基于模糊控制的恒温控制系统设计

  • 文章关键词:
  •     摘要:为了克服热惯性和高温散热较快的影响,基于模糊控制算法,以单片机为基础设计了一套恒温控制系统,并介绍了硬件组成结构和软件控制方案。实验表明,该系统实现了温度的精确测量和控制,其中静态误差小于0.2℃,恒温控制的标准差小于O.3℃。同时系统还具有响应速度快、性价比高、可移植性强等优点。
    关键词:恒温控制;模糊控制;单片机; AD590

        在日常工业生产当中,恒温控制应用非常广泛。模糊控制技术是通过模仿人的思维方法,运用不确定的模糊信息进行决策以实现最佳的控制效果。模糊控制所关心的是目标而不是精确的数学模型,即研究的是控制器的本身而不是被控对象。因此可以利用特殊的控制媒介,研究控制器本身。本系统以此作为出发点,以单片机为核心控制器,研究模糊控制算法,实现了精确的恒温控制。并设计了单片机与上位机的通信软件,实现了远程温度控制和温度曲线可视化的功能。

    1 系统功能和硬件设计
        本系统以水温作为测量媒介,以AT89C51单片机作为核心控制器,以AD590温度传感器作为采集器,实现温度的采集、控制、传输、显示的功能。系统采用模糊算法对电热丝的加热时间进行控制,从而达到对水温的控制。同时通过上位机软件可以进行实时控制和显示温度曲线图等,系统框图如图1所示。
    a.JPG

    1.1 温度采集模块
        温度采集模块实现温度信号采集、信号调理、模/数转换的功能。主要以集成温度传感器AD590M为采集主体,经过电压跟随器、差分式减法器、电压放大器、反相器等电路作为信号调理,后输入10位A/D转换器TLC1549进行模/数转换。电路图如图2所示。
    d.JPG
        AD590是电流型集成温度传感器,具有抗干扰能力强的特点,其输出电流和温度值成正比,且是以绝对温度零度(-273℃)为基准,其线性电流输出为1μA/K,利用10 kΩ的电阻可将电流信号转换为电压信号。本系统的测量范围为0~100℃,因此输出电压范围为2.73~3.73 V。为了增大后端电路的阻抗,减小对电流信号的分流,利用电压跟随器作为信号隔离。后输入差分减法器减去2.73 V,并经过5倍电压放大
    后,对应的输出电压范围为O~6 V。电压信号输入10位逐次比较型模数转换器TLCl549。其参考电压为5 V,则输入电压的分辨率(单位:mV)为:

    b.JPG
      
        从而本系统温度采样的理论分辨率为:

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