更多相關(guān)文檔資源請訪問HTTP/WWWDOCINCOM/LZJ781219完整源代碼CAD設(shè)計資料請聯(lián)系68661508索要畢業(yè)設(shè)計說明書智能水溫控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)THEDESIGNANDIMPLEMENTATIONOFINTELLIGENTWATERCONTROLSYSTEM學(xué)院計算機(jī)與電子信息學(xué)院專業(yè)電氣工程及其自動化班級電氣112學(xué)生指導(dǎo)教師（職稱）設(shè)計時間2015年1月1日至2015年6月7日本科畢業(yè)設(shè)計誠信承諾保證書本人鄭重承諾智能水溫控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)畢業(yè)設(shè)計的內(nèi)容真實、可靠，是本人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下，獨立進(jìn)行研究所完成。畢業(yè)設(shè)計（論文）中引用他人已經(jīng)發(fā)表或未發(fā)表的成果、數(shù)據(jù)、觀點等，均已明確注明出處，如果存在弄虛作假、抄襲、剽竊的情況，本人愿承擔(dān)全部責(zé)任。學(xué)生簽名年月日畢業(yè)論文任務(wù)書院（系）計算機(jī)與電子信息學(xué)院專業(yè)電氣工程及其自動化班級電氣112班學(xué)生學(xué)號11034020241一、畢業(yè)論文課題智能水溫控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)二、畢業(yè)論文工作自2015年1月1日起至2015年6月7日止三、畢業(yè)論文進(jìn)行地點四、畢業(yè)論文的內(nèi)容要求內(nèi)容（1）溫度設(shè)定范圍為4090，最小區(qū)分度為1，標(biāo)定溫度1。（2）環(huán)境溫度降低時（例如用電風(fēng)扇降溫）溫度控制的靜態(tài)誤差1。（3）用十進(jìn)制數(shù)碼管顯示水的實際溫度。算法使用模糊算法；要求（1）完成畢業(yè)設(shè)計；（2）做出模型；指導(dǎo)教師接受論文任務(wù)開始執(zhí)行日期年月日學(xué)生簽名專業(yè)負(fù)責(zé)人批準(zhǔn)日期摘要現(xiàn)代的自動控制系統(tǒng)越來越朝著智能化的方向發(fā)展，在很多自動控制系統(tǒng)中都用到了工控機(jī)，小型機(jī)等，這些處理機(jī)都有一個很明顯的特點，那就是很高的運(yùn)行速度，大量的數(shù)據(jù)存儲器，很大的運(yùn)行內(nèi)存。但問題也隨之而來巨額的成本。在很多的小型智能系統(tǒng)中，所采用的處理機(jī)會占到了系統(tǒng)總體成本的比例達(dá)到了25的程度，雖然處理機(jī)的性能很強(qiáng)大，但是使用一個如此高性能的處理機(jī)對于一些小型的智能系統(tǒng)來說是沒有任何必要的。對于那些不是需要性能非常強(qiáng)大，不需要進(jìn)行許多大數(shù)據(jù)處理，不需要進(jìn)行大量的復(fù)雜運(yùn)算的小型智能控制系統(tǒng)來說是很適合的，因為這些小型的智能控制系統(tǒng)在能夠安全穩(wěn)定的情況下工作，為企業(yè)創(chuàng)造出最大的經(jīng)濟(jì)效益是最重要的。所以，性能略低，價格便宜的單片機(jī)依然有著廣泛的應(yīng)用和廣大的市場需求。在本設(shè)計中就是使用了單片機(jī)為核心的一個智能的水溫控制系統(tǒng)?；贏T89C52單片機(jī)的最小系統(tǒng)進(jìn)行對溫度的實時的采集和控制是本設(shè)計的重要內(nèi)容。溫度信號方面是由DS18B20溫度傳感器進(jìn)行采集，然后將數(shù)據(jù)送至單片機(jī)處理后在系統(tǒng)的一個數(shù)碼管上顯示實時溫度；而溫度控制方面先通過獨立按鍵設(shè)定溫度后，通過模糊控制器計算后，發(fā)出信號控制繼電器電路，從而實現(xiàn)對水溫的智能控制。在設(shè)計的過程中我使用多種計算機(jī)軟件輔助設(shè)計，例如使用了DXP畫原理圖和生成PCB圖，使用KEIL來實現(xiàn)程序的編寫和編譯，使用PROTEUS來實現(xiàn)軟件模擬等。關(guān)鍵字單片機(jī)；DS18B20；模糊算法ABSTRACTMODERNAUTOMATICCONTROLSYSTEMISMOREANDMORETOWARDSTHEDIRECTIONOFINTELLIGENT,INALOTOFAUTOMATICCONTROLSYSTEMUSEDININDUSTRIALCONTROL,MINICOMPUTERS,ANDSOON,THEPROCESSORHASANOBVIOUSCHARACTERISTICS,THATISAHIGHSPEED,ALARGEAMOUNTOFDATASTORAGE,THEOPERATIONOFTHELARGEMEMORYBUTTHEQUESTIONCOMESHUGECOSTINALOTOFSMALLINTELLIGENTSYSTEM,ADOPTEDBYTHETREATMENTOPPORTUNITYACCOUNTEDFOR25OFTHEOVERALLCOSTTOTHESYSTEM,WHILETHEPERFORMANCEOFTHEPROCESSORISPOWERFUL,BUTWITHSUCHAHIGHPERFORMANCEPROCESSORFORSOMESMALLSMARTSYSTEMSISNONECESSARYFORTHOSENOTNEEDPERFORMANCEISVERYSTRONG,DONOTNEEDALOTOFBIGDATAPROCESSING,DONTNEEDTODOALOTOFCOMPLICATEDCALCULATIONOFSMALLINTELLIGENTCONTROLSYSTEMISVERYSUITABLE,BECAUSETHESESMALLINTELLIGENTCONTROLSYSTEMINTHEABILITYTOWORKUNDERTHECONDITIONOFSECURITYANDSTABILITY,CREATETHEBIGGESTECONOMICBENEFITFORENTERPRISEISTHEMOSTIMPORTANTSO,PERFORMANCESLIGHTLYLOW,THEPRICEISCHEAPMICROCONTROLLERISSTILLHASABROADAPPLICATIONANDVASTMARKETDEMANDINTHISDESIGNISTHEUSEOFTHESINGLECHIPMICROCOMPUTERASTHECOREOFANINTELLIGENTTEMPERATURECONTROLSYSTEMMINIMUMSYSTEMBASEDONAT89C52SINGLECHIPMICROCOMPUTERFORREALTIMEACQUISITIONANDCONTROLOFTEMPERATUREISANIMPORTANTCONTENTOFTHEDESIGNDS18B20TEMPERATURESENSORFORTEMPERATURESIGNALISCOLLECTED,ANDTHENAFTERWILLBESENTTOTHESINGLECHIPMICROCOMPUTERDATAPROCESSINGINTHESYSTEMOFTHEDIGITALTUBEDISPLAYREALTIMETEMPERATUREANDTEMPERATURECONTROLAFTERTHEFIRSTSETTEMPERATURETHROUGHINDEPENDENTKEY,THROUGHTHECALCULATIONOFTHEFUZZYCONTROLLER,SIGNALRELAYCONTROLCIRCUIT,SOASTOREALIZETHEINTELLIGENTCONTROLOFTHEWATERTEMPERATUREINTHEPROCESSOFDESIGN,IUSEAVARIETYOFCOMPUTERAIDEDDESIGNSOFTWARE,SUCHASUSINGTHEGENERATEDDXPSCHEMATICDIAGRAMANDPCBDIAGRAM,USEKEILTOIMPLEMENTPROGRAMSTOWRITEANDCOMPILE,USEPROTEUSTOIMPLEMENTSOFTWARESIMULATION,ETCKEYWORDSSINGLECHIPMICROCOMPUTER；DS18B20；FUZZYALGORITHMS目錄摘要IABSTRACTII第一章緒論111課題研究背景112國內(nèi)外現(xiàn)狀113本章小結(jié)2第二章系統(tǒng)整體設(shè)計方案321系統(tǒng)方案的介紹322系統(tǒng)方案的比較與論證3221溫度傳感器的選擇3222按鍵的選擇4223顯示模塊的選擇4224電源選取5225執(zhí)行加熱電路523本章小結(jié)6第三章設(shè)計采用的主要元器件的介紹731AT89C52單片機(jī)732DS18B20溫度傳感器8321DS18B20溫度傳感器簡介8322DS18B20工作的原理933數(shù)碼管1034固態(tài)繼電器10341固態(tài)繼電器介紹10342固態(tài)繼電器工作原理1035本章小結(jié)11第四章硬件電路的設(shè)計1241時鐘電路1242復(fù)位電路1243溫度采集電路1344按鍵電路1345顯示電路1446溫度控制電路1547本章小結(jié)15第五章模糊控制器的設(shè)計1651模糊控制的基本原理1652模糊控制器16521模糊控制器的結(jié)構(gòu)的確定17522模糊控制規(guī)則的建立18523模糊變量賦值表的建立18524查詢表的建立1953本章小結(jié)20第六章系統(tǒng)軟件的設(shè)計2161程序結(jié)構(gòu)分析2162系統(tǒng)程序流程圖21621DS18B20溫度傳感器的初始化程序流程圖22622讀取溫度子程序流程圖22623模糊控制程序流程圖22624按鍵程序流程圖23625溫度顯示及加熱模塊2463本章小結(jié)25第七章總結(jié)與未來的展望26致謝28附錄一實物圖29附錄二原理圖30附錄三PCB圖30附錄四程序31第一章緒論11課題研究背景實現(xiàn)對溫度的控制，無論是在工業(yè)的生產(chǎn)過程，還是在我們?nèi)粘Ｉ畹闹卸计鹬浅Ｖ匾淖饔?，無論是過低的溫度還是過高的溫度都會讓水資源失去它應(yīng)有的使用價值，從而造成水資源的浪費(fèi)。特別是在當(dāng)前全球的水資源極度缺乏的這種情況下，我們更是應(yīng)該掌握好對水溫的控制技術(shù)，在環(huán)境惡劣或者溫度較高的場合下，為了保證生產(chǎn)過程的正常安全地進(jìn)行，提高產(chǎn)品的質(zhì)和量，以及盡大的可能減輕工人的勞動強(qiáng)度、節(jié)約能源，就必須要求對加熱爐爐溫進(jìn)行測量、顯示、控制，使之達(dá)到工藝標(biāo)準(zhǔn)1。自上世紀(jì)70年代以來，由于在工業(yè)生產(chǎn)過程中對自動控制的強(qiáng)烈需求，國外的溫度控制系統(tǒng)在電子技術(shù)的大力發(fā)展和迅猛發(fā)展起來的自動控制系統(tǒng)知識理論、自動控制設(shè)計方法的大時代背景下，有了長足的進(jìn)步。到了21世紀(jì)，國際上已經(jīng)在智能化的控制系統(tǒng)取得了非常大的發(fā)展，有研究人員就稱，21世紀(jì)是智能的時代。在智能控制方面，美國、日本、德國、法國等發(fā)達(dá)國家在技術(shù)上的研究和應(yīng)用上已經(jīng)大大的領(lǐng)先了，并率先生產(chǎn)出了許多具有優(yōu)良性能的溫度控制器和各種能滿足工業(yè)生產(chǎn)的儀器儀表。其產(chǎn)品已經(jīng)在各行各業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用2。12國內(nèi)外現(xiàn)狀目前，國外溫度控制系統(tǒng)及儀表正朝著高精度智能化、小型化等這些方面快速發(fā)展。從圖書館和網(wǎng)上的數(shù)據(jù)表明，溫度控制系統(tǒng)已經(jīng)在各個行業(yè)上得到了很廣泛的應(yīng)用。國內(nèi)外都對其大力發(fā)展，尤其是以發(fā)達(dá)國家為例的美國、德國、法國、日本等國家的溫度控制器發(fā)展得尤其迅速，而國內(nèi)對溫度控制器的研究和生產(chǎn)水平都比較大幅度的落后。從網(wǎng)上查找了很多的有關(guān)溫度的控制系統(tǒng)的資料，了解到了我國在溫度控制系統(tǒng)這個方面的研究還處于20世紀(jì)90年代中后期的水平。在國內(nèi)，很多溫度的控制系統(tǒng)仍然是以“點位”控制和常規(guī)的PID控制器作為系統(tǒng)的核心，但這種溫度控制器對于一般的溫度控制還可以，但對于對溫度要求很高的和控制滯后溫度變化復(fù)雜的系統(tǒng)就難以勝任其工作了，因為溫度的變化不是線性的而是非線性的，我們很難為其建立起數(shù)學(xué)模型，這對我們的研究人員提出了更高的要求。目前，我國在自適應(yīng)的控制器和高精度控制要求的溫度控制系統(tǒng)方面的技術(shù)還不是很成熟，在市場了廣泛運(yùn)用的控制器還是不多，主要還是國外的產(chǎn)品占據(jù)了主要市場?？偟膩碚f，我國現(xiàn)在溫度控制系統(tǒng)方面的研究與國外還有著一定的差距3。伴隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，以及各種控制理論的研究成果，在工業(yè)生產(chǎn)上對控制器的要求越來越高。由于單片機(jī)其體積小、成本低、性能較強(qiáng)因而在很多領(lǐng)域還是得到了應(yīng)用。