模糊控制水溫自動(dòng)調(diào)器方案與開(kāi)發(fā)

個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用基于模糊控制的水溫自動(dòng)調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)摘 要隨著現(xiàn)代工業(yè)過(guò)程的不斷復(fù)雜化，實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中的非線性、不確定性和復(fù)雜性的增加，傳統(tǒng)的PID控制器已經(jīng)不能滿足我們的實(shí)際要求，因此我們力圖將近些年發(fā)展起來(lái)的一些先進(jìn)的智能控制方法，應(yīng)用到PID控制領(lǐng)域當(dāng)中。近年來(lái)，模糊控制已成為智能自動(dòng)控制研究中最為活躍而又富有成果的領(lǐng)域。其中模糊PID控制技術(shù)扮演了十分重要的角色，并且仍將成為未來(lái)研究與應(yīng)用的重點(diǎn)技術(shù)之一。嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，并且軟硬件可裁剪，適用于應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。它一般由嵌入式微處理器、外圍硬件設(shè)備、嵌入式操作系統(tǒng)以及用戶的應(yīng)用程序等四個(gè)部分組成，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)其他設(shè)備的控制、監(jiān)視或管理等功能。以嵌入式微處理器AT89C2051為模糊控制器，結(jié)合溫度傳感器、多諧振蕩電路、LED顯示器、輸出電路等組成一個(gè)基于模糊控制的溫度控制系統(tǒng)。溫度傳感器及有關(guān)電路將溫度轉(zhuǎn)化為電脈沖的脈寬，單片機(jī)將測(cè)得的脈沖寬度的值轉(zhuǎn)化為與之對(duì)應(yīng)的溫度值。與設(shè)定的溫度相比較后，以溫度偏差及其變化量為輸入、加熱量為輸出，通過(guò)模糊控制算法，就可達(dá)到水溫自動(dòng)調(diào)節(jié)的目的。對(duì)任意溫度對(duì)應(yīng)的脈寬還可進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量，并加以顯示。關(guān)鍵詞：AT89C2051單片機(jī) 模糊控制 溫度電熱水器個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用AbstractWiththecontinuousprocessofmodernindustrialcomplex，theactualproductionofnon-linear，uncertaintyandcomplexityincrease，thetraditionalPIDcontroller，wecannolongermeetthepracticalrequirements,sowewilltrytodevelopinrecentyearsSomeoftheadvancedintelligentcontrolmethodsappliedtothePIDcontrolthem.Inrecentyears,fuzzycontrolhasbecomeanintelligentautomaticcontrolstudy,themostactiveandfruitfulinthearea.OnePIDFuzzycontroltechnologyhasplayedanimportantroleinthefutureandwillbecomethefocusofresearchandapplicationoftechnology.Embeddedsystemsareapplication-centric,computertechnology,hardwareandsoftwareandcanbetailoredfortheapplicationofthesystemfunction,reliability,cost,size,powerrequirementsarestrictlydedicatedcomputersystem.Itusuallyembeddedmicroprocessors,peripheralhardware,embeddedoperatingsystemanduserapplications,suchasfourpartsforotherequipmentfortherealizationofthecontrol,monitoringormanagementfunctions.EmbeddedmicroprocessorAT89C2051forfuzzycontrollers,combinedwithtemperaturesensors,multi-harmonicoscillationcircuit,LEDdisplay,outputcircuit,suchastheformationofafuzzy-controlledtemperaturecontrolsystem.Temperaturesensorcircuitandthetemperaturewillbeconvertedintoelectricalpulsewidth,single-chipwillbemeasuredpulsewidthintothevalueofthecorrespondingtemperature.Andsetthetemperaturecomparison,thetemperaturedeviationsinordertochangeitsimportvolume,increaseheatoutputasthroughthefuzzycontrolalgorithmcanautomaticallyadjustthewatertemperaturereached.Foranytemperaturecorrespondingtothewidthcanbeautomaticallymeasuredanddisplayed.Keyword：AT89C2051，Microcontrollers，F(xiàn)uzzycontrol，Temperature，Electricwaterheater個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用目 錄一．引言4二．系統(tǒng)分析<功能、性能、要求、特點(diǎn)） 5三．總體設(shè)計(jì)63..2工作原理83.3AT89C2051單片機(jī)介紹93.4單片機(jī)顯示電路11四．模糊控制的原理及 PID算法134.1模糊控制原理134.2模糊控制PID算法14五．系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 165.1系統(tǒng)軟件流程圖16七、致謝22八、結(jié)束語(yǔ)23九、參考文獻(xiàn)24十、附錄25一．引言自動(dòng)控制理論有將近一個(gè)世紀(jì)的發(fā)展史，經(jīng)歷了經(jīng)典控制理論和現(xiàn)代控制理論兩個(gè)階段后，正促使人們致力于 70年代末開(kāi)始的智能控制理論研究。它是在人工智能學(xué)科基礎(chǔ)上，對(duì)控制理論研究在深度和廣度上的開(kāi)拓；也是當(dāng)前被控對(duì)象的高度復(fù)雜化、控制性能要求的高指標(biāo)化和計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展市速化所必然的趨向。人工智能包括推理、學(xué)習(xí)和聯(lián)想三大要素，它是采用非數(shù)學(xué)式子方法，把人個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用們的思維過(guò)程模型化，并用計(jì)算機(jī)來(lái)模仿人的智能的學(xué)科。許多科學(xué)家認(rèn)為下一世紀(jì)生產(chǎn)力的飛躍寄托于人工智能技術(shù)，并認(rèn)為人工智能的發(fā)展必將帶來(lái)一次新的史無(wú)前例的技術(shù)革命，第五代計(jì)算機(jī)的研究充分體現(xiàn)了人類左腦的邏輯推理功能，而人工智能研究的下一步是模仿人類右腦的模糊處理功能。人工智能將在邏輯推理計(jì)算機(jī)、模糊計(jì)算機(jī)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)這三者的基礎(chǔ)上，由兩個(gè)方面來(lái)實(shí)現(xiàn)，即：一是利用現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)技術(shù)模擬人類的智能；二是利用一種全新的技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)信息處理的模糊化和網(wǎng)絡(luò)化。前者是實(shí)現(xiàn)人工智能必需的先決條件；后者是實(shí)現(xiàn)人工智能的根本途徑?！澳：笔侨祟惛兄f(wàn)物、獲取知識(shí)、思維推理、決策實(shí)施的重要特征?！澳：苯?jīng)“清晰”所擁有的信息容量更大，內(nèi)涵更豐富，更符合客觀世界。“模糊控制理論”是由美國(guó)學(xué)者加利福尼亞大學(xué)著名教授L.A.Zadeh于1965年首先提出，至今僅有20余年時(shí)間。它以模糊數(shù)學(xué)為基礎(chǔ)，用語(yǔ)言規(guī)則表示方法和先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)，由模糊推理進(jìn)行判決的一種高級(jí)控制策略。它無(wú)疑是屬于智能控制范疇，而且發(fā)展至今已成為人工智能領(lǐng)域中的一個(gè)重要分支。其理論發(fā)展之迅速，應(yīng)用領(lǐng)域之廣泛，控制效益之顯著，實(shí)為世人醒目關(guān)注。特別是近一二年內(nèi)，模糊控制與其他控制策略構(gòu)成的集成控制，以及與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等得到迅速發(fā)展，更使諸多學(xué)者確信，它是一種全新的技術(shù)和高科技的發(fā)展方向?！澳：刂啤笔墙刂评碚撝幸环N基于語(yǔ)言規(guī)則與模糊推理的高級(jí)控制策略和新穎技術(shù)。它是智能控制的一個(gè)重要分支，發(fā)展迅速，應(yīng)用廣泛，實(shí)效顯著，引人關(guān)注。模糊控制比傳統(tǒng)的PID等控制方法，在強(qiáng)時(shí)變、大時(shí)滯、非線性系統(tǒng)中的控制效果有著明顯的優(yōu)勢(shì)。將模糊控制技術(shù)應(yīng)用于家電產(chǎn)品在國(guó)外已是很普遍的現(xiàn)象。單片機(jī)是家用電器常用的控制器件，把二者結(jié)合起來(lái)，可是控制器的性能指標(biāo)達(dá)到最優(yōu)的目的?；谀：刂萍夹g(shù)的單片機(jī)控制的電熱水器，是對(duì)傳統(tǒng)的電熱水器開(kāi)關(guān)控制的改造，具有達(dá)到設(shè)定溫度時(shí)間短、穩(wěn)態(tài)溫度波動(dòng)小、反應(yīng)靈敏、抗干擾能力強(qiáng)、節(jié)省電能等優(yōu)點(diǎn)。個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用二．系統(tǒng)分析<功能、性能、要求、特點(diǎn)）(一>嵌入式系統(tǒng)概述隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，一種不為人們所熟悉但卻被廣泛應(yīng)用的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)逐漸發(fā)展壯大，那就是嵌入式系統(tǒng)。對(duì)于嵌入式系統(tǒng)，至今沒(méi)有確切的定義，多指置于電子設(shè)備內(nèi)部，完成某種特定功能的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，具有軟件代碼小、高度自動(dòng)化、響應(yīng)速度快等特點(diǎn)。嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，并且軟硬件可裁剪，適用于應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用統(tǒng)。它一般由嵌入式微處理器、外圍硬件設(shè)備、嵌入式操作系統(tǒng)以及用戶的應(yīng)用程序等四個(gè)部分組成，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)其他設(shè)備的控制、監(jiān)視或管理等功能。嵌入式系統(tǒng)一般指非PC系統(tǒng)，它包括硬件和軟件兩部分。硬件包括處理器/微處理器、存儲(chǔ)器及外設(shè)器件和I/O端口、圖形控制器等。軟件部分包括操作系統(tǒng)軟件<OS）<要求實(shí)時(shí)和多任務(wù)操作）和應(yīng)用程序。有時(shí)設(shè)計(jì)人員把這兩種軟件組合在一起。應(yīng)用程序控制著系統(tǒng)的運(yùn)作和行為；而操作系統(tǒng)控制著應(yīng)用程序編程與硬件的交互作用。嵌入式系統(tǒng)的核心是嵌入式微處理器。嵌入式微處理器一般就具備以下4個(gè)特點(diǎn)：1）對(duì)實(shí)時(shí)多任務(wù)有很強(qiáng)的支持能力，能完成多任務(wù)并且有較短的中斷響應(yīng)時(shí)間，從而使內(nèi)部的代碼和實(shí)時(shí)內(nèi)核心的執(zhí)行時(shí)間減少到最低限度。2）具有功能很強(qiáng)的存儲(chǔ)區(qū)保護(hù)功能。這是由于嵌入式系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)已模塊化，而為了避免在軟件模塊之間出現(xiàn)錯(cuò)誤的交叉作用，需要設(shè)計(jì)強(qiáng)大的存儲(chǔ)區(qū)保護(hù)功能，同時(shí)也有利于軟件診斷。3）可擴(kuò)展的處理器結(jié)構(gòu)，以能最迅速地開(kāi)發(fā)出滿足最高性能的嵌入式微處理器。嵌入式軟件可測(cè)試性研究4）嵌入式微處理器必須功耗很低，尤其是用于便攜式的無(wú)線及移動(dòng)的計(jì)算和通信設(shè)備中靠電池供電的嵌入式系統(tǒng)更是如此，如需要功耗只有 mW甚至μW級(jí)。(二>嵌入式系統(tǒng)特點(diǎn)Ⅰ、嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)特點(diǎn)：1）嵌入式系統(tǒng)通常是面向特定應(yīng)用的嵌入式 CPU與通用型的最大不同就是嵌入式CPU大多工作在為特定用戶群設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中，能夠把通用 CPU中許多由板卡完成的任務(wù)集成在芯片內(nèi)部，從而有利于嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)趨于小型化，移動(dòng)能力大大增強(qiáng)，跟網(wǎng)絡(luò)的耦合也越來(lái)越緊密。