ? ? ? UxxxAB ???? ,1 ?? () 與普通集合一樣，模糊集滿足冪等律、交換律、吸收律、分配律、結(jié)合律、摩根定理等。 基于模糊控制算法的溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 6 當(dāng)然，給出隸屬函數(shù)的一個(gè)解析式子也能表示出一個(gè)模糊集。 模糊集合可用下面方法表示： (1) 限論域 若論域 U，且論域 U={x1,x2,? ,xn}，則 U 上的模糊集合 A 可表示為x xx xx xx x n nAAAni i iAA )()(