因為電加熱控制它的一些缺點，如復(fù)雜的時變性、時滯性和單向性，所以我們?nèi)绻\(yùn)用傳統(tǒng)的模擬電路來對溫度進(jìn)行控制將會是一個巨大的困難4。在本設(shè)計中，是以AT89C52單片機(jī)為核心的智能水溫控制系統(tǒng)，能夠?qū)崟r對溫度進(jìn)行采集和調(diào)控。該系統(tǒng)采用模糊算法得出溫度控制量，然后通過控制繼電器來控制控溫電路，最終實現(xiàn)對水溫的控制，系統(tǒng)通過研究、仿真和實驗，表明其具有較好的應(yīng)用價值。本設(shè)計的任務(wù)要求是水溫可以在一定范圍內(nèi)由人工設(shè)定，并能在環(huán)境溫度降低時實現(xiàn)自動調(diào)整，以保持設(shè)定的溫度基本不變，保持在一定的要求范圍。13本章小結(jié)本章主要介紹了本課題（智能水溫控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)）的設(shè)計背景以及國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀。這讓我們清楚的了解到了水溫控制系統(tǒng)和智能控制系統(tǒng)對我們生活和工業(yè)生產(chǎn)的影響與應(yīng)用，這對我們研究本課題的意義有著很重要的指導(dǎo)作用。第二章系統(tǒng)整體設(shè)計方案21系統(tǒng)方案的介紹根據(jù)設(shè)計的要求和性能指標(biāo)，本設(shè)計的一個基本思路是，通過獨立按鍵來設(shè)定一定范圍內(nèi)的水溫，在溫度傳感器探測到環(huán)境溫度低于設(shè)定溫度的時候由單片機(jī)系統(tǒng)控制加熱電路達(dá)到所需要的溫度后停止加熱，從而實現(xiàn)對水溫的自動控制。本設(shè)計的智能水溫控制系統(tǒng)是以AT89C52單片機(jī)為核心，用數(shù)字溫度傳感器DS18B20來實現(xiàn)溫度的采集，按鍵檢測方面采用獨立按鍵來對溫度進(jìn)行設(shè)定，顯示模塊由一個4位數(shù)碼管來實現(xiàn)（包括實際溫度的顯示和設(shè)定溫度的控制），控制模塊主要器件為一個固態(tài)繼電器（控制外接的加熱電路），以LED組成指示模塊和工作狀態(tài)指示模塊等。AT89C52單片機(jī)實時地通過溫度傳感器DS18B20實時檢測出水的溫度，然后通過AT89C52單片機(jī)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理后，在4位數(shù)碼管上顯示水溫，當(dāng)測量出的水溫小于所設(shè)置的溫度時，AT89C52單片機(jī)驅(qū)動固態(tài)繼電器控制外圍加熱電路對水進(jìn)行加熱，加熱到了所設(shè)置的溫度值時就停止加熱。然后我們通過自然降溫的這個方式一直降低水溫，當(dāng)水溫降到所設(shè)定的水溫值時，AT89C52單片機(jī)由驅(qū)動外圍加熱電路對水進(jìn)行加熱。水溫的溫度值可以通過按鍵來設(shè)置。溫度檢測精確到01度。并具有掉電保存功能，數(shù)據(jù)保存在單片機(jī)內(nèi)部EEPOM中，按鍵還具有連加和連減功能。圖21為系統(tǒng)的總方框圖。圖21系統(tǒng)總方框圖22系統(tǒng)方案的比較與論證本設(shè)計的系統(tǒng)主要是由單片機(jī)最小系統(tǒng)加上溫度采集電路、顯示電路、按鍵電路、執(zhí)行加熱電路組成。下面主要介紹實現(xiàn)系統(tǒng)功能的設(shè)計方案的選擇。221溫度傳感器的選擇方案一電源部分按鍵模塊單片機(jī)AT89C52數(shù)碼管顯示溫度傳感器繼電器加熱采用DS18B20溫度傳感器測量實時溫度。DS18B20是數(shù)字傳感器，輸出數(shù)字信號，這樣大大便于單片機(jī)處理及控制，省去傳統(tǒng)的測溫方法的很多外圍電路，簡化了采集溫度電路的設(shè)計。而且DS18B20傳感器具有很穩(wěn)定的物理化學(xué)性質(zhì)，在0到100攝氏度之間時，其線性偏差最大小于1攝氏度。采用單總線的數(shù)據(jù)的傳輸方式是DS18B20傳感器的最大特點。因為設(shè)計構(gòu)成的溫度測量裝置是由DS18B20數(shù)字傳感器和AT89C52微處理器所組成的，DS18B20直接就輸出了溫度的數(shù)字信號，可以與控制器直接連接。由此可見，采用了DS18B20的測溫電路與其他的測溫電路系統(tǒng)相比較，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)就大大的簡化了，所以其體積也是大大的減小了。擁有編程自由度很大是設(shè)計采用的51單片機(jī)的最大特點之一，我們可以使用兼容性非常好的C語言編程，從而實現(xiàn)各種算術(shù)算法和邏輯控制。51單片機(jī)硬件連接方便簡單，不但體積小而且價格便宜。單片機(jī)可以在與上位機(jī)通訊的同時控制著一個或多個DS18B20傳感器的工作?？偟膩碚f，DS18B20和單片機(jī)組成的測溫系統(tǒng)使用很是廣泛。方案二采用PT100作為測溫電路的溫度傳感器。PT100傳感器是利用鉑電阻的阻值隨溫度變化而變化、并且呈一定函數(shù)關(guān)系的特性來進(jìn)行測溫的，PT100具有抗振動、穩(wěn)定性好、準(zhǔn)確度高、耐高壓等優(yōu)點。但使用起來比較復(fù)雜。綜合上述，故采取方案一。222按鍵的選擇方案采用矩陣式鍵盤。矩陣式鍵盤采用的是矩陣式行列掃描方式，當(dāng)系統(tǒng)需要的按鍵比較多的時候通常是采用矩陣式鍵盤作為輸入的模塊，因為它的矩陣式設(shè)計能夠在按鍵數(shù)量比較多時可以有效的降低占用單片機(jī)的I/O口數(shù)目，缺點是為電路復(fù)雜而且會加大編程的難度。但本設(shè)計所需要的按鍵數(shù)不多，發(fā)揮不出矩陣鍵盤的優(yōu)點。方案二采用獨立式按鍵。獨立式的按鍵每個按鍵單獨占用一個I/O口,每個I/O口的工作狀態(tài)是相互獨立，互不影響的，獨立鍵盤采用端口直接掃描方式。它的缺點是當(dāng)所需按鍵數(shù)很多時，極大的占用單片機(jī)為數(shù)不多的I/O口數(shù)量，嚴(yán)重的影響其他外圍電路的設(shè)計。但對于按鍵需要很少的系統(tǒng)，它的特點非常特出，就是它的電路非常的簡單而且對它的編程也是很簡單。綜合考慮系統(tǒng)的需要，故采用第一種方案。223顯示模塊的選擇方案一采用數(shù)碼管作為顯示器件。數(shù)碼管是一種半導(dǎo)體的發(fā)光器件，由發(fā)光二極管組成。數(shù)碼管具有顯示亮度高、速度快、使用簡單，電路結(jié)構(gòu)簡單的良好特性，因而得到了廣泛應(yīng)用。方案二采用LCD液晶顯示屏作為顯示模塊。LCD具有其顯示清晰、顯示內(nèi)容豐富、顯示信息量大，使用方便，顯示快速而得到了廣泛的應(yīng)用。