摘要：隨著電子信息技術(shù)的不斷發(fā)展，電子信息技術(shù)對(duì)于人們的生產(chǎn)生活都產(chǎn)生了巨大的影響，而且隨著電子信息技術(shù)向智能化方向發(fā)展，人們生活中出現(xiàn)了越來(lái)越多的智能電子產(chǎn)品。智能化電子產(chǎn)品主要來(lái)源于它的智能控制系統(tǒng)，當(dāng)前作為智能控制系統(tǒng)核心的為PLC、FPGA以及單片機(jī)。文章針對(duì)單片機(jī)的水溫恒溫模糊控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；水溫恒溫；模糊控制系統(tǒng)；智能控制系統(tǒng)；智能電子產(chǎn)品 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類(lèi)號(hào)：TP273 文章編號(hào)：1009-2374（2015）17-0026-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.17.013

單片機(jī)作為當(dāng)前電子產(chǎn)品的主要芯片之一，是當(dāng)前電子技術(shù)人員最為熟悉的電子芯片，單片機(jī)又稱(chēng)為微處理器，與處理器不同的是其可裁剪性、可移植性以及針對(duì)性都是十分優(yōu)秀的，當(dāng)前單片機(jī)根據(jù)位數(shù)分為4位、8位、16位和32位單片機(jī)，我相信在不久的將來(lái)，將會(huì)出現(xiàn)64位單片機(jī)，首先根據(jù)功能來(lái)區(qū)分，可分為低端市場(chǎng)的4位、8位和16位單片機(jī)，單片機(jī)主要是跑裸機(jī)程序，也就是不帶操作系統(tǒng)的程序，此類(lèi)單片機(jī)可用于做一些簡(jiǎn)單的控制作用，而針對(duì)高端單片機(jī)32位單片機(jī)又分為控制類(lèi)單片機(jī)和操作類(lèi)單片機(jī)，例如32位的STM32系統(tǒng)單片機(jī)主要用于做控制類(lèi)單片機(jī)，一般情況下是直接跑裸機(jī)程序，如果是針對(duì)復(fù)雜的項(xiàng)目則可以運(yùn)行UCOS、UCOSII和UCOSIII系統(tǒng)的操作系統(tǒng)，在四軸飛行器上所使用的單片機(jī)則是運(yùn)行著UCOSII系統(tǒng)的stm32單片機(jī)；操作類(lèi)的單片機(jī)主要用于做一些高端的電子產(chǎn)品，例如智能手機(jī)、智能MP5，攝像機(jī)等高端智能產(chǎn)品，其結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，需要使用嵌入式技術(shù)來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

本文設(shè)計(jì)的單片機(jī)的水溫恒溫模糊控制系統(tǒng)則需要單片機(jī)，但是根據(jù)其控制情況而言，使用8位的單片機(jī)便足以滿足電路的實(shí)際需求。

1 電路硬件設(shè)計(jì)

單片機(jī)的水溫恒溫模糊控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)所使用的主要的芯片便是單片機(jī)，編寫(xiě)單片機(jī)程序，通過(guò)單片機(jī)引腳對(duì)實(shí)際的電路情況進(jìn)行控制，基于單片機(jī)的水溫恒溫模糊控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)的水溫控制系統(tǒng)而言，其先進(jìn)性主要在于它的智能控溫這一特點(diǎn)，通過(guò)單片機(jī)的智能控溫系統(tǒng)使得熱水器能夠充分節(jié)約電源，這對(duì)于節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境、維持發(fā)展有重要的意義。

1.1 整體設(shè)計(jì)

