電飯煲單片機(jī)智能控制系統(tǒng)

1、本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中文題目： 電飯煲單片機(jī)智能控制系統(tǒng) 英文題目：intelligent rice cooker scm control system 院 系： 機(jī)械電子工程學(xué)院 專 業(yè)： 自動(dòng)化專業(yè) 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師： 起訖時(shí)間： 2009.10.202010.5.28 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）摘要隨著人們生活水平的提高，用微電腦控制的模糊電飯煲已經(jīng)逐漸走入人們的日常生活。本課題從實(shí)際工程出發(fā)，對(duì)基于模糊技術(shù)的電飯煲控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和應(yīng)用進(jìn)行了深入的研究。電飯煲是一種典型的模糊對(duì)象，其特性隨著其裝載物的量和種類的不同而大大不同，而煮飯功能則是電飯煲的主要功能，同時(shí)也是衡量電飯煲控制

2、系統(tǒng)優(yōu)劣的關(guān)鍵功能，因此，本文在控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)方面重點(diǎn)研究了電飯煲的煮飯功能。準(zhǔn)確地判斷出米量是電飯煲能夠?qū)崿F(xiàn)最佳控制效果的重要保障。所以，本文著重討論了在電飯煲煮飯過(guò)程中，如何利用模糊推理法進(jìn)行米量的判斷。首先通過(guò)大量的前期實(shí)驗(yàn)和測(cè)試，在具體了解米量的大小給系統(tǒng)的狀態(tài)帶來(lái)的影響的基礎(chǔ)上，選用合適的輸入變量用“試錯(cuò)法”設(shè)計(jì)了一種二維的模糊推理機(jī)，并詳細(xì)討論了其推理過(guò)程。本文實(shí)際設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了一種模糊電飯煲控制器。在系統(tǒng)硬件方面，討論了模糊電飯煲控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)。在軟件方面，研究了模糊電飯煲控制系統(tǒng)的軟件控制流程并給出其流程圖，同時(shí)重點(diǎn)介紹了根據(jù)推理結(jié)果設(shè)計(jì)的米量判斷程序的流程。 最后 ，本

3、文針對(duì)模糊電飯煲設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)過(guò)程中參數(shù)調(diào)整的復(fù)雜性問(wèn)題，提出了一種基于模糊電飯煲參數(shù)調(diào)整的專家系統(tǒng)。由于在參數(shù)調(diào)整的過(guò)程中同樣是利用了煮飯專家的經(jīng)驗(yàn)，而這些經(jīng)驗(yàn)是有規(guī)律可循的，可以用思路清晰的程序語(yǔ)言表達(dá)。關(guān)鍵詞: 電飯煲;模糊推理;試錯(cuò)法;專家系統(tǒng)abstractwith the living quality improved, the micro-computer controlled electrical cookers are getting more and more popular. for practical uses, the design and application of

4、a electrical cooker control system based on fuzzy control technology is studied, which aims at am or e effective control strategy.this paper is mainly about the design of a kind of typical fuzzy object一electrical cooker, whose characteristics not only varies with the quantity of stuff in it but also

5、 varies with what kind of stuff it is.as the result to estimate the amount of rice in round is crucial for control strategy. this paper discusses how to judge the amount of rice in the cooker if the electrical cooker is cooking rice. the differences generated by the amount of rice are found out by l

6、ots of tests. two appropriate variables are selected as the input of the fuzzy reasoning machine to judge the amount of rice and the method try and error is applied. details of the procedures of reasoning are displayed. the controller of the system of the fuzzy controlled electrical cooker is set up

7、. both the hardware and the software are described in the paper. the main structure of the hardware is described in detail and for each parts, a sort of popular circuit module is shown. the main software flowchart is show to analysis how the cooker works. whats more, procedure of getting the quantit

8、y of rice by reasoning is contrived and the main flowchart is shown.with all of these done, the design of aking of fuzzy cooker is still so complicated and hard, so an es is brought forward in the last chapter to use computers instead of engineers to do the try and error thing. the es is established

9、 on the experience of the skilled electrical cooker engineers, which is complicated but well-regulated and could be writen into programs.keywords : electrical cooker; fuzzy control; try and error; expert system目錄第1章 緒論31.1研究的目的和意義31.2國(guó)內(nèi)外在模糊控制方面的研究及分析31.2.1國(guó)外在模糊控制方面的研究現(xiàn)狀31.2.2國(guó)內(nèi)在模糊控制方面的狀況分析21.3國(guó)內(nèi)外在模糊

10、家電方面的狀況分析及發(fā)展展望21.4主要研究?jī)?nèi)容3第2章 電飯煲的模糊控制器設(shè)計(jì)42.1引言42.2模糊電飯煲的工作過(guò)程42.3模糊控制的基本思想52.3.1炊飯量的模糊推理62.3.2二維模糊推理機(jī)的設(shè)計(jì)82.3.3輸入變量的選取92.3.4模糊控制規(guī)則的語(yǔ)言描述122.3.5加熱功率的模糊控制14第3章 電飯煲控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)163.1系統(tǒng)的總體控制方案設(shè)計(jì)163.2電飯煲硬件系統(tǒng)構(gòu)成163.3電飯煲控制的硬件電路設(shè)計(jì)183.4電飯煲控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)213.4.1煮飯工作過(guò)程的軟件設(shè)計(jì)223.4.2米量模糊推理機(jī)算法流程設(shè)計(jì)23第4章 基于模糊專家系統(tǒng)電飯煲控制的設(shè)計(jì)284.1引言284.

11、2模糊專家系統(tǒng)電飯煲控制的設(shè)計(jì)284.3模糊專家系統(tǒng)電飯煲控制的結(jié)構(gòu)294.4系統(tǒng)工作原理31結(jié) 論33經(jīng)濟(jì)分析報(bào)告35致 謝36參 考 文 獻(xiàn)37附錄a39附錄b4038第1章 緒論1.1研究的目的和意義在科學(xué)技術(shù)進(jìn)步、日新月異的今天，節(jié)能、高效、環(huán)保的觀念逐漸深入人心，人們對(duì)家電智能化的要求也越來(lái)越高。本文研究的一種模糊控制的微電腦電飯煲正是智能化家電的典型代表?；谀：刂频碾婏堨夷軌蚺袛喑雒琢康拇笮?，并對(duì)不同的米量選擇不同的加熱方案，因此不但控制效果好，而且高效、節(jié)能。微電腦控制的電飯煲還可以實(shí)現(xiàn)預(yù)約、記憶等功能，大大方便了人們的生活。本文從實(shí)際工程出發(fā)，對(duì)模糊控制的微電腦電飯煲進(jìn)行了