但本系統(tǒng)的顯示需求不高，能夠提供溫度的顯示就已經(jīng)足夠，而且相對于數(shù)碼管，LCD液晶顯示屏比較昂貴。綜上所述我們選擇方案一。224電源選取方案一采用電腦USB供電方式。電腦能提供穩(wěn)定的電流，為系統(tǒng)提供穩(wěn)定的工作電源，但由于電腦體積龐大，本設(shè)計的智能水溫控制系統(tǒng)是流動性了，要在很多不同的地方工作，不適宜體積重量過大而流動性不強(qiáng)，故與設(shè)計本意有沖突。方案二采用3節(jié)15V干電池并聯(lián)組成的電池組作為系統(tǒng)電源。通過查找資料，由干電池組成的系統(tǒng)電源能夠為單片機(jī)、傳感器、數(shù)碼管、固態(tài)繼電器提供穩(wěn)定的同時滿足工作需要的電壓，同時電池組具有方便攜帶，更換方便的特點，非常符合本設(shè)計需要流動性強(qiáng)的需要。綜上所述采用方案二。225執(zhí)行加熱電路本設(shè)計的要求是控制溫度值保持在一定的范圍內(nèi)基本不變，為達(dá)到此要求，執(zhí)行裝置的選擇很是關(guān)鍵，本系統(tǒng)的執(zhí)行裝置我設(shè)計了以下倆種方案。方案一采用可控硅來控制加熱器有效功率?？煽毓枋且环N半控器件，應(yīng)用于交流電的功率控制有兩種形式控制導(dǎo)通的交流周期數(shù)從而達(dá)到控制功率的目的；控制導(dǎo)通角的方式控制交流功率。由交流過零檢測電路輸出方波經(jīng)適當(dāng)延時控制雙向可控硅的導(dǎo)通角，延時時間即移相偏移量由溫度誤差計算得到?？梢詫崿F(xiàn)對交流電單個周期有效值周期性控制，保證系統(tǒng)的動態(tài)性能指標(biāo)。該方案可以實現(xiàn)功率的連續(xù)調(diào)節(jié)，因此響應(yīng)速度快，控制精度也高。但該方案電路稍復(fù)雜，需使用光耦合驅(qū)動芯片以及變壓器等器件，對設(shè)計本身大大加大了其設(shè)計難度，同時向設(shè)計人員提出了更高的要求。方案二采用SSR固態(tài)繼電器控制。除了以上跟普通電磁繼電器一樣的特性外，SSR固態(tài)繼電器還具有無機(jī)械噪聲、無抖動和回跳、開關(guān)速度快、體積小質(zhì)量輕、壽命長、工作可靠等特點，并且耐沖擊、抗潮濕、抗腐蝕。SSR固態(tài)繼電器可以廣泛的使用于計算機(jī)處理器的外部連接接口裝置恒溫器的溫度控制、電阻爐的溫度控制、舞臺的燈光照明系統(tǒng)、交直流電機(jī)的運(yùn)動控制、各種家用全自動水塔的水位控制、自動探測消防系統(tǒng)、自動安保系統(tǒng)和各種工業(yè)生產(chǎn)過程中需要的自動控制裝置。基于以上分析以及現(xiàn)有器件限制我們選擇SSR固態(tài)繼電器作為本系統(tǒng)的執(zhí)行裝置。23本章小結(jié)本章主要了介紹了本設(shè)計所采用的一個系統(tǒng)整體的設(shè)計方案，同時對其做了一個簡單明了的說明。然后向各位讀者羅列出了各個模塊的系統(tǒng)方案選擇，同時對其的優(yōu)點和缺點做出了一個簡單的對比說明，最后決定出所采用的設(shè)計方案。第三章設(shè)計采用的主要元器件的介紹31AT89C52單片機(jī)AT89C52是由ATMEL公司生產(chǎn)的一個低電壓，高性能CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)含8KBYTES的可反復(fù)擦寫的FLASH只讀程序存儲器和256BYTES的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和FLASH存儲單元，AT89C52單片機(jī)在電子行業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用。AT89C52具有40個引腳，32個外部雙向輸入/輸出I/O端口，同時內(nèi)含2個外中斷口，3個16位可編程定時計數(shù)器,2個全雙工串行通信口，2個讀寫口線，AT89C52可以按照常規(guī)方法進(jìn)行編程，也可以在線編程。其將通用的微處理器和FLASH存儲器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的FLASH存儲器的加入，更是大大的節(jié)省了開發(fā)的成本5。為了滿足不同客戶對不同的產(chǎn)品的需求，ATMEL公司開發(fā)出了三種封裝形式，分別是PDIP、PQFP和PLCC三種，本設(shè)計采用PDIP的封裝。圖31為AT89C52的原理圖。圖31AT89C52原理圖AT89C52為8位通用微處理器，采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的C51內(nèi)核，在內(nèi)部功能及管腳排布上與通用的8XC52相同，其主要用于會聚調(diào)整時的功能控制。功能包括對會聚主IC內(nèi)部寄存器、數(shù)據(jù)RAM及外部接口等功能部件的初始化，會聚調(diào)整控制，會聚測試圖控制，紅外遙控信號IR的接收解碼及與主板CPU通信等。主要管腳有XTAL1（19腳）和XTAL2（18腳）為振蕩器輸入輸出端口，外接12MHZ晶振。RST/VPD（9腳）為復(fù)位輸入端口，外接電阻電容組成的復(fù)位電路。VCC（40腳）和VSS（20腳）為供電端口，分別接5V電源的正負(fù)端。P0P3為可編程通用I/O腳，其功能用途由軟件定義，在本設(shè)計中，P0端口（3239腳）被定義為N1功能控制端口，分別與N1的相應(yīng)功能管腳相連接，13腳定義為IR輸入端，10腳和11腳定義為I2C總線控制端口，分別連接N1的SDAS（18腳）和SCLS（19腳）端口，12腳、27腳及28腳定義為握手信號功能端口，連接主板CPU的相應(yīng)功能端，用于當(dāng)前制式的檢測及會聚調(diào)整狀態(tài)進(jìn)入的控制功能6。總結(jié)其主要工作特性是（1）片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器內(nèi)含256字節(jié)的RAM,最大尋址空間64KB；（2）兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS51指令系統(tǒng)；（3）8KB的FLASH程序存儲器，可擦寫壽命為1000次；（4）串行口是具有一個全雙工的可編程串行通信口；（5）具有一個數(shù)據(jù)指針DPTR；（6）低功耗工作模式有空閑模式和掉電模式；（7）具有可編程的3級程序鎖定位；（8）32根可編程I/O口線；（9）3個16位可編程定時器/計數(shù)器；（10）AT89C52工作電源電壓為5（102）V，且典型值為5V；（11）AT89C52最高工作頻率為24MHZ。構(gòu)成一個完整的單片機(jī)系統(tǒng)，都需要有一個時鐘電路和一個復(fù)位電路。