如圖1為基于單片機(jī)的水溫恒溫模糊控制系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)圖，根據(jù)圖1可得，單片機(jī)為整個(gè)電路中的核心芯片，當(dāng)前眾多的電子智能產(chǎn)品中都是采用單片機(jī)為整個(gè)電路的控制核心，加上其他的外圍電路來(lái)實(shí)現(xiàn)自己想要的功能，基于單片機(jī)的水溫恒溫模糊控制系統(tǒng)使用的是最為普遍的8位單片機(jī)51單片AT89C51，AT89C51單片機(jī)共有40個(gè)引腳，4個(gè)IO端口（P0、P1、P2和P3），其中AT89C51單片機(jī)的P3端口具有第二功能可作為其他作用使用，其他控制功能使用單片機(jī)的P0～P23個(gè)端口就足夠了（P0端口需要外接上拉電阻，其他端口自帶有）。從圖1中可得基于單片機(jī)的水溫恒溫模糊控制系統(tǒng)主要是分為溫度采集電路、預(yù)置電路、電源、單片機(jī)、液晶顯示電路、控制電路以及加熱器，通過(guò)軟件編程對(duì)實(shí)際電路進(jìn)行控制。

1.2 溫度采集電路

設(shè)計(jì)將溫度檢測(cè)單元作為熱水器的開(kāi)關(guān)并在左側(cè)、右側(cè)和底部分別安裝一個(gè)加熱片，這樣可以提高溫度檢測(cè)的準(zhǔn)確性。避免加熱不均所帶來(lái)的溫度檢測(cè)誤差，使用的溫度采集裝置為DS18B20溫度傳感器，DS18B20傳感器體積小、靈敏性高、成本低，能夠滿足單片機(jī)的水溫恒溫模糊控制系統(tǒng)實(shí)際的溫度采集需求，通過(guò)采集DS18B20傳感器引腳的電平變化，可以測(cè)出實(shí)際的DS18B20傳感器溫度系數(shù)，根據(jù)公式可以計(jì)算出實(shí)際的溫度，溫度誤差與實(shí)際單片機(jī)控制有關(guān)，通常的單片機(jī)程序都能將溫度誤差控制在0.5℃以內(nèi)，根據(jù)系統(tǒng)實(shí)際的靈敏度的需求，需要根據(jù)實(shí)際要求設(shè)計(jì)程序算法來(lái)減少溫度誤差，需要注意的是DS18B20傳感器的最高溫度最好不要超過(guò)150℃，否則容易將傳感器損壞，導(dǎo)致傳感器靈敏性降低。

1.3 預(yù)制電路

主要是單片機(jī)的一些工作電路以及整個(gè)電路的穩(wěn)定、安全的保護(hù)電路。

1.4 電源電路

水溫恒溫模糊控制系統(tǒng)中單片機(jī)使用的電源電壓為5V，所以電路需要將220V、50Hz的電路轉(zhuǎn)為5V直流電壓，如果超過(guò)5V電壓容易損壞單片機(jī)和其他電路，所以單片機(jī)的水溫恒溫模糊控制系統(tǒng)的電源是一個(gè)穩(wěn)壓的5V電源，并且在電路中還需要設(shè)計(jì)電路保護(hù)系統(tǒng)，其作用主要是用于電流過(guò)載保護(hù)，主要使用鉭電容來(lái)實(shí)現(xiàn)。

1.5 顯示電路與按鍵

單片機(jī)的水溫恒溫模糊控制系統(tǒng)所使用的顯示電路為12864液晶顯示屏，顯示電路主要是動(dòng)態(tài)顯示實(shí)際的水溫值，至于顯示的靈敏度則需要根據(jù)實(shí)際的單片機(jī)程序來(lái)決定，顯示的溫度范圍0℃～100℃，此外還設(shè)有按鍵電路來(lái)對(duì)水溫值進(jìn)行設(shè)置，用戶可以根據(jù)自己的實(shí)際需要來(lái)設(shè)置水溫的大小，按鍵主要是4*4的矩陣鍵盤(pán)，可以通過(guò)鍵盤(pán)上的0～9數(shù)字以及確定、取消按鍵進(jìn)行實(shí)際電路控制。

