冰箱温度控制器的设计

1、目 录 摘摘 要要.1 1 引引 言言.2 1 1 总的设计方案总的设计方案.3 1.1 总体方案.3 1.2 方案选择 .5 2 2 系统硬件设计系统硬件设计.7 2.1 系统结构图.7 2.2 微处理器.7 2.3 温度传感器.9 2.4 显示电路.11 2.5 功能按键.12 2.6 压缩机，风机，电磁阀控制.13 2.7 过欠压保护.13 3 3 模糊控制算法模糊控制算法.15 3.1 对精确值的模糊化处理.16 3.2 模糊推理规则的归纳.17 3.3 模糊量向精确量的转化.18 4 4 系统软件设计系统软件设计.19 4.1 主程序 .19 4.2 中断服务程序.20 5 5 技术

2、总结技术总结.21 6 6 结束语结束语.22 7 参考文献参考文献.23 摘要 近年来随着计算机在社会领域的渗透，模糊控制电冰箱的成功开发引起了人们 的注意。这种电冰箱可以使食品迅速冷冻，延长保存期；并可以防止冷藏室的温度 过低而冻坏食品；还可以根据冰箱使用状态，在适当时候进行除霜，以减小由于除 霜而对食品产生的影响；尚可根据使用情况不免不必要的冷却，以节约能源。 通过对直冷式电冰箱制冷系统的改进和采用模糊控制技术，实现了电冰箱的双 温双控，使电冰箱能根据使用条件的变化迅速合理地调节制冷量，且节能效果良好。 现从冰箱的硬件结构框图和模糊控制器两个方面，以模糊控制算法为主线，将 冰箱的温度控制

3、过程完全地描述了出来。具体分为硬件结构框图及各功能电路的介 绍、模糊控制算法、软件程序框图等三部分。由于冰箱的温度控制过程离不开对控 制器的控制算法，因此本报告着重讨论了温度控制器的模糊控制算法，并举出例子 进行了详细阐述。 关键字关键字：模糊控制，温度控制 ABSTRACT In recent years, with the penetration of computers in the social sphere, the successful development of fuzzy control refrigerator attracted peoples attention. Th

4、is refrigerator can make quick frozen foods to extend shelf life; and can prevent the freezer temperature is too low and nipped food; refrigerator can also be used according to the state, at an appropriate time to defrost, to reduce due to defrost while the impact of food; can still be bound under t

5、he unnecessary use of cooling in order to save energy. Through the direct-cool refrigerator cooling system improvements and the adoption of fuzzy control technology to realize a dual-temperature refrigerator dual control, so that the use of refrigerators according to the conditions of a rapidly chan

6、ging reasonably adjust cooling capacity, and energy-saving good effect. Are from the refrigerator and fuzzy controller hardware block diagram of the two aspects of the fuzzy control algorithm as the main line, the temperature of the refrigerator control process described completely out. The specific

7、 hardware block diagram is divided into functional circuits and the introduction of fuzzy control algorithms, software programs such as block diagram of three parts. As the refrigerator temperature control process can not be separated on the controller of the control algorithm, this report focused o

8、n the temperature controller of the fuzzy control algorithm, citing examples described in detail. Keywords: Fuzzy control, temperature control 引 言 现代工业设计、工程建设及日常生活中常常需要用到温度控制,早期温度控制主 要应用于工厂中，例如钢铁的水溶温度，不同等级的钢铁要通过不同温度的铁水来 实现，这样就可能有效的利用温度控制来掌握所需要的产品了。在现代社会中，温 度控制不仅应用在工厂生产方面，其作用也体现到了各个方面，电冰箱的出现及大 量普及就是一