在本設(shè)計中采用了內(nèi)部時鐘方式和按鍵電平復(fù)位電路，來構(gòu)成單片機(jī)的最小電路。32DS18B20溫度傳感器321DS18B20溫度傳感器簡介DS18B20是常用的溫度傳感器，具有體積小，硬件開銷低，抗干擾能力強(qiáng)，精度高的特點。圖32為DS18B20的一個實物圖。圖32DS18B2020實物圖DALLAS半導(dǎo)體公司的數(shù)字化溫度傳感器DS1820是世界上第一片支持“一線總線“接口的溫度傳感器，在其內(nèi)部使用了在板（ONB0ARD）專利技術(shù)。全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi)。一線總線獨特而且經(jīng)濟(jì)的特點，使用戶可輕松地組建各種傳感器網(wǎng)絡(luò)，為測量系統(tǒng)的構(gòu)建引入全新的概念?，F(xiàn)在，新一代的DS18B20體積更小、更靈活、更經(jīng)濟(jì)。使你可以充分發(fā)揮“一線總線”的優(yōu)點7。322DS18B20工作的原理DS18B20溫度傳感器的讀寫時序和測溫原理與DS1820傳感器的相同，只是得到的溫度值的位數(shù)因分辨率不同而不同，且溫度轉(zhuǎn)換時的延時時間由2S減為750MS。低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號送給計數(shù)器1。高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其振蕩率明顯改變，所產(chǎn)生的信號作為計數(shù)器2的脈沖輸入。計數(shù)器1和溫度寄存器被預(yù)置在55所對應(yīng)的一個基數(shù)值。計數(shù)器1對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進(jìn)行減法計數(shù)，當(dāng)計數(shù)器1的預(yù)置值減到0時，溫度寄存器的值將加1，計數(shù)器1的預(yù)置將重新被裝入，計數(shù)器1重新開始對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進(jìn)行計數(shù)，如此循環(huán)直到計數(shù)器2計數(shù)到0時，停止溫度寄存器值的累加，此時溫度寄存器中的數(shù)值即為所測溫度。斜率累加器用于補(bǔ)償和修正測溫過程中的非線性，其輸出用于修正計數(shù)器1的預(yù)置值8。因為DS18B20采用了一線總線的通信接口，所以要發(fā)揮記憶和控制功能先要完成ROM的設(shè)定。DS18B20提供的功能命令主要有五個，分別是讀ROM、ROM匹配、搜索ROM、跳過ROM和報警檢查。當(dāng)發(fā)出指令令DS18B20完成溫度的測量，其溫度數(shù)據(jù)將存儲到DS18B20的存儲器中。這時，發(fā)出一個控制的指令指示傳感器完成溫度測量，其結(jié)果將存儲到其內(nèi)存中，并且可以讓閱讀發(fā)揮記憶功能，閱讀片上儲存器上的內(nèi)容。其內(nèi)部的溫度報警觸發(fā)器TH和TL都是擁有一字節(jié)EEPROM的數(shù)據(jù)。假如DS18B20傳感器不使用報警檢查的指令，這時寄存器可以作為一個記憶功能的指令完成，通過緩存器讀寄存器。所有的數(shù)據(jù)其讀和寫都是從最低位開始的。DS18B20技術(shù)性能描述獨特的單線接口方式，DS18B20在與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊；測溫范圍55125，固有測溫誤差1；支持多點組網(wǎng)功能，多個DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，最多只能并聯(lián)8個，實現(xiàn)多點測溫，如果數(shù)量過多，會使供電電源電壓過低，從而造成信號傳輸?shù)牟环€(wěn)定；工作電源3055V/DC（可以數(shù)據(jù)線寄生電源）；在使用中不需要任何外圍元件；測量結(jié)果以912位數(shù)字量方式串行傳送。33數(shù)碼管數(shù)碼管是一種以發(fā)光二極管為基本單元的半導(dǎo)體器件9。從結(jié)構(gòu)上來分，有兩類數(shù)碼管，就是七段數(shù)碼管和八段的數(shù)碼管，與八段數(shù)碼管相比較，七段的數(shù)碼管少了一個會發(fā)光的二極管，也就是多一個小數(shù)點（DP）這個小數(shù)點可以更精確的表示數(shù)碼管想要顯示的內(nèi)容；按能顯示多少個可分為1位、2位、3位、4位、5位、6位、7位等數(shù)碼管。在本設(shè)計中采用了一個四位的數(shù)碼管，用于顯示溫度信息。LED數(shù)碼管（LEDSEGMENTDISPLAYS）是有多個會發(fā)光的二極管組成的，它們在結(jié)構(gòu)上是一個“8”字型的，其引線已經(jīng)在其內(nèi)部連接好了，我們只要把它的各個段位和公共電極引出來。七個段位加上一個小數(shù)點是LED數(shù)碼管的常用類型，還有一種是類似于3位“1”型10。位數(shù)有半位，1，2，3，4，5，6，8，10位等等，LED數(shù)碼管根據(jù)LED的接法可分為共陰和共陽倆種類型。了解LED的這些特性，對編程是很重要的，因為不同類型的數(shù)碼管，除了它們的硬件電路有差異外，編程方法也是不同的。圖33為數(shù)碼管的一個實物圖。圖33數(shù)碼管實物圖34固態(tài)繼電器341固態(tài)繼電器介紹固態(tài)繼電器（SOLIDSTATERELAY,縮寫SSR），是由微電子電路，分立電子器件，電力電子功率器件組成的無觸點開關(guān)。用隔離器件實現(xiàn)了控制端與負(fù)載端的隔離。固態(tài)繼電器的輸入端用微小的控制信號，達(dá)到直接驅(qū)動大電流負(fù)載11。固態(tài)繼電器是具有隔離功能，在開關(guān)過程中無機(jī)械接觸的部件，因此在此設(shè)計上使用的固態(tài)繼電器除具有與電磁繼電器一樣的功能之外，還具有與邏輯電路兼容，耐振耐機(jī)械沖擊，安裝位置無限制，具有良好的防潮防霉防腐蝕性能，在防爆和防止臭氧污染方面的性能也極佳，輸入功率小，靈敏度高，控制功率小，電磁兼容性好，噪聲低和工作頻率高等特點。342固態(tài)繼電器工作原理固態(tài)繼電器在結(jié)構(gòu)上由三部分組成輸入電路，隔離（耦合）和輸出電路。固態(tài)繼電器的輸入電路是為輸入控制信號提供一個回路，使之成為固態(tài)繼電器的觸發(fā)信號源。固態(tài)繼電器的輸入電路多為直流輸入，個別的為交流輸入。直流輸入電路又分為阻性輸入和恒流輸入。阻性輸入電路的輸入控制電流隨輸入電壓呈線性的正向變化。恒流輸入電路，在輸入電壓達(dá)到一定值時，電流不再隨電壓的升高而明顯增大，這種繼電器可適用于相當(dāng)寬的輸入電壓范圍11。