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(shè)定溫度進(jìn)行水溫控制；用模糊邏輯控制算法實(shí)現(xiàn)即熱式電熱水溫控制。利用熱敏電阻檢測(cè)系統(tǒng)出水的溫度，根據(jù)出水的溫度與設(shè)定溫度的差值以及該差值隨時(shí)間的變化率實(shí)施模糊邏輯控制。該模糊邏輯控制程序稍加改動(dòng)，即可移動(dòng)到其他控制系統(tǒng)中。

【關(guān)鍵詞】即熱式模糊控制單片機(jī)PIC16F84

1.溫度測(cè)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(rèn)為運(yùn)算放大器A為理想放大器，且令R2=R3，則Va=Vb=VDD/2，因?yàn)閕=(VDD-VDD/2)/R1=(VDD/2-Vo)/RT。

所以：Vo=（VDD/2）（1-RT/R1）………………1

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

式1表示運(yùn)放輸出電壓與熱敏電阻的阻值成線性關(guān)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(duì)照表

溫度/℃阻值/KΩ輸出直流電壓Vo用A/D變換的二進(jìn)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(nèi)A/D變換后，變?yōu)?0H~FFH二進(jìn)制碼，程序根據(jù)這個(gè)二進(jìn)制碼采用查表，線性插值的算法，求得實(shí)時(shí)溫度值。

溫度表的建立方法是用溫度值作為表項(xiàng)地址，從10℃到100℃，每隔5℃（即Y2-Y1=5）設(shè)一個(gè)存儲(chǔ)單元；存儲(chǔ)單元存放采樣值經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量，溫度從15℃到100℃分18檔，故溫度表占18個(gè)字節(jié)，搜索從低溫?cái)?shù)值開(kāi)始；程序上限設(shè)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(diǎn)溫度值和A/D采樣值求實(shí)時(shí)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(shí)時(shí)溫度值；Y1為下節(jié)點(diǎn)溫度值；Y2為上節(jié)點(diǎn)溫度值；X1為下節(jié)點(diǎn)A/D變換值；X2為上節(jié)點(diǎn)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(gè)字節(jié)，表的名字為KTABL。溫度表與斜率表所分配的單元應(yīng)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(duì)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(shè)計(jì)一種適合不同范圍和不同用途的溫控器就無(wú)法確定統(tǒng)一的PID參數(shù)。而用模糊邏輯控制，對(duì)系統(tǒng)參數(shù)變化不敏感，具有很強(qiáng)的魯棒性，使用對(duì)不同對(duì)象得控制。

這里設(shè)計(jì)的溫度模糊邏輯控制器是用彈片機(jī)PIC16F84加上模糊邏輯控制軟件實(shí)現(xiàn)的。

2．2控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和控制原理

圖2是控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖

當(dāng)出水口實(shí)時(shí)溫度高于設(shè)定溫度時(shí)，停止加熱。由于冷水不斷流入即熱式熱水器，故實(shí)時(shí)溫度會(huì)下降，一旦出水實(shí)時(shí)溫度低于設(shè)定溫度時(shí)，將電阻絲通電加熱，此時(shí)不斷進(jìn)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(diào)節(jié)。實(shí)時(shí)溫度和設(shè)置溫度的差值δT是可正可負(fù)的。為使模糊邏輯控制算法中回避有符號(hào)數(shù)的運(yùn)算，需將δT固定一個(gè)偏移量，使其論域從0開(kāi)始到某一個(gè)正數(shù)。這里設(shè)定δT的論域是±7.5℃，偏移后為0℃～15℃，歸一化到十六進(jìn)制數(shù)為00H～0FFH（也即乘以17）。

同理，δT/δt的論域?yàn)椤?.6℃，偏移為0℃/S～5.2℃/S，歸一化到十六進(jìn)制數(shù)為00H～1FH（也即乘以6）。

2．3模糊邏輯控制器設(shè)計(jì)

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(guò)程可分為三個(gè)階段。第一階段被稱為“模糊化”，就是把精確的輸入量轉(zhuǎn)換成用模糊集合的隸屬函數(shù)來(lái)表示的某一模糊變量的語(yǔ)言值，即模糊輸入，其目的是把傳感器的輸入轉(zhuǎn)換成控制器內(nèi)知識(shí)庫(kù)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(gè)“IF-THEN”控制規(guī)則庫(kù)中去，并把激活的各個(gè)規(guī)則所產(chǎn)生的結(jié)果“加”到一起去產(chǎn)生一個(gè)“模糊輸出”集合。第三階段,在對(duì)這些模糊輸出進(jìn)行解模糊判決，即在一個(gè)輸出范圍內(nèi)找到一個(gè)最具有代表