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1、1,模糊逻辑控制微波炉,一模糊逻辑控制微波炉 一般微波炉的工作过程：由用户确定利用微波炉进行 烹调的食品的类型和数量；由用户确定所需微波炉工作 时间 t 以后，予以予置；启动微波炉工作。,2,模糊逻辑控制微波炉,存在问题：根据食品的类型、数量、温度，以及容器等因素来设定微波炉的工作时间，往往需要有一定的经验。如果：微波炉工作时间过短：烹调效果不好；微波炉工作时间过长：对水份少的食品可能会产生过热碳化的现象。,3,模糊逻辑控制微波炉,微波炉采用模糊逻辑控制：可以根据食品的类型、数量、温度，以及容器等诸多因素，确定工作时间，以保证烹调的效果符合要求。,4,控制电路和结构框图,单片微机,红外检测,温
2、度检测,湿度检测,炉门检测,按键输入,磁控管控制,加热丝控制,炉腔照明,显示电路,报警电路,5,检 测 电 路,1控制电路和结构框图 检测电路 共有红外检测；温度检测；湿度检测 三个电路。,6,红外检测电路,红外检测电路 A作用：用于检测被烹调食物的内部温度。B组成：由红外敏感器件和放大电路组成。由红外检测电路所测出的食物的放射能量单片微机。通过处理、计算得到食物的内部温度T。,7,温度检测电路,温度检测电路 A作用：用于检测炉腔内部的温度，而 不是食物的内部温度。B组成：温度传感器。安装在炉腔内。C电路工作时间：在加热丝进行食物保温或特殊加 热时，使用温度检测器，以使炉腔 内的温度能保持在一
3、定的水平。与红外检测电路在不同工况时工作，起互补作用。,8,湿度检测电路,湿度检测电路 A作用：用与测定食物的含水量的多少。B组成：采用湿敏电容作为传感器，安装在 微波炉的排气孔附近。在微波加热过程中，含水量不同的食物的损耗系数不同。一般情况下，含水量越多的食物的损耗系数越大，所需微波加热的时间越短，效率越高。,9,按键和炉门开关,按键和炉门开关 按键 用于输入有关食物特征信号和控制信号。炉门开关 用于检测炉门的开启或关闭状态。,10,按键1-5,按键：设有九个按键：1-5，A，B，C，启/停。A 按键1-5：用于输入食品的类型（按介电性质即损耗系数和比热排列）。按键编号 1 2 3 4 5
4、食品类型 水 蔬菜 牛肉 肥肉 油类 汤类 精肉 面 油浸品 鱼 蛋,11,按键ABC和启/仃,B按键A、B、C 用于指示烹调方式：A 输入快煮方式。B 输入普通煮方式。C 输入慢煮方式。C按键 启/停 启动微波炉。,12,炉 门 开 关,炉门开关：用于检测炉门的开启或关闭状态。A炉门开启时：停止磁控管工作。B炉门关闭时：在磁控管工作时接通炉腔内的照明灯，便于观察炉腔内的情况。,13,磁 控 管 控 制 电 路,输出控制电路 磁控管控制电路 磁控管在固定的磁感应强度和稳定的阳极电压下工作，其输出功率恒定，效率也保持基本不变。磁控管控制电路：采用占空比调节磁控管输出功率平均值的方法。,14,加热
5、丝和炉腔照明控 制电路,加热丝控制电路 对加热丝的控制，可以采用移相调压电路，也可以采用占空比调节的方法。炉腔照明控制电路 是一个十分简单的开关电路。,15,显 示 和 报 警 电 路,显示和报警电路 显示电路 A.四个发光二极管（七段显示）。两位显示“分”，两位显示“秒”。B.指示灯一个：指示微波炉处于工作或停止状态。报警电路 由陶瓷喇叭组成。可用于在微波炉工作倒计时为零时，或微波炉空载时报警。,16,单 片 微 机,单片微机 它是一个控制器。根据输入的检测结果（温度、湿度、红外检测的结果）经过模糊推理 分别控制磁控管、加热器、报警电路等。单片微机应具有能满足性能要求的CPU，足够的A/D转