1.6 控制電路和加熱器

加熱器采用有加熱功能的加熱棒，而控制電路的作用對(duì)象便是加熱棒，所以控制電路需要使用ADC數(shù)模裝換芯片將單片機(jī)的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)變實(shí)際的模擬信號(hào)，在對(duì)實(shí)際控制電路進(jìn)行控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)加熱棒的控制，控制電路等同于一個(gè)開(kāi)關(guān)，單片機(jī)通過(guò)DS18B20傳感器所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，之后再通過(guò)控制電路判斷是打開(kāi)加熱棒還是關(guān)閉加熱棒。

2 電路軟件設(shè)計(jì)

單片機(jī)的水溫恒溫模糊控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)主要是針對(duì)單片機(jī)的控制程序設(shè)計(jì)，在單片機(jī)的水溫恒溫模糊控制系統(tǒng)程序中主要涉及到了一個(gè)模糊算法的概念。一般單片機(jī)設(shè)計(jì)主要是需要建立精確數(shù)學(xué)模型來(lái)設(shè)計(jì)算法，而模糊算法便是針對(duì)一些難以確保其實(shí)際情況參數(shù)確定的數(shù)學(xué)算法，眾所周知溫度是動(dòng)態(tài)的，而單片機(jī)控制系統(tǒng)是十分精確的，所以模糊算法對(duì)單片機(jī)引腳所有采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，而得到一種實(shí)際的精確數(shù)值的算法。假設(shè)不通過(guò)模糊控制器這一環(huán)節(jié)，如果當(dāng)前這種算法還是存在一定的誤差，就需要提高單片機(jī)的控制精度，改進(jìn)算法或者是重新設(shè)計(jì)算法，這顯然是大大超出了實(shí)際的成本價(jià)值。所以在單片機(jī)的水溫恒溫模糊控制系統(tǒng)中采用模糊算法來(lái)編寫(xiě)單片機(jī)程序，進(jìn)而達(dá)到系統(tǒng)實(shí)際的自動(dòng)控制效果。

模糊算法主要用于單片機(jī)的水溫恒溫模糊控制系統(tǒng)的溫度采集以及控制分析中，而用戶通過(guò)鍵盤(pán)所設(shè)定的溫度則是模糊算法的運(yùn)行電路控制標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于用戶溫度輸入值則是通過(guò)單片機(jī)自身的數(shù)據(jù)處理功能來(lái)實(shí)現(xiàn)，需要編寫(xiě)鍵盤(pán)控制程序?qū)︽I盤(pán)輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，之后再通過(guò)模糊算法進(jìn)行控制，進(jìn)而達(dá)到系統(tǒng)的恒溫自動(dòng)控制的目的。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，通過(guò)對(duì)單片機(jī)的水溫恒溫模糊控制系統(tǒng)的硬件電路和單片機(jī)軟件程序的設(shè)計(jì)進(jìn)行全面的分析，我們對(duì)于電路整體設(shè)計(jì)以及運(yùn)行情況都能一目了然，但是在實(shí)際電路運(yùn)行中還需要考慮實(shí)際電路環(huán)境對(duì)于電路的影響，以及系統(tǒng)的穩(wěn)定性情況。單片機(jī)的水溫恒溫模糊控制系統(tǒng)所面臨的對(duì)象是水，所以整個(gè)系統(tǒng)電路需要做好防水措施，同時(shí)還需要注意實(shí)際溫度對(duì)電路的穩(wěn)定性的影響，以保證單片機(jī)的水溫恒溫模糊控制系統(tǒng)能夠穩(wěn)定的運(yùn)行，所以針對(duì)單片機(jī)的水溫恒溫模糊控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，除了需要重視電路本身的功能之外，還需要注意外接環(huán)境對(duì)于電路穩(wěn)定的影響，這樣設(shè)計(jì)出來(lái)的產(chǎn)品才能算是一個(gè)合格的產(chǎn)品。

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作者簡(jiǎn)介：張豐（1982-），女，遼寧錦州人，供職于黑龍江省綏化學(xué)院，碩士，研究方向：控制理論及其應(yīng)用。

（責(zé)任編輯：周 瓊）