基于模糊控制的气体流速仪

　　在工业生产过程中,往往需要对气体的流速进行测量与控制,目前已有的各种流速测定仪虽各有优点,但还有不尽如人意的地方。本文介绍一种基于89C51单片机,测量范围为0～1000 sccm的流速测定仪,此测定仪操作简单,计算精度高,抗干扰能力强,且成本低廉,有着广阔的市场前景。

　　1　工作原理

　　气体流测定仪原理框图如图1所示。

　　由传感器测得的模拟信号需经低通滤波和电压跟随后进入AD转换,变为数字量,然后送入单片机系统,由数码管显示实时测量值。通过键盘输入设定值,按下Enter键后,设定值与当前测量值进行比较,用得到的偏差值对步进电机惊醒控制,通过步进电机的正反转来控制针形阀的开启大小,从而使当前流速达到设定值。

　　2　器件选择

　　(1)传感器

　　选用Honeywell公司的AWM3300V,此器件利用热传导原理进行流量感测,内部有热控电路、感测电路与线性放大电路,故不需外界任何机构或电路,表1是一些此传感器的参数。

　　(2) AD转换器

　　由于传感器的灵敏度为4 mV/sccm,输出电压Vout为1～5 V,我们所选用的AD的误差必须保持传感器的或小于传感器的误差,所以所选位数满足:

　　在这里,选用具有SPI三总线的12 b AD转换器,这样既保持了系统的误差,又节省了单片机I/O口资源。

　　(3)数码显示

　　采用Maxim公司的MAX7219,可同时驱动8个共阴数码管, 4个用来显示实时测量值, 4个用来显示设定值。MAX7219内部具有数据寄存器和控制寄存器,分别为译码控制寄存器,亮度控制寄存器,扫描控制寄存器,掉电控制寄存器和测试控制寄存器。并可以通过改变Iset端所接电阻大小来调节数码管的亮度,电阻值最小取9.53Ω。

　　3　线性插值

　　从AD转换进入单片机的是电压的二进制值,而要显示的是气体的流速。图2所示是气体流速对应的电压值,用标准气体测量仪测得13个流速与电压对应点,所以认为这13个点为准确值。这里用抛物线插值法实现不同电压值所对应的气体流速。

　　4　流速的模糊控制

　　对于传统的控制方法,都需要事先知道被控对象的精确数学模型,才能进行有效控制,而对于气体流速等系统,无从知道其数学模型,或者参数特别多,数学运算特别复杂,而模糊控制是一种非线性控制,具有人的智能化,所以模糊控制正适合对这种非线性系统进行控制。

　　在此模糊控制系统中,采用设定值和实时流速之偏差E和偏差的变化C作为二维模糊控制系统的2个输入量,U作为控制量,他们的模糊子集分别为: