基于PIC16F84 電熱水溫控制系統(tǒng)

精品文檔-下載后可編輯基于PIC16F84電熱水溫控制系統(tǒng)【摘要】即熱式電熱水溫控制系統(tǒng)是利用大功率加熱方法迅速提高水的溫度，并利用閉環(huán)控制系統(tǒng)按設定溫度進行水溫控制；用模糊邏輯控制算法實現(xiàn)即熱式電熱水溫控制。利用熱敏電阻檢測系統(tǒng)出水的溫度，根據(jù)出水的溫度與設定溫度的差值以及該差值隨時間的變化率實施模糊邏輯控制。該模糊邏輯控制程序稍加改動，即可移動到其他控制系統(tǒng)中。

【關鍵詞】即熱式模糊控制單片機PIC16F84

1.溫度測量原理

1.1溫度變送器電路

圖1是溫度變送器電路原理圖

圖1溫度變送器電路原理圖

在電路中，一般認為運算放大器A為理想放大器，且令R2=R3，則Va=Vb=VDD/2，因為i=(VDD-VDD/2)/R1=(VDD/2-Vo)/RT。

所以：Vo=（VDD/2）（1-RT/R1）………………1

設溫度測量到下限溫度時，Vo=0V，則取R1=RT*（RT*為溫度下限時的阻值）。極限情況下，RT=0V，則Vo=VDD/2。

式1表示運放輸出電壓與熱敏電阻的阻值成線性關系。

10℃到100℃范圍熱敏電阻的阻值如表1所示。

表1：溫度-輸出數(shù)值對照表

溫度/℃阻值/KΩ輸出直流電壓Vo用A/D變換的二進制碼表示

1022600H

1517632H

202295EH

2511080H

308898H

3570ACH

4057BCH

4547C8H

5038D2H

5531DAH

6026E0H

6521E4H

7018E8H

7515ECH

8013EEH

8511F0H

909F2H

958F4H

1007F6H

溫度變送器的支流輸出電壓Vo，經(jīng)PIC16F84片內A/D變換后，變?yōu)?0H~FFH二進制碼，程序根據(jù)這個二進制碼采用查表，線性插值的算法，求得實時溫度值。

溫度表的建立方法是用溫度值作為表項地址，從10℃到100℃，每隔5℃（即Y2-Y1=5）設一個存儲單元；存儲單元存放采樣值經(jīng)A/D轉換后的數(shù)字量，溫度從15℃到100℃分18檔，故溫度表占18個字節(jié)，搜索從低溫數(shù)值開始；程序上限設定為100℃，下限溫度為10℃。找到A/D采樣值所在區(qū)間后，即可根據(jù)該區(qū)間上下節(jié)點溫度值和A/D采樣值求實時溫度值，這里線性插值法。

根據(jù)線性插值原理：Y-Y1Y2-Y1

X-X1X2-X1

Y=Y1+（X-X1）5/（X2-X1）

式中：X為A/D采樣值；Y為實時溫度值；Y1為下節(jié)點溫度值；Y2為上節(jié)點溫度值；X1為下節(jié)點A/D變換值；X2為上節(jié)點A/D變換值。

上式中Y2=表址偏移量×5+15，而5/（X2-X1）為斜率可再造一張表，仍占18個字節(jié)，表的名字為KTABL。溫度表與斜率表所分配的單元應連續(xù)，以配合程序上求表址的算法。

1.模糊邏輯控制原理

2．1模糊邏輯控制原理概述

目前大部分溫控還是采用PID控制算法。這種算法對固定參數(shù)的線性定常系統(tǒng)是非常有效的，要用PID算法設計一種適合不同范圍和不同用途的溫控器就無法確定統(tǒng)一的PID參數(shù)。而用模糊邏輯控制，對系統(tǒng)參數(shù)變化不敏感，具有很強的魯棒性，使用對不同對象得控制。

這里設計的溫度模糊邏輯控制器是用彈片機PIC16F84加上模糊邏輯控制軟件實現(xiàn)的。

2．2控制系統(tǒng)結構和控制原理

圖2是控制系統(tǒng)結構原理圖

當出水口實時溫度高于設定溫度時，停止加熱。由于冷水不斷流入即熱式熱水器，故實時溫度會下降，一旦出水實時溫度低于設定溫度時，將電阻絲通電加熱，此時不斷進入的冷水和加熱電阻絲的發(fā)熱，共同參與出水口水溫的調節(jié)。實時溫度和設置溫度的差值δT是可正可負的。為使模糊邏輯控制算法中回避有符號數(shù)的運算，需將δT固定一個偏移量，使其論域從0開始到某一個正數(shù)。這里設定δT的論域是±7.5℃，偏移后為0℃～15℃，歸一化到十六進制數(shù)為00H～0FFH（也即乘以17）。

同理，δT/δt的論域為±2.6℃，偏移為0℃/S～5.2℃/S，歸一化到十六進制數(shù)為00H～1FH（也即乘以6）。

2．3模糊邏輯控制器設計

2.3.1模糊邏輯控制原理

圖3是模糊邏輯控制器的原理圖。

圖3模糊邏輯控制器的原理圖

模糊邏輯控制器的工作過程可分為三個階段。第一階段被稱為“模糊化”，就是把精確的輸入量轉換成用模糊集合的隸屬函數(shù)來表示的某一模糊變量的語言值，即模糊輸入，其目的是把傳感器的輸入轉換成控制器內知識庫可以理解和操作的變量格式。第二階段是模糊推理，即把模糊輸入加到一個“IF-THEN”控制規(guī)則庫中去，并把激活的各個規(guī)則所產(chǎn)生的結果“加”到一起去產(chǎn)生一個“模糊輸出”集合。第三階段,在對這些模糊輸出進行解模糊判決，即在一個輸出范圍內找到一個最具有代表