9、个很好的例子。 随着社会发展，人们对食品温度的控制要求也越来越高，对于电冰箱的温度控 制也就相应的不断提高。20 世纪 90 年代出现的 EDA 技术是电子设计的重要工具， 其核心是 利用计算机完成电路设计的全程自动化，EDA 技术应用于芯片设计和系统 设计，极大的提高了电路设计的效率和可靠性，节省了设计成本，减轻了设计人员 的劳动强度。它结合传感技术及计算机等高新技术，并综合应用了机械技术发展的 新成果，不管是在民用工业，还是在国民经济建设中都有着极其广泛的应用前景， 广泛应用于工业自动化，智能仪器仪表的设计制造中，消费电子产品领域，通信方 面及武器装备等，含盖了生产、生活、军事各个领域，实

10、现了电子产品的准确化、 智能化、最优化和多功能化，发挥着越来越重要的作用，引起了各个国家的高度重 视。依靠 EDA 的控制技术作为现代高科技的重要组成部分，推动着自动化生产、计 算机、材料加工、医疗、纺织等相关领域的发展。是衡量一个国家科学技术水平的 重要标志。正由于用 EDA 控制器改造落后的设备具有性价比高、提高设备的使用寿 命、提高设备的自动化程度的特点，所以电冰箱的 电控系统也采用了 EDA 为其各功 能控制实现的核心。 而我设计的电冰箱的电控系统就是采用了 EDA 为控制核心，通过电路设计，扩 展外围电路，实现电冰箱的温度控制，温度的显示功能，具有很强的实用性，现实 性。 通过本设计

11、的研究，我不仅了解电冰箱的相关知识，还掌握了利用 IP 核设计电 子系统，引用方便，修改基本元件的功能容易 ，以及一些外围芯片的使用及模拟 电路的设计。 1.总的设计方案 1.1 总体方案简介 液体由液态变为气态时，会吸收很多热量，简称为“液体汽化吸热”，电冰箱 就是利用了液体汽化的过程中需要吸热的原理来制冷的。 蒸气压缩式电冰箱制冷系统原理图如图 1.1 所示，主要由压缩机、冷凝器、干 燥过滤器、毛细管、蒸发器等部件组成，其动力均来自压缩机，干燥过滤器用来过 滤赃物和干燥水分，毛细管用来节流降压，热交换器为冷凝器和蒸发器。制冷压缩 机吸入来自蒸发器的低温低压的气体制冷剂，经压缩后成为高温高压

12、的过热蒸气， 排入冷凝器中，向周围的空气散热成为高压过冷液体，高压过冷液体经干燥过滤器 流入毛细管节流降压，成为低温低压液体状态，进入蒸发器中汽化，吸收周围被冷 却物品的热量，使温度降低到所需值，汽化后的气体制冷剂又被压缩机吸入，至此， 完成一个循环。压缩机冷循环周而复始的运行，保证了制冷过程的连续性。 1.1.11.1.1 电冰箱的系统组成电冰箱的系统组成 图 1.1 电冰箱制冷系统原理图 直冷式电冰箱的控制原理是根据蒸发器的温度控制制冷压缩机的启、停，使冰 箱内的温度保持在设定温度范围内。冷冻室用于冷冻食品通常用于冷冻的温度为 3C15C,冷藏室用于相对于冷冻室较高的温度下存放食品，要求有

13、一定的保 鲜作用，不能冻伤食品，温度一般为 0C10C，当测得冷冷冻室温度高至3C 0C 时或者是冷冻室温度高至 10C13C 是启动压缩机制冷，当冷冻室温度低于 15C18C 或都冷藏室温度低于 0C3C 时停止制冷，关断压缩机。采用单 片机控制，可以使控制更为准确、灵活。 1.1.21.1.2 工作原理：工作原理： 根据冷藏室和冷冻室的温度情况决定是否开压缩机，若冷藏室的温度过高，则打 开电磁冷门 V1,关闭阀门 V2，V3，同时打开压缩机，产生高温高压过热蒸气，经过 冷凝器冷凝，干燥过滤器干燥，毛细节流管降压后，在蒸发器汽化制冷，产生低温 低压的干燥气体。经过电磁阀门 V1 流入冷藏室，

14、使冷藏的温度迅速降低，当温度达 到要求时关闭压缩机，同时关闭电磁阀门 V1 。若是冷冻室的温度过高，则应打开 V2 关闭 V1, V3 。 电磁阀门 V3 主要用于冷冻室的化霜。需要化箱时打开 V3,从压缩机流出的高温 高压气体流经冷冻室可匀速将冷冻室霜层汽化。达到化霜的效果。一般化霜的时间 要短，不然会伤存放的食品。 1.1.31.1.3 本系统采用本系统采用 IPIP 核控制的电冰箱主要功能及要求：核控制的电冰箱主要功能及要求： 1）设定 2 个测温点，测量范围：18C10C，精度0.5C； 2）利用功能键分别控制温度设定、冷藏室及冷冻室温度设定等； 3）制冷压缩机停机后自动延时 3 分钟

15、后方能再启动； 4） 工作电压 176V240V，当过压或欠压时，禁止启动压缩机 此设计的总体框图如图 1.2 所示： 图 1.2 设计总体框图 外围电路是 EP2C5Q208C8 芯片工作的基础保障电源电路提供稳定的+5V 工作 电压；时钟电路用于产生 EP2C5Q208C8 工作所需的时钟信号；复位电路使 EP2C5Q208C8 实现初始化状态复位。键盘电路用于向系统输入运行参数，控制系统的 运行状态。通过键盘扫描等程序设计把键盘输入的数据在液晶显示器上显示。LED 电 路用来显示键盘输入的数据，LM35 实现对冷冻室和冷藏室的温度检测，AD522 完成 对温度的模数转换，将信号上传给 E

16、P2C5Q208C8 芯片，其功能是靠硬件电路的设计 和软件程序的结合来实现的。 1.2 方案选择 方案一方案一 本方案确定了用单片机 PID 控制器对冰箱进行控制，将人工智能中的系 统技术与 PID 控制相结合，构成一种 PID 控制器，使冰箱控制合理、节能、可靠， 在硬件上以单片机 MCS-51 为核心，在软件上用 C 语言对单片机进行控制。 方案二方案二 此是采用模糊控制算法，利用模拟温度传感器 AD590 进行设计，由单片 机、模拟温度传感器 AD590、运算放大器、AD 转换器、44 键盘、LCD 显示电路、 电机，集成功率放大器、报警器组成，本方案采用模拟温度传感器 AD590 作

17、为测温 元件，传感器将测量的温度变换转换成电流的变化，再通过模拟电路将电流的变化 转换成电压的变化，使用运算放大器交将信号进行适当的放大，最后通过模数转换 器将模拟信号转换成数字信号，传送给单片机。单片机将温度值进行处理之后用 LCD 显示，当温度值超过设置值时，系统开始启动压缩机。 结论结论 利用模糊控制技术，在冷冻室需要制冷的时候，压缩机快速启动。并且设计了 变频调速系统，避免了压缩机的频繁开启，使电机能够按照所需要的进行工作，使 压缩机制冷更加合理有效。冷藏室制冷采用半导体和压缩机同时制冷，正常的情况 下冷藏室随着冷冻室的制冷而制冷，当冷冻室需要制冷时，启动压缩机制冷，冷藏 室同时也能达

18、到制冷效果；当冷冻室不需要制冷时，这时不启动压缩机制冷，而是 用半导体单独对冷藏室制冷，这样控制的效果能使冷藏室基本上达到独自控制的目 的。在冰箱化霜过程中，运用模拟神经智能控制技术将冰箱门开闭次数、开闭频率 和最佳化霜时间加以统计和分析，根据冰箱的实际运行选择在冰箱门开闭最少的时 间段内进行自动化霜，使冰箱内温度波动最小，对食品质量影响最小。开门时间过 长系统则会报警。在冰箱的面板上有液晶显示器，可以显示冷冻室和冷藏室的温度， 并通过按键可对冷冻室和冷藏室的温度进行调控，以达到用户所需要的温度。 因此，选择方案二。 2.系统硬件设计 2.1 系统结构图 控制系统结构如 2.1 图所示，主要由