6、换器，相应的I/O口，一定的内存容量等。,17,模糊量与推理规则,2模糊量与推理规则 在模糊控制微波炉中，需要考虑的因数有五个：食物类型，食物重量，食物温升，工作功率和工作时间。模糊控制微波炉要求能自动推断：（A）被烹调食物重量；（B）烹调工作时间。,18,模 糊 量,（1）模糊量 在模糊控制微波炉中，应考虑六个物理量：工作时间t、食物重量m、食物比热C、输出功率P、加热效率和食物温昇T。,19,食物比热和重量模糊化,*加热效率：对固定的微波炉可看作常数；*食物（烹调）温昇T：一般为100左右。*其余的物理量模糊化：食物比热C（J/kg*）：小（S）、中小（MS）、中（M）、中大（MB）、大（
7、B）。食物重量m（kg）：很轻（VL）、轻（L）、中（M）、重（H）、很重（VH）。,20,输出功率和工作时间模 糊 化,输出功率P（Kw）：小（S）、中小（MS）、中（M）、中大（ML）、大（L）。工作时间t（min）：极短（VS）、短（S）、中短（MS）、中（M）、中长（ML）、长（L）、极长（VL）。,21,食物重量的推理1,（2）食物重量m的推理 模糊推理的输入量：食物比热C；食物被加热后的温昇T。模糊推理的输出量：食物重量m。,22,食物重量的推理2,模糊推理,食物比热C,食物被（短时）加热后的温昇T,食物重量m,23,食物重量的推理3,输出功率P 和加热效率 可认为是一个不变量。取
8、工作时间t#=20秒。食物加热t#（=20秒）后的温昇T，其模糊量为：很小（VS）、小（S）、中小（MS）、中（M）、中大（ML）、大（L）、很大（VL）共七个。,24,食物重量的推理4,推理条件语句：if C and T then m 最多可有35条规则。推理结果：得到食物重量的模糊量m*；再经过解模糊判决，得到食物重量的精确量m。,25,烹调工作时间的推理1,（3）烹调工作时间t的推理 烹调工作时间是微波炉工作的关键参数，其正确与否将影响食物烹调的效果。应防止食物因烹调不足而不熟，或因过度而焦化。烹调工作时间 t：t m CT/P,26,烹调工作时间的推理2,模糊推理的输入量：食物比热C；
9、食物重量m；加热输出功率P。模糊推理的输出量：烹调工作时间 t。可认为：加热效率 是一个不变量；一般烹调时T=100，解冻时T=25。,27,烹调工作时间的推理3,输出功率P,烹调工作时间 t,食物比热C,食物重量m,模糊推理,28,推理条件语句,推理条件语句：if C and m and P then t 为减少规则数目，简化设计，在烹调过程中可将：输出功率P固定为某个数值。仅考虑食物比热C和食物重量m两个输入变量，进行模糊逻辑推理。则：if C and m then t（P=Constant）例如：P=1000W P=600W P=200W 等。,29,推 理 结 果,推理的结果：得到烹调
10、时间 t*；再经过解模糊判决，得到烹调时间的精确量 t。烹调时间的精确量 t 减去食物重量m推理时的工作时间t#（=20秒），才是尚需的烹调时间t。t=t-t#=t-20(秒)(在显示器上显示),30,控制软件及其框图,3控制电路结构原理（略）4.控制软件及其框图 控制软件：由主控程序和过零中断程序组成。主控程序：进行模糊推理，微波加热，加热丝保温的过程控制；过零中断程序：周波记数；磁控管占空比控制；加热丝占空比控制。,31,主控程序,（1）主控程序 由五大部分组成：初始化 不定类型食物推理 特定类型食物推理 磁控管工作控制 加热丝工作控制,32,初 始 化,初始化 设置堆栈、置I/O初态、无