2）嵌入式系統(tǒng)是將先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)和電子技術(shù)與各個(gè)行業(yè)的具體應(yīng)用相結(jié)合后的產(chǎn)物。3）嵌入式系統(tǒng)的硬件和軟件都必須高效率地設(shè)計(jì)，量體裁衣、去除冗余，力爭(zhēng)在同樣的硅片面積上實(shí)現(xiàn)更高的性能。個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用4）嵌入式系統(tǒng)和具體應(yīng)用有機(jī)地結(jié)合在一起，它的升級(jí)換代也是和具體產(chǎn)品同步進(jìn)行，因此嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品一旦進(jìn)入市場(chǎng)，具有較長(zhǎng)的生命周期。5）為了提高執(zhí)行速度和系統(tǒng)可靠性，嵌入式系統(tǒng)中的軟件一般都固化在存儲(chǔ)器芯片或單片機(jī)本身中，而不是存貯于磁盤等載體中。6）嵌入式系統(tǒng)本身不具備自舉開(kāi)發(fā)能力，即使設(shè)計(jì)完成以后用戶通常也是不能對(duì)其中的程序功能進(jìn)行修改的，必須有一套開(kāi)發(fā)工具和環(huán)境才能進(jìn)行開(kāi)發(fā)。Ⅱ、嵌入式軟件的特點(diǎn)：1）開(kāi)發(fā)調(diào)試?yán)щy，需要使用交叉開(kāi)發(fā)環(huán)境。一般嵌入式軟件的開(kāi)發(fā)平臺(tái)和運(yùn)行平臺(tái)是不同的，開(kāi)發(fā)完成后需要倒入運(yùn)行平臺(tái)，使用交叉開(kāi)發(fā)環(huán)境進(jìn)行調(diào)試，這就增大了開(kāi)發(fā)和調(diào)試的難度。2）滿足實(shí)時(shí)性要求。一般的嵌入式軟件是連續(xù)運(yùn)行的，對(duì)外部事件的觸發(fā)給予實(shí)時(shí)響應(yīng)，滿足時(shí)限要求。3）具有處理異步并發(fā)事件的能力。嵌入式系統(tǒng)多為事件驅(qū)動(dòng)的，所處理的事件多是隨機(jī)的、并發(fā)的事件，一般提供多任務(wù)處理機(jī)制來(lái)處理復(fù)雜的環(huán)境。4）具有快速啟動(dòng)、自動(dòng)復(fù)位等功能。由于嵌入式系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性要求較高，所以系統(tǒng)多具有快速啟動(dòng)的功能，在出現(xiàn)故障時(shí)一般具有容錯(cuò)能力和自動(dòng)修復(fù)能力。三．總體設(shè)計(jì)電熱水器水溫自動(dòng)調(diào)節(jié)器以 AT89C2051單片機(jī)為核心，有多諧振蕩電路、溫度設(shè)定電路、單片機(jī)。設(shè)定溫度顯示電路、控制信號(hào)隔離輸出電路等幾部分組成，結(jié)構(gòu)框圖如圖 1顯示：①多諧振蕩電路。由 G1、G2、G3、G4、Rt、Rs、C組成。具體電路如圖2。其中Rt是具有負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻 <0～100℃時(shí)，阻值在 3～1kΩ之間變個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用化），是本電路中的溫度傳感器，用環(huán)氧樹(shù)膠涂于其外表后置于熱水中。 Rs是限流電阻，限值很小，只有 100Ω。G1、G2、G3、G4四個(gè)非門采用 TTL門74LS04電路，振蕩周期 T≈2.2RtC，脈寬為1.1RtC。可見(jiàn)，脈寬與 Rt有一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，因此，溫度與脈寬也就有一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。②AT89C2051單片機(jī)。是本控制器核心器件，模糊控制就是靠它控制軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。③溫度設(shè)定電路。通過(guò)按鍵產(chǎn)生脈沖從 INT1輸入單片機(jī)來(lái)調(diào)節(jié)水溫。④設(shè)定溫度顯示電路。單片機(jī)將設(shè)定的溫度值通過(guò)動(dòng)態(tài)掃描的方法輸出，數(shù)碼管上可直接顯示設(shè)定溫度。在自動(dòng)測(cè)定各溫度對(duì)應(yīng)的T0的計(jì)數(shù)值時(shí)，還可用來(lái)顯示TL0的值。⑤控制信號(hào)隔離輸出電路。通過(guò)光耦將加熱強(qiáng)電電路與單片機(jī)隔離，防止其干擾單片機(jī)的工作。單片機(jī)的輸出控制信號(hào)控制兩電熱絲的斷通，從而調(diào)節(jié)水溫。圖1硬件原理框圖3.1多諧振蕩電路圖2多諧振蕩器電路圖3..2工作原理個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用INT1