圖34為固態(tài)繼電器的一個等效電路圖。圖34固態(tài)繼電器等效電路圖35本章小結(jié)本章主要對設(shè)計所采用的各種主要元器件進(jìn)行了介紹，因為本文篇幅有限，只做了一個簡單的說明。其中包括了系統(tǒng)的大腦AT89C52單片機(jī)、溫度采集核心DS18B20數(shù)字溫度傳感器、以LED為基本單元的數(shù)碼管和加熱所需的固態(tài)繼電器。第四章硬件電路的設(shè)計41時鐘電路AT89C52單片機(jī)芯片內(nèi)部設(shè)有一個振蕩器，它是由高增益反向放大器構(gòu)成的，XTAL1和XTAL2分別是它的輸入端和輸出端12。而在芯片內(nèi)部，XTAL1和XTAL2之間跨接晶振和通常采用的30PF微調(diào)電容，從而構(gòu)成一個能夠穩(wěn)定工作的自激振蕩器。時鐘電路產(chǎn)生的振蕩脈沖經(jīng)過觸發(fā)器進(jìn)行二分頻之后，才成為單片機(jī)的時鐘脈沖信號13。本設(shè)計的時鐘電路中XTAL1和XTAL2分別接到晶振的兩端，在晶振的兩端再分別串聯(lián)一個30PF的電容后接地。具體設(shè)計的時鐘電路如圖41所示。圖41時鐘電路圖42復(fù)位電路復(fù)位電路是每一個完整的單片機(jī)系統(tǒng)都應(yīng)該有的一種電路，復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作，其主要功能是把PC初始化為0000H,使單片機(jī)從0000H單元開始執(zhí)行程序，并使其它功能單元處于一個確定的初始狀態(tài)。本設(shè)計的復(fù)位電路采用的是按鍵復(fù)位，它是通過復(fù)位端經(jīng)電阻與VCC電源接通而實現(xiàn)的，它兼具上電復(fù)位功能14。因本系統(tǒng)的晶振的頻率為12MHZ，所以，復(fù)位信號持續(xù)時間應(yīng)當(dāng)超過2S才能完成復(fù)位操作。具體設(shè)計電路如圖42所示。圖42復(fù)位電路43溫度采集電路DS18B20的最大特點是單總線數(shù)據(jù)傳輸方式，DS18B20的數(shù)據(jù)傳輸僅需要一個I/O口就能完成15。根據(jù)DS18B20的通訊協(xié)議，單片機(jī)控制DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過三個步驟每一次讀寫之前都要對DS18B20進(jìn)行復(fù)位操作，復(fù)位成功后發(fā)送一條ROM指令，最后發(fā)送RAM指令，這樣才能進(jìn)行預(yù)定的操作。具體的硬件電路設(shè)計如圖43所示。圖43溫度采集電路44按鍵電路鍵盤是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中不可缺少的輸入設(shè)備16。通過鍵盤可向單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)輸入數(shù)據(jù)和控制命令，鍵盤是操作人員控制干預(yù)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的主要手段。根據(jù)鍵盤組成形式可分為獨立式鍵盤、矩陣式鍵盤及撥碼式鍵盤幾種17。因為機(jī)械觸點擁有的彈性性質(zhì)，按鍵在閉合到斷開以及斷開到閉合的這一系列的動作過程中并不是立刻就完成的。在其打開以及閉合的時候會產(chǎn)生瞬間的機(jī)械抖動，通常會發(fā)生510MS的抖動，表現(xiàn)在輸入電壓信號上為輸入信號是抖動的不穩(wěn)定的電平信號。為了消除信號抖動造成的影響，本設(shè)計采用軟件消抖的方法。具體電路如圖44所示。圖44按鍵電路45顯示電路顯示采用四位數(shù)碼管顯示，當(dāng)位選打開時，送入相應(yīng)的段碼，則相應(yīng)的數(shù)碼管打開，關(guān)掉位選，打開另一個位選，送入相應(yīng)的段碼，則數(shù)碼管打開，而每次打開關(guān)掉相應(yīng)的位選時，時間間隔低于20MS，從人類視覺的角度上看，就仿佛是全部數(shù)碼管同時顯示的一樣。顯示電路如圖45所示。E1D2P3C4G5H69F0AB78SR圖45數(shù)碼管顯示電路QVNKELAYT圖46繼電器加熱電路46溫度控制電路熱得快控制電路采用PNP型S8550三極管驅(qū)動，當(dāng)單片機(jī)的P24口輸出低電平時，三極管飽和導(dǎo)通，繼電器線圈得電吸合，控制熱得快加熱，同時發(fā)光二極管導(dǎo)通指示加熱。當(dāng)單片機(jī)P24口輸出高電平時，三極管截止，繼電器線圈斷電，熱得快停止加熱，發(fā)光二極管熄滅提示加熱停止。具體的電路圖如圖46所示。47本章小結(jié)本章主要介紹了設(shè)計所采用的各種主要電路的介紹，其中包括了時鐘電路、復(fù)位電路、溫度采集電路、按鍵電路、顯示電路和溫度控制電路。在每一個電路模塊我都對其進(jìn)行了一個簡單的說明，同時也在說明下附上了其電路圖。第五章模糊控制器的設(shè)計51模糊控制的基本原理模糊控制是近代控制理論中的一種基于語言規(guī)則與模糊推理的高級控制策略和新穎技術(shù)，它是智能控制的一個重要分支，發(fā)展迅速，應(yīng)用廣泛，實效顯著，引人關(guān)注。模糊控制是一種以模糊集合論、模糊語言變量以及模糊邏輯推理為數(shù)學(xué)基礎(chǔ)的新型計算機(jī)控制方法。模糊控制的最大特征是能運(yùn)用操作者或?qū)＜业目刂平?jīng)驗和知識表示成語言變量描述的控制規(guī)則，然后用這些規(guī)則去控制系統(tǒng)。模糊控制系統(tǒng)的核心部分是模糊控制，如圖51所示，模糊控制器的控制規(guī)律由計算機(jī)的程序?qū)崿F(xiàn)。實現(xiàn)模糊控制算法的過程如下微機(jī)經(jīng)中斷采樣獲取被控制量的精確值，然后與給定值比較得到誤差信號E，一般選誤差信號E模糊控制的一個輸入量。把誤差信號E的精確量進(jìn)行模糊化變成模糊量。誤差E的模糊量可用相應(yīng)的模糊語言表示，得到誤差E的模糊語言集合的一個子集E（E是一個模糊矢量），再由E和模糊控制規(guī)則R根據(jù)推理的合成規(guī)則進(jìn)行模糊決策，得到模糊控制量U18。圖51為模糊控制的原理圖。圖51模糊控制原理圖52模糊控制器與普通的計算機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)相比較，本設(shè)計的最大特點之一就是采用了模糊控制器的模糊控制系統(tǒng)。模糊控制器是模糊控制系統(tǒng)的核心，而模糊控制器的結(jié)構(gòu)，所采用的模糊規(guī)則，合成推理算法及模糊決策的方法等因素都會影響模糊控制系統(tǒng)性能的優(yōu)劣19。模糊控制器是由輸入量模糊化接口、數(shù)據(jù)庫、推理機(jī)和輸出解模糊接口五部分組成。如圖52所示A/D計算控制變量模糊量化處理模糊決策非模糊化處理D/A執(zhí)行機(jī)構(gòu)被控對象傳感器模糊控制器（微機(jī)）圖52模糊控制器（1）輸入量模糊化接口主要作用是將真實的確定輸入量轉(zhuǎn)換成一個模糊的矢量。輸入量可以是一個，兩個或多個，每個模糊輸入變量的模糊子集通常可以劃分為負(fù)大（NB），負(fù)小NS，零ZO，正小PS，正大PB或負(fù)大（NB），負(fù)中NM,負(fù)小NS，零ZO，正小PS，正中PM,正大PB或負(fù)大（NB），負(fù)中NM,負(fù)小NS，零負(fù)NZ，零正（PZ）正小PS，正中PM,正大PB，當(dāng)然也可以把模糊子集劃分得更多個等級，在實際應(yīng)用中最常用的是前三種。（2數(shù)據(jù)庫存放所有經(jīng)過論域等級離散化以后的輸入輸出變量的對應(yīng)值集合，當(dāng)論域是連續(xù)域時，它就為隸屬函數(shù)。（3）規(guī)則庫根據(jù)專家知識或熟練的手動操作人員長期已久的積累經(jīng)驗可制定模糊控制器的規(guī)則，它是一種基于人的直覺推理的語言表示形式20。模糊規(guī)則一般由IFTHEN、ELSE、ALSO、END、OR等關(guān)系詞組接而成。為了將模糊規(guī)則數(shù)值化，必須要“翻譯”關(guān)系詞。IFTHEN、ALSO（或OR）是比較常用的關(guān)系詞，AND通常是在多變量模糊控制系統(tǒng)中才使用。如果將每一條規(guī)則逐條列出，顯然是比較煩瑣，為了簡單明了，通常把它們列成表格形式來表示，這樣就一目了然了。規(guī)則庫是用來存放全部模糊控制規(guī)則的，在推理時為“推理機(jī)”提供控制規(guī)則。（4）推理機(jī)主要功能是根據(jù)輸入模糊量通過模糊控制規(guī)則完成模糊推理和解模糊，最終得到模糊控制量。（5）輸出解模糊接口在上一步模糊推理得到的結(jié)果仍然是一個模糊矢量，不能直接用來作為控制量，還必須再解模糊，求得清晰的控制量輸出，這部分通常被稱為輸出解模糊接口。模糊控制器的設(shè)計521模糊控制器的結(jié)構(gòu)的確定單變量二模糊維控制器是實際應(yīng)用中最常見的結(jié)構(gòu)方式。本系統(tǒng)采用誤差E及誤差變化EC為輸入量，控制量U為輸出量。對誤差變量E，誤差變化量EC和控制量U的模糊集及其模糊論域定義如下把E、EC和U都分成7個等級NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB把E、EC、U的模糊論域均分為6,5,4,3,2,1,0,1,2,3,4,5,6522模糊控制規(guī)則的建立如前所述，有經(jīng)驗的操作者或?qū)＜业目刂浦R和經(jīng)驗可以制定出模糊規(guī)則的形式，為了能夠進(jìn)行實時控制，還必須對它們形式化數(shù)學(xué)處理，方便計算機(jī)進(jìn)行推理和運(yùn)算。根據(jù)經(jīng)驗可建立模糊規(guī)則如表51所示表51模糊規(guī)則表UECNBNMNSZOPSPMPBNBPBPBPBPBPMZOZONMPBPBPBPBPBZOZONSPMPMPMPMZONSNSZOPMPMPMZONSNMNMPSPSPSZONMNMNMNMPMZOZONMNBNBNBNBEPBZOZONMNBNBNBNB523模糊變量賦值表的建立確定變量的模糊集和模糊論域后，還須對模糊語言變量確定隸屬函數(shù)，即所謂對模糊變量賦值，E、EC、U的賦值表如表52、表53、表54、所示表52E賦值表隸屬度誤差變量E6543210123456PB000000000010411PM000000000207111PS0000000030810511ZO000000006010000NS00011103000000NM020711000000000NB10800000000000表53EC賦值表隸屬度誤差變化量EC6543210123456PB0000000000104081PM00000000020710702PS00000000910702050ZO000000510500000NS0002071090000000NM02071070200000000NB10804010100000000表54U賦值表隸屬度控制量U6543210123456PB0000000000104081PM00000000020710702PS0000000108040100ZO000000510500000NS0001040810000000NM00207107020000000NB10804010100000000524查詢表的建立查詢表通常是通過離線計算出來的，一旦將其存放在計算機(jī)中，在實時控制過程中，計算機(jī)直接根據(jù)采樣和論域變換得到的以論域元素形式表現(xiàn)的E和EC的值通過查詢表得出相應(yīng)的控制量的值，加在控制過程上，這樣，實現(xiàn)模糊控制的過程就轉(zhuǎn)換成計算量不大的查詢表的過程，使模糊控制有了良好的實時性。根據(jù)532小節(jié)建立的模糊控制規(guī)則所決定的模糊關(guān)系R應(yīng)用推理合成規(guī)則計算出E和EC情況反映控制量變化的模糊集合U。然后采用適當(dāng)?shù)姆椒▽ζ溥M(jìn)行模糊判決，由控制量U的論域6,6可獲得最終加到被控對象實際控制量的精確值。根據(jù)最大隸屬度法進(jìn)行模糊決策得到的模糊控制查詢表如表55所示表55模糊查詢表UEC6543210123456665656631100015555555533100046565666331000355555553101112333433300011113334331000222E0333411001133312222001111333211110233323333000122555555540001336665655用于模糊控制算法對系統(tǒng)的性能進(jìn)行測量。表中的元素用PIJ表示性能表具有1313169項，整個表分成13個區(qū)域，即土6區(qū)，5區(qū)0區(qū)，如表55所示。O區(qū)說明系統(tǒng)處于設(shè)定值狀態(tài)或以一種合理方式向設(shè)定值靠近，這時系統(tǒng)不需要作任何修正動作。1區(qū)2區(qū)說明系統(tǒng)向設(shè)定值靠近，且靠近速度較快，因此對輸出控制動作作較小的修正。3區(qū)4區(qū)說明系統(tǒng)向設(shè)定值靠近，且靠近速度較慢，因此對輸出控制動作作較大的修正。5區(qū)6區(qū)說明系統(tǒng)向偏離設(shè)定值的壞趨勢發(fā)展，則需對輸出控制作較大的修正，以改變這種壞趨勢。由此可知，模糊查詢表的建立大大簡化了模糊控制計算量，有利于模糊控制算法的拓展與應(yīng)用。53本章小結(jié)本章主要簡單介紹了模糊控制器的原理，同時在模糊控制器的設(shè)計過程和本次設(shè)計中模糊控制表的建立，由于篇幅關(guān)系，在介紹模糊控制器的設(shè)計過程時主要簡單講了模糊控制系統(tǒng)和模糊控制器的基本概念。