CN1556030A - 臭氧发生装置的模糊控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种臭氧发生装置的模糊控制方法，该方法首先通过大量的脱机实验，得到水温、水压、空气湿度与频率、占空比之间的关系，再通过非在线的数据分析，建立模糊控制的模型和模糊控制规则表；系统实时的检测水温、水压和空气湿度的变化，根据前述的数学模型，查询模糊控制规则表，得到相应的控制规律，再利用单片机的定时器实现高压电场的脉冲控制。使得臭氧浓度能够保持一个较稳定的水平。
Description
技术领域
本发明涉及一种臭氧发生装置的模糊控制方法。
背景技术
目前，臭氧发生装置的类型较多，大多数臭氧发生装置并不注重臭氧浓度的问题，而造成臭氧浓度不稳定，浓度过低杀菌效果不理想，浓度过高会对人体产生危害。
申请号为96213551.8的中国专利“高效高浓度臭氧发生装置”公开了一种臭氧发生装置，本实用新型采用两组电极，第二组电极与第一组电极呈垂直分布，两组电极间电力线具有强垂直于气体与固体分界面的分量，产生沿面放电生成臭氧。本实用新型优点是能耗小，生成臭氧量大，浓度高。但缺点是对产生臭氧的浓度不能控制。
通过长期的研究分析，发现水压、水温和空气湿度是影响臭氧浓度的三个主要因素。从实验的数据来看，臭氧发生装置是非线性的、复杂的、无规则的，很难从实验数据中得到精确的水温、水压、空气湿度、高压电场的幅值、频率、占空比和臭氧水中的臭氧浓度之间的函数关系。而且，臭氧浓度的检测是比较麻烦的，到目前为止还没有有效、快速的实时检测方法，更不用说控制臭氧浓度。
发明内容
为了克服现有技术不能控制臭氧浓度的缺点，本发明提供一种臭氧发生装置的模糊控制方法，采用模糊控制来实现对高压电场的频率和占空比的控制，可以有效的克服由于环境的影响而导致臭氧浓度不稳定的缺陷。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
1)通过大量的脱机实验，得到水温、水压、空气湿度与频率、占空比之间的关系，再通过非在线的数据分析，建立模糊控制的模型和模糊控制规则表；
2)系统启动时，首先处于自检状态，判断是否有故障，如果没有故障，进入下一步；
3)系统实时的检测水温、水压和空气湿度的变化，根据前述的数学模型，查询模糊控制规则表，得到相应的控制规律，再利用单片机的定时器实现高压电场的脉冲控制。
系统采用了过压保护和光电隔离措施，可有效的保证系统的安全。
本发明相比现有技术的优点在于：通过上万次实验建立了不同水压、水温、空气湿度、高压电场与臭氧产生量的模型，采用模糊技术控制高压电场的幅值、频率和占空比，使得臭氧浓度保持一个较为稳定的水平。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的原理框图
图2是实施例电路连接图
图3是实施例主程序流程图
图4是实施例高压电场控制信号波形图
具体实施方式
为了得到稳定的臭氧浓度，非在线的模糊控制在臭氧发生装置中得到了应用。首先通过大量的脱机实验，得到水温、水压、空气湿度、高压电场的幅值、频率、占空比和臭氧水中臭氧浓度之间的关系；再通过非在线的数据分析，建立了模糊控制的模型；最后，系统实时的检测水温、水压和空气湿度的变化，根据前述的数学模型，得到相应的控制规律，实现对高压电场的控制。
整个控制可分为三部分：模糊控制器设计实现、硬件设计实现和软件设计实现
1.模糊控制器设计的实现
模糊控制器设计以水温、水压和空气湿度为输入量，以高压电场的频率、占空比和幅值为输出量。模糊控制器设计的基本步骤如下：根据实验的数据以及控制精度的要求，对采样数据进行非均匀分段，实现输入输出量的离散化，模糊化；接着找出输入与输出之间的映射关系，提炼出相应的模糊控制规则。应用这些模糊控制规则，对每一对输入量进行模糊关系运算，采用最大隶属度方法进行模糊判决。最后由判决结果得到模糊控制器控制规则表。
2.硬件设计的实现
采用性价比高、功耗低的Ateml公司的单片机89C52为核心处理器。单片机内部带有8k的E2PROM，可用于存放程序和控制规则表，32个GPIO可以灵活的实现系统的数据采集和控制；为防止系统进入死锁状态或程序跑飞，我们设计了系统的电源监控电路，使系统进入死锁和程序跑飞时快速自动重新启动，恢复到正常工作状态。
压力传感器和空气湿度传感器选用电压式传感器，传感器输出信号直接经过A\D采样后，输入到单片机中；温度传感器选用热敏电阻式传感器，其工作原理是其电阻值随温度升高其阻值下降，通过电桥调节后输出到A\D中，再输入到单片机中。A\D选用低成本通用的模数转换器件ADC0809，它可以提供八个通道的模拟信号的输入，转换的进度为1/256。
采用光电隔离来减少低压控制电路受高压脉冲的影响，高压脉冲和控制电路是不公地的，有效的防止高压脉冲通过地线干扰低压控制电路；隔离驱动电路主要由74LS06、光耦6N136三极管9013等器件构成。其功能是将单片机输出的一组对称的PWM波隔离后，再经驱动送至功率电路的推挽式结构的两个开关管的门极，来驱动两个开关管。
高压电场的主要功能为产生臭氧，主体结构为：AC-DC-AC-AC。先将输入的220V交流市电经整流滤波后变换为成310V的直流电压，然后310V的直流电压经推挽式结构变换为交流电压送至高压包的原边，该交流电压最后经高压包的升压送至臭氧管的电极上，臭氧管电极在具有一定幅值和频率的交流电场作用下产生臭氧。
保护电路实时检测高压电路和其它辅助部分的工作状态，根据检测的结果执行不同的保护操作，保证了系统的安全工作。
3.软件设计的实现
当系统上电后，单片机89C52首先进行自身状态的自检，检测系统是否可以正常工作，如果有故障，将进入到保护状态；否则系统将进入正常工作模式，单片机通过A\D器件检测水压、水温和空气湿度，查询模糊控制规则，确定开关管门极驱动信号的频率与占空比参数等功能。在主程序运行的同时，开启外部中断来完成高压电场的过压、过流保护。两个定时器中断子程序通过软件操作，使单片机定时器T0、T1的循环定时中断而在单片机P1.0及P1.4口形成具有对应频率和占空比的驱动波，P1.0及P1.4口的驱动波再经隔离驱动电路而产生门极驱动信号。
Claims (2)
1、一种臭氧发生装置的模糊控制方法，其特征在于：
1)通过大量的脱机实验，得到水温、水压、空气湿度与频率、占空比之间的关系，再通过非在线的数据分析，建立模糊控制的模型和模糊控制规则表；
2)系统启动时，首先处于自检状态，判断是否有故障，如果没有故障，进入下一步；
3)系统实时的检测水温、水压和空气湿度的变化，根据前述的数学模型，查询模糊控制规则表，得到相应的控制规律，再利用单片机的定时器实现高压电场的脉冲控制。
2、根据权利要求1所述的臭氧发生装置的模糊控制方法，其特征在于：系统采用了过压保护和光电隔离措施，可有效的保证系统的安全。
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