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1、电气与电子信息工程学院计算机控制课程设计设计题目：基于单片机的太阳能热水器模糊控制专业班级：电气工程及其自动化2007(1)班学号：200740220234姓名：李本成指导教师：胡蔷皮大能设计时间：2010/11/222010/12/3设计地点：K2一单片机实验室让算机控制课程设计成绩评定表姓名李本成学号200740220234专业班级电气工程及其自动化2007(1)班课程设计题目：基于单片机的太阳能热水器模糊控制课程设计辩论或质疑记录：1模糊控制的根本原理？答：它是以模糊集合论，模糊语言变量和模糊逻辑推理为根底的一种计算机数学控制。模糊控制模仿人的思维方式。计算控制量时并不需要参数的精确量，
2、而是以参数的迷糊信息的模糊形式，然后再经过反模糊化处理输出具体的控制量。2、模糊控制系统的工作过程？答：这种方法以微处理器构成的模糊控制器为核心，以模拟人脑的思维方式为根本出发点，不需要我们对控制对象准确建模，就能很好的解决非线性、大滞后环节、变参数对象的控制问题。依靠操作人员的经验来建立合理的模糊控制算法，就能使难控制的系统到达比拟好的控制效果。成绩评定依据：1 .课程设计考勤情况（20%）2 .课程设计辩论情况（30%）3 .完成设计任务报告标准性（50%）最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定）指导教师签字：2023年12月20日课程设计任务书20232023学年第1学期学生姓名：
3、李本成专业班级：电气工程及其自动化2007（1）班指导教师：皮大能胡蔷工作部门：电气与电子信息工程学院电气自动化教研室一、课程设计题目计算机控制课程设计二、课程设计内容（含技术指标）1 .设计目的及要求通过本课程设计学生应掌握设计所用硬件电路的工作原理，软件的使用方法。能较熟练地使用软件平台设计较复杂的计算机控制系统。D根据设计课题的技术指标和给定条件，能独立而正确地进行方案论证和设计计算，要求概念清楚、方案合理、方法正确、步骤完整。2）要求掌握计算机控制系统的设计内容、方法和步骤。3）学会查阅有关参考资料和手册，并能正确选择有关元器件和参数。4学会绘制有关计算机控制系统原理图和编制元器件明细
4、表。5）学会编写设计说明书。6）通过对所设计的系统进行仿真实验，掌握系统仿真的方法。7）按设计指导书中要求的格式书写设计报告，所有的内容一律打印。8）报告内容包括设计过程、软件仿真结果及分析、硬件仿真结果及分析。9）必须有整体电路原理图、各模块原理图。10）软件仿真包括各个模块的仿真和整体电路的仿真。2 .计算机控制课程设计工程设置与内容a.通用微计算机控制系统的设计；b.PID数字控制器的设计；c.冰箱温度控制器的设计。d.模糊控制器的设计e.浓度一流量控制器的设计f.锅炉进水流量控制系统设计三、进度安排1.t间安排序号内容学时安排（天）1接口设计工程22方案的选择论证13硬件、软件设计和仿
5、真44撰写和打印设计报告25设计辩论1合计102.执行耍求计算机控制系统设计的8题中选做一题，要求独立完成，并在辩论过程中检测。为了防止雷同，在设计中所采用的方案不能-样。四、课程设计考核方法与成绩评定根据过程、报告、辩论等确定设计成绩，成绩分优、良、中、及格、不及格五等。评定工程根本内涵分值设计过程考勤、自行设计、按进度完成任务等情况20分设计报告完成设计任务、报告标准性等情况50分答辩答复下列问题情况30分90100分：优：8089分：良：7079分：中：6069分，及格：60分以下：不及格目录第一章绪论I1.1 序言11.2 模糊控制的现状21.3 模糊控制的应用21.4 选题的目的，意
