嬰兒培養(yǎng)箱內(nèi)的空氣溫度具有延遲性，從檢測(cè)到箱內(nèi)溫度小于設(shè)定值到加熱器開(kāi)始加熱，箱內(nèi)溫度會(huì)持續(xù)降低一段時(shí)間，當(dāng)加熱停止時(shí)，溫度并不會(huì)馬上停止上升而是上升一段時(shí)間后才停止。因此，嬰兒培養(yǎng)箱內(nèi)的溫度一直在上下波動(dòng)。采用模糊自適應(yīng)PID控制可以較好的解決此類問(wèn)題，微分控制分量可以改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，而積分控制分量可以減少系統(tǒng)靜差。
　　2 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)
　　本系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)控制芯片選用16位低功耗MSP430系列單片機(jī)[3][4]，采用DS18B20溫度傳感器將嬰兒培養(yǎng)箱的溫度測(cè)量值通過(guò)單線傳入單片機(jī)I/O口，與傳統(tǒng)的熱敏電阻相比,它能夠直接讀出被測(cè)溫度,并且可根據(jù)實(shí)際要求通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)9～12 位的數(shù)字值讀數(shù)方式;可以分別在93. 75 ms 和750 ms 內(nèi)完成9 位和12 位的數(shù)字量。溫度測(cè)量值在單片機(jī)內(nèi)部經(jīng)過(guò)模糊自適應(yīng)PID運(yùn)算后，輸出控制信號(hào)給光耦離合器，以實(shí)現(xiàn)輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的隔離，減少干擾，和實(shí)現(xiàn)信號(hào)的放大。放大后的信號(hào)用于控制可控硅，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)加熱絲工作與否的控制。通過(guò)鍵盤和液晶顯示分別實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度值進(jìn)行標(biāo)定，定時(shí)顯示溫度值，設(shè)定上下限報(bào)警值等功能。具體電路如圖2所示。

　　3 軟件設(shè)計(jì)
　　軟件設(shè)計(jì)主要采用自適應(yīng)模糊PID控制方法[5][6][7][8]。模糊控制是一種以模糊控制論、模糊語(yǔ)言變量及模糊邏輯推理為基礎(chǔ)的新型計(jì)算機(jī)智能控制。與傳統(tǒng)的PID算法相結(jié)合形成了模糊自適應(yīng)控制理論，運(yùn)用模糊推理實(shí)現(xiàn)PID參數(shù)的自動(dòng)調(diào)整。
　　自適應(yīng)模糊PID控制器以誤差E和誤差變化Ec作為輸入,可以滿足不同時(shí)刻偏差E和偏差變化率Ec對(duì)PID參數(shù)自整定的要求。利用模糊控制規(guī)則在線對(duì)PID參數(shù)進(jìn)行修改,便構(gòu)成了自適應(yīng)模糊PID控制器,如圖3所示。

　　設(shè)定輸入變量E和Ec語(yǔ)言值的模糊子集為{負(fù)，負(fù)中, 負(fù)小, 零, 正小, 正中, 正大}, 并簡(jiǎn)記為{NB,NM, NS, ZO, PS, PM, PB}, 將誤差E 和誤差變化率Ec 量化到( - 5, 5) 的區(qū)域內(nèi)，輸入變量的隸屬函數(shù)曲線如圖4所示。同樣, 設(shè)計(jì)輸出量KP、KI和KD的模糊子集為{ZO, PS, PM, PB}, 并分別將其量化到區(qū)域( 0, 3) ，(0，0.2)，(0，0.8)內(nèi)。