目 录
摘 要 .................................................................................................................................................... 2 第1章 绪论 .................................................................................................................................... 4
1.1 模糊控制在家用电器中应用的意义 .................................................................................. 4
（1） 即电式热水器研究的背景和意义 ........................................................................... 4 （2）模糊控制技术的优点 ................................................................................................. 4 1.2 方案选择与方案论证 ............................................................................................................ 5 1.3本研究课题研究内容 ............................................................................................................. 5
第2章 模糊控制器的设计 ........................................................................................................ 6
2.1 模糊控制的基本原理 .......................................................................................................... 6 2.2 模糊控制器的设计 ................................................................................................................ 6
（1）精确量的模糊化 ......................................................................................................... 6 （2） 模糊控制算法设计 ................................................................................................... 6 （3） 模糊控制状态表与查询表的建立 ........................................................................... 7
第3章 系统硬件设计 ................................................................................................................. 9
3.1 系统总体方案 ...................................................................................................................... 9 3.2 系统硬件组成及工作原理 ............................................................................................... 9 3.3 系统硬件电路的设计 ........................................................................................................ 10
（1） 温度检测电路 ......................................................................................................... 10 DS18B20测温原理 ............................................................................................................ 10 DS18B20与单片机的接口电路......................................................................................... 11 （2）水流检测电路 ........................................................................................................... 11 （3） 输出控制电路 ......................................................................................................... 12 （4） 键盘与显示电路 ..................................................................................................... 12 （5） 核心部件单片机 ..................................................................................................... 13 （6） 整流和稳压电路 ..................................................................................................... 13
第4章 系统软件设计 ............................................................................................................... 14
4.1 主程序 ................................................................................................................................ 14 4.2 T0、T1中断服务程序 ...................................................................................................... 15 4.3 数据采集模块 .................................................................................................................... 15 4.4 键扫描子程序 ...................................................................................................................... 16 4.5 显示子程序 .......................................................................................................................... 17 4.6 模糊控制程序 ...................................................................................................................... 18
设计总结 ........................................................................................................................................... 20 参考文献 ........................................................................................................................................... 21 附录 .................................................................................................................................................... 22
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摘 要
模糊控制理论是模糊数学在工程应用中的一个重要分支，其基本思想就是利用计算机来实现人的控制经验，它是模糊理论与计算机技术、自动化技术相结合的产物，由于其良好的控制特性而得到广泛应用。
本文应用ATMEL单片机AT89S52作为核心部件，并引用了模糊控制理论与现场调试相结合的办法编制出具有智能补偿的系统软件，从而克服了PID控制方式中存在的进入恒温状态所需时间长、控制精度低、PID参数设置方法不易掌握等缺陷而造成的时间和能源的浪费，使系统工作效率低下，不能很好满足使用的要求。实际运行表明，应用本系统控制技术而设计的即热式电热水器温度控制系统工作稳定可靠，控制精度高，过渡过程时间短。
本系统可以实现对热水器水温的实时控制，程序的可移植性强，有很好的推广、应用价值。性能达到目前国内的同类设备水平，且价格低廉。
关键词：模糊控制，PID控制，温度传感器，霍尔传感器
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ABSTRACT
The fuzzy control theory is an important branch in engineering applications of fuzzy mathematics. Its basic thought is using computer to realize people's control experience .It is the result of the fuzzy theory combined with computer technology and automatic technology. And it is widely used because of its good control characteristics.
This text uses single-chip microcomputer AT89S52 of ATMEL as the key part and have programmed system soft ware with intelligence compensation using the method of the fuzzy control theory combined together with field debug, thus overcomes the disadvantages of waste of time and energy existed in PID control method, caused by the long necessary time to reach constant temperature state, low control precision, difficulty to grasp the setting methods of PID parameters etc., which make systematic working efficiency low and can't meet the demand. Practical running indicates that the temperature control system of electric heater designed using this system control technology is steady and reliable, with high control precision and short transition time.