6、义和主要内容3第二章太阳能热水器模糊控制器52.1 模糊控制器的原理52.2 太阳能热水器系统控制模糊控制的方法52.3 模糊控制器的设计7第三章系统硬件设计93.1 硬件组成局部93.2 系统硬件设计93.3 水温控制系统的原理103.4 控制器、传感器与水温系统构成的闭环控制系统10第四章系统软件设计104.1 太阳能热水器模糊控制系统的软件组成104.2 测温软件流程114.3 模糊控制软件流程114.4 模糊控制软件测试114.5 模糊系统的仿真研究12小结13参考文献13摘要模糊控制是智能控制的一个重要分支，它的最大特征是能将操作者或专家的控制经验和只是表达成语言变量描述的控制规那么
7、，然后用这些规那么去控制系统在复杂的工业控制中，被控对象通常具有严重的纯滞后，时变性，非线性，及存在种类繁多的干扰，采用常规的PID控制方法，难以获得满意的静，动态性能。模糊控制的本质是非线性控制和自适应控制，于纯滞后的参数时变或模型不太精确的复杂控制系统，有较强的鲁棒性。本文从模糊控制的根底理论出发，模糊控制器的设计方法、模糊控制的单片机实现方法进行了分析和比照研究，在此根底上建立了基于AT89S51单片机的太阳能热水器模糊控制系统。文章首先设计出了四输入二输出的模糊控制器，其模糊控制规那么能够比拟有效地模仿人的经验，合理解决输出的强关联性问题。然后利用模糊逻辑推理的方法，结合大量的数学运算
8、，离线计算出了简洁方便的模糊控制查询表。最后给出了模糊控制查询的单片机实现方法及模糊控制系统的核心控制局部的硬件电路和软件流程。此外，利用仿真工具软件对所设计模糊控制器进行仿真以提高产品的可靠性，缩短设计时间关键词：模糊控制，太阳能热水器，单片机AbstractFuzzycontrolisanimportantbranchofintelligentcontrol,itistheBiggestcharacteristicofoperatororexpertscancontrolexperienceandtheexpressionjustintolanguagevariabletodescribe
9、thecontrolrules,thenusetheserulestocontrolsystemincomplexindustrialcontrol,controlledobjectusuallyhasseriouspuretime-delay,time-varying,nonlinear,andexistingvarietiesofinterference,theconventionalPIDcontrolmethod,difficulttoobtainsatisfactorystatic,dynamicpcrfonance.Fuzzycontrolistheessenceofnonline
10、arcontrolandadaptivecontrol,inpuretime-delayofarametertime-varianceormodelnottooprecisecomplexcontrolsystem,hasthestrongrobustness.Basedonfuzzycontrolofbasictheory,thefuzzycontrollerdesignmethod,thefuzzycontrolofSCMrealizingmethodisanalyzedandcomparativestudy,basedontheAT89S51-seriesmicrocomputerbas
11、edonthesolarwaterheatingdevicefuzzycontrolsystem.Thispaperfirstlydesignedfourinputtwooutputofthefuzzycontroller,thefuzzycontrolsystemrulescanbeeffectivelyimitatehumanexperience,reasonablesettlementofstrongcorrelationproblem.OutputThenfuzzylogicreasoningmethodandcombinedwithalargenumberofmathematical
12、operation,offlinecalculatedtheconcisefuzzycontrollkupconveniently.FinallythefuzzycontrolofSCMrealizingmethodsandqueryfuzzycontrolisthecoreofcontrolpartofthestockingshardwarecircuitandsoftwareflow.Inaddition,usingsimulationtoolsoftwareprojecttosetbythefuzzycontrollerissimulatedinordertoimprovethereli
13、abilityoftheproduct,shortendesigntimeKeywords:fuzzycontrol,solarwaterheater,microcontrolIe第一章绪论1.1 序言1965年美国的伯克利加州大学教授发表了著名的论文FuzzySets，提出了模糊控制性问题，给出了其定量的描述方法，从而模糊数学诞生了。模糊数学不是使数学变的模模糊糊，而是让数学进入模糊现象这个客观的世界，用数学的方法去描述糊涂现象，揭示迷糊现象本质和规例，模糊数学在经典学和数学充满模糊性的现实世界之间架起了一座桥梁。模糊数学在短短三十年的时间得到了长足的开展，在理论和运用中得到了令人刮目的成果
14、。模糊数学的运用领域涉及到自动控制，图像和文字识别，人工智能,素质地震，医疗诊断，气象分析，航空航天，火车汽车驾驶，交通管理，决策评价，企业管理，社会经济等等很多方面。在自动化运用上，模糊数学是非常活泼又硕果累累的一个领域。著名的自动控制权威AUStrUm曾经指出：模糊控制逻辑，神经网络控制与专家控制是三种典型的智能控制方法。模糊控制是建立早人工经验根底上的。对于一个熟练的操作人员，他并非需要了解被控对象精确的数学模型，而是凭借其丰富的时间经验，采取适当的对策来巧妙地控制一个复杂的过程。在许多情况下，被控对象由于其过程复杂，机理有不明之处，缺乏必要的检测手段或者测试装置不能进入被测区域等等各种
15、原因，致使无法建立被控过程的数学模型。这类过程的变量多，过程往往具有非线性，强耦合等特点，各种参数也往往存在变性。因此要建立这类过程的数学模型非常困难，甚至不可能。虽然我们己有了对付非线性，时变参数系统的方法，但是有些场合因为血多因素结合在一起，使问题解法复杂化以致缺乏使用价值。用经典控制理论和现代控制理论解决这类对象的控制往往难以奏效，得不到满意的控制效果。模糊控制利用计算机来实现人的控制经验，很好的解决了这一问题。它无需知道被控制对象的数学模型，运用人类的思维实现智能化控制，运用单片机来构造模糊控制系统，其结构与一般的数学控制系统无异，模糊控制算法用软件来实现，具有良好的鲁棒性和实用性。1
16、.2 模糊控制的现状模糊控制从它的诞生到至今，以从单纯的理论到成功的运用于工业控制，且成为自动控制技术领域中非常有前途的一个分支，一方面用传统的控制理论中的方法解决控制模糊问题，另一方面用模糊控制的理论为解决各种控制问题提供新的思路。模糊控制的另一个开展方向于神经网络，遗传算法等新优化算法相融合使模糊控制拥有自适应，自组织，自学习功能：(1)自适应模糊控制自适应模糊控制使模糊系统辨识模糊控制的结合，具有一定的适应变化的能力。最普遍的一种是量化因子和比例因子的自调整，它是根据动，静态特性控制器在线识别控制效果，对参数进行自修正，能较大地改善控制效果，控制规那么的解析式是对模糊了逻辑推理的简化，且
