基于8051单片机的微波炉模糊控制系统

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1、第10卷第2期兰州工业高等专科学校学报Vol.10,No.22003年6月JournalofLanzhouPolytechnicCollegeJun.,2003文章编号:1009-2269(2003)02-0025-04基于8051单片机的微波炉模糊控制系统黄晓峰,马慧霞(兰州工业高等专科学校电气工程系,甘肃兰州730050)摘要:介绍了一种基于8051单片机的微波炉模糊控制系统。根据8051单片机的特点及微波炉的控制要求,使其与模糊控制算法相结合,提出对微波炉的一种新型控制方法。详细阐述了这种微波炉控制系统的

2、软、硬件设计思想,并给出了系统的控制算法。关键词:微波炉;8051单片机;模糊控制中图分类号:TM925.54;TP368.1文献标识码:A微波炉作为常用的家用电器之一,已广泛进入了家庭生活。其类型从最初的机械控制发展到目前的电[1]脑控制。控制方法通常是用户根据经验,采用键盘输入的形式选择加热输出功率和加热时间、加热温度。使用此方法,造成烹调过程中微波炉的功率难以自动控制,造成食物过、欠烹调。随着计算机的发展,引入先进的控制算法,使微波炉趋向于智能化已成为可能。采用模糊控制算法的微波炉由于加工的可靠性、易操作

3、性已在欧美等发达国家的家庭中越来越受到人们的喜爱。8051单片机由于其价格的低廉、实用性强,在家用电器中常作为控制元件。1微波炉加工食品工艺过程分析微波炉加工食品的过程中,影响食品烹调的因素有:食品的品质、种类、容器、重量等。在接通磁控管加热前,应用重量传感器、红外线温度传感器和湿度传感器,分别对食品的重量、温度、湿度、形状等检测,利用这些数据经A/D转换后送入单片机,单片机对这些数据进行处理分析后,根据用户输入的食品类型进行模糊控制运算,来自动选择食品的烹调工艺,并在烹调过程中使微波输出功率不断得到调整。控制

4、框图如图1所示,即用户只要按下食品类型键、运行键,整个烹调过程便在单片机的控制下自动完成。2系统硬件组成2.1微波炉的整机电路图简介根据控制要求,设计出微波炉的整机电路图如图2所示,图中S1为安全门联锁开关,S2为安全门监控开关,将开门关门的信息送入8051单片机处理。通过控制双向可控硅在一定时间内的通断率,就可以调整微波炉在这段时间内的平均输出功率,即控制磁控管工作时间,双向可控硅由模糊控制器的输出u控制。2.2控制器硬件组成该控制器的硬件组成主要由以8051为核心的数字控制部分、红外温度检测部分、湿度检测部

5、分、重量检测部分、A/D转换部分、输出磁控管控制、旋转电机控制、风扇电机控制、人机接口(键输入)等部分组成,如图3所示。红外传感器采用NJL9103,其电热堆TD和温度补偿二极管封装在一体,有较好的温度补偿效收稿日期:2003-03-06作者简介:黄晓峰(1969-),男,甘肃甘谷人,讲师.·26·兰州工业高等专科学校学报第10卷[1]应,由于该温度传感器的内阻较高,其初级放大器选用FET放大器。重量检测采用应变电阻构成的桥式电路,为了提高抗干扰性,采用差动放大电路;A/D转换器采用AD0832;显示部分采用L

6、ED数码管显示,为了节省并口采用8051的串口输出显示字符;门检测为了安全,8051采用中断方式采集门控信号,并设置中断级别最高。图1控制过程图2整机主电路图3控制器硬件组成3模糊控制算法由于微波炉的控制精度要求不高,采用“查询表”的方式设计模糊控制器,其方法是:将模糊控制规则转[2]化为一个查询表即控制表,将该表存储在8051单片机ROM中供在线控制使用。第2期黄晓峰,等:基于8051单片机的微波炉模糊控制系统·27·3.1确立模糊控制器的结构微波炉模糊控制器是根据加工食品的类型最终实现温度控制,通过对食品的

7、温度的检测,判断食品是否烹调好,所以选择食品的温度误差E及温度误差的变化EC作为控制器的输入量,输出的变量为控制量u,因此它是一个二维的模糊控制器。对温度误差E及温度误差的变化EC,控制量u的模糊集极其论域定义如下:u和ΔE的模糊集为NB,NS,O,PS,PBE模糊集为NB,NS,O,NP,PS,PBE和ΔE的论域为E=ΔEuNB,NS,O,NP,PS,PB3.2确立模糊变量的赋值表模糊变量误差E与变化误差ΔE及控制量u的模糊几集的论域确定以后,确立语言变量的隶书函数,即对模糊变量赋值,根据控制要求利用控制规则

8、u=-<(E+αΔE)>得出控制规则表,如表1所示,式中α为调整因子,可根据食物的重量、湿度、类型单片机自动选择,本规则表中α取1。表1控制规则查询表ΔEuNBNMNSOPSPMPBPB0+S+M+L+L+L+LPM0+S+M+L+L+L+LPS-S+S+S+S+M+M+LEO-S000+S+S+SNS-M-M-S-S00+SNM-L-L-M-M-S00NB-L-L-L-L-M-S04