【正文】 序運行的時間同時也就減短了 A/D 轉(zhuǎn)換所占用的時間和溫度的采樣點數(shù)，直接影響了其控制精度。要滿足精度要求，而且還要在運算上、數(shù)值轉(zhuǎn)換上不困難，可以通過調(diào)整變 送器的量程和 A/D 轉(zhuǎn)換器的分辨率來解決。我們可以將 100℃時 A/D 輸出為 1000，這樣其精度可以達到 ℃，完全滿足設計的要求。100℃時輸出 ， A/D輸出為 2021。其輸出值 =溫度 10，運算的時候根本不用采用浮點數(shù)運 算，只要一個雙字節(jié)無符號數(shù)減法、除法即可以完成，且在顯示的時候也可以精確顯示到小數(shù)點后面一位。1LSB。 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)的設計 25 單片機最小系統(tǒng) 1 單片機選型 整個系統(tǒng)采用最小化設 計，其外部所接組件大多采用了串行通信，所以在單片機選型時不需要很多的并行口，有一定的程序存儲器和定時器、外部中斷即可。其基本特征如下： (1) 具有適于控制的 8 位 CPU和指令系統(tǒng)； (2) 128 字節(jié)的片內(nèi) RAM； 2KB 片內(nèi) ROM； (3) 15 線并行 I/O 口； (4) 兩個 16 位定時 /計數(shù)器； (5) 一個全雙工串行口； (6) 6 個中斷源，兩個中斷優(yōu)先級的中斷結構； 2 晶振電路的設計 單片機內(nèi)部帶有時鐘電路，因此，只需要在片外通過 X X2 引腳接入定時控制單元（晶體振蕩和電容），即可構成一個穩(wěn)定的自激振蕩器?？梢员ＷC程序運行速度即保證了控制的實時性。 C C10 雖然沒有嚴格要求，但電容的大小影響 振蕩器的振蕩的穩(wěn)定性和起振的快速性，通常選擇在 10~30PF 左右。 圖 89c2051 及其引腳與網(wǎng)標 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)的設計 26 片外數(shù)據(jù)輔助存儲器 在系統(tǒng)的設計過程中，考慮到加熱器在加熱過程中出現(xiàn)斷電的情況。而設定的溫度存儲在單片機的數(shù)據(jù)在存儲器中，單片機斷電重啟動后存儲的設定溫度已經(jīng)消失。 I2C 總線簡介： 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。采用 I2C 總線標準的單片機或 IC 器件，其內(nèi)部不僅有 I2C 接口電路，而且將內(nèi)部各單元電路按功能劃分為若干相對獨立的模塊，通過軟件尋址實現(xiàn)片選，減少了器件片選線的連接 。在系統(tǒng)中，用 AT24C01 存儲用戶設定的保持溫度，上限溫度和下限溫度。從而達到了斷電后再加熱的目的。 開始 7/10 器件地址 R/W ACK SUBADD ACK DATA ACK ?? 停止 C920PC1020PY112Mx2x1+ 5VS1SW P BC7R22kRE SE TVC C圖 復位電路和時鐘電路 基于模糊控制算法的溫度控制系統(tǒng)的設計 27 人機交 互接口 1 顯示電路 顯示部分用于顯示用戶設定的溫度、上限溫度、下限溫度和當前溫度值等。從這一方面來說 LCD 顯示器就占有很大的優(yōu)勢。使用 LED 顯示器可以很容易解決 I/O 口的問題，采用 51 單片機的串行方式 0，只要兩根線（數(shù)據(jù)與時鐘）就能完成 顯示功能，而且串行口還可以跟其它芯片共用，只要加上一個邏輯門電路形成線選就可以了。本顯示電路共設了四位，分別用于顯示溫度的百、十、個、小數(shù)位。但溫度的設定值只能輸入兩位，即十位百位。其具體電路圖 所示： 圖 AT24C01接口 GNDV C CL O C KS A DS C LR7R8V C CA01A12A23GND4S D A5S C L6W A P7V C C8u10A T 24 C 01基于模糊控制算法的溫度控制系統(tǒng)的設計 28 abfcgdeD P Y1234567abcdefg8dpdpp ow e r9D S 1百abfcgdeD P Y1234567abcdefg8dpdpp ow e r9D S 2十位S E R I N A1S E R I N B2Q03Q14Q25Q36C L K I N8C L R9Q410Q511Q612Q713U374H C 164R X DT X D F C6 FS E R I N A1S E R I N B2Q03Q14Q25Q36C L K I N8C L R9Q410Q511Q612Q713U474H C 164123U2ANDdi s s e l e cV C CS E R I N A1S E R I N B2Q03Q14Q25Q36C L K I N8C L R9Q410Q511Q612Q713U574H C 164S E R I N A1S E R I N B2Q03Q14Q25Q36C L K I N8C L R9Q410Q511Q612Q713U674H C 164abfcgdeD P Y1234567abcdefg8dpdpp ow e r9A1個位abfcgdeD P Y1234567abcdefg8dpdpp ow e r9A2小數(shù)位12345678161514131211109R P 2200*812345678161514131211109R P 420 0*812345678161514131211109R P 3200*812345678161514131211109R P 1200*8 2 信號輸入電路 鍵盤作為人機接口之一，在系統(tǒng)的功 能實現(xiàn)過程中起著不可或缺的作用。