This system can realize the re al-time control of the temperature of the water heater, with strong portability of the procedure. It is worthy of popularization and application and its performance reaches the domestic similar equipment level at present, with low cost
Key Words：fuzzy control, PID control, temperature sensor, Hall's sensor
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第1章 绪论
1.1 模糊控制在家用电器中应用的意义
（1） 即电式热水器研究的背景和意义
近年来，热水器已经成为与人们生活密切相关的电器设备。它有安全、环保等特点，对安装的要求比较简单，不受空间限制，可以因地制宜。
模糊控制是以模糊集合论、模糊语言变量和模糊逻辑推理为基础的一种计算机数字控制技术。近几年来，随着人们生活水平的提高，住宅用户都有条件使用上述即热式电热水器，安全系数可以达到100%。通过检测，即热式比传统的热水器可节省40%能源。因为他既不需要预热，又不用保温，省去了大量的额外开支，给用户带来真正的实惠。即热式产品作为新型环保产品，在我国广泛使用是大势所趋符合现代消费潮流。 （2）模糊控制技术的优点
模糊控制力图对人们关于某个控制问题的成功与失败和经验进行加工, 总结出知识, 从中提炼出控制规则, 用一系列多维模糊条件语句构造系统的模糊语言变量模型, 应用CRI 等各类模糊推理方法,可以得到适合控制要求的控制量, 可以说模糊控制是一种语言变量的控制。
模糊控制具有以下特点:
(1) 模糊控制直接采用语言型控制规则, 出发点是现场操作人员的控制经验或相关专家的知识, 设计简单, 便于应用。
(2)模糊控制对那些数学模型难以获取、动态特性不易掌握或变化非常显著的对象非常适用。
(3) 模糊控制算法有利于模拟人工控制的过程和方法, 使之具有一定的智能水平。
除此, 模糊控制还有比较突出的两个优点:
第一, 模糊控制在许多应用中可以有效且便捷地实现人的控制策略和经验。 第二, 模糊控制可以不需被控对象的数学模型即可实现较好的控制。 模糊控制也有缺陷, 主要表现在: 1) 精度不太高; 2) 自适应能力有限; 3) 易
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产生振荡现象。
1.2 方案选择与方案论证
即热式热水器使用前无需加热，以做到即开即热，市场上的即热式热水器一般采用继电器调节加热档位，这种控制属于开环控制系统，在某一档位下，以固定功率加热，当入水温度或水压变化时，出水温度就会发生变化，需要重新调节加热档位。目前流行恒温式即热式热水器一般采用单纯的 PID 调节的方式控温，直接检测出水温度构成反馈控制系统这种单纯的反馈控制在水压恒定，入水温度不太低的情况下能满足控制要求，由于温度控制系统存在的滞后性，在水压波动，电压波动，入水温度变化等外界干扰较大的情况下可能会造成出水温度波动过大，调节时间过长，不能满足即热式热水器快速恒温的要求
因此我选择采用模糊控制器来实现即热式电热水器的控制，而模糊控制器直接采用语言型控制规则, 出发点是现场操作人员的控制经验或相关专家的知识, 设计简单, 便于应用。并且模糊控制对那些数学模型难以获取、动态特性不易掌握或变化非常显著的对象非常适用。而且模糊控制算法有利于模拟人工控制的过程和方法, 使之具有一定的智能水平。
我的设计方案的工作原理为：温度传感器及有关电路将电热水器出口温度
转化为电压，再通过A/D转换为数字量，单片机将测得的数字量转化为与之对应的温度值。与设定的温度相比较后，以偏差及其变化量为输入、加热量为输出，通过模糊控制算法，就可达到水温自调的目的，并加以显示。
1.3本研究课题研究内容
采用模糊控制算法实现热水器的温控，利用热敏电阻检测电热水器出水口温度，根据出水口温度与设定温度的差值及该差值随时间的变化率实施模糊逻辑控制。
课题主要要求：
1．阐述恒温模糊控制的原理； 2．基于单片机恒温模糊控制系统硬件结构的设计； 3．控制系统软件的编制；
4．绘制硬件结构图和软件流程图；
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