17、易于实现，具有更好的实时性，应用于被控对象能取得良好的控制品质。(2)模糊控制与神经网络的结合由于模糊控制是神经网络技术与模糊逻辑控制技术相结合的产物，是指基于神经网络的模糊控制方法。模糊系统是建立在if-then表达式之上，这种方式容易让人理解，但是在自动生成和调整隶属函数和模糊规那么上却很困难。而神经网络对环境的变化具有较强的自适应能力，所以可以结合神经网络的学习能力来训练模糊规那么，提高整个系统的学习能力和表达能力，是目前最受注目的一个研究方向。(3)模糊控制于遗产算法的结合由于模糊逻辑控制所要确定的参数很多，专家的经验智能是一个指导作用，很难根据它准确地定出各项参数，因而实际上还要反复
18、试凑，寻找一个最优过程。通过改良遗产算法，按所给优化性能指标，对被控制对象进行寻优学习，从而有效地确定模糊逻辑控制器的结构和参数。1.3 模糊控制的应用英国的学者Mamdani和Assilian最早研究了小型实验室汽轮的模糊控制系统，这以开创性的工作，为模糊控制理论和应用奠定了根底。被控对象是蒸汽发动机的锅炉，蒸汽发动机是通过调整发动机汽缸的油门控制它的速度，而锅炉是以热量作为输入量,控制锅炉的气压。该系统是一个两输入控制回路间的前耦合。而模糊控制器能用于复原炉的温度控制，取得了很好的控制效果，温度控制的上升时间短，超调量小，控制性能稳定，对环境变化不敏感，而且算法非常简单，执行快，用八位的微
19、型机即可实时控制。进几年来，市场上陆续出现了一些太阳能热水器的控制，但是大多数控制器存在者诸如稳定性不强，容易产生误操作：温度，水位检测，控制误差大；显示器有时乱码；与电辅助加热装置不能很好的配合；太阳能利用率较低，热别是在调节水温时需凭借感觉调节流量，造成很大的资源浪费，影响了用户的使用。太阳能热水器系统虽然有着广阔的开展前途，但现有的技术研究和产品开发投入较少，且现有的系统大多运用的模拟量控制，模拟量参数容易受现场环境的干扰，致使系统的生产精度低，可靠性差。而采用基于单片机的模糊控制系统能够回避对复杂的被控对象太阳能热水系统的建模问题，对被控对象进行自动化程度的控制，其优点具体如下：1可以
20、接受数字量，模拟量和开关板。单片机的接口有普通的并行I/O口，可接受数字；单片机外设可一个A/D转换器，所以具有结束模拟量的条件；单片机有定时器输入口及普通的I/O口，这些都可以用于接受开关量。2可以输出数字量，模拟量和开关量。3模糊化方便。模糊化包括量化和隶属度函数的定义。在单片机中，用专门的算法可以描述隶属函数，而用数字或表格也可以表示隶属度函数，而量化那么是一个比拟简单的算法。4反模糊化方便。无论采用最大隶属度函数法还是重心法，在单片机中只是一种算法，并且可以由专门的子程序执行。1.4选题的目的，意义和主要内容1.4.1 本课题研究的目的与意义模糊控制的特点是不需要考虑控制对的数学模型和
21、复杂程度，而仅依据由操作人员的经验所定制的控制规那么就可构成。但凡可用手动方式控制的系统，一般都可通过模糊控制方法设计出由计算机执行的模糊控制器模糊控制所依据的控制律不是精确量的。其模糊关系的运算法那么，个模糊集的隶属度函数，以及从输出量模糊集到实际的控制量的转换方法等，都是有相当大的任意性。对于模糊控制器的性能和稳定性，常常难以从理论上做出确定的估计，智能更具实际效果评价其优劣。模糊控制实现了人的某些智能，它利用数值方法来表示结构性知识，并用数值方法进行处理，因而它能够用大规模集成电路来实现模糊系统，模糊控制主要研究那些在显示生活中广泛存在的，定性的，模糊的，非精确的信息系统的控制问题，其控
22、制过程是先将信息模糊化，然后经模糊推理规那么得到模糊控制输出，在将模糊指令进行精确化计算最终输出控制值。模糊系统可以看做是一种不依赖与模型的估计器，给一个输入，便可以得到一个适宜的输出。它主要依赖模糊规那么和模糊变量的隶属度函数，而无需知道输入与输出之间的数学依存关系。由于模糊控制不需要精确的数学模型，因此它是解决不确定性系统控制的一种有效途径，模糊控制既具有广泛前景，又具有许多待开发和研究的理论问题。将模糊控制技术应用于家电产品在国内外已是很普遍的现象。模糊控制于传统Pn）控制方法相比，具有强时变性，大时滞性，在非线性系统中控制效果有着明显优势，将模糊控制用于太阳能热水器的辅助电加热中具有重
23、要的现实意义。1.4.2 本课题的主要内容本文讲述了模糊控制器的设计及算法的实现，设计并制作了具有模糊控制器的太阳能热水系统，该模糊控制器由AT89S51单片机及其扩展电路组成。模糊控制程序通过查表将温度误差变化率的精确值模糊化，进而查找根据经验和屡次试验结果编写的模糊控制规那么表，得到模糊控制输出，并将其反模糊化，以调节电加热功率，使水温保持恒定，具体分为以下几个方面：1分析，比拟了解模糊控制的设计方法和模糊控制系统的单片机实现方法，并运用模糊数学的推理方法从理论上证明了其正确性和可行性。2研究其算法在基于单片机的模糊控制上的应用，对控制对象建立初步模型后，利用MTLB进行仿真比拟。3研究模
24、糊控制系统的运用实例一一太阳能热水器的模糊控制器并分析了太阳能加热与电加热的关系，以单片机为核心对模糊控制器进行设计，包括硬件与软件的实现。第二章太阳能热水器模糊控制器2.1 模糊控制器的原理模糊控制器系统是以模糊数学，模糊语言形式的知识表示和模糊逻辑推理为理论根底采用计算机控制技术构成的一种具有闭环结构的数字控制系统，如图2-1所示。它的组成核心是具有智能性的模糊控制器，在控制的原理上它应用模糊集合论，模糊语言变量和模糊逻辑推理的知识，模拟人的模糊思维方法，对复杂过程进行控制。图2T模糊控制系统的根本结构图模糊控制系统的根本工作过程为：微机通过采样获取被控制量的精确值然后将此量与给定值比拟得
25、到误差信号E,一般误差信号E作为模糊控制器的输入量。把误差信号的精确量进行模糊化得到模糊量，误差E的模糊量可以响应的模糊语言表示.至此，得到模糊误差E的模糊语言集合的一个子集e。再由e和模糊控制规那么R（模糊关系）根据推理合成规那么进行决策，得到模糊控制量U=E*R,在经解模糊化处理，将U转换为精确的数字控制量，经数模转换变为精确的模拟量送给执行机构。因此为实现模糊控制，需要设计模糊控制器，以实现语言控制。有图2-1可以概括出模糊控制的4个根本步骤：1根据本次采样的系统输出值，计算所选择的系统输入变量、2精确量的模糊化，把语言变量的语言值化为某适当论域上的模糊子集。3模糊控制算法的设计，通过一
26、组模糊条件语句构成模糊控制规那么，并计算模糊控制规那么决定的模糊关系。4输出信息的模糊判决，并完成模糊量到精确量的转换。2.2 太阳能热水器系统控制模糊控制的方法2.2.1 太阳热水系统模糊控制器的输入变量和输出变量确定太阳热水系统工程中，水温控制是关键，需综合考虑实时检测到的出水口温度值及其随时间的变化率，储水池水量等参数。根据经验，选择实时检测到的出水口温度与设定温度的差值及该差值随时间的变化率。二个参数为模糊控制器的输入变量，通过调整模糊控制器的输出，从而实现调节加热电功率，实现升温或降温,构成一个双输入单输出模糊控制器，实现温度控制。该系统综合利用太阳能和电能，并通过控制系统的调节以到
27、达两种能源的合理分配，峰谷电能的分时复用功能。加热系统主要由储热水箱，太阳能集热板，电加热器，中央控制器，电磁阀,电磁继电器等设备构成。系统的示意图如图2-2.图2-2太阳能热水器示意图2.2.2电气控制过程说明(1)首先加水，使太阳能集热板处于满水状态，这时太阳能集热板工作。(2)通过分别安装在太阳能集热板和太阳能蓄热水箱内的温度传感器实时收集两个容器内的水温信号。通过信号转换，使温度值转换成电压值在控制电路中进行比拟，当两者的温度差值到达预先给定的设定值时，控制器发出启动信号,启动循环水泵。将热水放入太阳能蓄水箱，冷水进入太阳能集热板。由于温度信号的检测是实时的，所以当温度差小于给定值后，
28、控制器的启动信号消失，循环泵停止工作，太阳能集热板的水进入加热过程。(3)单独控制蓄热水箱中的电加热器的工作。电蓄热水箱中的水温也是通过安装在水箱中的温度传感器实时检测的。温度信号通过转换以后，跟控制器内设定的可以代表相应温度的电压值进行差值比拟(系统内的设定值可以由人工自由设定)。如果温度差(给定值-测量值)为零值或者负值，说明水箱中的水温到达要求，不需要加热。如果为正值，说明水温未到达要求，控制器产生的执行信号，经放大电路放大产生驱动信号驱动执行机构(继电器)工作，开启电加热器。(4)在峰电时段和谷电时段，控制器可以通过内部的定时器电路产生不同的设定值与传感器送来的经过转换的电压信号进行比