整個鍵盤共設 16 個鍵，見圖 。 圖 顯示電路 圖 鍵盤電路 基于模糊控制算法的溫度控制系統(tǒng)的設計 29 鍵 名 個數(shù) (標號 ) 功 能 數(shù)字鍵 10（ 0~9） 輸入 0~100℃的溫度數(shù)值，不設小數(shù)，但可顯示。 確認鍵 1（ 10） 確定輸入的數(shù)據(jù)，輸入數(shù)據(jù)時有效，其它情況下報警。 當電爐中水 溫高于工作人員所設定的上限溫度或者低于設定的下限溫度時，則認為發(fā)生了越限，越限報警燈 (LED1)點亮，提示操作出現(xiàn)了越限報警，提醒工作人員注意是否有意外情況發(fā)生。當出現(xiàn)越限報警時，工作人員應該注意是不是此種情況，此情況可以忽略。當出現(xiàn)誤操作時誤輸入報警燈點亮，此時工作人員應進行輸入檢查，查 看說明并更正。 執(zhí)行機構 執(zhí)行機構為一個固態(tài)繼電器，程序中采用了模擬的 PWM 變換方法。 R 12R E S 122 0V ~ A C1122S3熱電偶D D Z O U TM2DD Z 2型 熱電偶變送器D S 6O P T O T R I A C4電網(wǎng)R 13100O P E125x p 2C 140. 1U F 軟件設計 系統(tǒng)的軟件部分以主程序為入口，在初始化之后調(diào)用鍵盤管理程序，完成對鍵盤的掃描，讀入鍵值，并根據(jù)相應的鍵值進行各類操作。 主程序 主程序作為程序的入口，控制各類程序的調(diào)用。然后其它的功能都由鍵盤管理程序和中斷程序完成。但這樣處理主程序起到了分散功能的作用，即主程序會變得很容易編寫，而具體的功能都由功能子程序完成。具體程序見附錄 B。 從圖上可以看出 A/D 轉(zhuǎn)換的最高位數(shù)據(jù)在 CS 變低以后的第二個脈沖開始出現(xiàn)，而TLC2551 為 12 位，即其轉(zhuǎn)換結果在第 14 脈沖時完全從 TLC2551 出來進入到單片機內(nèi)部。其程序見附錄 B。正如前面說所 ,由于變送器的限制 ,我們只能將 0℃時所對應的變送器輸出為 ,而 100℃時對應的變送器輸出是 。要達到上面所述的關系，只要將圖 TLC2551的時序圖 圖 A/D轉(zhuǎn)換和量化流程圖 入口 啟動 A/D，讀入數(shù)值 A/D 值－ 1000 計算出溫度值 返回 基于模糊控制算法的溫度控制系統(tǒng)的設計 32 A/D 轉(zhuǎn)換值減去 1000 即可滿足。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。其程序見附錄 B。其中標志占一個字節(jié)，其余各占 2 個字節(jié)。使用時最開始發(fā)起始位，然后是器件地址，接著是從地址、數(shù)據(jù)最后是結束位，中間還夾 著應答位。因為只用到了其中的 10H~16H 單元，其余單元空閑，所以SUBADD（圖中的第二個 ADDESS）為 00000010。 溫度及設定值的顯示子程序 要顯示的數(shù)據(jù)存儲于連續(xù)的四個數(shù)據(jù)存儲器之中。其要 顯示的數(shù)據(jù)共四位位于從 TEMPDATA 開始的四個連續(xù)存儲空間中。 圖 I2C總線的時序圖 ［ 9］ 基于模糊控制算法的溫度控制系統(tǒng)的設計 33 鍵盤管理子程序 鍵盤管理程序包括鍵盤掃描程序（用于將輸入的鍵值讀入到數(shù)據(jù)存儲器中）、鍵值判斷轉(zhuǎn)移程序（判斷輸入的數(shù)值并根據(jù)數(shù)值的異同做出相應的處理）。當檢測到有鍵按下時，程序?qū)z測是在第 0 行或者是在第 1 行，然后通過串行輸出不同的列值來掃描按下的鍵在哪一列。鍵值 =行值 8+列值。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的功能或者在誤輸入的情況下報警，提醒操作者。 圖 鍵盤管理程序流程 調(diào)用功能鍵處理程序 Y 入口 將二進制數(shù)化為小數(shù)、個、十、百四位數(shù)，存儲于四個單元中 設置串行口 到個位？ 輸出顯示 置 小數(shù)點 N 到四位？ 報錯 入口 有輸入？ 清緩沖區(qū) 功能鍵 ? N N Y Y 圖 顯示程序流程 返回 返回 基于模糊控制算法的溫度控制系統(tǒng)的設計 34 定時中斷應答子程序 1 定時中斷 0 中斷服務子程序 定時中斷 0 用于等周期的進行 A/D 轉(zhuǎn)換（即溫度的采樣點數(shù)固定），并將采樣后的值作為模糊輸入量，再由模糊控制程序?qū)崿F(xiàn)由輸入量到輸出量的計算，再將計算出的控制量存儲在 fuzztime 寄存器中 。整個程序為順序執(zhí)行。 2 定時器 1 中斷服務子程序 同定時器 0 類似，定時器實現(xiàn)了模擬的 PWM 變換。在這個時間內(nèi)定時器 1 在 fuzztime 個周期的時間內(nèi)將執(zhí)行器通電，使加熱器加熱，其余的周期時間（ 20fuzztime） 執(zhí)行器不通電。具體程序見附錄 B。其中包含了求差量化 和查模糊表等子程序。其論域 E 為 E={4， 3， 2， 1， 0， +1， +2， +3， +4}。另外為了減少程 序，可由差值 e? 量化后直接求出控制量，而不必要對控制量進行反量化。程序流程圖如圖 。所以在設計過程中應做好搞干擾設計，以求將干擾對系統(tǒng)產(chǎn)生的影響降到最低。 1. I/O 口外接濾波電容和上