先用于各溫度值對(duì)應(yīng)的脈寬計(jì)數(shù)器值的測(cè)量顯示。中斷

1的中斷服務(wù)程序先固化自動(dòng)測(cè)量、顯示的中斷服務(wù)程序如圖 3所示。主程序不變，主程序如圖4所示。從INT1輸入的設(shè)定溫度用的脈沖將引起中斷，中斷服務(wù)程序可對(duì)與一定水溫對(duì)應(yīng)的電脈沖寬度的計(jì)數(shù)值 <TL0）進(jìn)行測(cè)量并顯示，記下其數(shù)值后便可制定“溫度表”<與一定溫度對(duì)應(yīng)的TL0值并存放于程序存儲(chǔ)器中的表），將“溫度表”固化于程序存儲(chǔ)器中。然后，INT1再用于溫度的設(shè)定，將中斷1的服務(wù)程序換為預(yù)溫溫度的程序，如圖5所示。讓定時(shí)器T1定時(shí)中斷，配合軟件計(jì)數(shù)器，每隔5s測(cè)量1次溫度的當(dāng)前值。將測(cè)得的脈寬轉(zhuǎn)化為溫度值是這樣實(shí)現(xiàn)的：先讓脈沖從INT0進(jìn)入單片機(jī)，T0在INT0為高電平時(shí)開(kāi)始定時(shí)，變?yōu)榈碗娖綍r(shí)停止，于是在 TL0中得到脈寬對(duì)應(yīng)的定時(shí)計(jì)數(shù)值，查找與“溫度表”中與計(jì)數(shù)值一一對(duì)應(yīng)關(guān)系的溫度。將用的脈沖將引起中斷，中斷服務(wù)程序可對(duì)與一定水溫對(duì)應(yīng)的電脈沖寬度計(jì)數(shù)值<TL0）進(jìn)行測(cè)量并顯示，記下其數(shù)值后便可制定“溫度”<與一定溫度對(duì)應(yīng)的TL0值并存放于程序存儲(chǔ)器中的表），將“溫度表”固化于程序存儲(chǔ)器中。然后，INT1再用于溫度的設(shè)定，將中斷1的服務(wù)程序換為預(yù)置溫度的程序，如圖5所示。讓定時(shí)器T1定時(shí)斷，配合軟件計(jì)數(shù)器，第隔5s測(cè)量1次溫度的當(dāng)前值。將測(cè)得的脈寬轉(zhuǎn)化為溫度值是這樣實(shí)現(xiàn)的：先讓脈沖從INT0進(jìn)入單片，T0在INT0為高電平時(shí)開(kāi)始定時(shí)，變?yōu)榈碗娖綍r(shí)停止，于是在TL0中得到脈寬對(duì)應(yīng)的定時(shí)計(jì)數(shù)值，查找與“溫度表”中與計(jì)數(shù)值一一對(duì)的溫度。將溫度的測(cè)量值及前次測(cè)得的值分別存于一個(gè)存儲(chǔ)單元，通過(guò)模糊控制程序以決定兩電熱絲的斷情況。3.3AT89C2051單片機(jī)介紹AT89C系列單片機(jī)是 Atmel公司1993年開(kāi)始研制生產(chǎn)的，優(yōu)越的性能價(jià)格比使其成為頗受歡迎的 8位單片機(jī)。AT89C2051提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：2k字節(jié)Flash閃速存儲(chǔ)器，128字節(jié)內(nèi)部RAM，15個(gè)I／O口線，兩個(gè)16位定時(shí)／計(jì)數(shù)器，—個(gè)5向量?jī)杉?jí)斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，內(nèi)置—個(gè)精密比較器，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。同時(shí)，AT89C2051可降至0HZ的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止 CPU的工作，但允許 RAM，定時(shí)／計(jì)數(shù)器，串行通信口個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用及斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存 RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位。AT89C系列與 MCS-51系列單片機(jī)相比有兩大優(yōu)勢(shì)：第一，片內(nèi)程序存儲(chǔ)器采用閃速存儲(chǔ)器，使程序的寫入更加方便；第二，提供了更小尺寸的芯片<AT89C2051/1051），使整個(gè)硬件電路的體積更小。 AT89C系列單片機(jī)有 4種型號(hào)：AT89C51、AT89C52、AT89C1051、AT89C2051，其中 AT89C2051/1051以較小的體積、良好的性能價(jià)格比倍受青睞，在家電產(chǎn)品、工業(yè)控制、計(jì)算機(jī)產(chǎn)品、醫(yī)療器械、汽車工業(yè)、智能儀器等應(yīng)用方面成為用戶降低成本的首選器件。下面以AT89C2051為代表對(duì)AT89C系列單片機(jī)做簡(jiǎn)要闡述。AT89C2051是Atmel公司生產(chǎn)的帶 2KB閃速可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器<PEROM）的8位單片機(jī)，它具有如下主要特性：（1）與MCS-51兼容；（2）內(nèi)部帶2KB可編程閃速存儲(chǔ)器；（3）壽命為1000次擦/寫循環(huán)；（4）數(shù)據(jù)保留時(shí)間為 10年；（5）工作電壓范圍為 2.7V~6V；（6）全靜態(tài)工作頻率為 0Hz~24Hz；（7）兩級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定；（8）128×8為內(nèi)部RAM；（9）15條可編程I/O線；（10）2個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；（11）5個(gè)兩級(jí)中斷源（12）可編程全雙工串行 UART通道；（13）直接對(duì)LED驅(qū)動(dòng)輸出；（14）片內(nèi)精確的模擬比較器；（15）片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路；（16）低功耗的休眠和掉電模式。個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用AT89C2051單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖：3.4單片機(jī)顯示電路利用74LS164擴(kuò)展16位輸出線的電路。圖中的 16輸出裝置是兩位共陽(yáng)極七段LED顯示器，采用靜態(tài)顯示方式。靜態(tài)顯示的優(yōu)點(diǎn)是軟件設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，顯示時(shí)沒(méi)有像動(dòng)態(tài)顯示方式時(shí)有閃爍出現(xiàn)。串行口的數(shù)據(jù)通過(guò)

