單片機(jī)在電冰箱智能模糊控制中的應(yīng)用

1、機(jī)電工程2003年第20卷第4期Mechanical&ElectricalEngineeringMagazineVol.20No.4200327單片機(jī)在電冰箱智能模糊控制中的應(yīng)用江明1;王龍明2(1.安徽工程科技學(xué)院電氣工程系,安徽蕪湖241000;2.安徽蕪湖卷煙廠,安徽蕪湖241000)摘要:介紹了采用模糊控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)冰箱溫度控制,包括食品表面溫度的模糊檢測、基于三星單片機(jī)的模糊控制器、硬件電路和軟件的設(shè)計。關(guān)鍵詞:冰箱溫控;模糊控制;單片機(jī)中圖分類號:TP273+4;TM92521文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1001-4551(2003)04-0027-03Applicationof

2、FreezerTemperatureFuzzyContoolBasedonSingleChipMicrocomputerJIANGMing1,WANGLong2ming2(1.DepartmentofElectricalEngineering,AnhuiUniversity.ofTechnologyandScience,Wuhu241000,China;2.WuhuCigaretteFactory,Wuhu241000,China)Abstract:Thispaperintroducesafreezertemperaturecontrolbasedonfuzzycontrol,itinclud

3、essurfacetemperatureoffoodfuzzymeasured,designoffuzzycontroller,hardwarecircuitandsoftprogrambasedonsinglechipmicrocomputerofsamsungelectronicsCo.,ltd.Keywords:freezertemperaturecontrol;fuzzycontrol;singlechipmicrocomputer1前言電冰箱作為應(yīng)用較為普及的家用電器,近年來,隨著微電子技術(shù)、傳感器技術(shù)以及控制理論的發(fā)展,其呈現(xiàn)迅猛發(fā)展,電冰箱向大容量、多功能、無氟、節(jié)能、智能化、人

4、性化方向發(fā)展,因此傳統(tǒng)的機(jī)械式、簡單的電子控制難以滿足現(xiàn)代冰箱的發(fā)展要求。電冰箱一般設(shè)有冷凍室和冷藏室。冷凍室的溫度為:-16-24。冷藏室的溫度為:28。本控制器選擇了三星單片機(jī)系列中的1種8位單片機(jī)KS86C4208,構(gòu)成控制器的核心,它在30腳的封裝內(nèi)集成了下列功能:片內(nèi)8KBOTP程序存儲器、片內(nèi)256字節(jié)RAM、4個可編程I/O口、2個8位定時/計數(shù)器、12個10位A/D轉(zhuǎn)換器、2個12位PWM輸出、一個IICBUS接口、一個串行I/O口和一個具有9個中斷源的中斷系統(tǒng),控制器的電路原理圖,如圖1所示。2.1檢測電路構(gòu)成電冰箱的檢測是影響電冰箱性能的主要因素,它包括被控溫度檢測、電源電

5、壓檢測和門狀態(tài)檢測。2.1.1溫度檢測電冰箱的溫度檢測包括冷凍室、冷藏室、蒸發(fā)器和環(huán)境溫度測量。溫度傳感器采用精度高、性能可靠、壽命長、價格低廉的熱敏電阻,配3只電阻構(gòu)成如圖1所示的簡單測溫電路,由傳感器和電阻分壓構(gòu)成可靠的取樣信號,信號無需放大,直接送給單片機(jī)A/D轉(zhuǎn)換接口,由軟件實(shí)現(xiàn)線性化和數(shù)字濾波。測溫精度在寬范圍內(nèi):-50+50,達(dá)到0.5。電冰箱控制的主要任務(wù)就是保持箱內(nèi)食品最佳溫度,達(dá)到食品保鮮的目的。由于冰箱內(nèi)溫度受多種不確定因素影響,如放入冰箱中物品的溫度、熱容量以及物品的充滿率、開門的頻繁程度等,冰箱內(nèi)的溫度場的數(shù)學(xué)模型很難建立,因此無法用傳統(tǒng)的控制方法實(shí)現(xiàn)精確控制,采用模糊

6、控制技術(shù)可以方便地提高控制精度,配以電子溫度檢測,對壓縮機(jī)的工作狀態(tài)進(jìn)行調(diào)節(jié),達(dá)到精確控溫和節(jié)能的目的。2模糊控制系統(tǒng)的硬件構(gòu)成針對電冰箱的冷凍室和冷藏室溫度控制,常采用雙溫單控和雙溫雙控的方法。本系統(tǒng)采用雙溫雙控分別對冷凍室、冷藏室實(shí)行模糊控制。收稿日期:2003-01-20修訂日期:2003-06-04作者簡介:江明(1965-),男,安徽蕪湖人,安徽工程科技學(xué)院電氣工程系副教授,碩士。碩士生導(dǎo)師,主要從事機(jī)電控制技術(shù)研究。© 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.28Mech

