基于多線程溫度控制專家系統(tǒng)

摘要：針對常規(guī)模糊溫度控制存在有較大穩(wěn)態(tài)誤差、在設定點附近易產(chǎn)生振蕩等不足，在此提出將專家系統(tǒng)引入模糊控制，以達到精確控溫的目的。介紹了一種以80C196KB單片機為控制核心，以多線程和專家系統(tǒng)為算法的控制方法，并介紹了簡單的多線程和專家知識在溫度控制上的應用。應用結果表明，基于多線程的溫度控制專家系統(tǒng)，穩(wěn)態(tài)誤差小、控制精度高，控制方案有效、可行。
關鍵詞：單片機；多線程；專家系統(tǒng)；溫度控制

0 引言
隨著科學技術的發(fā)展，溫度的自動控制已經(jīng)廣泛地應用在生產(chǎn)和生活中，因此對自動控溫方法的研究具有很強的實際意義。由于溫度具有大慣性和純延滯的非線性特性，實際溫度控制過程的復雜性又使溫度控制系統(tǒng)的參數(shù)不易確定，因此實際的溫度控制系統(tǒng)是一個復雜的自動控制系統(tǒng)，用一般的控制理論難以得到較為滿意的結果。以此為目的，在此設計了基于80C196KB單片機為核心的溫度控制系統(tǒng)，通過多線程和專家系統(tǒng)優(yōu)化程序的算法，對溫度進行閉環(huán)控制，從而達到精確控溫的目的。

1 硬件系統(tǒng)設計
圖1為系統(tǒng)原理框圖，通過圖示可以看出，硬件系統(tǒng)分為：溫度采樣及放大、顯示、按鈕輸入、溫度控制四個部分。系統(tǒng)首先通過AD590采樣將溫度信號轉化為電壓信號，電壓信號經(jīng)過放大通過80C196KB單片機對其進行A／D采樣，通過采樣的結果，可以算得控制系統(tǒng)的溫度并顯示出來，然后將實際溫度與設定的溫度(設定溫度可以通過輸入按鈕進行輸入)進行比較，根據(jù)比較的結果控制加熱電阻和風扇的占空比，從而達到閉環(huán)控溫的目的。

2 軟件系統(tǒng)設計
在軟件設計中，采用了多線程的編程結構并結合專家知識，對整個系統(tǒng)的控制性能進行改善。
2．1 多線程結構
多線程是指“同時”存在幾個執(zhí)行體，按幾條不同的執(zhí)行線索共同工作的情況。多線程實現(xiàn)單個進程中的并發(fā)計算，各線程間共享進程空間的數(shù)據(jù)，并利用這些共享單元來實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換、實時通信與必要的同步操作。在單片機編程里面，多線程可以通過編寫中斷子程序進行實現(xiàn)。一個中斷子程里面可以包含優(yōu)先級不同的線程，優(yōu)先級高的排在該中斷子程的開始，優(yōu)先級最低的排在最后。執(zhí)行順序如下：屏蔽其他線程→讀系統(tǒng)共用資源→執(zhí)行操作→改寫系統(tǒng)共用資源→開放所有線程→返回主進程。
2．2 專家系統(tǒng)
在該系統(tǒng)中，加熱電阻的控制脈沖和風扇的控制脈沖是控制溫度關鍵，其脈寬的設置決定了系統(tǒng)溫度控制的精度和穩(wěn)定性，而脈寬的設置是由專家知識進行判定的。
2．2．1 專家系統(tǒng)概述
所謂專家系統(tǒng)，是指具有專家知識，能夠像專家一樣解決特定領域復雜問題的計算機軟件系統(tǒng)。其特征如下：
(1)系統(tǒng)功能的針對性。ES通過犧牲通用問題求解能力而換得在某一狹窄領域高水平處理問題的能力。
(2)符號推理啟發(fā)性。ES主要處理不良結構問題，需運用多種啟發(fā)性經(jīng)驗知識。這些啟發(fā)式知識往往具有不完全性和不確定性，因此ES常要采用不精確推理等非常規(guī)推理方法。
(3)透明性。ES可向用戶解釋其推理過程，并能回答一些關于它自身的問題。
(4)靈活性。由于ES知識庫采用了獨立于程序的外部顯式表示方法，用戶很容易對其進行修改或補充。
2．2．2 脈寬控制
從經(jīng)驗可以知道，當實際溫度和目標相差(下面統(tǒng)一稱作△T)甚遠時，希望電阻發(fā)熱量大些或者風扇轉速高些；而△T較小時。希望電阻發(fā)熱量小些或者風扇轉速低些。