12、深入的研究，主要討論了一種準(zhǔn)確判斷米量的方法，真正實(shí)現(xiàn)了電飯煲的模糊控制。這對(duì)電飯煲控制程序的研究將是很有意義的，將使之在高效、節(jié)能方面做得更好。1.2國(guó)內(nèi)外在模糊控制方面的研究及分析1.2.1國(guó)外在模糊控制方面的研究現(xiàn)狀自從1965年美國(guó)的控制論專家l.a.zadeh教授創(chuàng)立了模糊集合論以來(lái)，將模糊集合理論運(yùn)用于自動(dòng)控制而形成的模糊控制理論，在近年來(lái)得到了迅速的發(fā)展。模糊控制作為智能領(lǐng)域中最具有實(shí)際意義的一種控制方法，已經(jīng)在工業(yè)控制領(lǐng)域，家用電器自動(dòng)化領(lǐng)域和其他很多行業(yè)中解決了傳統(tǒng)控制方法無(wú)法或者是難以解決的問(wèn)題，取得了令人矚目的成效。已經(jīng)引起了越來(lái)越多的控制理論的研究人員和相關(guān)領(lǐng)域的廣大工

13、程技術(shù)人員的極大興趣。隨著計(jì)算機(jī)及其相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，模糊控制也由最初的經(jīng)典模糊控制發(fā)展到自適應(yīng)模糊控制、專家模糊控制和基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自學(xué)習(xí)模糊控制。其實(shí)現(xiàn)方式也由最初在微型機(jī)(單片機(jī))上用軟件方法實(shí)現(xiàn)發(fā)展到應(yīng)用模糊控制開(kāi)發(fā)出模糊計(jì)算機(jī)進(jìn)行直接控制。但是我們也應(yīng)該看到，模糊控制的理論和應(yīng)用雖然已經(jīng)取得了很大的進(jìn)展，但是就目前的狀況來(lái)看，尚缺乏重大的突破，因此模糊控制無(wú)論在理論和應(yīng)用上都有待于進(jìn)一步的深入研究和探討。目前，最令模糊控制專家們感興趣的是模糊邏輯同神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法的結(jié)合。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在知識(shí)的獲取方面表現(xiàn)卓越，它能夠生成無(wú)須明確表現(xiàn)知識(shí)的規(guī)則和具有強(qiáng)大的自學(xué)習(xí)能力。而模糊技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于可以用模糊

14、性的自然語(yǔ)言表現(xiàn)知識(shí)，和可以用簡(jiǎn)單的max-min運(yùn)算實(shí)現(xiàn)知識(shí)的推理，但在知識(shí)的獲取方面十分脆弱。模糊邏輯同神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法互相結(jié)合，取長(zhǎng)補(bǔ)短，可以通過(guò)學(xué)習(xí)自動(dòng)地進(jìn)行模糊規(guī)則的產(chǎn)生和修改，從而在智能控制方面產(chǎn)生強(qiáng)大的威力。1.2.2國(guó)內(nèi)發(fā)展?fàn)顩r分析在我國(guó)，模糊控制技術(shù)的研究起步較晚，近年來(lái)，隨著模糊家用電器的興起，模糊控制在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用獲得了飛速的發(fā)展，同時(shí)培養(yǎng)了一大批進(jìn)行模糊控制研究的優(yōu)秀人才。但總的來(lái)說(shuō)，在我國(guó)，模糊控制的應(yīng)用水平落后于模糊控制理論方面的研究。這主要是因?yàn)檠芯空叱３０涯：刂破鞯脑O(shè)計(jì)分成幾個(gè)獨(dú)立的部分來(lái)進(jìn)行，如隸屬度函數(shù)的確定，規(guī)則的獲取，控制器的合成等。這樣做的好處是把問(wèn)題

15、簡(jiǎn)單化，便于初學(xué)者上手，快速進(jìn)行問(wèn)題的分析和解決。但是這樣做帶來(lái)的問(wèn)題是很難對(duì)設(shè)計(jì)好的系統(tǒng)進(jìn)行理論分析和設(shè)計(jì)優(yōu)化。當(dāng)然，在我國(guó)，也有一批學(xué)者走在了模糊控制理論研究的前列。如，作為模糊論的創(chuàng)始人l.a. zadeh的學(xué)生，香港科技大學(xué)的王立新教授，在模糊系統(tǒng)與模糊控制理論領(lǐng)域做出了很大貢獻(xiàn)，給模糊系統(tǒng)與模糊控制理論帶來(lái)了三個(gè)突破，具體是:(1)證明了一類模糊系統(tǒng)是萬(wàn)能逼近器；(2)發(fā)明了wang-mendel方法，實(shí)現(xiàn)從數(shù)據(jù)中獲取模糊規(guī)則；(3)提出了一種能夠確保穩(wěn)定的自適應(yīng)模糊控制器的設(shè)計(jì)方法。1.3國(guó)內(nèi)外在模糊家電方面的狀況分析及發(fā)展展望在智能家電的研究方面，日本走在世界的前面。資料統(tǒng)計(jì)表明

16、，目前日本家用電器的單片機(jī)使用率在85%-94%之間，其中使用模糊控制的家電產(chǎn)品約占50%。日本甚至在幾乎所有的模糊控制應(yīng)用領(lǐng)域都在世界上領(lǐng)先。日本在九十年代初期就有模糊家電問(wèn)世，而那時(shí)我國(guó)的模糊家電尚未起步?，F(xiàn)在，在家電控制器中應(yīng)用模糊控制在我國(guó)受到普遍重視。由于我國(guó)家電行業(yè)的飛速發(fā)展，模糊家電在我國(guó)大有可為。目前看來(lái)，模糊家電的發(fā)展有三大發(fā)展動(dòng)向:(1)進(jìn)一步擴(kuò)大傳感器的組合利用多個(gè)傳感器的功能組合可以不斷改進(jìn)家電的控制技術(shù)，而對(duì)多個(gè)量采樣后再進(jìn)行綜合判斷正是模糊家電之所長(zhǎng)。(2)與ai(人工智能)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合如前所述，與ai(人工智能)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合將進(jìn)一步提高模糊家電的智

17、能化水平。(3)模糊家電網(wǎng)絡(luò)化隨著網(wǎng)絡(luò)經(jīng)濟(jì)的逐步發(fā)展，未來(lái)的家用電器必將改變目前這種單機(jī)運(yùn)作的模式，而具有與internet網(wǎng)通信的能力。家用電器走網(wǎng)絡(luò)化的道路，這也是當(dāng)今家電產(chǎn)業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)之一。1.4主要研究?jī)?nèi)容本課題以單片機(jī)為主要手段，以電飯鍋為控制對(duì)象，將模糊控制技術(shù)應(yīng)用于電飯鍋的開(kāi)發(fā)方面，由于在電飯鍋的模糊控制當(dāng)中，許多前輩已經(jīng)做了大量卓有成效的工作，即使在今天，模糊電飯鍋在市場(chǎng)上也是比比皆是。本文在借鑒前人工作的基礎(chǔ)上，研制出了一種模糊電飯煲控制系統(tǒng)，并重點(diǎn)研究了如下內(nèi)容:(1)在進(jìn)行大量測(cè)試及實(shí)驗(yàn)之后，提出一種新的判斷米量的方法，并取得良好的應(yīng)用效果;(2)研究了電飯煲硬件控制系統(tǒng)

