度控制模塊對加熱模塊進(jìn)行控制加熱，當(dāng)I e I <e。時， 采用基于自適應(yīng)PID控制的PffM控制方法通過溫度控制模塊對加熱模塊進(jìn)行控制加熱，使 水溫最終達(dá)到目標(biāo)水溫T w。
[0041] 其中，所述采用Bang-Bang變結(jié)構(gòu)控制方法通過溫度控制模塊對加熱模塊進(jìn)行控 制加熱，具體包括：
[0042] 來回轉(zhuǎn)變使用Bang-Bang變結(jié)構(gòu)控制函數(shù)的最大值和最小值，從而控制溫度控制 模塊的斷電和通電狀態(tài)，進(jìn)而控制加熱模塊加熱，使水溫升高。
[0043] 其中，所述采用基于自適應(yīng)PID控制的PffM控制方法通過溫度控制模塊對加熱模 塊進(jìn)行控制加熱，具體包括：
[0044] 根據(jù)所述水溫差值和所述差值變化率選取自適應(yīng)PID控制參數(shù)：比例系數(shù)KP、積 分系數(shù)K 1和微分系數(shù)K D;
[0045] 根據(jù)選取的比例系數(shù)KP、積分系數(shù)K1和微分系數(shù)K D通過自適應(yīng)PID控制產(chǎn)生穩(wěn)定 輸出；
[0046] 將自適應(yīng)PID控制產(chǎn)生的穩(wěn)定輸出與鋸齒波進(jìn)行比較，得到PffM波；
[0047] 根據(jù)PffM波的占空比控制溫度控制模塊的斷電和通電狀態(tài)，從而控制加熱模塊， 使水溫達(dá)到目標(biāo)水溫T w。
[0048] 其中，所述根據(jù)所述水溫差值和所述差值變化率選取自適應(yīng)PID控制參數(shù)：比例 系數(shù)κ ρ、積分系數(shù)K1和微分系數(shù)K D，的具體步驟為：
[0049] 水溫差值e大于閾值ei時，K P取值大于閾值K P1，Kd取值小于閾值K D1，K1取0 ;
[0050] 水溫差值e小于閾值e2時，K P取值大于閾值K P1，K1取值大于閾值K "，Kd取閾值K D1 或Kdi附近值，
[0051] 水溫差值e小于閾值ei大于閾值e 2時，K P取值小于閾值K P1，KD取值小于閾值K D1， K1取閾值K11或K11附近值，其中，e々h。
[0052] 對本發(fā)明進(jìn)行實驗驗證，記錄采用Bang-Bang變結(jié)構(gòu)控制和自適應(yīng)PID控制相結(jié) 合的控制方法的穩(wěn)定溫度、相對誤差以及到達(dá)時間，同時記錄在相同設(shè)定溫度下，單獨PID 控制方法的穩(wěn)定溫度、相對誤差和到達(dá)時間。如表1所示，其中，初始水溫為27. 7°C。
[0053] 表 1
[0054]
[0055] 分析所得數(shù)據(jù)，溫度誤差在TC左右，相對誤差小于4%，本系統(tǒng)在控溫方面較之 于傳統(tǒng)的PID水溫控制系統(tǒng)，響應(yīng)更加迅速，相對誤差較小，精確度更高，能源消耗少。
[0056] 需要說明的是，在本文中，術(shù)語"包括"、"包含"或者其任何其他變體意在涵蓋非排 他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者裝置不僅包括那些要素，而 且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者裝置所固有 的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句"包括一個……"限定的要素，并不排除在包括 該要素的過程、方法、物品或者裝置中還存在另外的相同要素。
[0057] 上述本發(fā)明實施例序號僅僅為了描述，不代表實施例的優(yōu)劣。
[0058] 在本申請所提供的幾個實施例中，應(yīng)該理解到，所揭露的系統(tǒng)和方法可以通過其 它的方式實現(xiàn)。例如，以上所描述的系統(tǒng)實施例僅僅是示意性的，例如，所述單元的劃分，僅 僅為一種邏輯功能劃分，實際實現(xiàn)時可以有另外的劃分方式，例如多個單元或組件可以結(jié) 合或者可以集成到另一個系統(tǒng)，或一些特征可以忽略，或不執(zhí)行。另一點，所顯示或討論的 相互之間的耦合或直接耦合或通信連接可以是通過一些接口，裝置或單元的間接耦合或通 信連接，可以是電性，機(jī)械或其它的形式。