第六章系統(tǒng)軟件的設(shè)計61程序結(jié)構(gòu)分析本設(shè)計在主程序中一共調(diào)用了四個子程序，分別是數(shù)碼管的顯示子程序、溫度信號的處理子程序、按鍵設(shè)定溫度和運(yùn)用模糊算法的加熱模塊的子程序。溫度信號的處理子程序?qū)囟刃酒瓦^來的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，進(jìn)行判斷和顯示。數(shù)碼管的顯示子程序向數(shù)碼管的顯示送數(shù)，控制系統(tǒng)的顯示部分。按鍵設(shè)定子程序可以設(shè)定所需要控制達(dá)到的溫度，可精確到01攝氏度。加熱模塊根據(jù)輸出控制量U的大小通過定時器來控制加熱時間和自然冷卻時間的長短。62系統(tǒng)程序流程圖設(shè)計中的主程序的主要功能是對溫度的實時顯示、讀出并處理DS18B20溫度傳感器測量的當(dāng)前溫度值，溫度的測量每1S進(jìn)行一次。我們這樣可以在一秒之內(nèi)測量出一次被測溫度值，主程序的主要功能是對溫度的實時顯示，讀出并處理DS18B20的當(dāng)前溫度值，與設(shè)定的溫度相比較。通過調(diào)用讀溫度子程序把存入內(nèi)存儲中的整數(shù)部分與小數(shù)部分開分存放在不的的兩個單元中，然后通過調(diào)用顯示子程序顯示出來。圖61為DS18B20溫度流程圖。圖61DS18B20溫度流程圖621DS18B20溫度傳感器的初始化程序流程圖在DS18B20工作之前需要進(jìn)行初始化，其流程圖如圖62所示發(fā)復(fù)位命令發(fā)跳過ROM命令初始化成功結(jié)束圖62初始化程序流程圖622讀取溫度子程序流程圖讀取溫度子程序的主要功能是從DS18B20中讀出溫度數(shù)據(jù)，移入溫度暫存器保存。其程序流程圖如圖63所示發(fā)復(fù)位命令發(fā)跳過ROM命令發(fā)讀取溫度命令移入溫度暫存器結(jié)束圖63溫度子程序流程圖623模糊控制程序流程圖圖64模糊控制流程圖常規(guī)的二維控制器是以誤差E和誤差變化EC為輸入變量的，在求出E和EC后，要將它們模糊化，得到誤差變量E和誤差變化量EC，本設(shè)計也是采用誤差和誤差變化作為輸入變量，U為輸出變量。E和EC的基本論域分別為5,5,2,2。在計算E時當(dāng)E5時，取E5；當(dāng)E5時，取E5。同理，在計算EC時當(dāng)EC2時，取EC2；當(dāng)EC2時，取EC2。通常在將E和EC模糊化時，由于量化因子KE和KEC不一定是整數(shù)，所以和不一定是整數(shù),為了解決這個問題,本設(shè)計KEECC采用四舍五入法對其進(jìn)行取整。模糊控制具體的流程圖如圖64所示。624按鍵程序流程圖本設(shè)計溫度設(shè)定部分一共用了3個獨立按鍵，S1、S2和S3分別接單片機(jī)的P20口、P21口P22口。本設(shè)計采用中斷方式設(shè)定溫度，并且使用軟件消抖的方式消除按鍵的抖動，當(dāng)按下S2時，單片機(jī)就停止當(dāng)前正在處理的工作，并進(jìn)入溫度設(shè)定程序，這時，如果按一下S3，設(shè)定溫度最低位就會加一，如果按一下S4，設(shè)定溫度最低位就會減一，直到溫度設(shè)置完成后按下S2，單片機(jī)此時退出溫度設(shè)定程序，然后單片機(jī)回到原來中斷的地方，繼續(xù)處理原來被中斷的工作。具體的按鍵程序流程圖如圖65所示。圖65按鍵程序流程圖625溫度顯示及加熱模塊溫度顯示模塊采用的是一個四位數(shù)碼管，程序初始化首先進(jìn)入的是當(dāng)前實際檢測到的溫度的顯示，通過按鍵S1進(jìn)入到設(shè)定溫度時，這時四位數(shù)碼管顯示的是所需的溫度，可以通過獨立的按鍵S2和S2增減溫度值來設(shè)置所需的溫度值。加熱模塊是根據(jù)輸出控制量U的大小通過定時器來控制加熱時間和自然冷卻時間的長短。U的論域為，其中U的符號為正時，代表要加熱，U的符號為負(fù)時，代表要自然冷卻，U的數(shù)值代表多少個周期，如U6，表示要加熱6個周期，U6，表示要自然冷卻6個周期。周期的長短可以根據(jù)實際情況來進(jìn)行修改。按下S2進(jìn)入溫度設(shè)置判斷鍵值按下S3按下S4設(shè)定溫度加1設(shè)定溫度減1按下S2退出設(shè)置開始結(jié)束63本章小結(jié)本章主要講述了系統(tǒng)各部分軟件結(jié)構(gòu)的設(shè)計，包括了主程序的設(shè)計、DS18B20溫度傳感器的溫度讀取程序設(shè)計、模糊控制程序加熱模塊的設(shè)計按鍵模塊程序的設(shè)計和溫度顯示的設(shè)計。本人運(yùn)用的是KEIL軟件來編寫程序和對程序進(jìn)行修改，在順利的實現(xiàn)了程序的編譯后，利用軟件生成的HEX文件導(dǎo)入到PROTEUS軟件中進(jìn)行仿真。在仿真過程中，一開始就出現(xiàn)比較多的問題，例如晶振頻率不對應(yīng)等問題，但在不斷地修改和調(diào)整后，數(shù)碼管顯示、獨立按鍵模塊、加熱電路模塊都能夠順利的實現(xiàn)了設(shè)計所期望的功能。最后把程序下載到了所焊接好了的單片機(jī)里，很是幸運(yùn)，順利的在實物上實現(xiàn)了其功能。第七章總結(jié)與未來的展望本設(shè)計是一個基于單片機(jī)系統(tǒng)，結(jié)合外圍的溫度探測電路（DS18B20）和外圍的加熱電路，使用了模糊算法的一個智能水溫控制系統(tǒng)。在設(shè)計中使用了一個四位的數(shù)碼管來顯示溫度信息，同時可以通過獨立的按鍵來對溫度進(jìn)行設(shè)定。在加熱電路方面采用了一個固態(tài)繼電器來實現(xiàn)外圍加熱電路的通斷?？偨Y(jié)來說，本設(shè)計包含了三個設(shè)計模塊1單片機(jī)硬件的設(shè)計，2模糊控制器的設(shè)計，3系統(tǒng)程序的編寫?？偨Y(jié)來說，本設(shè)計特點是結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)試方便，系統(tǒng)反映快速靈活，經(jīng)實驗的測試，該溫度系統(tǒng)設(shè)計方案正確、可行，各項性能指標(biāo)穩(wěn)定、可靠。現(xiàn)代科技的飛速發(fā)展，人工智能的普及速度越來越快，智能控制系統(tǒng)有著廣大的發(fā)展前景。在當(dāng)今世界的控制領(lǐng)域中，智能控制和智能自動化科學(xué)技術(shù)正在如火如荼的迅速發(fā)展，已經(jīng)被許多發(fā)達(dá)國家認(rèn)定這是新世紀(jì)必須提高的技術(shù)，它的發(fā)展將會大大提高一個國家的核心競爭力。自上世紀(jì)50年代以來，智能控制已經(jīng)在起坎坷的發(fā)展道理上取得了令人驚喜的