18、，重點(diǎn)研究了低成本化設(shè)計(jì)方法;(3)根據(jù)新的米量判斷方法，設(shè)計(jì)了相應(yīng)的軟件控制程序；(4)提出一種基于模糊電飯鍋參數(shù)整定的專家系統(tǒng)，以提高電飯鍋設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的效率。第2章 電飯煲的模糊控制的設(shè)計(jì)2.1引言電飯鍋?zhàn)鳛橐粋€(gè)模糊控制對(duì)象，其特性的影響因素是多方面的，如結(jié)構(gòu)、材料、發(fā)熱盤的形狀、甚至是頂蓋出氣孔的大小對(duì)其吸熱散熱特性都有影響。當(dāng)然，在電飯鍋煮飯的過(guò)程中，米量的大小對(duì)其吸熱散熱特性的影響是最大的。米量的大小甚至影響到烹調(diào)的工藝過(guò)程。換句話說(shuō)，電飯鍋必須對(duì)不同的米量采取相應(yīng)的不同的控制方案和工藝過(guò)程，才能達(dá)到期望中的效果。所以，在其它因素(如結(jié)構(gòu)、材料、發(fā)熱盤的形狀、頂蓋出氣孔的大小等)一定的

19、情況下，對(duì)米量進(jìn)行模糊判斷是決定控制效果好壞的關(guān)鍵.為了選取合適的輸入量進(jìn)行米量的判斷，首先必須了解模糊電飯鍋的煮飯工藝曲線.2.2模糊電飯煲的工作過(guò)程從煮飯專家的角度來(lái)看，米飯的成熟需要經(jīng)過(guò)如下八個(gè)階段:穩(wěn)定、吸水、集中加熱、落水、沸騰、間歇加熱、炯飯和保溫。在上述八個(gè)階段中電飯鍋底部溫度曲線的變化過(guò)程如圖2-1所示。 圖2-1電飯煲底部溫度曲線圖fig.2-1the temperature curve of cooker大量的實(shí)驗(yàn)研究表明，電飯煲中的米水混合物在經(jīng)過(guò)下面的幾個(gè)階段后將能夠最終成為無(wú)論硬度和戮度都令人滿意的米飯。以下對(duì)各階段進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹。(1)穩(wěn)定階段 這一階段的目的是對(duì)開(kāi)始

20、煮飯時(shí)電飯鍋的初始狀態(tài)進(jìn)行判定。開(kāi)始煮飯時(shí)水和鍋的狀態(tài)并不一定是一致的，有可能是熱鍋冷水，或是熱水冷鍋。這一階段就是采用記時(shí)等待的辦法，等待大約3,4分鐘的時(shí)間，使鍋和水的狀態(tài)達(dá)到一致，以便對(duì)初始的煮飯狀態(tài)做出準(zhǔn)確的判斷。在穩(wěn)定階段結(jié)束的時(shí)候讀出底部溫度、頂部溫度的值，值的高低，將對(duì)以后的過(guò)程產(chǎn)生不同的影響。(2)吸水階段 大米在正常狀態(tài)的含水量較低，吸水階段的工作目的就是使大米的含水量升高，以便在加熱階段能夠使大米的加熱趨于均勻，熱量透到大米的芯部，提高米飯的質(zhì)量。這一階段的水溫應(yīng)該低于55，否則會(huì)使大米中的淀粉a化，影響吸水的效果。(3)集中加熱階段和落水階段 集中加熱階段是對(duì)鍋進(jìn)行全功率

21、的加熱，使鍋底的溫度迅速上升，但在米量較大的情況下，鍋內(nèi)上表面的水溫遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于鍋底的溫度.落水階段就是停止加熱使鍋內(nèi)上部的水和下部的水形成充分的對(duì)流，使鍋內(nèi)上下溫度基本達(dá)到一致，所有的米都能均勻受熱。在這個(gè)階段中，大米繼續(xù)吸收水分，并且在較高的溫度下開(kāi)始了淀粉的a化。(4)沸騰階段 沸騰階段使電飯鍋內(nèi)的溫度保持在100的水平。這個(gè)過(guò)程使大米做深度吸水，并且在較高的溫度下促使大米中的淀粉a化。大米充分吸水后，鍋內(nèi)的水進(jìn)一步減少，鍋底漸漸趨于干燥，當(dāng)鍋底的水分減少到一定程度，鍋底溫度就會(huì)迅速上升，這時(shí)沸騰過(guò)程結(jié)束。(5)間歇加熱和炯飯階段 炯飯階段的目的就是使熱量透到米飯的芯部，使之充分受熱而內(nèi)外質(zhì)

22、量趨于一致。也就是使米芯的淀粉a化。炯飯階段還使大米外部的水分一部分深透入米芯，促使內(nèi)部的成熟變化，另一部分蒸發(fā)掉。這樣就使得整粒米飯內(nèi)外一樣。間歇加熱的目的就是使鍋內(nèi)的溫度達(dá)到炯飯的溫度，當(dāng)達(dá)到一定的溫度時(shí)，停止加熱或小功率加熱，由飯鍋利用余熱對(duì)米飯進(jìn)行熱炯，炯飯結(jié)束后，米飯將完全成熟，無(wú)論硬度或薪度都令人滿意。(6)保溫階段 保溫階段的目的是在人們尚未準(zhǔn)備食用的情況下，將電飯鍋中的米飯保持在72的水平。實(shí)驗(yàn)研究表明，這樣的一條曲線作為溫度控制的標(biāo)準(zhǔn)可以煮出質(zhì)量?jī)?yōu)良的米飯。而這樣一條曲線是機(jī)械式電飯鍋不可能實(shí)現(xiàn)的，在電飯鍋煮飯過(guò)程中實(shí)現(xiàn)這樣一條曲線本身就是借鑒了煮飯專家的經(jīng)驗(yàn)，模仿了人的行為

23、，這本身就是智能化的，模糊化的。2.3模糊控制的基本思想模糊控制是一種計(jì)算機(jī)數(shù)字控制，所以其控制系統(tǒng)框架同一般的數(shù)字控制系統(tǒng)一樣，只不過(guò)它的控制器是模糊控制器。模糊控制器的控制規(guī)律由程序?qū)崿F(xiàn)，在實(shí)現(xiàn)的過(guò)程中要經(jīng)過(guò)以下三個(gè)步驟:輸入量的模糊化、模糊推理和輸出量的解模糊。在模糊控制過(guò)程中，將測(cè)到的過(guò)程精確量轉(zhuǎn)化為模糊量，再經(jīng)過(guò)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)成的若干模糊規(guī)則和必要的模糊處理后，模糊判斷系統(tǒng)根據(jù)輸入的模糊信息按照控制規(guī)則和推理法則，做出模糊決策，然后輸出解模糊后的控制量并作用于執(zhí)行系統(tǒng)，完成控制動(dòng)作，且這種動(dòng)作是以精確量表現(xiàn)出來(lái)的。 (1)模糊化 模糊化是將模糊控制器輸入量的確切值轉(zhuǎn)換為相應(yīng)模糊語(yǔ)言變量