29、拟。(5)当太阳辐射量很大时(即在太阳能蓄热水箱中的水温过高，已经满足使用需要，不需要再经过蓄热水箱中的电加热器加热)，控制器开启电磁阀，电蓄热水箱作为太阳能蓄热水箱的备用水箱，并设卸压阀卸水保护太阳能集热板。相反，在冬天或者连续阴雨天辐射量很小时，控制器一方面通过电磁阀切换使太阳能蓄热水箱中的电加热器给水箱中的水低温加热，并在极端低温冰冻天气利用循环泵强制循环保护太阳能集热板，如此循环保证了水管不会在寒冷的天气中被冻坏。(6)热水器中有一个机械的按钮，用于控制使用集热器加热或系统电加热,这有利于在使用热水的时候能够快速加热水温，而不必拘泥于系统的智能设定。2.3模糊控制器的设计精确量的迷糊化
30、模糊控制器的输入要求为模糊集合，因此需要将确定数模糊化。常用的方法有以下两种：将确定数如e看作模糊集合片的一个特例。此时，模糊集合居只包含一个元素,，,=K,*q,在该元素上的隶属度为，即E=(000100)(2-1)根据确定数q及量化因子K,由,=K,*e1求得q在根本论域(-e,e)上的量化等级,；其次查找语言变量上的赋值表，找出在元素%上与最大隶属度对应的语言值所决定的模糊集合，该模糊集合就代表了确定数号的迷糊化。2.3.2模糊控制算法设计模糊控制算法，或称模糊控制规那么，实质上是将操作者在控制过程中的手动操作策略加以总结而得到的模糊条件语句的集合。除了用模糊条件语句表达控制规那么外，还
31、可以用模糊控制状态表来表示。常见的模糊控制器结构如图2-3所示，其中分(a)、(b)、(C)分别对应单输入单输出模糊控制器、双输入单输出模糊控制器、多输入单输出模糊控制器。模糊与查询表的建立模糊控制器控制器(b)图2-3模糊控制器A(C)多入A模糊控制器制器控制器的结构由ifE=NBorNMandEC=NBorNMthenU=PB所确定的模糊关系可用式2一2写出，即：E=QE*+MMrF)XF为KAu+Arfjc)jP8y2-2如果令此刻采样所得到的实际误差量为e且误差的变化为ec,由式=eA可以算出控制量为：z=eBg+W,)PBusc*(NBgc+W/c)PBu23J对于e及ec的隶属函数
32、值对应于所量化的等级上取1,其余均取零，这样式2-3可以简化为：NI=minmaxt(z)jzwf(/);max叫(力；NMK】；岷“)(2-4)式中叫，必也是模糊集合NBE和NMe第i个元素的隶属度，而4叫,(力，N人(力是模糊集合NBEC和NMEC第j个元素的隶属度。同理，可以由其余各条语句分别求出控制量2,21，控制量为模糊集合U,表示为：M=M1+M2+M2I(2-5)由式2-5计算出的模糊控制量可以选用一种判决方法，如最大隶属度法，将控制量由模糊量变为精确量。由模糊条件语句表达的控制规那么，可得出如表2T所示的模糊控制状态表以及如表2-2所示的模糊控制器查询表表2-1模糊控制规那么表
33、NBNMNS0PSPMPBNBPBPBPBPBPMO0NMPBPBPBPBPMO()XSPMPMPMPM0NSNSNOPMPMPS0NSNMNMPOPMPMPS0NSNMNMPSPSPS0NMNMNMNMPM00NMNBNBNRXBPB00NMNBNBNBNB表2-2模糊控制器查询表-6Y-4-3-2-1012345667676777442000-56666666442000-47676777442000-37666666320-1-1-1-24445444100T-1-1-14445441000-3-2-104445110-1-1-1-4-4-4O44451I0-1-1-14-4-41222