19、电源开关，温度传感器，功能按键， EP2C5Q208C8 芯片，延时电路，显示电路，指示灯电路，故障报警装置等够成。 图 2.1 系统控制结构图 2.2 微处理器 微处理器是本系统的核心，其性能的好坏直接影响系统的稳定，鉴于本系统为 实时控制系统，系统运行时需要进行大量的运算，所以本文设计了一个基于 VHDL 的 VGA 显示控制木块，通过 FPGA 控制图像与时序信号，软件的开发环境是 ALTERA 公司的 Quartus6.0。设计运用 VHDL 语言编程，配置加载 FPGA 芯片， 经 FPGA 处理，信号通过 D/A 转换器，由 VGA 接口输出，设计的 主控制器采用 ALTERA 公

20、司的 EP2C5Q208C8 芯片。 图 2.2 EP2C5Q208C8 芯片 本系统就是选用了 ALTERA 公司的 ACEX1K 系列的 EP2C5Q208C8 芯片，它具有 144 个引脚，其中 102 个 I/O 通信口.在本次的基于 VHDL 的 VGA 显示控制模块设计中， 电阻分压网络共用 12 个 I/O 通信口，ADV7123 D/A 转换器共用 30 个 I/O 通信口，存 储器模块共用 26 个 I/O 通信口。引脚的配置及功能分配情况如 2-2 表所示： 表 2.1 引脚配置功能图 2.3 温度传感器 在自动控制、机电整合的应用中，温度的测量为常见的需求，感测温度的產品

21、有 多种型态，依特性可概分为膨胀变化型、颜色变化型、电阻变化型、电流变化型、电 压变化型、频率变化型等，常见的电压变化型的温度传感器有 LM35、LM335，其不 同点为 LM35 之输出电压是与摄氏温标呈线性关係，而 LM335 则是与凯氏温标呈线性 关系。由於摄氏温标较常使用，因此本文将针对 LM35 做介绍。 1. 温度传感器 LM35 LM35 是由 National Semiconductor 所生产的温度感测器，其输出电压与摄氏温标呈 线性关係，转换公式如式(1)，0C 时输出为 0V，每升高 1C，输出电压增加 10mV 。 LM35 有多种不同封装型式，外观如图 1 所示。在常

22、温下，LM35 不需要额外的校准处 理即可达到 1/4C 的准确率。其电源供应模式有单电源与正负双电源两种，其引 脚如图 2 所示，正负双电源的供电模式可提供负温度的量测；两种接法的静默电流- 温度关係如图 3 所示，单电源模式在 25C 下静默电流约 50A，非常省电。 图 2.3.1：LM35 封装及引脚排列 图 2.3.2：LM35 接线图 图 2.3.3 2. 实际测试 接下来实际对 LM35 进行测试，测试使用单电源模式，並且将输出以非反相放大器放大 十倍，如图 4 的电路。以 10Hz 的频率记录放大后的电压值，得到如图 2.3.4 的温度 时间图。 图 2.3.4 2.42.4

23、显示模块 显示器是常用的输出器件。显示器件种类很多，有 LED 发光二极管、LED 数 码管、液晶显示器 LCD、阴极射线管 CRT 等。本电冰箱的电控系统使用的是 LED 数 码管。如 2.4 图： 图 2.4.1 LED 数码管原理图 显示模块的输入信号主要来自于计时模块部分的输出信息。在输出信号中，我 们采用循环点亮两个 LED 七段显示数码管显示输出。我们通过信号来进行 8 个 LED 七段显示数码的选择，从而将输出信号送到相应的 LED 七段显示数码上完成秒表各 位的结果显示。模块框图如 3.4 图所示： 图 2.4.2 显示模块框图 从图 31 中可以看出，显示模块有四个部分构成：

24、八进制计数器、计时位选择电 路、七段显示译码电路、显示位选择译码电路。 2.52.5 功能按键 因本系统使用的按键数目少，故按键采用硬件去抖。按键电路如图 2.5 所示。 用两个与非门构成一个 RS 触发器。当按键未按下时输出为 1;刚键按下时输出为 0。 此时即使用按键的机器性能，使按键因弹性抖动而产生瞬时断开(抖动跳开 B)，只要 按键不返回原来状态 A，双稳态电路的状态不会改变，输出保持为 0,不会产生抖动 的波形。也就是说，即使 B 点的电压波形是抖动的，但经双稳态电路之后，其输出 为正规的矩形波。 图 2.5.1 按键电路 结构图如下： XTAL2 18 XTAL1 19 ALE 3

25、0 EA 31 PSEN 29 RST 9 P0.0/AD0 39 P0.1/AD1 38 P0.2/AD2 37 P0.3/AD3 36 P0.4/AD4 35 P0.5/AD5 34 P0.6/AD6 33 P0.7/AD7 32 P1.0 1 P1.1 2 P1.2 3 P1.3 4 P1.4 5 P1.5 6 P1.6 7 P1.7 8 P3.0/RXD 10 P3.1/TXD 11 P3.2/INT0 12 P3.3/INT1 13 P3.4/T0 14 P3.7/RD 17 P3.6/WR 16 P3.5/T1 15 P2.7/A15 28 P2.0/A8 21 P2.1/A9 2

26、2 P2.2/A10 23 P2.3/A11 24 P2.4/A12 25 P2.5/A13 26 P2.6/A14 27 U1 AT89C51 X1 12MHz C1 33p C2 33p R1 10k C4 22u 2 3 4 5 6 7 8 9 1 RP1 RESPACK-8 10k D7 14 D6 13 D5 12 D4 11 D3 10 D2 9 D1 8 D0 7 E 6 RW 5 RS 4 VSS 1 VDD 2 VEE 3 LCD1 LM016L DQ 2 VCC 3 GND 1 U2 DS18B20 R6 4k7 MS + - ON/OFF R7 220R 6 5 4 1

27、2 U3 OPTOCOUPLER-NPN R8 1k R9 10k Q1 NPN RL1 12V D1 1N4001 +220v +12v SCK 6 SDA 5 WP 7 A0 1 A1 2 A2 3 U4 24C02C LS2 SPEAKER 5 3 2 64 71 8 U1 LM386 C6 1uF C7 1uf C4 47uF R3 10k RES40R4 10 R5 470 C5 0.047UF +5v 图 2.5.2 结构图 2.62.6 压缩机，风机、电磁阀控制 压缩机，风机工作原理是制冷系统内制冷剂的低压蒸汽被压缩机吸入并压缩为 高压蒸汽后排至冷凝器。同时轴流风扇吸入的室外空气

28、流经冷凝器，带走制冷剂放 出的热量，使高压制冷剂蒸汽凝结为高压液体。高压液体经过过滤器、节流机构后 喷入蒸发器，并在相应的低压下蒸发，吸取周围的热量。同时贯流风扇使空气不断 进入蒸发器的肋片间进行热交换，并将放热后变冷的空气送向室内。如此室内空气 不断循环流动，达到降低温度的目的。 而冰箱没有风扇靠自然对流来进行热量交换。 电磁阀的工作原理非常简单，阻流板就象一个闸门，一个弹簧让它处于关闭状态， 上面一个电磁铁芯，铁芯（低部橡胶）压在阻流板中间（凸起）的一个小眼儿上， 外面一个电磁线圈，接通电源后铁芯别吸上去，小眼儿开始进气，压力达到顶开弹 簧后电磁阀打开。结构图如图 2.6 所示： XTAL