24、值的過(guò)程，此相應(yīng)語(yǔ)言變量值均由對(duì)應(yīng)的隸屬度來(lái)定義。在實(shí)際應(yīng)用中，常常選擇三角形作為語(yǔ)言變量的隸屬度曲線。在模糊化的過(guò)程中，一般利用最大隸屬度原則，即在語(yǔ)言集中選擇該元素對(duì)應(yīng)的隸屬度最大的語(yǔ)言變量，作為該項(xiàng)確切值的模糊子集。 (2)模糊推理 模糊推理包括三個(gè)組成部分:大前提、小前提和結(jié)論。大前提是多個(gè)模糊條件語(yǔ)句，構(gòu)成規(guī)則庫(kù);小前提是一個(gè)模糊判斷句，又稱事實(shí)。模糊推理就是以已知的規(guī)則庫(kù)和輸入變量為依據(jù)，基于模糊變換推出新的模糊命題作為結(jié)論的過(guò)程。 (3)解模糊 解模糊是將模糊推理后得到的模糊集轉(zhuǎn)換為用作控制的數(shù)字值的過(guò)程。它的目標(biāo)是產(chǎn)生確切的控制動(dòng)作，應(yīng)該能夠最好的反映出推理出的模糊控制動(dòng)作分配

25、的可能性。常用的方法有最大隸屬度法、加權(quán)平均法和重心法。 目前，實(shí)用模糊邏輯控制常用的方法有查表法和軟件模糊推理等。查表法是將輸入的隸屬度函數(shù)、模糊控制規(guī)則和輸出隸屬度函數(shù)都用表格來(lái)表示，從輸入量的模糊化、模糊推理和模糊判決都通過(guò)查表來(lái)實(shí)現(xiàn)。軟件模糊推理的模糊化、模糊推理和模糊判決三個(gè)過(guò)程都用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。對(duì)于本文研究的米量和加熱功率模糊推理機(jī)來(lái)說(shuō)，其推理過(guò)程是開(kāi)環(huán)的，模糊推理機(jī)只包含輸入量的模糊化、利用規(guī)則的模糊推理及輸出量的解模糊，隸屬度函數(shù)、模糊控制規(guī)則可以用表格來(lái)表示，模糊推理機(jī)的最終輸出量為具體米量的值和加熱功率的值。2.3.1炊飯量的模糊推理 因?yàn)橛绊懘讹埩繖z測(cè)的因素眾多，所以不能采

26、用稱重傳感器或其它直接測(cè)量的方法，而只能用溫度傳感器測(cè)出飯溫信號(hào)，利用模糊推理，組成測(cè)定飯量的軟傳感器，最后通過(guò)模糊決策來(lái)判斷米量的值。其結(jié)構(gòu)框圖如圖2.5所示。頂部傳感器底部傳感器a/d導(dǎo)出當(dāng)鍋底溫度一致時(shí)，達(dá)到頂部溫度所用時(shí)間模糊化模糊邏輯規(guī)則表清晰化飯量 圖2-2 飯量測(cè)量軟傳感器框圖 通過(guò)實(shí)驗(yàn)和分析，發(fā)現(xiàn)幾種有代表性的電飯煲均在預(yù)熱段進(jìn)行米量推理過(guò)程。但是，若在預(yù)熱段對(duì)米量進(jìn)行推理，會(huì)受到初始水溫和環(huán)境溫度的嚴(yán)重影響，而難以得到準(zhǔn)確的判斷。實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)米水經(jīng)過(guò)吸水階段之后，鍋內(nèi)溫度處于60左右，在此基礎(chǔ)上再進(jìn)行加熱和推理，能排除初始水溫不一致的影響，因此，控制器采用在加熱階段來(lái)進(jìn)行米量

27、的推理是更為可行的選擇方案。圖2.3是在室溫20下，采用dut4000溫度采集模塊測(cè)量的電飯煲樣品用標(biāo)準(zhǔn)煮飯模式炊煮3杯和10杯大米的溫度曲線圖，其中3杯、10杯表示米量的大小(每杯大米o(hù).15kg )，a是3杯米底部溫度曲線，b是10杯米底部溫度曲線，c是3杯米頂部溫度曲線，d是10杯米頂部溫度曲線。由圖2.3可見(jiàn)，不同米量下的底部溫度從60上升到100的時(shí)間差別并不是很大；從底部溫度60加熱到頂部溫度60在不同米量下的時(shí)間差別卻很顯著，當(dāng)米量少（3杯）時(shí)，底部加熱產(chǎn)生的熱量很容易從底部滲透到液面的頂部，產(chǎn)生對(duì)流，底部溫度到達(dá)100時(shí)頂部溫度為40；反之，當(dāng)米量很大（10杯）時(shí)，熱量很難從底

28、部滲透到液面的頂部，底部溫度到達(dá)100時(shí)頂部溫度僅為30，從圖2.3中還可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)頂部溫度在40到80之間的線性度比較好，而這個(gè)階段對(duì)應(yīng)著加熱階段的主上升期，所以，在加熱階段的主上升期來(lái)進(jìn)行米量判斷原則上比較合適。圖2.3實(shí)驗(yàn)用樣品3、10杯大米溫度曲線圖 但通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，最終發(fā)現(xiàn)利用試錯(cuò)法對(duì)米量進(jìn)行二維模糊控制來(lái)判斷更為準(zhǔn)確。2.3.2二維模糊推理機(jī)的設(shè)計(jì) 模糊控制器的設(shè)計(jì)方法可以分為兩類:試錯(cuò)法(trial-and-error approach)和理論法(theoretical approach)。在試錯(cuò)法中，首要任務(wù)是建立一個(gè)模糊if-then規(guī)則集合，規(guī)則可以通過(guò)總結(jié)經(jīng)驗(yàn)知識(shí)而得到，

29、也可以通過(guò)精心組織的問(wèn)卷向領(lǐng)域內(nèi)專家請(qǐng)教而得到;然后，基于這些模糊if-then規(guī)則建立模糊控制器;最后，在實(shí)際系統(tǒng)中檢驗(yàn)?zāi)：刂破?，如果性能指?biāo)不滿意，則對(duì)上述規(guī)則進(jìn)行細(xì)微調(diào)整或通過(guò)反復(fù)用試錯(cuò)法進(jìn)行再設(shè)計(jì)，直至效果達(dá)到指標(biāo)要求為止。用理論法進(jìn)行設(shè)計(jì)，模糊控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)是以保證某一性能標(biāo)準(zhǔn)(如，穩(wěn)定性)為設(shè)計(jì)原則的，顯然，一種適合本文所述的模糊推理機(jī)的設(shè)計(jì)方法為試錯(cuò)法。其設(shè)計(jì)方法可以概括為以下三步:(1)分析實(shí)際系統(tǒng)并選擇狀態(tài)變量和控制變量。狀態(tài)變量應(yīng)能描述系統(tǒng)關(guān)鍵特性，控制變量應(yīng)該能夠影響系統(tǒng)的狀態(tài)。狀態(tài)變量是模糊系統(tǒng)的輸入，控制變量是模糊系統(tǒng)的輸出。本質(zhì)上說(shuō)，這一步驟界定了模糊控制器的