34、200-1-4-4-3-4-4-4212120T-I-44-3-4-1-430000-3-3-6-6-6-6-6-6-64000-2-4-4-7-7-7-6-7-6-75000-2-4-46-6-66-66-66000-2-4-4-7-7-7-6-7-6-72.3.4模糊控制算法的实现模糊控制器的输入量为电压偏差E和偏差变化量EC(文中用小写表示精确变量，大写表示模糊控制变量)，这种方法不仅能保证系统控制的稳定性，而且可以减少超调量和振荡，模糊控制器的输出量U(k)控制单片机I/O的RC2输出上下电平的占空比，进而控制回路通断时间，到达控制对象的温度。这种控制方法对于存在滞后或随机干扰的系统具
35、有良好的控制效果，能够提高系统的控制精确和可靠性。第三章系统硬件设计3.1 硬件组成局部该热水器的控制系统主要包括单片机，断码液晶显示器，时钟芯片，温度传感器，水位传感器，辅助加热电路，定时电路，看门狗和夏位接口电路等组成。3.2 系统硬件设计本温度控制器的硬件结构框图如图3-1所示。主要包括以单片机PIC18F252与AT89C52为控制的控制电路，测温电路LED显示电路，键盘电路等等。其控制对象是一个功率电阻，电阻的温度由PItIOo伯电阻温度传感器检测，并通过测温电路变换放大至05V电压，送入PIC18F252单片机的A/D转换端口ANoPIC18F252一方面将所得的值通过串行通信接口
36、SCI传给AT89C52,另一方面将该温度值与被控制算法进行比拟，控制其偏差值的大小，采用模糊控制算法进行比拟，控制固态继电器在控制周期内的通断占空比，进而到达对电阻温度进行控制的目的。单片机AT89C52把接收到的信号用LED数码管显示出来，键盘中断来设定需要控制的温度值图3T温度控制结构图系统采用PIC18F252与T89C52微控制器为该模糊温度控制系统的核心，所有的控制算法和控制命令都是由这两单片机完成的。3.3 水温控制系统的原理水温的控制是热水系统的重要一环，其流程图3-2如下：图3-2水温控制流程图3.4 控制器、传感器与水温系统构成的闭环控制系统整个系统根本上是一个闭环系统，其
37、原理方框图3-3如下：图3-3控制系统的原理方框原理图第四章系统软件设计4.1 太阳能热水器模糊控制系统的软件组成为了设计软件程序，必须明确热水器对控制器所提出的要求，当阳光充足时,热水器会利用太阳能将储水池内的水加热到一定的温度，控制器将不启动辅助加热装置；当阳光充足时，为了使用户同意能狗使用到热水，控制器能够自动启动辅助加热器，借助电能将水箱内的水加热到设定温度，这样，热水器不管在什么样的天气里，都能够向用户提供设定温度的水，从而给用户带来便利。系统软件有主程序，检测子程序，中断效劳子程序构成，程序全部采用模块化结构设计，便于开发，使用和维护。控制软件采用AT89C51系列单片机的汇编语言
38、编制。由于T89C52系列单片机采用先进的类RISC系列指令哈弗双总线和两级指令流水线结构，实现了单字节指令和单周期指令，因此其程序短小简洁，运行速度快编程调试相对容易，在该软件编制过程中，为抗51HZ工频干扰和外界的突发干扰，在对温度传感器的输出进行采样时，连续采样32次，在求平均值，作为一个温度值样本，这样可有效提高系统抗干扰能力、系统主程序主要完成温度，水位检测及进行当前温度值与设定温度值的比拟和一些初始化功能，在主程序中采用了显表法进行频率到温度的转化，并且在读取温度时，采用读5次，取排序后的中间值为读取到的温度，以此来对温度进行数字滤波处理。系统主程序流程图如图4-1所示。延迟两次的
39、作用都是相同的，都是为了让测试的温度值更加精确。查表程序采用对分析查表法，既能省时又无需太多要求。为了使显示和控制都更精确。表格分的越细越好，这需要在试验测量时采集更多的数据。2C的误差对于名用热水器来说，以完全能够满足要求了。图4-1主程序流程图4.2 测温软件流程ADC子程序流程图如图4-2所示：图4-2ADC子程序流程图4.3 模糊控制软件流程模糊控制子程序流程图如图4-3所示：图4-3模糊子程序流程图4.4 模糊控制软件测试为了检测硬件是否能够正常进行根本的工作，可用一个简单的应用程序：将单片机的P1口先清零，然后向这个口送立即数，那么显示器上将显示这个立即数。程序如下：ORG0000