29、2 18 XTAL1 19 ALE 30 EA 31 PSEN 29 RST 9 P0.0/AD0 39 P0.1/AD1 38 P0.2/AD2 37 P0.3/AD3 36 P0.4/AD4 35 P0.5/AD5 34 P0.6/AD6 33 P0.7/AD7 32 P1.0 1 P1.1 2 P1.2 3 P1.3 4 P1.4 5 P1.5 6 P1.6 7 P1.7 8 P3.0/RXD 10 P3.1/TXD 11 P3.2/INT0 12 P3.3/INT1 13 P3.4/T0 14 P3.7/RD 17 P3.6/WR 16 P3.5/T1 15 P2.7/A15 28 P

30、2.0/A8 21 P2.1/A9 22 P2.2/A10 23 P2.3/A11 24 P2.4/A12 25 P2.5/A13 26 P2.6/A14 27 U1 AT89C51 X1 12MHz C1 33p C2 33p R1 10k C4 22u 2 3 4 5 6 7 8 9 1 RP1 RESPACK-8 10k D7 14 D6 13 D5 12 D4 11 D3 10 D2 9 D1 8 D0 7 E 6 RW 5 RS 4 VSS 1 VDD 2 VEE 3 LCD1 LM016L DQ 2 VCC 3 GND 1 U2 DS18B20 R6 4k7 MS + - ON/O

31、FF R7 220R 6 5 4 1 2 U3 OPTOCOUPLER-NPN R8 1k R9 10k Q1 NPN RL1 12V D1 1N4001 +220v +12v SCK 6 SDA 5 WP 7 A0 1 A1 2 A2 3 U4 24C02C LS2 SPEAKER 5 3 2 64 71 8 U1 LM386 C6 1uF C7 1uf C4 47uF R3 10k RES40R4 10 R5 470 C5 0.047UF +5v 图 2.6 压缩机 风机原理图 2.7 过欠压保护电路 为了使电冰箱安全可靠地运行，要求其电源电压在 176V240V 之间。因此， 当电源电压

32、小于 176V 或大于 240V 时，压缩机应自动停机并报警显示。 电源的过欠压电路如 2.7 图所示： XTAL2 18 XTAL1 19 ALE 30 EA 31 PSEN 29 RST 9 P0.0/AD0 39 P0.1/AD1 38 P0.2/AD2 37 P0.3/AD3 36 P0.4/AD4 35 P0.5/AD5 34 P0.6/AD6 33 P0.7/AD7 32 P1.0 1 P1.1 2 P1.2 3 P1.3 4 P1.4 5 P1.5 6 P1.6 7 P1.7 8 P3.0/RXD 10 P3.1/TXD 11 P3.2/INT0 12 P3.3/INT1 13

33、P3.4/T0 14 P3.7/RD 17 P3.6/WR 16 P3.5/T1 15 P2.7/A15 28 P2.0/A8 21 P2.1/A9 22 P2.2/A10 23 P2.3/A11 24 P2.4/A12 25 P2.5/A13 26 P2.6/A14 27 U1 AT89C51 X1 12MHz C1 33p C2 33p R1 10k C4 22u 2 3 4 5 6 7 8 9 1 RP1 RESPACK-8 10k D7 14 D6 13 D5 12 D4 11 D3 10 D2 9 D1 8 D0 7 E 6 RW 5 RS 4 VSS 1 VDD 2 VEE 3 L

34、CD1 LM016L DQ 2 VCC 3 GND 1 U2 DS18B20 R6 4k7 MS + - ON/OFF R7 220R 6 5 4 1 2 U3 OPTOCOUPLER-NPN R8 1k R9 10k Q1 NPN RL1 12V D1 1N4001 +220v +12v SCK 6 SDA 5 WP 7 A0 1 A1 2 A2 3 U4 24C02C LS2 SPEAKER 5 3 2 64 71 8 U1 LM386 C6 1uF C7 1uf C4 47uF R3 10k RES40R4 10 R5 470 C5 0.047UF +5v 图 2.7 过欠压电路图 3