30、應(yīng)用范圍。(2)推演連接狀態(tài)變量與控制變量的模糊規(guī)則。本文所使用的if-then規(guī)則是自我總結(jié)歸納的經(jīng)驗(yàn)并以語(yǔ)言表達(dá)出來(lái)。(3)將推演出的模糊if-then規(guī)則組合成模糊系統(tǒng)，并檢驗(yàn)此模糊系統(tǒng)作為控制器的閉環(huán)系統(tǒng)。機(jī)試運(yùn)行帶有模糊控制器的閉環(huán)系統(tǒng)，如果不滿意其性能指標(biāo)，則對(duì)其進(jìn)行微調(diào)或再設(shè)計(jì)，并重復(fù)此過(guò)程，直至效果滿意為止。下面將對(duì)本文使用的，以試錯(cuò)法設(shè)計(jì)的米量模糊推理機(jī)的具體設(shè)計(jì)過(guò)程進(jìn)行詳細(xì)介紹。2.3.3輸入變量的選取 從理論上來(lái)說(shuō)，模糊控制器的維數(shù)越高，控制越精細(xì)。但是維數(shù)過(guò)高，模糊控制的規(guī)則將變得過(guò)于復(fù)雜，控制算法的實(shí)現(xiàn)相當(dāng)困難。這也是人們普遍采用二維模糊控制器的原因。本文采用的同樣為

31、二維的模糊控制器，這也是出于對(duì)控制效果及計(jì)算量的綜合考慮.輸出量是米量的大小，輸入量是底部溫度達(dá)到100時(shí)的頂部溫度的值tbot100和底部從50上升到100的時(shí)間長(zhǎng)度t100.之所以選取tbot100和t100作為米量的判斷量，是因?yàn)槊琢康牟町悓?duì)這兩個(gè)量的影響最大。米量越大，t100越大而tbot100越小。在實(shí)際測(cè)試過(guò)程中發(fā)現(xiàn)tbot100的變化相對(duì)更為顯著。圖2-4為經(jīng)過(guò)處理后的測(cè)試數(shù)據(jù)。 圖2-4相同電壓不同米量下頂、底溫度圖圖2-4中縱坐標(biāo)為溫度(單位為)，橫坐標(biāo)為時(shí)間(單位為分鐘)。10cup,5cup,2cup表示米量的大小，分別表示十杯、五杯、二杯。由圖可見(jiàn)，不同米量下的溫度從

32、50上升到100的時(shí)間差別并不是很大;反倒是底部溫度到達(dá)95時(shí)的頂部溫度在不同米量下差別更為顯著。當(dāng)米量少時(shí)，底部加熱產(chǎn)生的熱量很容易從底部滲透到液面的頂部，米量為2杯米時(shí)，底部溫度到達(dá)95時(shí)的頂部溫度可高達(dá)80;反之，當(dāng)米量很大時(shí)，熱量很難從底部滲透到液面的頂部，底部溫度到達(dá)95時(shí)，頂部溫度甚至可能維持初始水溫不變.可以單純地選取了集中加熱時(shí)間t100作為米量的判斷量，但由于當(dāng)?shù)撞考訜峤z功率很高時(shí)，不同的米量帶來(lái)的溫度從50上升到100的時(shí)間的差別會(huì)比較小，從而導(dǎo)致判斷不準(zhǔn)確;也可以單純地選取tbot100作為判斷量，選擇頂部溫度作為判斷量有其明顯的優(yōu)點(diǎn)，那就是分檔值拉得很開(kāi)(即其隸屬度曲線

33、可以相對(duì)很尖)，在正常情況下判斷準(zhǔn)確，但頂蓋溫度容易受到初始水溫的影響，同樣導(dǎo)致判斷不準(zhǔn)確。因此，本文綜合了集中加熱時(shí)間t100和頂溫tbot100為判斷依據(jù)，進(jìn)行米量的推理。如前所述，在米量的推理過(guò)程中使用了二維模糊推理機(jī)，模糊推理機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖如圖2-5所示。圖2-5模糊推理機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖fig.2-5 the configuration of the fuzzy inference engine其中，input 1為頂溫tbot100, input2為集中加熱時(shí)間t100。本文所述的米量推理機(jī)是嚴(yán)格按照模糊控制器的試錯(cuò)法來(lái)設(shè)計(jì)的。下面將講述其具體推理過(guò)程。輸入量和輸出量的模糊語(yǔ)言描述頂部

34、溫度值tbot100的大小分為六檔，語(yǔ)言描述為很高、較高、偏高、偏低、較低、很低，其對(duì)應(yīng)的模糊子集為 pb，ps, po, no, ns, nb量化為七個(gè)等級(jí)，則有tbot100= -3，-2，-1, 0, 1, 2, 3其對(duì)應(yīng)的隸屬度曲線選用三角形和z形函數(shù)，主要是為了計(jì)算簡(jiǎn)單。其語(yǔ)言變量的隸屬度曲線圖如圖2-6。 圖2-6 tbot100隸屬度函數(shù)選用這種形狀的隸屬度函數(shù)還是為了同matlah中的隸屬度函數(shù)配合，后面將會(huì)提到，鑒于具體計(jì)算過(guò)程的復(fù)雜性，本文所述的模糊推理過(guò)程實(shí)際上是在matlab的fuzzy logic工具箱下完成的。因此，所選用的隸屬度函數(shù)曲線實(shí)際上是matlab提供的曲

35、線。 由圖可得如表2-1所示的模糊變量的賦值表。 集中加熱時(shí)間的語(yǔ)言描述分為五檔，分別為很長(zhǎng)、長(zhǎng)、中等、短、很短，其對(duì)應(yīng)的模糊子集為 pb，ps，o, ns, nb 同樣量化為七個(gè)等級(jí)，則有t100= -3,-2,-1,0,1,2,3表2-1 tbot100賦值表對(duì)應(yīng)的隸屬度曲線選用三角形和z形，如圖2-7所示。圖2-6 t100隸屬度函數(shù)fig.2-6 the membership function of t100對(duì)應(yīng)的模糊變量賦值表見(jiàn)表2-2。 表2-2 t100隸屬度表table 2-2 membership of t100 米量r分為五檔，語(yǔ)言描述為很大、較大、中等、較小、很小，對(duì)應(yīng)的

36、模糊子集為pb，ps, o, ns, ns;同樣量化為七個(gè)等級(jí)，則有r=-3,-2,-1,0,1,2,3 采用和t100相同的隸屬度曲線，故米量r的賦值表同上表2-2。2.3.4模糊控制規(guī)則的語(yǔ)言描述 依據(jù)工程師的經(jīng)驗(yàn)，關(guān)于米量的推理規(guī)則可以描述為: 如果頂溫很高，且加熱時(shí)間很短，則米量很小; 如果頂溫很高，且加熱時(shí)間較短，則米量很小;如果頂溫很高，且加熱時(shí)間中等，則米量很小; 如果頂溫很高，且加熱時(shí)間較長(zhǎng)，則米量很小; 如果頂溫很高，且加熱時(shí)間很長(zhǎng)，則米量很小; 如果頂溫較高，且加熱時(shí)間很短，則米量很小; 如果頂溫較高，且加熱時(shí)間較短，則米量很小; 如果頂溫較高，且加熱時(shí)間中等，則米量中等

