Đề tài Ứng dụng neurofuzzy trong điều khiển nhiệt độ thông qua Kit At89c52

MỤC LỤCPhần 1. Giới thiệu . 9Chương 1. Giới thiệu đề tài . 101. Nhiệm vụ của đề tài . 112. Thực hiện . 11Phần 2. Lý thuyết . 12Chương 1. Logic mờ . 131. Sơ lược về logic mờ . 131.1. Quá trình phát triển của logic mờ . 131.2. Cơ sở toán học của logic mờ . 131.3. Logic mờ là logic của con người . 161.4. So sánh logic mờ với lý thuyết xác suất thống kê . 162. Các khái niệm dùng trong logic mờ . 172.1. Tập hợp mờ và độ phụ thuộc . 172.2. Hàm phụ thuộc . 182.3. Biến ngôn ngữ . 182.4. Luật mờ . 193. Tính toán mờ . 193.1. Mờ hóa . 193.2. Tính luật mờ . 193.3. Suy luận mờ . 203.4. Giải mờ. 21Chương 2. Mạng Neuron . 231. Sơ lược về mạng neuron . 231.1. Quá trình phát triển . 231.2. Mạng neuron là gì ? . 241.3. Cấu trúc của não . 242. Mô hình hóa mạng neuron . 262.1. Yêu cầu khi lập mô hình một neuron . 262.2. Lập mô hình neuron . 263. Học hỏi trong mạng neuron . 284. Giải thuật học perceptron . 304.1. Mô tả giải thuật . 304.2. Phân loại với mô hình perceptron . 314.3. Tóm tắt giải thuật . 334.4. Hạn chế . 344.5. Nhận xét . 345. Giải thuật học delta . 355.1. Đạo hàm . 355.2. Mô tả luật học delta . 365.3. Một số hàm truyền và đạo hàm của nó . 375.4. Tóm tắt giải thuật . 386. Giải thuật delta tổng quát . 396.1. Mô hình perceptron đa tầng . 396.2. Luật học delta tổng quát . 396.3. Tóm tắt giải thuật . 417. Độ hiệu quả của mạng neuron . 41Chương 3. NeuroFuzzy . 441. Sơ lược về NeuroFuzzy . 442. Kết hợp neuron và mờ . 452.1. Biểu diễn luật If-Then theo cấu trúc mạng neuron . 452.2. Neuron mờ. 483. Học hỏi trong NeuroFuzzy . 503.1. Sửa đổi hàm phụ thuộc . 514. Nhận xét . 54Chương 4. Vi điều khiển . 551. Vi điều khiển họ MCS-51 . 552. Vi điều khiển AT89C52 . 562.1. Cấu tạo chân . 562.2. Sơ đồ khối . 572.3. Mô tả chức năng các chân . 572.4. Các thanh ghi chức năng . 592.5. Bộ nhớ dữ liệu . 612.6. Đặc tính bộ dao động . 622.7. Chế độ lười . 622.8. Chế độ hạ nguồn . 622.9. Trạng thái của một số chân trong chế độ hạ nguồn và chế độ lười . 622.10. Các thông số kỹ thuật . 63Chương 5. ADC ICL7109CPL . 671. Sơ lược các phương pháp biến đổi AD . 671.1. Biến đổi AD dùng bộ biến đổi DA . 671.2. Bộ biến đổi Flash AD . 701.3. Bộ biến đổi AD theo hàm dốc dạng lên xuống . 711.4. Bộ biến đổi AD dùng chuyển đổi áp sang tần số . 711.5. Bộ biến đổi AD theo tích phân hai độ dốc. 712. ICL7109CPL . 722.1. Cấu tạo chân . 732.2. Mô tả chức năng các chân . 732.3. Quá trình biến đổi AD . 752.4. Lựa chọn giá trị . 762.5. Giao tiếp trực tiếp với ICL7109CPL . 