基于模糊控制的无线温度控制系统设计

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1、基于模糊控制的无线温控系统设计宗晓萍1，李燕2，刘巍1(1.河北大学电子信息工程学院河北保定071002；2.河北机电职业技术学院河北邢台054000)摘要：介绍了一种利用模糊控制器实现无线温度控制系统的设计方案。此方案以工业用电阻炉为控制对象，下位机将PT100测量温度反馈量无线传送给上位机，上位机采用模糊控制算法，将控制输出量以无线通信的方式传送给下位机，构成闭环控制系统。其中执行机构以PWM输出方式对电阻炉温度进行控制。关键词：模糊控制；PT100测温；无线通讯；PWM中图分类号：TP311文献标识码：ATheDesignfo

2、rWirelesstemperaturecontrolsystemBasedonFuzzyControlXiao-PingZongYanLiWeiLiu（1.CollegeofElectronicandInformationalEngineering,HebeiUniversity,BaoDing071002;2.HebeiInstituteofElectricalandMechanicalTechnology,HebeiXingTai054000)Abstract:Wirelesstemperaturecontrolsystemi

3、sdesignedbasedonFuzzycontrolinthispaper.Theclosed-loopsystemiscomposedofslavemachinesandmastermachines.PT100thermalresistancessensorsisusedfordetectingthetemperatureintheslavemachinesandfuzzycontrollogicisusedforcontrollingtemperatureinthemastermachines.Thecommunicatio

4、nbetweenslavemachinesandmastermachinesisimplementedbywirelessmodules.Keywords:Fuzzycontrol;PT100;Wirelesscommunication;PWM1引言温度控制广泛用于生产生活当中，在粮食储存，数字农业，医疗监控等行业尤其重要。随着现代工业技术的发展,被控对象和生产过程日益复杂,系统的非线性、时滞性和环境的不稳定性导致难以建立精确的数学模型,这使传统控制技术受到了严峻的挑战。模糊控制技术的控制算法由控制规则和推理机构组成,能方便地描述控

5、制操作人员的控制经验,不需要被控对象的数学模型,便可达到较好的控制效果,非常适用于温度控制系统。本系统以模糊控制器作为基础，由单片机配合Pt100铂电阻两线制测量电路和无线通信模块nRF24L01，构建了一个简单可行的无线温度控制系统，该系统有控制精度高，成本低，功耗低，无需布线和搭建网络等优点，在以电阻炉为控制对象的控制系统中，达到了满意的控制效果。2系统整体设计方案系统由一个上位机和一个下位机构成。系统结构如图1所示，下位机采集温度数据并通过nRF24L01无线模块将数据发送给主机，上位机通过USB接口将数据传送给PC机，由La

6、bWindows/CVI设计模糊控制器计算输出控制量。Pt100测量电路NRF2401无线模块PWM输出C805f330单片机CY7C68013单片机NRF2401无线模块PC机模糊控制器(a)下位机(b)上位机图1系统结构组成广义对象3下位机系统的硬件和软件设计下位机硬件系统由C8051f330单片机，传感器测量电路，PWM输出模块和无线模块构成。如图2所示，传感器测量电路由pt100两线制测量电路构成，根据铂电阻阻值会随着温度的变化而改变的规律，在前置放大电路中采用电桥法将阻值变化转换为电压变化，产生随温度变化的模拟电压信号，经

7、过C8051f330的内部AD转换器将模拟量转换为数字量，再根据前置电压放大倍数和铂电阻非线性计算公式推出当前温度值。PWM输出模块由光电耦合器和继电器构成，由C8051f330单片机控制PWM输出，正脉冲宽度由上位机模糊控制器计算后提供。PWM脉冲经过光电耦合器后控制220V继电器开关，可直接作用于执行机构。图2下位机测量电路下位机软件设计主要完成Pt100温度计算和PWM脉宽调制。其中PWM脉宽调制采用C51语言，在keil4编译器上调试编译通过。voidPCA_ISR(void)interrupt11{unsignedchar

8、a;bitPWM_PAC;CF=0;if(PWM_PAC==0)//占空比由0>>0xfe{PCA0CPH0=a;a++;if(a==0xfe){PWM_PAC=1;}}else//占空比由0xfe>>0{PCA0CPH0=a;a--