[0059] 專業(yè)人員還可以進(jìn)一步意識到，結(jié)合本文中所公開的實施例描述的各示例的單元 及算法步驟，能夠以電子硬件、計算機(jī)軟件或者二者的結(jié)合來實現(xiàn)，為了清楚地說明硬件和 軟件的可互換性，在上述說明中已經(jīng)按照功能一般性地描述了各示例的組成及步驟。這些 功能究竟以硬件還是軟件方式來執(zhí)行，取決于技術(shù)方案的特定應(yīng)用和設(shè)計約束條件。專業(yè) 技術(shù)人員可以對每個特定的應(yīng)用來使用不同方法來實現(xiàn)所描述的功能，但是這種實現(xiàn)不應(yīng) 認(rèn)為超出本發(fā)明的范圍。
[0060] 結(jié)合本文中所公開的實施例描述的方法或算法的步驟可以直接用硬件、處理器執(zhí) 行的軟件模塊，或者二者的結(jié)合來實施。軟件模塊可以置于隨機(jī)存儲器（RAM)、內(nèi)存、只讀存 儲器（ROM)、電可編程R0M、電可擦除可編程R0M、寄存器、硬盤、可移動磁盤、CD-ROM、或技術(shù) 領(lǐng)域內(nèi)所公知的任意其它形式的存儲介質(zhì)中。
[0061] 對所公開的實施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。 對這些實施例的多種修改對本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的 一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現(xiàn)。因此，本發(fā)明 將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一 致的最寬的范圍。
【主權(quán)項】
1. 一種智能水溫控制系統(tǒng)，其特征在于，包括：溫度測量模塊、紅外遙控模塊、顯示模 塊、發(fā)聲模塊、單片機(jī)、溫度控制模塊和加熱模塊，其中， 所述溫度測量模塊用于實時監(jiān)測水溫，獲得實時水溫Tg并發(fā)送至單片機(jī)；所述紅外遙 控模塊用于遙控設(shè)置需要達(dá)到的目標(biāo)水溫Tw并發(fā)送至單片機(jī)；所述發(fā)聲模塊用于在所述目 標(biāo)水溫1；設(shè)置成功后發(fā)聲提示；所述顯示模塊用于顯示實時水溫T ,和所述目標(biāo)水溫T w;所 述單片機(jī)用于根據(jù)所述實時水溫Tg和所述目標(biāo)水溫T w計算得到水溫差值e = T W-Tg和差 值變化率ec = de/dt，并比較水溫差值的絕對值|e|與預(yù)設(shè)閾值e。，當(dāng)|e|彡e。時，采用 Bang-Bang變結(jié)構(gòu)控制方法通過溫度控制模塊對加熱模塊進(jìn)行控制加熱，當(dāng)I e I <e。時，采用 基于自適應(yīng)PID控制的PffM控制方法通過溫度控制模塊對加熱模塊進(jìn)行控制加熱，使水溫 最終達(dá)到目標(biāo)水溫T w。2. 如權(quán)利要求1所述的智能水溫控制系統(tǒng)，其特征在于，所述紅外遙控模塊包括紅外 遙控器與型號為HX1838的紅外接收頭，所述HX1838的紅外接收頭連接所述單片機(jī)，所述紅 外遙控器用于設(shè)定目標(biāo)水溫T w并發(fā)送目標(biāo)水溫Tw至所述紅外接收頭，所述紅外接收頭用于 將所述目標(biāo)水溫Tw發(fā)送至所述單片機(jī)。3. 如權(quán)利要求1所述的智能水溫控制系統(tǒng)，其特征在于，所述溫度控制模塊具體為繼 電器。4. 如權(quán)利要求1所述的智能水溫控制系統(tǒng)，其特征在于，所述溫度測量模塊具體為型 號為DS18B20的溫度傳感器，所述顯示模塊為型號為12864的液晶顯示屏。5. 如權(quán)利要求1所述的智能水溫控制系統(tǒng)，其特征在于，所述單片機(jī)型號為STC89C58。6. 如權(quán)利要求1所述的智能水溫控制系統(tǒng)，其特征在于，所述發(fā)聲模塊具體為蜂鳴器。