77Chương 6. MAX232 . 781. Chuẩn RS-232-C . 781.1. Các đầu nối . 801.2. Mô tả chân . 802. MAX232 và họ IC dùng biến đổi TTLRS-232-C . 812.1. Cấu tạo chân . 812.2. Mô tả chức năng chân . 812.3. Sơ đồ khối và mạch tiêu biểu . 81Chương 7. Các IC khác . 831. OP07 . 832. MOC3020 . 833. RAM 6264 . 844. Chốt 74573 . 845. BTA16 . 84Chương 8. Thermocouple . 851. Sơ lược về các dụng cụ đo nhiệt độ . 851.1. Buổi ban đầu của thiết bị đo nhiệt độ . 851.2. Các loại cảm biến hiện tại . 862. Thermocouple . 872.1. Hiệu ứng Seebeck . 872.2. Cách đo hiệu điện thế . 882.3. Bù nhiệt môi trường . 902.4. Các loại thermocouple . 902.5. Một số nhiệt độ chuẩn . 91Phần 3. Thiết kế . 92Chương 1. Phần cứng . 931. Cấu trúc tổng quát . 932. Khối xử lý trung tâm . 943. Phân vùng địa chỉ . 964. Khối bộ nhớ và nguồn backup . 975. Khối hiển thị . 986. Khối biến đổi AD . 1027. Khối cảm biến và gia công . 1058. Khối bàn phím . 1088.1. Chương trình con GET_KEY . 1098.2. Chương trình con IN_HEX . 1119. Truyền thông nối tiếp . 11210. Khối mạch công suất . 11411. Nguồn cung cấp . 11512. Cách cân chỉnh mạch . 11513. Xử lý 16-bit trên vi điều khiển 8-bit . 11813.1 Chương trình con cộng 16-bit . 11913.2. Chương trình con đổi dấu một số . 11913.3. Chương trình con nhân số 16-bit cho số 8-bit . 11913.4. Chương trình con chia số 16-bit cho số 8-bit . 120Chương 2. Hệ thống . 1221. Thiết kế hệ mờ . 1221.1. Các nguyên tắc trong thiết kế . 1221.2. Thiết kế hệ mờ cho điều khiển nhiệt độ . 1251.3. Thiết kế hệ luật . 1261.4. Tính luật và giải mờ . 1272. Thiết kế hệ NeuroFuzzy . 1272.1. Tập dữ liệu học . 1272.2. Thay đổi hệ mờ . 127Chương 3. Phần mềm . 1291. Pha hoạt động . 1291.1. Khuôn dạng luật của hệ . 1301.2. Giải thuật điều khiển . 1301.3. Xử lý mờ . 1311.4. Tính độ phụ thuộc . 1321.5. Giải mờ theo CoM . 1362. Pha học . 1373. Chương trình trên kit AT89C52 . 1373.1. Nhập dữ liệu . 1393.2. Hoạt động . 1443.3 Phân bố tài nguyên . 1453.4. RAM ngoại . 1474. Chương trình trên máy tính . 1494.1. Qui định kiểu dữ liệu . 1504.2. Giới thiệu chương trình NF Control . 1514.3. Giới thiệu chương trình fuzzyTech. 1564.4. Giao tiếp giữa NF Control và FuzzyTech . 160Phần 4. Kết quả điều khiển . 171Chương 1. Điều khiển thực tế . 1721. Điều khiển 100°C . 1732. Điều khiển 125°C . 1743. Điều khiển 150°C . 1754. Điều khiển 175°C . 1765. Điều khiển 200°C . 1776. Điều khiển 225°C . 1787. Điều khiển 250°C . 1798. Điều khiển tổng hợp lần thứ nhất . 1809. Điều khiển tổng hợp lần thứ hai . 181Phần 5. Tài liệu tham khảo . 182

