畢業(yè)設(shè)計(jì)-即熱式電熱水器模糊控制器的設(shè)計(jì)-文庫(kù)吧資料
2024-12-09 18:09本頁(yè)面
【正文】 F U S ED3D2D4U2O P T O I S O 1U4O P T O I S O 1K1L E D 6R 2 5R 2 41K2 2 u FU3O P T O T R I A C+ 5 V12J41KR 3 01K+ 1 2 VC 1 3控制信號(hào)P 1 . 7P 1 . 6A C 2 2 0 V 圖 輸出控制電路圖 （ 4） 鍵盤(pán)與顯示電路 鍵盤(pán)接口電路由按鍵 SB1SB3組成，這 3個(gè)按鍵分別接到單片機(jī)的輸入引腳, 和 , 按鍵 SB1作為整個(gè)控制系統(tǒng)的啟 /停鍵 ， 按鍵 SB SB3作為設(shè)定鍵，用于設(shè)置溫度的增減。當(dāng)單片機(jī)發(fā)出的控制信號(hào)為高電平時(shí)，光電耦合器 U2導(dǎo)通，輸出低電平，繼電器導(dǎo)通，接通加熱控制回路。 （ 3） 輸出控制電路 輸出控制電路如圖 ，主要由光電 耦 合器 OPTOIS01,OPTOTRIAC、雙問(wèn)可控硅 Q繼電器和加熱管等器件組成。當(dāng)沒(méi)有接通水源時(shí)，因磁鋼離霍爾器件有一定的距離，無(wú)法在霍爾器 12 件上形成足夠的磁 場(chǎng)強(qiáng)度，霍爾器件輸出高電平，三極管 Q5截止，輸出控制信號(hào)為高電平，該控制信號(hào)經(jīng)或非門(mén)輸出低電平，切斷了加熱控制回路?；魻柶骷且环N磁傳感器，用它們可以檢測(cè)磁場(chǎng)及其變化 。 （ 2） 水流檢測(cè)電路 由于本熱水器的貯水箱容積非常小，必須做到通水通電，斷水?dāng)嚯姡虼吮仨殞?duì)水流進(jìn)行檢測(cè)，防止干燒發(fā)生事故。由于單 線制只有一根線，因此發(fā)送接口 是三態(tài)的。單片機(jī)端口接單線總線，為保證在有效的 DS18B20時(shí)鐘周期內(nèi)提供足夠的電流，可用一個(gè) MOSFET管來(lái)完成對(duì)總線的上拉。 圖 DS18B20測(cè)溫原理圖 減法計(jì)數(shù)器 1對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，當(dāng)減法計(jì)數(shù)器 1的預(yù)置值減到 0時(shí)，溫度寄存器的值將加 1，減法計(jì)數(shù)器 1的 預(yù)置值將重新被裝入，減法計(jì)數(shù)器 1重新開(kāi)始對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，如此循環(huán)直到減法計(jì)數(shù)器 2計(jì)數(shù)到 0時(shí)，停止溫度寄存器值的累加，此時(shí)溫度寄存器中的數(shù)值就是所測(cè)溫度值。 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì) 控制系統(tǒng)硬件電路圖如附錄所示，下面就各個(gè)硬件電路設(shè)計(jì)模塊分別描述 。單片機(jī)對(duì)接收到的信號(hào)與設(shè)定信號(hào) 進(jìn)行比較，采用模糊控制的方法，輸出一個(gè)控制量，控制可控硅的導(dǎo)通周波數(shù) ，以實(shí)現(xiàn)對(duì)加熱量的控制。 控制系統(tǒng)原理框圖如圖 。還要完成數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示及各工作階段指示、出水溫度的設(shè)置、自動(dòng)檢測(cè)故障原因并顯示等功能，還具有各種完善的保護(hù)功能，如溫度的超限報(bào)警、防干燒 。 由模糊條件語(yǔ)句表達(dá)的控制規(guī)則，可得出如表 及如表 控制器查詢表 模糊 控制器 模糊 控制器 模糊 控制器 8 表 模糊控制規(guī)則表 NB NM NS 0 PS PM PB NB PB PB PB PB PM 0 0 NM PB PB PB PB PM 0 0 NS PM PM PM PM 0 NS NS N0 PM PM PS 0 NS NM NM P0 PM PM PS 0 NS NM NM PS PS PS 0 NM NM NM NM PM 0 0 NM NB NB NB NB PB 0 0 NM NB NB NB NB 表 模糊控制器查詢表 6 5 4 3 2 1 0 1 2 3 4 5 6 6 7 6 7 6 7 7 7 4 4 2 0 0 0 5 6 6 6 6 6 6 6 4 4 2 0 0 0 4 7 6 7 6 7 7 7 4 4 2 0 0 0 3 7 6 6 6 6 6 6 3 2 0 1 1 1 2 4 4 4 5 4 4 4 1 0 0 1 1 1 1 4 4 4 5 4 4 1 0 0 