7. -種智能水溫控制方法，其特征在于，所述方法基于權(quán)利要求1-6中任意一項所述 的智能水溫控制系統(tǒng)，則所述方法包括： 溫度測量模塊實時監(jiān)測水溫，獲得實時水溫Tg并發(fā)送至單片機(jī)； 紅外遙控模塊遙控設(shè)置需要達(dá)到的目標(biāo)水溫Tw并發(fā)送至單片機(jī)； 發(fā)聲模塊在所述目標(biāo)水溫1；設(shè)置成功后發(fā)聲提示； 顯不t旲塊顯不實時水溫Tg和目標(biāo)水溫T w; 單片機(jī)根據(jù)所述實時水溫Tg和所述目標(biāo)水溫T w計算得到水溫差值e = T W-Tg和差 值變化率ec = de/dt，并比較水溫差值的絕對值|e|與預(yù)設(shè)閾值e。，當(dāng)|e|彡e。時，采用 Bang-Bang變結(jié)構(gòu)控制方法通過溫度控制模塊對加熱模塊進(jìn)行控制加熱，當(dāng)I e I <e。時，采用 基于自適應(yīng)PID控制的PffM控制方法通過溫度控制模塊對加熱模塊進(jìn)行控制加熱，使水溫 最終達(dá)到目標(biāo)水溫T w。8. 如權(quán)利要求7所述的智能水溫控制方法，其特征在于，所述采用Bang-Bang變結(jié)構(gòu)控 制方法通過溫度控制模塊對加熱模塊進(jìn)行控制加熱，具體包括： 來回轉(zhuǎn)變使用Bang-Bang變結(jié)構(gòu)控制函數(shù)的最大值和最小值，從而控制溫度控制模塊 的斷電和通電狀態(tài)，進(jìn)而控制加熱模塊加熱，使水溫升高。9. 如權(quán)利要求7所述的智能水溫控制方法，其特征在于，所述采用基于自適應(yīng)PID控制 的PffM控制方法通過溫度控制模塊對加熱模塊進(jìn)行控制加熱，具體包括： 根據(jù)所述水溫差值和所述差值變化率選取自適應(yīng)PID控制參數(shù)：比例系數(shù)KP、積分系 數(shù)K1和微分系數(shù)Kd; 根據(jù)選取的比例系數(shù)KP、積分系數(shù)K1和微分系數(shù)K D通過自適應(yīng)PID控制產(chǎn)生穩(wěn)定輸 出； 將自適應(yīng)PID控制產(chǎn)生的穩(wěn)定輸出與鋸齒波進(jìn)行比較，得到PffM波； 根據(jù)PWM波的占空比控制溫度控制模塊的斷電和通電狀態(tài)，從而控制加熱模塊，使水 溫達(dá)到目標(biāo)水溫Tw。10.如權(quán)利要求9所述的智能水溫控制方法，其特征在于，所述根據(jù)所述水溫差值和所 述差值變化率選取自適應(yīng)PID控制參數(shù)：比例系數(shù)KP、積分系數(shù)K1和微分系數(shù)K D，具體包 括： 水溫差值e大于閾值ei時，K P取值大于閾值K P1，Kd取值小于閾值K D1，K1取0 ; 水溫差值e小于閾值e2時，K P取值大于閾值K P1，K1取值大于閾值K "，Kd取閾值K D1或Kdi附近值； 水溫差值e小于閾值ei大于閾值e 2時，K P取值小于閾值K P1，Kd取值小于閾值K D1，K1取 閾值K11或K11附近值，其中，e >2。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種智能水溫控制系統(tǒng)，包括：溫度測量模塊，用于實時監(jiān)測水溫，獲得實時水溫Tg；紅外遙控模塊，用于遙控設(shè)置需要達(dá)到的目標(biāo)水溫Tw；發(fā)聲模塊，用于在目標(biāo)水溫Tw設(shè)置成功后發(fā)聲提示；顯示模塊，用于顯示實時水溫Tg和目標(biāo)水溫Tw；單片機(jī)，用于根據(jù)實時水溫Tg和目標(biāo)水溫Tw計算得到水溫差值e＝Tw-Tg和差值變化率ec＝de/dt，并比較水溫差值的絕對值|e|與預(yù)設(shè)閾值e0，當(dāng)|e|≥e0時，采用Bang-Bang變結(jié)構(gòu)控制方法通過溫度控制模塊對加熱模塊進(jìn)行控制加熱，當(dāng)|e|<e0時，采用基于自適應(yīng)PID控制的PWM控制方法通過溫度控制模塊對加熱模塊進(jìn)行控制加熱，使水溫最終達(dá)到目標(biāo)水溫Tw。本發(fā)明還公開了一種智能水溫控制方法。本發(fā)明提高了精確度和穩(wěn)定性。
【IPC分類】G05D23/30
【公開號】CN105138040
【申請?zhí)枴緾N201510677393
【發(fā)明人】趙益波, 張蕾, 徐進(jìn), 蔣祎
【申請人】南京信息工程大學(xué)
【公開日】2015年12月9日
【申請日】2015年10月19日