MỤC LỤC

Phần 1. Giới thiệu . 9

Chương 1. Giới thiệu đề tài . 10

1. Nhiệm vụ của đề tài . 11

2. Thực hiện . 11

Phần 2. Lý thuyết . 12

Chương 1. Logic mờ . 13

1. Sơ lược về logic mờ . 13

1.1. Quá trình phát triển của logic mờ . 13

1.2. Cơ sở toán học của logic mờ . 13

1.3. Logic mờ là logic của con người . 16

1.4. So sánh logic mờ với lý thuyết xác suất thống kê . 16

2. Các khái niệm dùng trong logic mờ . 17

2.1. Tập hợp mờ và độ phụ thuộc . 17

2.2. Hàm phụ thuộc . 18

2.3. Biến ngôn ngữ . 18

2.4. Luật mờ . 19

3. Tính toán mờ . 19

3.1. Mờ hóa . 19

3.2. Tính luật mờ . 19

3.3. Suy luận mờ . 20

3.4. Giải mờ. 21

Chương 2. Mạng Neuron . 23

1. Sơ lược về mạng neuron . 23

1.1. Quá trình phát triển . 23

1.2. Mạng neuron là gì ? . 24

1.3. Cấu trúc của não . 24

2. Mô hình hóa mạng neuron . 26

2.1. Yêu cầu khi lập mô hình một neuron . 26

2.2. Lập mô hình neuron . 26

3. Học hỏi trong mạng neuron . 28

4. Giải thuật học perceptron . 30

4.1. Mô tả giải thuật . 30

4.2. Phân loại với mô hình perceptron . 31

4.3. Tóm tắt giải thuật . 33

4.4. Hạn chế . 34

4.5. Nhận xét . 34

5. Giải thuật học delta . 35

5.1. Đạo hàm . 35

5.2. Mô tả luật học delta . 36

5.3. Một số hàm truyền và đạo hàm của nó . 37

5.4. Tóm tắt giải thuật . 38

6. Giải thuật delta tổng quát . 39

6.1. Mô hình perceptron đa tầng . 39

6.2. Luật học delta tổng quát . 39

6.3. Tóm tắt giải thuật . 41

7. Độ hiệu quả của mạng neuron . 41

Chương 3. NeuroFuzzy . 44

1. Sơ lược về NeuroFuzzy . 44

2. Kết hợp neuron và mờ . 45

2.1. Biểu diễn luật If-Then theo cấu trúc mạng neuron . 45

2.2. Neuron mờ. 48

3. Học hỏi trong NeuroFuzzy . 50

3.1. Sửa đổi hàm phụ thuộc . 51

4. Nhận xét . 54

Chương 4. Vi điều khiển . 55

1. Vi điều khiển họ MCS-51 . 55

2. Vi điều khiển AT89C52 . 56

2.1. Cấu tạo chân . 56

2.2. Sơ đồ khối . 57

2.3. Mô tả chức năng các chân . 57

2.4. Các thanh ghi chức năng . 59

2.5. Bộ nhớ dữ liệu . 61

2.6. Đặc tính bộ dao động . 62

2.7. Chế độ lười . 62

2.8. Chế độ hạ nguồn . 62

2.9. Trạng thái của một số chân trong chế độ hạ nguồn và chế độ lười . 62

2.10. Các thông số kỹ thuật . 63

Chương 5. ADC ICL7109CPL . 67

1. Sơ lược các phương pháp biến đổi AD . 67

1.1. Biến đổi AD dùng bộ biến đổi DA . 67

1.2. Bộ biến đổi Flash AD . 70

1.3. Bộ biến đổi AD theo hàm dốc dạng lên xuống . 71

1.4. Bộ biến đổi AD dùng chuyển đổi áp sang tần số . 71

1.5. Bộ biến đổi AD theo tích phân hai độ dốc. 71

2. ICL7109CPL . 72

2.1. Cấu tạo chân . 73

2.2. Mô tả chức năng các chân . 73

2.3. Quá trình biến đổi AD . 75

2.4. Lựa chọn giá trị . 76

2.5. Giao tiếp trực tiếp với ICL7109CPL . 77

Chương 6. MAX232 . 78

