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1、图彳硬件原理框图摘要：温度传感器及有关电路将温度转化为电脉冲的脉宽，单 片机将测得的脉冲宽度的值转化为与之对应的温度值。与设定 的温度相比较后，以温度偏差及其变化量为输入、加热量为输 出，通过模糊控制算法，就可达到水温自动调节的目的。对任 意温度对应的脉宽还可进行自动测量，并加以显示。关键词：AT89C2051单片机模糊控制温度电热水器模糊控制比传统的 PID 等控制方法，在强时变、大时滞、非线性系统中的控 制效果有着明显的优势。将模糊控制技术应用于家电产品在国外已是很普遍的现 象。单片机是家用电器常用的控制器件，把二者结合起来，可使控制器的性能指 标达到最优的目的。基于模糊控制技术的单片机控
2、制的电热水器，是对传统的电 热水器开关控制的改造，具有达到设定温度的时间短、稳态温度波动小、反应灵 敏、抗干扰能力强、节省电能等优点。1 硬件电路总体设计电热水器水温自动调节器以AT89C2051单片机为核心，由多谐振荡器电路、 温度设定电路、单片机。设定温度显示电路、控制信号隔离输出电路等几部分组 成，结构框图如图1所示。 多谐振荡电路。由G1、G2、G3、G4、Rt、Rs、C组成，具体电路如图2。 其中Rt是具有负温度系数的热敏电阻（0100C时，阻值在31kQ之间变化）， 是本电路中的温度传感器，用环氧树胶涂于其外表后置于热水中。 Rs 是限流电 阻,限值很小，只有100Q。非门采用TT
3、L门74LS04电路，振荡周期T2.2RtC， 脉宽为1.1RtC。可见，脉宽与Rt有对应关系，因此，温度与脉宽也就有一 一对应关系。 AT89C2051单片机。本控制器的核心，模糊控制就是用它控制软件来实现 的。 温度设定电路。通过一个按键产生脉冲从INT1输入单片机来调节水温的 设定值。 设定温度显示电路。单片机将设定的温度值通过动态扫描的方法输出，数 码管上可直接显示设定温度。在自动测定各温度对应的T0的计数值时，还可用 来显示 TL0 的值。 控制信号隔离输出电路。通过光耦将加热强电电路与单片机隔离，防止其 干扰单片机的工作。单片机的输出控制信号控制两电热丝的断通，从而调节水温。设定显
4、示时间数字滤波取TLORG1G460,01 * F工图2多谐扳荡器电路C 0.056 u FII调显示子程序,显示TLO2 工作原理调测量子程 序测量水温时间到中断返回图3自动测量、INT1 先用于各温度值对应的脉宽计数器值的测量显示。中 断 1 的中断服务程序先固化自动测量、显示的中断服务程序如 图 3 所示。主程序不变，主程序如图4 所示。从 INT1 输入的设 定温度用的脉冲将引起中断，中断服务程序可对与一定水温对 应的电脉冲宽度的计数值（TL0）进行测量并显示，记下其数值 _后便可制定“温度表”（与一定温度对应的TL0值并存放于程显示的序存储器中的表），将“温度表”固化于程序存储器中。
5、然后, INT1再用于温度的设定，将中断1的服务程序换为预温温度的 程序，如图5所示。让定时器T1定时中断，配合软件计数器， 每隔5s测量1次温度的当前值。将测得的脉宽转化为温度值是这样实现的：先 让脉冲从INTO进入单片机，T0在INTO为高电平时开始定时，变为低电平时停 止，于是在TLO中得到脉宽对应的定时计数值，查找与“温度表”中与计数值一一对应关系的温度。将用的脉冲将引起中断，中断服务程序可对与一定水温对应 的电脉冲宽度计数值（TLO）进行测量并显示，记下其数值后便可制定“温度”（与一定温度对应的 TLO 值并存放于程序存储器中的表），将“温度表”固化于 程序存储器中。然后， INT1
6、 再用于温度的设定，将中断 1 的服务程序换为预置温度的程序，如图5所示。让定时器T1定时断，配合软件计数器，第隔5s测量 1 次温度的当前值。将测得的脉宽转化为温度值是这样实现的：先让脉冲从 INTO 进入单片， TO 在 INTO 为高电 平时开始定时，变为低电平时停止，于是在 TLO 中得到脉宽对应的定时计数值，查找与“温度表”中与计数值一一对的温度。将温度的测量值及前次测得的值分别存于一个存储单元，通过模糊控制程序以决定 两电热丝的断情况。初始化程序如下：MAIN： MOV TMOD，#1AH； T1工作于方式1，定时100ms；（配合软件计数器 定时 5s）； T0 工作于方式 2，
7、使用门控位，定时MOV TMO，#20 ； TMO为设定温度存储单元，设定初始温度为20CMOV TH0， #0MOV TL0，#0MOV TH1, #3CH ； T1 置产生 100ms 定时的初值(tosc=6MHz)。MOV TL1， #0B0HMOV TMER, #50 ； TMER 为软件计数器单元；50X100ms=5sSETB TR1 ；启动定时器 T1SETB EA ；开 CPU 中断SETB EX1 ；开外部中断 1SETB IT1 ；设定为边沿触发。SETB PX1 ；设定温度的中断优先级为高级中断。SETB ET1 ；开 T1 中断SETB P3.7 ；不加热SETB P
8、1.7初始化丁1中断、每览测定从 INTO输入的脉冲宽度入口 w延时去按键抖动数字滤波達化为相应的蘇取出从INT1输入的脉冲数，转化曲相应的温度模糊控制程序，以决定两电热丝的断通显示设定温度图4主程序3模糊控制的原理按键仍按下将设迄温度增加19增加到最大?模糊控制器的输入为测得温度与设定温度的偏差 E（E=t0-t;t0 为设定的水 温，t为测得的水温。）以及偏差的变化量AE （AE=t本-t前，其中t前为前次 测得的温度，t本为本次测得的温度），输出为电热丝加热量U。将E分为四个 模糊子集B （大）、M （中）、S （小）、N （负），对应温度的偏差为：10-1TM1T、 TM2CT0-TT
9、M1C、OCTO-T0）。AE 分为三个模糊子集 P（正）、 Z （零）、N （负、，对应的偏差变化量为：t本-t前A0、-A0T本-T前A0、T 本-丁前0）；电热丝加热量分为四个模糊子集B （大）、M（中）、S（小）、 Z （零），对应于二极电热丝的四种状态的组合：电热丝1电热丝2都加热、电 热丝 1 加热、电热丝 2 加热、电热丝 1 电热丝 2 都不加热（其中电热丝 1 的功率 大于电热丝 2 的功率、。模糊控制规则如表 1 所列。A EPZN表1表2E+A EA E0-1676534321210-10-1-24 模糊控制程序由单片机对温度进行测量，将本次测得的温度与设定的温度值相减得
10、到温度 的偏差E,并存储到存储单元TMS；将本次测得的温度减前次测量的温度，得到 温度的偏差变化量AE并存入存储单元TMCB；根据温度的偏差及偏差的变化量由 模糊控制表决定电热丝的断闭。如果将E的四个模糊子集N、S、M、B分别用数 字-1、1、3、6表示，AE的四个模糊子集N、Z、P分别用数字-1、0、1表示， 则根据模糊控制规则表1,可得到如表2所示的E+AEO将表2与表1对照可以 看出：当E+AEW0时，加热量为Z；当1WE+AEV3时，加热量为S；当3WE+AE5 时，加热量为M；当E+AE25时，加热量为B。故可编制所求的模糊控制程序。该温度控制器已应用于笔者家中自制的电热水器中，经几个月的使用证明非 常实用，且性能稳定。
