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1、单片机在电冰箱智能模糊控制中的应用收稿日期:2003-01-20 修订日期:2003-06-04作者简介:江明(1965-),男,安徽芜湖人,安徽工程科技学院电气工程系副教授,硕士。硕士生导师,主要从事机电控制技术研究。单片机在电冰箱智能模糊控制中的应用江明1;王龙明2(1.安徽工程科技学院电气工程系,安徽芜湖241000;2.安徽芜湖卷烟厂,安徽芜湖241000)摘要:介绍了采用模糊控制技术实现冰箱温度控制,包括食品表面温度的模糊检测、基于三星单片机的模糊控制器、硬件电路和软件的设计。关键词:冰箱温控;模糊控制;单片机中图分类号:TP273+?4;T M925?21 文献标识码:A 文章编号
2、:1001-4551(2003)04-0027-03Application of Freezer T emperature Fuzzy Contool B ased on Single Chip MicrocomputerJ I ANG Ming 1,W ANGLong 2ming 2(1.Department o f Electrical Engineering ,Anhui Univer sity.o f Technology and Science ,Wuhu 241000,China ;2.Wuhu Cigarette Factory ,Wuhu 241000,China )Abstr
3、act :This paper introduces a freezer temperature control based on fuzzy control ,it includes surface temperature of food fuzzy measured ,design of fuzzy controller ,hardware circuit and s oft program based on single chip microcomputer of samsung electronics C o.,ltd.K ey w ords :freezer temperature
4、control ;fuzzy control ;single chip microcomputer1前言电冰箱作为应用较为普及的家用电器,近年来,随着微电子技术、传感器技术以及控制理论的发展,其呈现迅猛发展,电冰箱向大容量、多功能、无氟、节能、智能化、人性化方向发展,因此传统的机械式、简单的电子控制难以满足现代冰箱的发展要求。电冰箱一般设有冷冻室和冷藏室。冷冻室的温度为:-16-24。冷藏室的温度为:28。电冰箱控制的主要任务就是保持箱内食品最佳温度,达到食品保鲜的目的。由于冰箱内温度受多种不确定因素影响,如放入冰箱中物品的温度、热容量以及物品的充满率、开门的频繁程度等,冰箱内的温度场的数学模
5、型很难建立,因此无法用传统的控制方法实现精确控制,采用模糊控制技术可以方便地提高控制精度,配以电子温度检测,对压缩机的工作状态进行调节,达到精确控温和节能的目的。2模糊控制系统的硬件构成针对电冰箱的冷冻室和冷藏室温度控制,常采用双温单控和双温双控的方法。本系统采用双温双控分别对冷冻室、冷藏室实行模糊控制。 本控制器选择了三星单片机系列中的1种8位单片机K S86C4208,构成控制器的核心,它在30脚的封装内集成了下列功能:片内8K B OTP 程序存储器、片内256字节RAM 、4个可编程I/O 口、2个8位定时/计数器、12个10位A/D 转换器、2个12位PW M 输出、一个IIC BU
6、S 接口、一个串行I/O 口和一个具有9个中断源的中断系统,控制器的电路原理图,如图1所示。2.1检测电路构成 电冰箱的检测是影响电冰箱性能的主要因素,它包括被控温度检测、电源电压检测和门状态检测。2.1.1温度检测电冰箱的温度检测包括冷冻室、冷藏室、蒸发器和环境温度测量。温度传感器采用精度高、性能可靠、寿命长、价格低廉的热敏电阻,配3只电阻构成如图1所示的简单测温电路,由传感器和电阻分压构成可靠的取样信号,信号无需放大,直接送给单片机A/D 转换接口,由软件实现线性化和数字滤波。测温精度在宽范围内:-50+50,达到0.5。?72?机电工程2003年第20卷第4期 M echanical &
