基于MSP430F149單片機(jī)與模糊控制的溫控儀設(shè)計(jì)

3 模糊控制規(guī)則表及軟件流程圖
3．1 建立模糊控制規(guī)則表
采用溫度誤差E和溫度誤差變化率Ec作為模糊控制器的輸入變量，溫度控制量U作為模糊控制器的輸出變量。系統(tǒng)中溫度誤差E、溫度誤差變化率Ec和溫度控制量U(單位：℃)的基本域分別為[-5，+5]，[-2，+2]和[0，1]。輸入語(yǔ)言變量的語(yǔ)言值取7個(gè)，輸出控制量用于控制繼電器驅(qū)動(dòng)電路。將占空比模糊控制量設(shè)定為0，1／4，1／2，3／4，1五個(gè)單點(diǎn)模糊量和1個(gè)控制風(fēng)扇吹風(fēng)的單點(diǎn)模糊量。輸出語(yǔ)言變量的語(yǔ)言值取6個(gè)。當(dāng)U=0時(shí)，單片機(jī)P3．5口置低電平，使風(fēng)扇控制電路工作；當(dāng)U=1時(shí)，加熱絲控制電路工作，且繼電器在1個(gè)周期內(nèi)全關(guān)斷；當(dāng)U=2時(shí)，加熱絲控制電路工作，且繼電器在1／4個(gè)周期內(nèi)接通，在3／4個(gè)周期內(nèi)關(guān)斷；當(dāng)U=5時(shí)，加熱絲控制電路工作，且繼電器在1個(gè)周期內(nèi)全接通。本控制系統(tǒng)選用三角函數(shù)、升半梯形函數(shù)與降半梯形函數(shù)作為輸入量語(yǔ)言值的隸屬函數(shù)，用脈沖函數(shù)作為輸出量語(yǔ)言值的隸屬函數(shù)。模糊控制規(guī)則如表1所示。
由模糊規(guī)則進(jìn)行推理可以得出模糊控制器語(yǔ)言規(guī)則的輸入輸出關(guān)系，其關(guān)系是一個(gè)非線性的關(guān)系曲面。當(dāng)偏差較大時(shí)，控制量的變化應(yīng)盡力使偏差迅速減??；當(dāng)偏差較小時(shí)，除了要消除偏差外，還要考慮系統(tǒng)的穩(wěn)定性，防止系統(tǒng)出現(xiàn)過(guò)沖，甚至引起系統(tǒng)振蕩。
3．2 軟件流程圖
主程序軟件流程如圖4所示。

溫度采集和顯示、鍵盤(pán)處理等在編程時(shí)作為相對(duì)獨(dú)立的功能模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)，并自主程序運(yùn)行中按照設(shè)定的流程來(lái)調(diào)用，完成相應(yīng)的任務(wù)后再返回主程序即可。

4 仿真分析
在Proteus仿真軟件中加入編譯后的HEX文件，使用分析圖表分析系統(tǒng)分析加熱器控制信號(hào)與風(fēng)扇控制信號(hào)輸出端口的占空比。當(dāng)輸入電壓為2．7 V時(shí)，系統(tǒng)的輸出顯示實(shí)際溫度為54℃，系統(tǒng)的設(shè)定溫度為55℃，此時(shí)P5．4輸出占空比為2：1的加熱器控制信號(hào)；而當(dāng)系統(tǒng)的實(shí)際溫度大于設(shè)定溫度時(shí)，系統(tǒng)輸出適當(dāng)?shù)娘L(fēng)扇控制信號(hào)以恒定的功率散熱，說(shuō)明滿足設(shè)計(jì)要求。

5 結(jié)語(yǔ)
本系統(tǒng)采用低功耗MSP430系列單片機(jī)作為控制核心，整個(gè)控制電路較簡(jiǎn)單，用模糊控制算法設(shè)計(jì)程序，設(shè)定溫度值與測(cè)量溫度值實(shí)時(shí)顯示，控制精度可達(dá)±0．5℃，在實(shí)際生產(chǎn)和生活中具有廣泛的實(shí)用性。