1. Chuẩn RS-232-C . 78

1.1. Các đầu nối . 80

1.2. Mô tả chân . 80

2. MAX232 và họ IC dùng biến đổi TTLRS-232-C . 81

2.1. Cấu tạo chân . 81

2.2. Mô tả chức năng chân . 81

2.3. Sơ đồ khối và mạch tiêu biểu . 81

Chương 7. Các IC khác . 83

1. OP07 . 83

2. MOC3020 . 83

3. RAM 6264 . 84

4. Chốt 74573 . 84

5. BTA16 . 84

Chương 8. Thermocouple . 85

1. Sơ lược về các dụng cụ đo nhiệt độ . 85

1.1. Buổi ban đầu của thiết bị đo nhiệt độ . 85

1.2. Các loại cảm biến hiện tại . 86

2. Thermocouple . 87

2.1. Hiệu ứng Seebeck . 87

2.2. Cách đo hiệu điện thế . 88

2.3. Bù nhiệt môi trường . 90

2.4. Các loại thermocouple . 90

2.5. Một số nhiệt độ chuẩn . 91

Phần 3. Thiết kế . 92

Chương 1. Phần cứng . 93

1. Cấu trúc tổng quát . 93

2. Khối xử lý trung tâm . 94

3. Phân vùng địa chỉ . 96

4. Khối bộ nhớ và nguồn backup . 97

5. Khối hiển thị . 98

6. Khối biến đổi AD . 102

7. Khối cảm biến và gia công . 105

8. Khối bàn phím . 108

8.1. Chương trình con GET_KEY . 109

8.2. Chương trình con IN_HEX . 111

9. Truyền thông nối tiếp . 112

10. Khối mạch công suất . 114

11. Nguồn cung cấp . 115

12. Cách cân chỉnh mạch . 115

13. Xử lý 16-bit trên vi điều khiển 8-bit . 118

13.1 Chương trình con cộng 16-bit . 119

13.2. Chương trình con đổi dấu một số . 119

13.3. Chương trình con nhân số 16-bit cho số 8-bit . 119

13.4. Chương trình con chia số 16-bit cho số 8-bit . 120

Chương 2. Hệ thống . 122

1. Thiết kế hệ mờ . 122

1.1. Các nguyên tắc trong thiết kế . 122

1.2. Thiết kế hệ mờ cho điều khiển nhiệt độ . 125

1.3. Thiết kế hệ luật . 126

1.4. Tính luật và giải mờ . 127

2. Thiết kế hệ NeuroFuzzy . 127

2.1. Tập dữ liệu học . 127

2.2. Thay đổi hệ mờ . 127

Chương 3. Phần mềm . 129

1. Pha hoạt động . 129

1.1. Khuôn dạng luật của hệ . 130

1.2. Giải thuật điều khiển . 130

1.3. Xử lý mờ . 131

1.4. Tính độ phụ thuộc . 132

1.5. Giải mờ theo CoM . 136

2. Pha học . 137

3. Chương trình trên kit AT89C52 . 137

3.1. Nhập dữ liệu . 139

3.2. Hoạt động . 144

3.3 Phân bố tài nguyên . 145

3.4. RAM ngoại . 147

4. Chương trình trên máy tính . 149

4.1. Qui định kiểu dữ liệu . 150

4.2. Giới thiệu chương trình NF Control . 151

4.3. Giới thiệu chương trình fuzzyTech. 156

4.4. Giao tiếp giữa NF Control và FuzzyTech . 160

Phần 4. Kết quả điều khiển . 171

Chương 1. Điều khiển thực tế . 172

1. Điều khiển 100°C . 173

2. Điều khiển 125°C . 174

3. Điều khiển 150°C . 175

4. Điều khiển 175°C . 176

5. Điều khiển 200°C . 177

6. Điều khiển 225°C . 178

7. Điều khiển 250°C . 179

8. Điều khiển tổng hợp lần thứ nhất . 180

9. Điều khiển tổng hợp lần thứ hai . 181

Phần 5. Tài liệu tham khảo . 182