0 3 2 1 0 4 4 4 5 1 1 0 1 1 1 4 4 4 0 4 4 4 5 1 1 0 1 1 1 4 4 4 1 2 2 2 2 0 0 1 4 4 3 4 4 4 2 1 2 1 2 0 3 4 4 4 3 4 4 4 3 0 0 0 0 3 3 6 6 6 6 6 6 6 4 0 0 0 2 4 4 7 7 7 6 7 6 7 5 0 0 0 2 4 4 6 6 6 6 6 6 6 6 0 0 0 2 4 4 7 7 7 6 7 6 7 9 第 3 章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)總體方案 本系統(tǒng)中，需要檢測(cè)的輸入信號(hào)有出水口溫度和內(nèi)膽溫度及水流檢測(cè)信號(hào)。 ( ) }E E E C E C UNB NM NB NM P Bxu i i j j x? ? ? ? ?? （ ） 式中 ()ENBi?， ()ENMi?是模糊集合 NBE和 NME第 i 個(gè)元素的隸屬度，而 ()ECNB j?，()ECNM j? 是模糊集合 NBEC和 NMEC第 j 個(gè)元素的隸屬度。 m a x [ ( ) 。 (a)單入單出模糊控制器 (b)雙入單出模糊控制器 (c)多入單出模糊控制器 圖 模糊控制器結(jié)構(gòu) （ 3） 模糊控制狀態(tài)表與查詢表的建立 由 if E=NB or NM and EC=NB or NM then u=PB 所確定的模糊關(guān)系可用式 寫(xiě)出，即： （ ） 如果令此刻采樣所得到的實(shí)際誤差量為 e 且誤差的變化為 ec，由式 u e R?可以算出控制量為： （ ） 對(duì)于 e 及 ec 的隸屬函數(shù)值對(duì)應(yīng)于所量化的等級(jí)上取 1，其余均取零，這樣式 可以簡(jiǎn)化為： 1 m in {m a x [ ( ) 。除了用模糊條件語(yǔ)句表達(dá)控制規(guī)則外，還可以用模糊控制狀態(tài)表來(lái)表示。此時(shí)，模糊集合 1E只包含一個(gè)元素 in , in = eK *1e ,在該元素上的隸屬度為，即 1E =〔 0 0 ? 0 1 0 ? 0〕 （ ） ② 根據(jù)確定數(shù) 1e 及量化因子 eK ，由 in = eK *1e 求得 1e 在基本論域〔 e ， e 〕上的量化等級(jí) in ；其次查找語(yǔ)言變量 E 的賦值表，找出在元素 in 上與最大隸屬度對(duì)應(yīng)的語(yǔ)言值所決定的模糊集合，該模糊集合就代表了確定數(shù) 1e 的迷糊化。 圖 模糊控制器原理框圖 模糊控制器的設(shè)計(jì) （ 1） 精確量的模糊化 模糊控制器的輸入要求為模糊集合，因此需要將確定數(shù)模糊化。至此，得到模糊誤差 E的模糊語(yǔ)言集合的一個(gè)子集 e。模糊控制器的控制規(guī)則由計(jì)算機(jī)的程序?qū)崿F(xiàn)，微機(jī)通過(guò)采樣獲取被控制量的精確 值然后將此量與給定值比較得到誤差信號(hào) E,一般誤差信號(hào) E作為模糊控制器的輸入量。 本研究課題研究?jī)?nèi)容 采用模糊控制算法實(shí)現(xiàn)熱水器的溫控，利用熱敏電阻檢測(cè)電熱水器出水口溫度，根據(jù)出水口溫度與設(shè)定溫度的差值及該差值隨時(shí)間的變化率實(shí)施模糊邏輯控制。 我的設(shè)計(jì) 方案的工作原理為：溫度傳感器及有關(guān)電路將電熱水器出口溫度轉(zhuǎn)化為 電壓，再通過(guò) A/D 轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，單片機(jī)將測(cè)得的數(shù)字量轉(zhuǎn)化為與之對(duì)應(yīng)的溫度值。并且 模糊控制對(duì)那些數(shù)學(xué)模型難以獲取、動(dòng)態(tài)特性不易掌握或變化非常顯著的對(duì)象非常適用 。 方案選擇與方案論證 即熱式熱水器使用前無(wú)需加熱 ， 以做到即開(kāi)即熱 ，市場(chǎng)上 的即熱式熱水器一般采用繼電器調(diào)節(jié)加熱檔位 ， 這種控制屬于開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng) ， 在某一檔位下 ， 以固定功率加熱 ， 當(dāng)入水溫度或水壓變化時(shí) ， 出水溫度就會(huì)發(fā)生變化 ， 需要重新調(diào)節(jié)加熱檔位 。 2) 自適應(yīng)能力有限 。 第二 , 模糊控制可以不需被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型即可實(shí)現(xiàn)較好的控制 。
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