RXD

引腳加到74LS164的輸入端，串行口的輸出移位時(shí)鐘通過(guò)

TXD

引腳加到

74LS164的時(shí)鐘端。使用另一條 I/O線P1.0控制74LS164的CLR復(fù)位信號(hào)端。電路中 74LS164是8位的串入/并出移位寄存器，串行數(shù)據(jù)由RXD送出，移位時(shí)鐘由TXD送出。在移位時(shí)鐘作用下，存放顯示器段碼的串行發(fā)送緩沖器數(shù)據(jù)逐位由A，B端移入74LS164中，再由Q0~Q7并行輸出至顯示數(shù)碼管相應(yīng)的LED上。程序如下：個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用四．模糊控制的原理及 PID算法個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用4.1模糊控制原理模糊控制工程的發(fā)展大致要經(jīng)歷如下四個(gè)階段；1．模糊控制盛行階段 在這一階段，把人類具有的比較單純的宏知識(shí)移植到被控對(duì)象上來(lái)，這將比現(xiàn)有的自動(dòng)化機(jī)械具有更好的功能。目前，模糊控制就處于這樣的興盛階段。2．模糊專家系統(tǒng)階段 把更復(fù)雜的宏知識(shí)帶給計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)智能機(jī)器人或模糊控制專家系統(tǒng)，在這里不是無(wú)判別地把什么樣的熟練操作者的知識(shí)都收集起來(lái)，而是要用它來(lái)分析問(wèn)題，提高宏系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，也就是用“模糊”來(lái)表示宏系統(tǒng)工程。日本“國(guó)際模糊工程研究所” <LIFE—LaboratoryforInternationalFuzzyEngineeringresearch）目前正全力以赴從事這方面工作。如他們所研究的外匯兌換交易支持系統(tǒng)、圖像識(shí)別、自然語(yǔ)言解釋系統(tǒng)、自治式機(jī)器人等，而且將在設(shè)備管理、醫(yī)療診斷、經(jīng)營(yíng)支持、安全評(píng)價(jià)等系統(tǒng)上普及。3．實(shí)現(xiàn)人與計(jì)算機(jī)間的自然語(yǔ)言通信階段 它不同于前兩個(gè)階段的非常單純的通信。它差具有對(duì)意圖進(jìn)行推理和狀態(tài)判斷的能力；和由計(jì)算機(jī)承擔(dān)針對(duì)相應(yīng)場(chǎng)合變更時(shí)的詢問(wèn)及解答能力。雖然要構(gòu)成這樣的通用系統(tǒng)似乎沒(méi)有可能，但是縮小到某種程度的用途還是可能的。例如特定用途的智能機(jī)器人或針對(duì)某一問(wèn)題的對(duì)話型決策系統(tǒng)等。這些系統(tǒng)，也許在近幾年內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)。4．