11、数字显示的代码等。,33,不定类型食物推理,不定类型食物推理（以中等比热、中等功率情况进行推理）用户将食品放入炉腔 关上炉门 按启动按键 不定类型食物推理程序段,34,特定类型食物推理,特定类型食物推理 在用户键入“食物类型（即食物比热）”和“烹煮方法（烹调功率）”后，启动微波炉。进行特定类型食物推理。,35,磁控管工作控制,磁控管工作控制 磁控管工作参数有：输出功率P和工作时间t。输出功率 P 是由用户以键盘入，工作时间 t 则由推理结果给出。对磁控管控制采用占空比控制方式。,36,加热丝工作控制,加热丝工作控制 加热丝工作用于保温控制。根据温度检测器测出的炉腔实际温度与保温温度的偏差，对加
12、热丝进行占空比控制。,37,过零中断程序,（2）过零中断程序 将交流电源变压器次级的交流低压信号整流，通过一级反向放大，得到过零正脉冲信号。经再次反向，得到过零中断请求信号。过零中断一经响应，进入过零中断程序。用于时间显示、周波计数、磁控管占空比控制，和加热丝占空比控制。,38,模糊逻辑控制电冰箱,二模糊逻辑控制电冰箱 家用电冰箱一般是双门冰箱，分为冷冻室和冷藏室两个部分。冷冻室用于冷冻食品和制冰。长时间存放，食品中的水份也会凝结成冰。冷冻室的温度为-6-18。冷藏室用于在较低的温度中存放食品。要求有一定的保鲜而不冻伤食物的功能。冷藏室的温度一般为 0 10。对家用电冰箱的要求是：较高的温度控
13、制精度和最优的节能效果。,39,系统结构框图,1系统结构,单片微机,冷藏室温度检测,霜厚度检测,冷冻室温度检测,温 度 给 定,电 源 检 测,压缩机控制,电热丝控制,风 门 控 制,温 度 显 示,40,输 入 部 件,（1）输入部件、输出部件和单片微机 输入部件 输入电冰箱内部状态、电源状态和用户设定的温度值等。输入部件包括:冷冻室温度检测电路;冷藏室温度检测电路;霜厚度检测电路;电源检测电路;温度给定电路等。,41,输出部件,输出部件 用于对压缩机、电热丝和风门的控制，以及温度显示。包括:压缩机通断控制电路;电热丝控制电路;风门控制电路;以及温度显示电路。,42,单片微机,单片微机 应能
14、满足控制功能的要求。（运算速度、存储容量、接口电路的种类及数量等）。,43,除霜控制,（2）除霜及温度控制 除霜控制 包括霜厚度检测和对电热丝的控制，其作用是用于冷冻室除霜。除霜控制过程：当冷冻室的霜的厚度凝结到一定程度时，开始进行加热除霜 加热丝通电，进行全电压加热除霜 霜的厚度下降 降低加热丝的控制电压 霜的厚度继续下降 直到除霜结束 断开加热丝电源。,44,除霜控制框图,模糊控制器,加热丝,e0,e0,ch,给定霜厚度,45,温度控制,温度控制 该系统是一个二输入二输出模糊控制系统：两个输入量：冷冻室温度；冷藏室温度。两个输出量：对压缩机的控制量 对风门的控制量。,46,温度控制框图,模
15、糊控制器,压缩机,风门,冷冻室温度设定,冷藏室 温度 设定,e1,e1,e2,e2,cp,cf,+,+,47,冷冻室温度控制,冷冻室温度控制：通过对压缩机的控制来实现。(模糊控制系统接收冷冻室的温度偏差 e1、温度偏差变化率e1后，进行模糊推理。然后，根据模糊推理的结果，对压缩机的工作进行控制Cp。),48,冷藏室温度控制,冷藏室温度控制：通过对风门的控制来实现。既与压缩机的工作状态有关，也和冷冻室的温度有关。（模糊控制系统接收冷藏室的温度偏差e2、温度偏差变化率e2，同时也要考虑冷冻室的温度偏差e1，经过模糊推理，决定对风门的控制Cf。）,49,注 意,*注意：在对压缩机进行控制时，必须注意
16、压缩机停机时间超过3分钟后，才能允许压缩机重新启动！,50,除霜控制,2 模糊量和模糊控制规则（1）除霜控制 霜厚度检测器将检测得来的霜厚度与给定的霜厚度相比较：得到霜厚度偏差e0和霜厚度偏差变化率e0 模糊控制器 控制信号Ch 控制加热丝工作。,51,霜厚度偏差、偏差变化率,霜厚度偏差e0的模糊量 取四个模糊量：零（Z）小（S）中（M）大（L）。全是正模糊量。实际上一般霜厚度的给定值为零，采样检测出的厚度即为霜厚度偏差e0。霜厚度偏差变化率e0的模糊量 三个模糊量：小（S）中（M）大（L）。也是正模糊量。,52,加 热 丝 控 制,加热丝控制 模糊量隶属函数采用单点形式：零（Z）低（L）中（
17、M）高（H）,53,除霜控制规则,除霜控制规则 if e0 and e0 then Ch e0 Ch Z S M L S Z M H H e0 M Z L M H L Z Z M H 例：if e0=M and e0=L then Ch=M；,54,冷冻室温度控制,（2）冷冻室温度控制 冷冻室温度控制的模糊量和控制规则 模糊化划分：A.冷冻室的温度偏差e1和温度偏差 变化率e1，都取五个模糊量：负大（NB），负小（NS），零（Z），正小（PS），正大（PB）。B.压缩机电机的控制信号Cp：只需取“通”（On）和“断”（Off）两种状态。,55,冷冻室控制规则,控制规则：if e1 and e1
18、 then Cp 实际上，在压缩机停机三分钟以内不准重新启动，以防止因压缩机的输入、输出两端压力不平衡，从而导致压缩机动力矩过大而烧毁压缩机电动机。为此，凡使压缩机电机接通电源的语句，均应有停压缩机时间的约束条件。设压缩机停机时间约束条件为Toff3分钟，则：凡使压缩机电机接通电源的语句（Cp=ON）的语句，其规则应为：if e1 and e1 and Toff then Cp（Cp=On）,56,冷藏室温度控制,冷藏室温度控制的模糊量和控制规则 模糊量：A.冷藏室的温度偏差e2和温度偏差 变化率e2，都取五个模糊量：负大（NB），负小（NS），零（Z），正小（PS），正大（PB）。B.风门的
19、控制量Cf 取单点输出，也取五个模糊量：零（Z），小（S），中（M），大（B），极大（VB）。它们分别是在风门控制范围中的平均值。,57,冷藏室控制规则,控制规则：分别考虑Cp=On 和Cp=Off的两种情况。在压缩机电机通电（Cp=On）时：if e2 and e2 then Cf（Cp=On）此时风门打开,主要传递压缩机蒸发器制冷所得的冷气。在压缩机电机断电（Cp=Off）时：if e2 and e2 then Cf（Cp=Off）此时风门打开,主要传递压缩机蒸发器制冷后的余冷及冷冻室的冷气。,58,控制系统的电路结构,3控制系统的电路结构（1）电源部分 5V稳压电源：对控制系统及单片微机
20、供电。电源过零检测电路：在电源的交流电压信号过零时产生负脉冲。对晶闸管进行移相控制时，作为同步信号用。电路电压检测：检测电源电压过低或过高，以便采取相应控制措施。,59,状态检测电路,（2）状态检测电路 冷冻室温度检测：通过温度传感器（-4-20）冷藏室温度检测：通过温度传感器（-4+14）霜厚度检测电路：由红外线发射管和光敏接收管组成。,60,温度给定和显示电路,（3）温度给定和显示电路 温度给定电路 温度显示电路,61,功率输出电路,（4）功率输出电路 压缩机控制用功率输出电路：单片机输出信号 经反相、驱动 功放 压缩机电机。加热丝控制用功率输出电路：加热丝控制电压有三种：175V，200V和220V。采用占空比控制方式。风门控制用功率输出电路：用一个小型步进马达。（例如：三相步进马达）,
