一種采用模糊邏輯控制的數字溫控系統

摘    要：本文介紹了一種采用模糊邏輯控制和多點(diǎn)溫度設定的新型數字溫控系統。該系統硬件主要由單片機、熱電阻和A/D轉換芯片等構成，其特點(diǎn)是通過(guò)軟件編程實(shí)現模糊邏輯控制和多點(diǎn)式線(xiàn)性逼近的方法，使得升溫過(guò)程更加均勻、精確，升溫曲線(xiàn)更接近線(xiàn)性。
關(guān)鍵詞：數字溫控系統；模糊邏輯控制；線(xiàn)性逼近

引言
溫度控制對于很多實(shí)驗或生產(chǎn)過(guò)程有著(zhù)十分重要的作用。本文所介紹的系統是利用單片機、溫度傳感器、加熱絲、吹風(fēng)機和A/D轉換芯片等來(lái)實(shí)現的數字溫度控制系統，其中最主要的特點(diǎn)就是在升溫過(guò)程中采用了多點(diǎn)式線(xiàn)性逼近和模糊邏輯控制的方法。本文重點(diǎn)介紹這種系統采用的電路設計及軟件算法。

電路系統硬件設計
控溫系統通過(guò)熱電阻感測溫度變化，把溫度信號(熱電阻電壓信號)通過(guò)A/D轉換芯片轉換成頻率信號，反饋給單片機進(jìn)行計算和判斷，計算出當前溫度。把當前溫度和初始設定溫度進(jìn)行判斷比較，并利用模糊邏輯控制的原理，控制加熱絲的加熱進(jìn)程，使加熱過(guò)程更趨于線(xiàn)性，從而使系統更加穩定。
系統上電后需要設定五組溫度值和時(shí)間值，如果不輸入數據，系統將默認按照前一次輸入的數據進(jìn)行工作。系統啟動(dòng)后，將按照設定的每個(gè)點(diǎn)的時(shí)間和設定的加熱溫度進(jìn)行工作，直到最后達到設定溫度上限并穩定于上限。
根據控溫系統的功能，溫度控制系統由單片機、溫度傳感器、A/D轉換電路、顯示接口電路、按鍵接口電路、控溫電路、定溫超限報警電路及數據存儲電路等幾部分組成，其原理框圖如圖1所示。
其中測溫電路由溫度傳感器鉑熱電阻Pt100及外圍器件組成，實(shí)現溫度－電壓變換，經(jīng)補償放大至適當電壓送到A/D轉換芯片LM331N。顯示接口電路是由8只8段式數碼管及外圍器件組成，數碼管由串行－并行轉換芯片74LS164驅動(dòng)，可以顯示2組0~9999數字?？販仉娐酚晒饪乜煽毓鑄LP666、可控硅BTA12、加熱絲等組成。單片機通過(guò)V/F轉換芯片LM331N感測到熱電阻上電壓隨溫度的變化，當溫度低于/高于設定值下限時(shí)，單片機控制可控硅導通/關(guān)斷對加熱絲進(jìn)行控制，使溫度升高/降低。存儲電路是用來(lái)存儲溫控系統進(jìn)行工作的溫度和時(shí)間，使得在系統掉電的情況下數據不會(huì )丟失，上電后不需要重新設置數據。數據存儲電路是使用串行EEPROM芯片AT24C01，它可以存儲128B數據，足夠滿(mǎn)足本系統的數據存儲需要。

溫度控制模糊算法
目前大部分溫度控制器還是采用PID控制算法。這種算法對固定參數的線(xiàn)性定常系數系統非常有效，但是由于其調節品質(zhì)取決于PID控制器各個(gè)參數的整定，不同的溫度控制對象要用不同的PID參數，而且參數整定比較麻煩。另外，常規PID控制器對于非線(xiàn)性、時(shí)變的系統和模型不清楚的系統就不能很好的控制。而用模糊邏輯實(shí)現控制，只需要關(guān)心功能而不是系統的數學(xué)模型，研究的重點(diǎn)是控制器本身而不是被控現象。所以這種系統對系統參數變化不敏感，具有很強的魯棒性，適用于對不同對象的控制。本系統的模糊邏輯控制是調整控制加熱絲上的電壓脈寬來(lái)實(shí)現升溫并使溫度恒定。實(shí)時(shí)溫度和設置溫度的差值dT是可正可負的。為使模糊邏輯控制算法中回避有符號數的運算，需將dT固定一個(gè)偏移量，使其論域從0開(kāi)始到某一個(gè)正數。這里設定dT的論域為