模糊人工智能系統(tǒng)階段 它是把人——人工智能——神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)這三者聯(lián)系起來(lái)，實(shí)現(xiàn)綜合信息處理的系統(tǒng)。也就是對(duì)原來(lái)型式的人工智能只作純粹的邏輯處理；簡(jiǎn)單的學(xué)習(xí)機(jī)能由神經(jīng)元承擔(dān)；而創(chuàng)造性的思維和感知問(wèn)題，以及綜合判斷、綜合評(píng)價(jià)問(wèn)題只能由人來(lái)實(shí)現(xiàn)?！澳：斯ぶ悄堋苯橛谒鼈冎g，最大限度地發(fā)揮人的智慧和能力。這樣的系統(tǒng)就有可能成為外語(yǔ)翻譯、論文摘錄、輔助設(shè)計(jì)、經(jīng)營(yíng)支持等需要獨(dú)創(chuàng)的高度的腦力行為支持系統(tǒng)。這就是“模糊控制工程”，也就是未來(lái)“人類友好系統(tǒng)”的成功關(guān)鍵。模糊控制<fuzzycontrol）是以模糊集理論、模糊語(yǔ)言變量和模糊邏輯推理為基礎(chǔ)的一種智能控制方法，它從行為上模仿人的模糊推理和決策過(guò)程。該方法首先將操作人員或?qū)＜医?jīng)驗(yàn)編成模糊規(guī)則，然后將來(lái)自傳感器的實(shí)時(shí)信號(hào)模糊化，將模糊化后的信號(hào)作為模糊規(guī)則的輸入，完成模糊推理，將推理后得到的輸出量加到執(zhí)行器上。個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用模糊控制的基本組成框圖如圖六所示。它的核心部分為模糊控制器，如圖中點(diǎn)畫(huà)線框中部分所示，模糊控制器的控制律由計(jì)算機(jī)的程序?qū)崿F(xiàn)。實(shí)現(xiàn)一步模糊控制算法的過(guò)程描述如下：微機(jī)經(jīng)中斷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，一般選誤差信號(hào)E作為模糊控制器的一個(gè)輸入量。把誤差信號(hào)E的精確量進(jìn)行模糊化變成模糊量。誤差E的模糊量可用相應(yīng)的模糊語(yǔ)言表示，得到誤差E的模糊語(yǔ)言集合的一個(gè)子集e<e是一個(gè)模糊矢量），再由e和模糊關(guān)系R根據(jù)推理的合成規(guī)則進(jìn)行模糊決策，得到模糊控制量u即u=e。R4.2模糊控制PID算法在一般的模糊控制系統(tǒng)中，考慮到模糊控制器實(shí)現(xiàn)的簡(jiǎn)易性和快速性，通常采用二維模糊控制器結(jié)構(gòu)形式。而這類控制器都是以系統(tǒng)誤差E和誤差變化EC為輸入語(yǔ)句變量，因此它具有類似于常規(guī)PID控制器的作用，由線性控制理論可知，采用該類模糊控制器的系統(tǒng)有可能獲得良好的動(dòng)態(tài)特性，但無(wú)法消除靜態(tài)誤差，所以引入模糊控制 PID算法。模糊控制器的輸入為測(cè)得溫度與設(shè)定溫度的偏差 E<E=t0-t。t0為設(shè)定的溫度，t為測(cè)得的水溫。）以及偏差的變化量△ E<△E=t本-t前，其中t前為前次測(cè)得的溫度

