基于PIC16F84 电热水温控制系统

精品文档-下载后可编辑基于PIC16F84电热水温控制系统【摘要】即热式电热水温控制系统是利用大功率加热方法迅速提高水的温度，并利用闭环控制系统按设定温度进行水温控制；用模糊逻辑控制算法实现即热式电热水温控制。利用热敏电阻检测系统出水的温度，根据出水的温度与设定温度的差值以及该差值随时间的变化率实施模糊逻辑控制。该模糊逻辑控制程序稍加改动，即可移动到其他控制系统中。

【关键词】即热式模糊控制单片机PIC16F84

1.温度测量原理

1.1温度变送器电路

图1是温度变送器电路原理图

图1温度变送器电路原理图

在电路中，一般认为运算放大器A为理想放大器，且令R2=R3，则Va=Vb=VDD/2，因为i=(VDD-VDD/2)/R1=(VDD/2-Vo)/RT。

所以：Vo=（VDD/2）（1-RT/R1）………………1

设温度测量到下限温度时，Vo=0V，则取R1=RT*（RT*为温度下限时的阻值）。极限情况下，RT=0V，则Vo=VDD/2。

式1表示运放输出电压与热敏电阻的阻值成线性关系。

10℃到100℃范围热敏电阻的阻值如表1所示。

表1：温度-输出数值对照表

温度/℃阻值/KΩ输出直流电压Vo用A/D变换的二进制码表示

1022600H

1517632H

202295EH

2511080H

308898H

3570ACH

4057BCH

4547C8H

5038D2H

5531DAH

6026E0H

6521E4H

7018E8H

7515ECH

8013EEH

8511F0H

909F2H

958F4H

1007F6H

温度变送器的支流输出电压Vo，经PIC16F84片内A/D变换后，变为00H~FFH二进制码，程序根据这个二进制码采用查表，线性插值的算法，求得实时温度值。

温度表的建立方法是用温度值作为表项地址，从10℃到100℃，每隔5℃（即Y2-Y1=5）设一个存储单元；存储单元存放采样值经A/D转换后的数字量，温度从15℃到100℃分18档，故温度表占18个字节，搜索从低温数值开始；程序上限设定为100℃，下限温度为10℃。找到A/D采样值所在区间后，即可根据该区间上下节点温度值和A/D采样值求实时温度值，这里线性插值法。

根据线性插值原理：Y-Y1Y2-Y1

X-X1X2-X1

Y=Y1+（X-X1）5/（X2-X1）

式中：X为A/D采样值；Y为实时温度值；Y1为下节点温度值；Y2为上节点温度值；X1为下节点A/D变换值；X2为上节点A/D变换值。

上式中Y2=表址偏移量×5+15，而5/（X2-X1）为斜率可再造一张表，仍占18个字节，表的名字为KTABL。温度表与斜率表所分配的单元应连续，以配合程序上求表址的算法。

1.模糊逻辑控制原理

2．1模糊逻辑控制原理概述

目前大部分温控还是采用PID控制算法。这种算法对固定参数的线性定常系统是非常有效的，要用PID算法设计一种适合不同范围和不同用途的温控器就无法确定统一的PID参数。而用模糊逻辑控制，对系统参数变化不敏感，具有很强的鲁棒性，使用对不同对象得控制。

这里设计的温度模糊逻辑控制器是用弹片机PIC16F84加上模糊逻辑控制软件实现的。

2．2控制系统结构和控制原理

图2是控制系统结构原理图

当出水口实时温度高于设定温度时，停止加热。由于冷水不断流入即热式热水器，故实时温度会下降，一旦出水实时温度低于设定温度时，将电阻丝通电加热，此时不断进入的冷水和加热电阻丝的发热，共同参与出水口水温的调节。实时温度和设置温度的差值δT是可正可负的。为使模糊逻辑控制算法中回避有符号数的运算，需将δT固定一个偏移量，使其论域从0开始到某一个正数。这里设定δT的论域是±7.5℃，偏移后为0℃～15℃，归一化到十六进制数为00H～0FFH（也即乘以17）。

同理，δT/δt的论域为±2.6℃，偏移为0℃/S～5.2℃/S，归一化到十六进制数为00H～1FH（也即乘以6）。

2．3模糊逻辑控制器设计

2.3.1模糊逻辑控制原理

图3是模糊逻辑控制器的原理图。

图3模糊逻辑控制器的原理图

模糊逻辑控制器的工作过程可分为三个阶段。第一阶段被称为“模糊化”，就是把精确的输入量转换成用模糊集合的隶属函数来表示的某一模糊变量的语言值，即模糊输入，其目的是把传感器的输入转换成控制器内知识库可以理解和操作的变量格式。第二阶段是模糊推理，即把模糊输入加到一个“IF-THEN”控制规则库中去，并把激活的各个规则所产生的结果“加”到一起去产生一个“模糊输出”集合。第三阶段,在对这些模糊输出进行解模糊判决，即在一个输出范围内找到一个最具有代表