7、E lectrical Engineering M agazine V ol.20N o.42003图1系统硬件电路原理图2.1.2电冰箱断电时间检测电路为了克服传统的电子温控冰箱的控制器重新上电,无论压缩机断电时间是否已超过5min ,都需要再延迟5min 后,才能启动压缩机的缺陷。根据电容充放电延迟的特性,通过单片机对上电瞬时电容上的电压采集,就可确定电冰箱停电(压缩机停机)是否已超过5min 。2.1.3电源电路与过欠压检测电源电路与过欠压检测电路由变压器,整流桥、滤波电路、压敏电阻、集成稳压器构成。2.2电冰箱控制输出电路电冰箱控制电路包括压缩机控制电路、电磁阀控制电路、电加热丝控制电
8、路、门灯控制电路,它们的结构类似,通过单片机的输出口线驱动相应的继电器,控制不同的控制执行部件。3模糊控制器的设计目前,电冰箱正向大容量、多门无氟、准确控温保鲜等方向发展。为了实现各室的准确控温,本设计控制温度的手段采用模糊制技术控制压缩机的开停、电磁阀的得失电和循环风机的开停等。模糊控制器的设计,包括:制冷的工作状态、输入变量的选择、取值范围的确定、输入输出变量隶属度函数的类别、模糊推理规则和算法的确定等。3.1模糊控制的构成冰箱的作用是保持食品的低温存储,仅仅保持冰箱的室温是不够的,高性能的冰箱要有自动检测食品温度的功能,以此来确定工况,控制压缩机的开停、电磁阀的得失电和循环风机的开停等,
9、确保不出现过冷现象。模糊控制器的框图,如图2所示。图2模糊控制器的框图3.2食品温度初判考虑到控制精度和简化程序的要求,定义冷冻室温度T d 02,-24和冷藏室温度T c 01,10,以冷冻室为例模糊化子集分为低(L )、中(M )、高(H )3?82?M echanical &E lectrical Engineering M agazine V ol.20N o.42003 机电工程2003年第20卷第4期挡。冷冻室温度变化率d T d 0/d t 的论域为-5,5,模糊子集定义为小(S )、中(M )、高(H )3挡,冷冻室食品温度T d 1的初判的论域为-18,20,模糊子集定义为低
10、(L )、中(M )、高(H )3挡,模糊化推理表如表1。3.3食品温度的修正食品温度的修正是根据门状态检测和环境温度检测,由模糊推理得到修正系数模糊化推理表如表2所示。表1冷冻室食品温度初判模糊化推理表T 0d T 0/d tB M S H H H M M H H L LMLL表2食品温度的修正模糊化推理表T 0T kL M S H B B M M B B M LMSS3.4模糊控制决策确定食品温度初判值与修正系数通过乘法器运算后,得到温度推论值,同时通过微分运算,得到食品的温度变化率,将它们作为制冷工况模糊推理的输入变量,通过模糊推理得到制冷的控制决策。以冷冻室为例模糊化子集分为低(L )
11、、中(M )、高(H )3挡。冷冻室温度的推论的论域为2,-24,冷冻室温度变化率d T d /d t 的论域为-5,5,其输出变量为(PB )、(PS )、(ZO )、(NS )、(NB ),对应控制压缩机的开、停,风机的转速和电磁阀的得、失电。4系统软件设计本系统软件由主程序、中断服务程序和多个子程序组成,主程序流程图,包括初始化程序和主循环程序如图3所示。压缩机控制及保护子程序,如图4所示。5结论在模糊检测和控制技术的基础上,采用三星单片机实现冰箱温度控制,达到了冷藏、冷冻室温度的准确控制,既改善食品的保鲜功能,又大大减少了冰箱的耗电量,现已在某名牌冰箱厂批量生产。图3主程序流程图图4压缩机控制及保护子程序参考文献1Microcontroller USER S Manual Z.Samsung E lectronicsC o.,ltd ,1999.2李士勇.模糊控制?神经控制和智能控制论M.哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,1996.3李广弟,朱月秀,王秀山.单片机基础M.北京:北京航空航天大学出版社,2001.4余永权,李小青,陈林康.单片机应用系统的功率接口技术M.北京:北京航空航天大学出版社,1992.?92?机电工程2003年第20卷第4期 M echanical &E lectrical Engineering M agazine V ol.20N o.42003
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