40、HAJMPSTARTSTART:MOVPL#08HEND经过编译，调试在全速运行后，显示器上便显示了0707（注：Pl口接两个74LS573,每个74LS573接两个显示器显不07,所以最后显示出来的是0707）。显示器与573和4511的工作根本正常。然后将输出控制继电器的三个口置为“0看其工作情况。程序如下：ORGOOOlHAJMPSTARTSTART:CLRP2.0CLRP2.1CLRP2.2END经编调试后，代替继电器的发光二极管均亮，表示工作正常。主程序分为大致五局部：A/D转换，温度的预测，定时器的写与读和太阳能供热控制主程序。4.5 模糊系统的仿真研究系统仿真是一种特殊的试验技术
41、，仿真的根本思想是利用物理的或数学的模型来类比模仿现实过程，以寻求对真实过程的认识，它所遵循的根本原那么是相似性原理。4.5.1系统仿真模型的建立与系统的仿真模型大致可分为三个局部：主电路局部、控制局部和测量局部。图4-4为系统的仿真模型。建立起系统模型之后，还要进行参数设置，翻开simulation（仿真分析）菜单，利用其中的parameters选项来设置仿真控制参数：图4-4系统仿真模型仿真的最终结果可以输出到示波器（SCoPe）或状态变量空间（workspace）,也可以将它的输出形成一个*mat文件，对仿真数据进行处理。在系统仿真参数设置窗口的SoIVer标签页中将仿真结束时问改为IO
42、So然后在matlab命令窗口给R、L、C赋值。赋值后进行仿真，使用SCOPe窗口的自动缩放功能，得到太阳能热水器模糊控制器系统仿真结果，如图4一5所示。图4-5系统仿真结果4.5.2系统仿真结论通过用MATLAB语言对系统进行仿真，可以看出比拟直观、形象、准确、可靠。而且，通过本节对MATLAB应用可以看出，系统的模型的建立和分析都很简单。因此，MTLB是对系统进行仿真分析的有效仿真工具之一。通过以上仿真结果说明，应用模糊参数自整定控制蓄水箱的温度是可行的，其参数的模糊自整定能力能抑制外界各种干扰和噪声提高控制系统的稳定性。H当被控过程参数发生变化时，控制系统仍然保持较好的适应能力和鲁捧性。
43、在分析某一参数对控制特性的影响，可以仅仅改变某个相应的参数，在MATLAB环境下对系统进行仿真，进而对相应的曲线进行分析。小结经过两周的努力，这次的计算机控制系统课程设计终于完成了，这期间感触颇多。课程设计是对自己所学专业知识的一种检验。以前老是觉得自己好似什么东西都会，什么东西都懂，有点眼高手低。通过这次课程设计，使我明白了自己原来知识还比拟欠缺，自己要学习的东西还太多，这样我才明白学习是一个长期积累的过程。在这次计算机控制课程设计中，刚接触电冰箱温度控制器的设计这个题目时仅仅只有一个感性的认识，后来通过查阅资料，渐渐地有了一个思路。首先我通过认真的准备，对所学的理论知识有了更深的了解，对以
44、前没有弄清楚的问题在这次设计中通过亲自动手查证，论证，都-一解决了。特别是对这门课程中比拟重要的知识，同时通过此次设计，增强了掌握这门技术的兴趣和决心。在此要感谢老师师和的悉心指导和同学们的帮助。不久我们将走上工作岗位，希望能够综合所学理论知识去分析解决实际工程问题，将理论应用于实践，展现出大学生应该具有的技术理论知识水准。参考文献1、电气与电子信息工程学院单片机实验指导书2、熊静琪.计算机控制技术.北京：电子工业出版社,2003.3、黄忠霖.控制系统MATlAB计算及仿真.北京：国防工业出版社，2004.4、王建华.计算机控制技术北京:高等教育出版社.2023.25、袁秀英.组态控制技术北京：电子工业出版社.2007.76、薛迎成.工控机及组态控制技术原理与应用北京：中国电力出版社.2007.77、于海生.计算机控制技术北京:机械工业出版社.2007.128、施宝华.计算机控制技术武汉：华中科技大学出版社.2007.3