35、模糊控制算法 冰箱温度是主要的控制对象，控制的好就有显著的节能效果。影响温度的因素 很多，如室内温度的高低，冰箱本身的容积，开冰箱门的次数，每次开门的时间， 冰箱中食品的多少，以及食品的种类和性质等等。所以要相建立冰箱温度变化的数 学模型是很难的。因此可以采用模糊控制算法加以解决，下面给出食品冷藏温度表 和保存时间表。 表 3. 1 部分食品最适宜的冷藏温度 表 3.2 食品在冷藏箱内能保存的时间 一般鱼、肉等食品易带微生物，在低温下也容易变质，所以最好保存在冷冻室， 且温度愈低，保存时间也愈长，如6时可保存一星期，12时可保存一个半月， 18时可保存三个月。所以电冰箱冷藏室的温度调整在 24

36、较合适，冷冻室的 温度调整在1218以下较为合适。 冰箱控制器的一般工作过程如下： 3.1 对精确值的模糊化处理 将测温电路测得的精确温度在各自的变化区间上分为几个档次，使每档对应一 个模糊集。我们设定冷藏室温升范围在6+6之间变化，将它分为 8 档，并和模 糊变量负大、负中、负小、负零、正零、正小、正中、正大一一对应，： “正大” （PL）多数取+6附近； “正中” （PM）多数取+4附近； “正小” （PS）多数取+2附近； “正零” （P0）多数取比零稍大一点附近； “负零” （N0）多数取比零稍小一点附近； “负小” （NS）多数取2附近； “负中” （NM）多数取4附近； “负大”

37、（NL）多数取6附近； 量化因子 K1 求 . e 测温电路 量化因子 K2 冷藏室、冷冻室 量化因子 K3 控 制 表 SSR1、SSR 2 S y e e. e . e e U U1 图 3.1 冰箱模糊控制框图 表 3.3 偏差的赋值表e 上述定义中只涉及在6，6区间上连续取值的量的整数值，对于非整数值， 可采用就近归整的原则将其整数化，如：1.21,5.86, 4.24,另外，我们 定义了4 对应负中，但是3、2、5、6 也都可称为负中的属性，只是相对 负 4 来说，属于负中的成份差一点，即有着不同的隶属度，定义出 8 个模糊变量， 分别对应区间6，6上各整数值的隶属度，就可以得到一个

38、模糊子集。如表 3.4 所示。 表 3.4 偏差的赋值表 . e 同理，就得到偏差变化率所对应的模糊子集如表 4 所示。模糊处理的结果即模 糊控制器的输出量 u 也采用 NL、NM、NS、0、PS、PM、PL 来描述，就可得到输出 u 在6，6区间上变化的赋值表如表 3.5 所示。 表 3.5 输出量 u 的赋值表 3.2 模糊推理规则的归纳 根据和的模糊集和输出 u 的模糊集，就可对冰箱的使用经验进行模糊推理e . e 规则的归纳。对于双输入、单输出的控制系统一般可用语句“IF A AND B THEN C”来描述，冰箱温度控制系统利用上述语句形式将上述 3 个表综合起来，把实际控 制推理规

39、则归纳整理构成系统的控制规则表如表 6 所示。 表 3.6 推理语言规则表 3.3 模糊量向精确量的转化 模糊量向精确量转换通常有 2 种方法：选择隶属度最大的原则和加权平均判决 原则。选择隶属度最大的原则实现模糊量到精确值的转化，特点是计算简单，适合 于计算机的实现处理，但转换结果所含的信息量少，因为放弃了其余隶属度较低的 各点情况。 表 3.7 模糊控制表 设偏差 e=PM，偏差变化率=PS，根据推理语言规则表查得输出 u=NM，再查 u . e 的赋值表得 NMU=（0.1/6）+(0.8/5)+(1.0/4)+(0.8/3)+(0.1/2) 由此选择从属度最大的原则转换,得到结果为=4