37、如果頂溫較低，且加熱時(shí)間很長(zhǎng)，則米量很大;如果頂溫很低，且加熱時(shí)間很短，則米量很大;如果頂溫很低，且加熱時(shí)間較短，則米量很大; 如果頂溫很低，且加熱時(shí)間中等，則米量很大; 如果頂溫很低，且加熱時(shí)間較長(zhǎng)，則米量很大;如果頂溫很低，且加熱時(shí)間很長(zhǎng)，則米量很大;等30條規(guī)則，總結(jié)成表格的形式，可得語(yǔ)言變量的判斷規(guī)則表，如表2-3所示。表2-3 語(yǔ)言變量的判斷規(guī)則表由此可得表2-4所示的模糊判斷規(guī)則:表2-4 模糊判斷規(guī)則表建立模糊推理器的推理規(guī)則由上述規(guī)則表可見(jiàn)，手動(dòng)控制規(guī)則的條件語(yǔ)句為if a且b則c(即if a and b then c)的形式，由似然推理的mamdani推理方法，其對(duì)應(yīng)的模糊關(guān)

38、系為: 對(duì)于推理規(guī)則(1)如果頂溫很高，且加熱時(shí)間很短，則米量很小，即: r1=tpb x tnb x rnb同理r2=tpb x tns x rnbr3=tpb x to x rnsr4=tpb x tps x rnsr5=tpb x tpb x rnsr6=tps x tnb x rnbr26=tnb x tnb x rpsr27=tnb x tns x rpbr28=tnb x to x rpbr29=tnb x tps x rpbr30=tnb x tpb x rpb總的控制規(guī)則為 r=r1+r1十r3十+r29十r30 (2-6)r應(yīng)該是一個(gè)(7x7) x6的矩陣。r是控制規(guī)則的總和

39、，由基于模糊關(guān)系r的mamdani推理法，對(duì)任意一組精確輸入量tbot100和t100，由模糊集合的合成運(yùn)算，即可得到輸出的基于隸屬度的米量的模糊向量，通過(guò)適當(dāng)?shù)慕饽：幚恚纯傻玫骄_的米量的值。2.3.5加熱功率的模糊控制模糊控制電飯煲加熱控制是逼近最佳加熱曲線進(jìn)行的，在沸騰階段的加熱功率pw直接影響著米飯的質(zhì)量。在實(shí)際應(yīng)用中，利用加熱時(shí)間占空比參數(shù)tp來(lái)替代pw。通過(guò)改變tp，可改變熱元件上的有效電壓u，從而改變熱元件的加熱功率pw。這里取32s為一個(gè)周期(在小段時(shí)間內(nèi)可以取16s為一個(gè)周期)，通過(guò)調(diào)節(jié)這32s中主輔加熱器的通斷來(lái)控制電飯煲加熱的功率pw。綜上所述，在沸騰階段，不同的米量

40、要采用不同的底部pw，這是建立以米量q為輸入，底部tp為輸出，實(shí)現(xiàn)對(duì)pw控制的一維模糊推理過(guò)程原因所在。在保證可以實(shí)現(xiàn)最佳加熱曲線的前提下，以簡(jiǎn)化算法，易于實(shí)現(xiàn)為原則，可以設(shè)計(jì)一個(gè)一維的模糊控制器，其輸入是米水總量q，輸出為底部加熱器的tp。根據(jù)q的模糊化，將輸出變量的隸屬度函數(shù)。定義為單點(diǎn)，底部加熱器tp的單點(diǎn)隸屬度函數(shù)如圖2.8所示。圖2.7輸出變量的單點(diǎn)隸屬度函數(shù)曲線模糊控制器在不同米種和不同煮飯模式的控制規(guī)則如表2.3所示。表2.5底部加熱功率控制規(guī)則表表中，模式一表示非什錦米的標(biāo)準(zhǔn)、精煮、稍硬、稍軟、煲仔模式;模式二表示非什錦米的高速、壽司、咖哩模式;模式三表示非香米的少量米模式;模

41、式四表示香米的少量米模式;模式五表示什錦米模式。第3章 電飯煲控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 前兩節(jié)給出了電飯煲的炊煮工藝流程和模糊控制器的設(shè)計(jì)，這一節(jié)將重點(diǎn)闡述電飯煲控制系統(tǒng)的的實(shí)現(xiàn)。由于電飯煲屬于一種家電產(chǎn)品，所以，在硬件實(shí)現(xiàn)時(shí)要充分考慮到成本、易用性等因素。3.1系統(tǒng)的總體控制方案設(shè)計(jì)電飯煲工作原理如圖2.8所示。上電后，系統(tǒng)進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)，此時(shí)系統(tǒng)可接受用戶的功能選擇，用戶所選功能通過(guò)顯示電路顯示出來(lái)，當(dāng)用戶按下相應(yīng)按鍵時(shí)，mcu可以對(duì)溫度進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)各種功能進(jìn)行相應(yīng)的加熱控制。各種功能結(jié)束時(shí)，會(huì)發(fā)出相應(yīng)的報(bào)警提示。mcu顯示/按鍵電路聲音報(bào)警電路加熱執(zhí)行電路測(cè)溫電路電源/電池供電電路時(shí)鐘與復(fù)位電路 圖

42、2.8電飯煲硬件工作原理框圖3.2電飯煲硬件系統(tǒng)構(gòu)成系統(tǒng)選用以低成本、功耗小、性能良好的8位a/d with lcd型ht46r65單片機(jī)為控制核心的控制電路。ht46r65的引腳如圖2.9所示。圖2.9 ht46r65引腳配置圖它的主要技術(shù)特性如下:(1)高性能risc結(jié)構(gòu)(2)低功率完全靜態(tài)cmos設(shè)計(jì)(3)工作電壓:在4mhz下，由2.2v到5.5v;在8mhz下，由3.3v到5.5v (4)功率損耗:在5v/8mhz下，典型值為3ma(針對(duì)adc除能時(shí)的晶體振蕩器);不使用看門狗定時(shí)器時(shí)，3v下靜態(tài)(standby)電流小于l ua (5)周期時(shí)間:在8mhz系統(tǒng)時(shí)鐘下指令周期達(dá)到0.

43、5us (6)溫度范圍:工作溫度-40到85 (工業(yè)級(jí)規(guī)格);儲(chǔ)存溫度-50到125它的主要內(nèi)核特性: (1)程序存儲(chǔ)器:8k x 16 rom (2)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器:384 x 8 ram (3) lcd驅(qū)動(dòng):41x2, 41x3或40 x 4 segments (4) 16層硬件堆棧 它的主要周邊特性: (1) 20個(gè)具有上拉功能的雙向輸入/輸出口 (2) 10位多通道a/d轉(zhuǎn)換器 (3)內(nèi)部lcd驅(qū)動(dòng)及專用的lcd存儲(chǔ)器 (4) 2個(gè)外部中斷輸入(5) pfd輸出3.3電飯煲硬件電路(1)電源/電池供電電路電源/電池供電電路如圖2.10所示。帶中心抽頭的變壓器和整流二極管d4, d5構(gòu)成了全

44、波整流電路，c3和c4為濾波電容。當(dāng)交流電源供電時(shí)，通過(guò)對(duì)分流電阻r2和限流電阻r3的適當(dāng)取值，使三級(jí)管q1飽和導(dǎo)通，這樣使vddv1。而vdd通過(guò)負(fù)載作用于q2的發(fā)射極，通過(guò)估算知，q2處于放大狀態(tài)，vdd比q2發(fā)射極電壓高出約5v, q2的發(fā)射極構(gòu)成了數(shù)字地。二極管d6處于截止?fàn)顟B(tài)，電池電路斷路。當(dāng)電源掉電，電池供電時(shí)，q1和q2都截止，d6導(dǎo)通，vdd對(duì)數(shù)字地約等于電池電壓3.5v，此時(shí)v1懸空。圖中有兩個(gè)保險(xiǎn)絲，一個(gè)是限流保險(xiǎn)絲，另一個(gè)是熱保險(xiǎn)絲。當(dāng)鍋底溫度過(guò)高時(shí)，熱保險(xiǎn)絲會(huì)自動(dòng)熔斷，起保護(hù)作用。圖2.10電源/電池供電電路圖 (2)時(shí)鐘與復(fù)位電路 系統(tǒng)采用4mhz晶振作為系統(tǒng)時(shí)鐘振蕩

45、器，rtc振蕩器采用32.768khz晶體。復(fù)位電路采用專用復(fù)位芯片bd4723g，該芯片能確保mcu在各種環(huán)境下可靠復(fù)位。(3)聲音報(bào)警電路 聲音報(bào)警采用蜂鳴器，報(bào)警頻率由mcu的pfd輸出進(jìn)行控制，通過(guò)設(shè)置定時(shí)/計(jì)數(shù)器0中的tmrol, tmroh, tmroc，使pfd在pa.3以頻率輸出，可由下式得出: (2.1)式2.1中，為系統(tǒng)時(shí)鐘?？梢酝ㄟ^(guò)調(diào)節(jié)計(jì)數(shù)初值而得到不同頻率的聲音，系統(tǒng)中分為音樂(lè)聲音和報(bào)警聲音兩類。(4)測(cè)溫電路 測(cè)溫元件是準(zhǔn)確檢測(cè)溫度的關(guān)鍵，采用負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻pxn-51e。電飯煲中有頂部和底部?jī)陕窚囟葯z測(cè)，可以隨時(shí)監(jiān)測(cè)頂部和底部的溫度。 (5)加熱執(zhí)行電路 為了

46、更加均勻的加熱，電飯煲中安裝了3個(gè)加熱器:頂部加熱器、底部加熱器、側(cè)面加熱器。其中底部加熱器為主加熱器，由一個(gè)繼電器控制。頂部和側(cè)面加熱器為輔加熱器，并聯(lián)在一起由雙向可控硅進(jìn)行控制。為了滿足額定功率的需要，在主加熱器繼電器吸合時(shí)，輔加熱器將短路。在輔加熱器執(zhí)行電路中，由于雙向可控硅導(dǎo)通得很快，并且通常流過(guò)大電流，這樣在交流線上就會(huì)產(chǎn)生很大的尖峰，可控硅可以被通過(guò)寄生電容耦合進(jìn)陽(yáng)極上的尖峰意外地導(dǎo)通，所以有必要設(shè)計(jì)過(guò)零檢測(cè)電路，它可使雙向可控硅在最小電流負(fù)載時(shí)觸發(fā)。過(guò)零檢測(cè)電路如圖2.12所示。過(guò)零檢測(cè)電路輸出的方波輸入到mcu的外部中斷1輸入引腳int1，這樣每當(dāng)正弦波過(guò)零點(diǎn)的時(shí)候，都會(huì)在in

47、t1引腳產(chǎn)生上升沿或下降沿，從而觸發(fā)中斷，進(jìn)而觸發(fā)可控硅。輸入到int1引腳的方波的另一個(gè)作用是檢測(cè)電源是否掉電，如果掉電mcu應(yīng)該工作在halt狀態(tài)。圖2.11過(guò)零檢測(cè)電路原理圖 (6)顯示/按鍵電路 顯示/按鍵電路用來(lái)完成電飯煲和用戶之間的交互。按鍵電路共有5個(gè)按鍵和一個(gè)雙向旋轉(zhuǎn)編碼器。顯示電路分為兩部分，一個(gè)是發(fā)光二極管顯示，共有6個(gè)單色發(fā)光二極管和1個(gè)雙色發(fā)光二極管，另一部分是lcd顯示，共有14x4個(gè)定制的顯示標(biāo)志，它們?cè)谝黄鹩脕?lái)記錄和顯示電飯煲運(yùn)行的各種狀態(tài)。電飯煲系統(tǒng)整體電路原理圖參見(jiàn)附錄。3.4模糊電飯煲控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)模糊電飯煲控制系統(tǒng)的軟件框圖如圖3-6所示。按鍵檢測(cè)部分檢

48、測(cè)用戶輸入的鍵值，并分析該鍵值是否為有效鍵，如是，則執(zhí)行相應(yīng)的按鍵子程序:a/d采樣及分析部分采集溫度信號(hào)，以備后續(xù)程序確定系統(tǒng)當(dāng)前應(yīng)該處于何種工作狀態(tài)，如果采集到的a/d信號(hào)有誤，則執(zhí)行相應(yīng)的報(bào)警程序并返回待機(jī)狀態(tài);接下來(lái)程序分析當(dāng)前正在執(zhí)行何種功能程序并執(zhí)行之;輸出控制部分受控于功能子程序，顯示當(dāng)前的工作狀態(tài)并決定當(dāng)前繼電器和可控硅是否工作。開(kāi)始系統(tǒng)初始化及ad采樣按鍵掃描功能一功能n輸出控制及顯示返回功能n子程序功能一子程序yesyes 圖2-12 系統(tǒng)工作流程圖 當(dāng)然，實(shí)際的控制程序要遠(yuǎn)遠(yuǎn)復(fù)雜于圖3-6所示的流程圖。實(shí)際的程序中還包含了蜂鳴器提示音子程序;上電自檢子程序。在檢測(cè)到斷電時(shí)

49、，mcu要轉(zhuǎn)入低功耗運(yùn)行模式，以節(jié)約能量，系統(tǒng)重新上電后，還要判斷此時(shí)系統(tǒng)是否要恢復(fù)為斷電前的狀態(tài)，以實(shí)現(xiàn)掉電記憶功能。同時(shí)，在帶有l(wèi)cd或八段數(shù)碼管顯示的電飯煲程序中，有時(shí)要求在工作狀態(tài)下按下某一按鍵時(shí)，lcd或八段數(shù)碼管能夠顯示此時(shí)鍋底的溫度。在這種情況下，還必須進(jìn)行ad值到溫度值的曲線擬合。但是，因?yàn)楸締纹瑱C(jī)芯片內(nèi)含a/d和lcd功能，故上述可省略。3.4.1煮飯工作過(guò)程的軟件設(shè)計(jì)如前所述，煮飯的過(guò)程實(shí)際上是要保證電飯煲內(nèi)的米水混合物要經(jīng)過(guò)圖2-4所示的溫度曲線，因此，煮飯功能程序的設(shè)計(jì)就是圍繞這一目的來(lái)進(jìn)行的。當(dāng)然，在煮飯的過(guò)程中，還要進(jìn)行空鍋檢測(cè)，如此時(shí)為空鍋，則系統(tǒng)報(bào)警后轉(zhuǎn)入等待狀