7、anical&ElectricalEngineeringMagazineVol.20No.42003機(jī)電工程2003年第20卷第4期圖1系統(tǒng)硬件電路原理圖2.1.2電冰箱斷電時間檢測電路為了克服傳統(tǒng)的電子溫控冰箱的控制器重新上電,無論壓縮機(jī)斷電時間是否已超過5min,都需要再延遲5min后,才能啟動壓縮機(jī)的缺陷。根據(jù)電容充放電延遲的特性,通過單片機(jī)對上電瞬時電容上的電壓采集,就可確定電冰箱停電(壓縮機(jī)停機(jī))是否已超過5min。2.1.3電源電路與過欠壓檢測別、模糊推理規(guī)則和算法的確定等。3.1模糊控制的構(gòu)成冰箱的作用是保持食品的低溫存儲,僅僅保持冰箱的室溫是不夠的,高性能的冰箱要有自動

8、檢測食品溫度的功能,以此來確定工況,控制壓縮機(jī)的開停、電磁閥的得失電和循環(huán)風(fēng)機(jī)的開停等,確保不出現(xiàn)過冷現(xiàn)象。模糊控制器的框圖,如圖2所示。電源電路與過欠壓檢測電路由變壓器,整流橋、濾波電路、壓敏電阻、集成穩(wěn)壓器構(gòu)成。2.2電冰箱控制輸出電路電冰箱控制電路包括壓縮機(jī)控制電路、電磁閥控制電路、電加熱絲控制電路、門燈控制電路,它們的結(jié)構(gòu)類似,通過單片機(jī)的輸出口線驅(qū)動相應(yīng)的繼電器,控制不同的控制執(zhí)行部件。3模糊控制器的設(shè)計目前,電冰箱正向大容量、多門無氟、準(zhǔn)確控溫保鮮等方向發(fā)展。為了實(shí)現(xiàn)各室的準(zhǔn)確控溫,本設(shè)計控制溫度的手段采用模糊制技術(shù)控制壓縮機(jī)的開停、電磁閥的得失電和循環(huán)風(fēng)機(jī)的開停等。模糊控制器的設(shè)

9、計,包括:制冷的工作狀態(tài)、輸入變量的選擇、取值范圍的確定、輸入輸出變量隸屬度函數(shù)的類圖2模糊控制器的框圖3.2食品溫度初判考慮到控制精度和簡化程序的要求,定義冷凍室溫度Td02,-24和冷藏室溫度Tc01,10,以冷凍室為例模糊化子集分為低(L)、中(M)、高(H)3© 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.機(jī)電工程2003年第20卷第4期Mechanical&ElectricalEngineeringMagazineVol.20No.4200329擋。冷凍室溫度變化率dT

10、d0/dt的論域?yàn)?5,5,模糊子集定義為小(S)、中(M)、高(H)3擋,冷凍室食品溫度Td1的初判的論域?yàn)?18,20,模糊子集定義為低(L)、中(M)、高(H)3擋,模糊化推理表如表1。3.3食品溫度的修正食品溫度的修正是根據(jù)門狀態(tài)檢測和環(huán)境溫度檢測,由模糊推理得到修正系數(shù)模糊化推理表如表2所示。表1冷凍室食品溫度初判模糊化推理表T0dT0/dtBHHMMHHLSMLLHML表2食品溫度的修正模糊化推理表T0TkLBBMMBBSSMMS圖3主程序流程圖HML3.4模糊控制決策確定食品溫度初判值與修正系數(shù)通過乘法器運(yùn)算后,得到溫度推論值,同時通過微分運(yùn)算,得到食品的溫度變化率,將它們作為制

11、冷工況模糊推理的輸入變量,通過模糊推理得到制冷的控制決策。以冷凍室為例模糊化子集分為低(L)、中(M)、高(H)3擋。冷凍室溫度的推論的論域?yàn)?,-24,冷凍室溫度變化率dTd/dt的論域?yàn)?5,5,其輸出變量為(PB)、(PS)、(ZO)、(NS)、(NB),對應(yīng)控制壓縮機(jī)的開、停,風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和電磁閥的得、失電。4系統(tǒng)軟件設(shè)計本系統(tǒng)軟件由主程序、中斷服務(wù)程序和多個子程序組成,主程序流程圖,包括初始化程序和主循環(huán)程序如圖3所示。壓縮機(jī)控制及保護(hù)子程序,如圖4所示。5結(jié)論在模糊檢測和控制技術(shù)的基礎(chǔ)上,采用三星單片機(jī)實(shí)現(xiàn)冰箱溫度控制,達(dá)到了冷藏、冷凍室溫度的準(zhǔn)確控制,既改善食品的保鮮功能,又大大減少了冰箱的耗電量,現(xiàn)已在某名牌冰箱廠批量生產(chǎn)。圖4壓縮機(jī)控制及保護(hù)子程序參考文獻(xiàn)1MicrocontrollerUSERSManualZ.SamsungElectronicsCo.,ltd,1999.2李士勇.模糊控制神經(jīng)控制和智能控制論M.哈爾濱:哈爾濱