,t

本為本次測(cè)得的溫度），輸出為電熱絲加熱量

U。將

E分為四個(gè)模糊子集

B<大）、

M<中）、

S(小>、N<負(fù)），對(duì)應(yīng)溫度的偏差為：

t0-t>TM1℃、

TM2℃＜

t0-t

＜TM1℃、

0

℃＜

t0-t

＜TM2℃、

t0-t

＜0℃(TM1>TM2>0>?！鱁分為

3個(gè)模糊子集

P<正）、Z<零）、N<負(fù)），對(duì)應(yīng)的偏差變化量為：

t

本-t

前>A0

、-A0＜t

本-t

前＜AO、t

本-t

前＜-A0<A0＞0）。

電熱絲加熱量分為四個(gè)模糊子集B<大）、M<中）、S<?。?、Z<零），對(duì)應(yīng)于二極電熱絲的四種狀態(tài)的組合：電熱絲1電熱絲2都加熱、電熱絲1加熱、電熱絲2加熱、電熱絲1電熱絲2都不加熱<電熱絲1的功率大于電熱絲2的功率）。模糊控制規(guī)則如表1表1△E EBMSN表2E+△E E631-1

個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用PZNBBBMMSSSZZZZ1-2個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用五．系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)5.1系統(tǒng)軟件流程圖圖3自動(dòng)測(cè)量、顯示的中斷服務(wù)程序個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用圖4主程序 圖5調(diào)整設(shè)定溫度的程序5.2系統(tǒng)軟件程序初始化程序如下：MAIN：MOVTMOD，#1AH；T1工作于方式1，定時(shí)100ms；<配合軟件計(jì)數(shù)器定時(shí)5s）；T0工作于方式2，使用門控位，定時(shí)MOVTM0，#20；TM0為設(shè)定溫度存儲(chǔ)單元，設(shè)定初始溫度為 20℃MOVTH0，#0MOVTL0，#0MOVTH1，#3CH；T1置產(chǎn)生100ms定時(shí)的初值<tosc=6MHz）。MOVTL1，#0B0HMOVTMER，#50；TMER為軟件計(jì)數(shù)器單元；50×100ms=5sSETBTR1；啟動(dòng)定時(shí)器T1SETBEA；開(kāi)CPU中斷SETBEX1；開(kāi)外部中斷1個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用SETBIT1；設(shè)定為邊沿觸發(fā)。SETBPX1；設(shè)定溫度的中斷優(yōu)先級(jí)為高級(jí)中斷。SETBET1；開(kāi)T1中斷SETBP3.7；不加熱SETBP1.7DISP：SETB

RS0

；保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)PUSHPUSHPUSH

ACCDPHDPLMOVMOV

R2，03HR0MOV

A，

@R0MOV

DPTR，#TABMOVC

A，@A+DPTRMOV

SBUF，ADL1：JNBCLRDEC

TI，DL1TIR0DJNZCLRPOPPOPPOP

R2，DL0RS0DPLDPHACCRETTAB：

DB

C0H，

F9H，

A4H，

B0H，

99HDB

92H，