50、態(tài)。當(dāng)煮飯功能結(jié)束時(shí)，同樣要進(jìn)行報(bào)警，以提示用戶。一種常用煮飯工作過(guò)程的程序流程圖見(jiàn)圖2-13。圖2-13 煮飯功能流程圖3.4.2米量模糊推理機(jī)算法流程設(shè)計(jì) 米量的模糊推理算法開(kāi)始于啟動(dòng)加熱的瞬間，在底部達(dá)到100時(shí)結(jié)束，記住加熱時(shí)間t并讀取此時(shí)的頂部溫度t，然后根據(jù)表2-4的規(guī)則進(jìn)行米量判斷。實(shí)際上，如表2-4所述的判斷規(guī)則可由如下五條規(guī)則描述: 如果t0，則r=3，否則r=2; 如果t=-1且t-1，則r=3否則r=2 ; 如果t=0且t-1，則r=1，否則ro; 如果t=1，若t-1，則r=0，否則若t=-1，則r=-1，否則r=-2; 如果 tl且t-1，則r =-2，否則r=-3。

51、用匯編語(yǔ)言描述的實(shí)際的算法流程如圖2-14所示。t-1?t=-1?t=0?t=1?開(kāi)始addr=addr6t-1?t-1?t-1?t-1?t0?addr=addr1addr=addr3查表得控制量addr=addr6addr=addr5addr=addr4addr=addr2返回yyyyynnnnnnnyynynyyn圖2-14米量判斷流程圖在實(shí)際算法中是沒(méi)有體現(xiàn)具體米量的值的，這是因?yàn)榈玫矫琢康闹抵徊贿^(guò)是為了決定后續(xù)階段中的加熱功率及溫度點(diǎn)。因此，在實(shí)際算法中，直接將兩個(gè)輸入量同它們相應(yīng)的等級(jí)值進(jìn)行比較，得到其所在的等級(jí)，從而直接查表得到后續(xù)階段中的加熱功率及溫度點(diǎn)。第4章 基于模糊專家系統(tǒng)

52、電飯煲控制的設(shè)計(jì)4.1引言前述三章論述了模糊電飯煲控制系統(tǒng)中模糊推理機(jī)的設(shè)計(jì)，以及如何在一個(gè)具體的電飯煲控制系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)模糊推理算法，包括硬件保障及軟件流程。本章將就電飯煲控制系統(tǒng)實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中出現(xiàn)的難點(diǎn)問(wèn)題參數(shù)整定問(wèn)題進(jìn)行討論并試圖給出一種解決辦法。在準(zhǔn)確判斷出米量后，程序根據(jù)米量的大小要決定后續(xù)階段的加熱功率及相應(yīng)應(yīng)該達(dá)到的溫度點(diǎn)。這一過(guò)程的參數(shù)整定同樣是一個(gè)“試錯(cuò)”過(guò)程，本文討論的專家系統(tǒng)正是針對(duì)參數(shù)整定問(wèn)題提出的解決辦法。4.2模糊專家系統(tǒng)電飯煲控制的設(shè)計(jì)完成前述三章所述的設(shè)計(jì)工作并不意味著開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)工作已經(jīng)完成，可以一勞永逸，在軟件方面，米量確定后的溫度點(diǎn)確定是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，實(shí)驗(yàn)表明，

53、有些階段的溫度點(diǎn)和加熱功率要求非常嚴(yán)格，單純由推理得到的數(shù)值在系統(tǒng)實(shí)際工作中很難取得良好的效果。這主要是由于對(duì)象的差異性引起的。首先，不同的電飯煲的吸熱散熱特性存在差異，其次，控制器的元器件本身也存在差異。這就是說(shuō)，不可能有一種控制器是適合所有電飯鍋的。電飯煲在其開(kāi)發(fā)的最終階段必然要經(jīng)過(guò)一個(gè)“測(cè)試一調(diào)整一測(cè)試”的參數(shù)整定過(guò)程。因此，電飯煲設(shè)計(jì)工作到最后仍然需要用試錯(cuò)法(try and error)對(duì)局部參數(shù)進(jìn)行微調(diào)，而這一點(diǎn)恰恰是模糊電飯煲設(shè)計(jì)的難點(diǎn)。往往工程師為了調(diào)整某個(gè)參數(shù)而不得不做大量的測(cè)試，這不但浪費(fèi)了物力，增加了成本，更重要的是浪費(fèi)了寶貴的開(kāi)發(fā)時(shí)間，使開(kāi)發(fā)效率大大降低。有經(jīng)驗(yàn)的工程師

54、在調(diào)試過(guò)程中或許可以少走一點(diǎn)彎路，沒(méi)有經(jīng)驗(yàn)或僅有少量經(jīng)驗(yàn)的工程師為了取得更好的控制效果往往不得不花費(fèi)更大的時(shí)間和精力。另外，在模糊推理過(guò)程中需要確定邊界分檔值，即對(duì)應(yīng)于輸入變量tbot100及t100的七個(gè)分檔值(-3，-2，-1,0,1,2,3)，而這些分檔值只能由測(cè)試得到。以上所述幾點(diǎn)均在客觀上使得電飯煲開(kāi)發(fā)變得困難而復(fù)雜。當(dāng)然，這是電飯煲開(kāi)發(fā)過(guò)程中存在的客觀現(xiàn)象，其根本原因還是因?yàn)殡婏堨冶旧硎且粋€(gè)模糊的被控對(duì)象，電飯煲控制系統(tǒng)是一個(gè)模糊控制系統(tǒng)。但由于在參數(shù)調(diào)整過(guò)程中同樣是利用了煮飯專家的經(jīng)驗(yàn)，而這些經(jīng)驗(yàn)是有規(guī)律可循的，可以用思路清晰的程序語(yǔ)言表達(dá)。因此，作者認(rèn)為，可以利用一個(gè)體現(xiàn)專家經(jīng)驗(yàn)的程序代替專家進(jìn)行參數(shù)調(diào)整，從而將開(kāi)發(fā)工程師從復(fù)雜的“試錯(cuò)”工作中解放出來(lái)，工程師只需給出一個(gè)正確的程序框架和一組近似正確的待調(diào)整數(shù)據(jù)即可。這也正是本文求助于專家系統(tǒng)的理由。4.3電飯煲模糊專家系統(tǒng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)一個(gè)實(shí)用的專家系統(tǒng)必須包含以下幾部分子系統(tǒng):知識(shí)庫(kù)、推理機(jī)、數(shù)據(jù)庫(kù)、知識(shí)獲取及良好的用戶圖形界面，其中，知識(shí)庫(kù)和推理機(jī)是專家系統(tǒng)的核心部分。知識(shí)庫(kù)以適當(dāng)?shù)男问絻?chǔ)存從專家那里得到的某個(gè)領(lǐng)域的專門知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)和常識(shí)。知識(shí)庫(kù)是