摘 要：介绍一种基于模糊控制的喷雾器设计。本喷雾器运用压力与温度之间的关系进行工作，使冷媒液体通过毛细管后达到所需压力进行喷洒。温度控制由运用模糊控制算法的单片机进行控制。
　　关键词：模糊控制；单片机；温度控制
　　1 引言
　　现在所使用的喷雾器可分为四种。一种用的是利用伯努利原理。即是在同一流质里，流速大，压强小；流速小，压强大。流体会自动从高压流向低压。在通过三叉管时，低速流动的水流向高速的流动的空气。水被高速空气撕成一滴滴小水滴。这些小水滴喷出来后就成了雾。第二种用的是把水压入细管造成高速水流，高速水流碰到障碍物后裂成小水滴。第三种是让水带上电荷（水是电介质），利用同种电荷互相排斥把水分成微滴。这种方法的水滴颗粒很小。第四种是超声雾化。振动可以在水面引起“浪花”，超声波的振动频率十分高，于是它的“浪”的波长很小，因此它形成的小水滴也很小，这些小水滴就成了雾。
　　本装置就是利用罐内自身高压将冷媒液体压入到毛细管内形成高速液流从而喷出。由于介质为液氯等冷媒液体，在毛细管中易汽化，从而造成温度降低，引起误差加大并以引起器件毁坏。为保持其温度恒定，在此引入加有模糊控制的单片机进行有效控制。实验表明，达到可控要求。
　　2 硬件原理及设计
　　2.1 系统原理
　　本装置由温度传感器，单片机，毛细管，执行器等构成。通过温度传感器将温度送至单片机，单片机通过模糊算法对执行器进行调整从而使得毛细管的温度恒定。外围电路包括报警灯及保护电路。
　　2.2 硬件设计
　　所选用的单片机是ATmega88，它有8K的flash，有一个16位定时器和两个8位定时器，并且，它有3个PWM可以进行控制作用。最重要的是，ATmega88芯片内部集成有A/D转换功能，可用作10位的A/D转换。所采用的温度传感器是DS18系列，它支持总线接口，有利于抗干扰。毛细管采用盘拉不锈钢管的毛细管，具有良好的柔软性、耐蚀性、耐高温、耐磨损、抗拉性、防水性并提供优良的电磁屏蔽性能。报警电路采用声光报警，当单片机检测到异常，就会使报警电路发出光响，并通过保护电路进行自我保护。
　　3 模糊控制系统
　　3.1 模糊控制理论
　　模糊理论是给出一套系统而有效的方法，将用自然语言表述的信息转变为数学的表达形式，从而得以使这些信息能够有效运用。在一个模糊系统中，模糊控制器是其核心，其包含了所要使用的模糊算法和解决所相关模糊性的必要成分。它由下列四个基本单元构成：模糊器，模糊规则，模糊推理，去模糊化。
　　输入值要经过三个阶段：第一个阶段模糊化，即把输入的精确值转变成模糊集合。第二个阶段建立模糊推理规则，即建立所需要的推理规则将上步通过推理得到的模糊结果。第三个阶段去模糊化，即把上步所得模糊结果进行去模糊化处理得到更精确的结果。
　　3.2 模糊控制器的建立
　　在这个模糊控制器输入量u包含两个变量：误差率e和误差变化率r。模糊控制器的建立主要包括以下几个方面：
　　（1）通过一定算法将输入量u转换成一个二值的或具有一定隶属度的确切变量的模糊集，常用的隶属度函数有：
　　1）B样条隶属函数。B样条隶属函数是一个简单地分段多项式函数，它被广泛用于曲线拟合。
　　2）高斯隶属函数。高斯函数的中心（ai）和宽度（σi）构成初始化的参数集合。适当的调整中心和宽度，可以得到理想的高斯函数。
　　3）修正高斯隶属函数。修正高斯函数是具有紧支集的隶属函数，当模糊集的支撑为（λ1，λ2）时，隶属函数在ζ=（λ1+λ2）/2处具有最大值，此时其值为exp（-1）。
　　（2）输出与输入量的模糊集设定和模糊规则：定义e和r以及V的模糊集为{bn，mn，sn，o，sp，mp，pb}。其中bn，mn，sn，o，sp，mp，pb分别代表负大，负中，负小，零，正小，正中，正大模糊语言变量。按所需做出模糊规则，则可进行仿真。
　　（3）实验仿真。通过matlab仿真得到如下图所示，图中虚线为纯PID控制，为实线加入模糊控制器的PID控制。通过分析，其纯PID控制过程相对于后者有明显的滞后，且反应时间及调整时间都较长。
　　4 结论
　　本装置运用模糊控制与常规的PID控制相结合，用单片机加以实现控制。相对于只运用PID控制技术有很好的效果。通过MATLAB仿真可以看出前者有较快的反应时间，且超调很小甚至没有，在应用实践中也表现出很好作用效果。
　　参考文献：
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　　[3]张玉，晋小莉，马保吉.基于单片机的模糊控制系统[J].微计算机信息，2008，24（3-2）：137-139.
　　[4]王立新，王迎军.模糊系统与模糊控制教程[M].北京：清华大学出版社，2002.
　　[5]付家才.单片机控制工程实践技术[M].北京：化学工业出版社，2004.

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