40、(为最大隶属度)。利用加 * V 权平均原则转换时转换结果为： =4 *( 6 0.1)( 5 0.8)( 4 1)( 3 0.8)( 2 0.1) (0.1 0.8 1 0.80.1) v 11.2 2.8 我们将上述所有控制规则合成一起，经大量计算构成模糊控制表见表 3.7。 4.系统软件设计 本系统的控制程序采用模块化的设计思想，主程序主要完成系统设置和初始化的 任务，并为其他子程序提供相应的入口。该系统有两种工作模式，一是正常的温度 控制模式，第二是 PID 参数整定状态，系统启动后，系统按照操默认设定的温度值， 并根据实际设置好的(T，KP，Ti，Td )参数进行温度调节，仪表工作在

41、温度控制模 式下；当有按键按下时，产生键盘中断，CPU 响应中断，进入键盘中断服务子程序， 确认键盘的位置。 4.1 主程序 主程序完成系统的初始化后， 交替进行温度显示和键盘检测， 当有键按下时， 检测在敲定的标志寄存器的对应位置相应标志。主程序框图如图 4-1 所示。 开始 LED 显 示子程 序 初始化 设置工作状态 送各有关常数 开中断,执行检测程序 送中断向量 中断否 关中断,查中断源,转中断子程序 过压欠 压处理 程序 温度测 定处理 程序 模糊控 制算法 程序 开门时 间超长 处理程 序 霜厚大 于 3mm 处理程 序 键盘检 测分析 程序 中断处理结束,返回 Y N 图 4.1

42、 主程序框图 4.2 中断服务程序 单片机控制片内定时器每隔一定的温度采样时间( 可设为 1 09 ) 产生一次定时 器中断， 定时器中断服务程序主要对温度传感器进行一次巡检， 并对测量数据进 行处理后得到冷藏室、 冷冻室温度。所测得的温度分别与设定的温度上下限进行比 较， 以判断是否应打开或停止压缩机， 从而实现对温度的自动控制， 随后，再对 键盘功能标志进行测试， 以做出相应的处理。在对压缩机进行启动控制时， 要注 意压缩机从停止状态转人启动状态时， 需要一定的延时保护时间。定时器中断服务 程序流程图如图 4-2 所示。 图 4.2 定时器中断服务流程图 5 技术总结 通过此项设计的分析可

43、以得到此下结论： 本设计设计到温度传感器以及 A/D 转换芯片的选择以及 EDA 的总体设计，最后 输出。由于一般的传感器输出大部分是模拟信号，所以要用到 A/D 传感器，转换后 的数字信号 CLK 直接送到 EDA 程序中如表 4.1 所示，通过程序中的几个模块处理送 到 LED 显示出来。 本设计电路性能为：外加电压约为 220V，电流 5A； AD522 是高性能、低 功耗的 A/D 转换器电路。它将高精度、通用性和真正的低成本很好的结合在一次， 它有低于 10V 的自动校零功能，零漂小于 1V/，低于 10PA 的输入电流，极性 转换误差小于一个字。 表 5.1 数字信号表 6 结束语

44、 课程设计到此基本完成了，本次设计历时并不很长，但是通过自己在图书馆查 阅资料，在网上搜索相关信息，体验了课程设计这一学习过程，感到很欣慰。通过 本次设计，能够更多的掌握传感器的知识以及 EDA 设计的基本思路与原理。通过本 次设计也将以前学习的一些知识都联系起来，熟悉了所学知识，提高了自己的学习 能力，为以后工作奠定了一定的理论基础。 同时此次设计也遇到了不少的困难，由于前面的部分相关课程学习得不够扎实， 导致设计之初困难重重，但是有了导师刘江海老师的指导，通过多次点拨，终于突 破了困难，这使得后续任务得以进行，后面遇到的一些问题，刘老师都给予了讲解， 在此感谢刘老师的指导。 EDA 课程设计的过程是一个自主学习的过程，通过自己查阅资料，将所学知识结 合起来，通过老师和同学的帮助，本次设计的过程也有顺利也有坎坷，但本次设计 重在对 E