基于单片机的自动洗衣机设计.doc

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1、摘摘 要要基于模糊控制的全自动洗衣机自动控制系统, 所有的电路都是在单片机的控制下工作的,目前通常采用的是 Motorola 公司的 MC6805 系列的单片机,而本设计中采用了Intel 公司的 89C51 作为控制核心,以单片机 289C51 为核心结合接口芯片及外围电路以实现洗衣机的智能控制。其中模糊控制器的设计是关键环节,采用传感器检测洗衣过程必需的物理量,进入模糊控制器,通过模糊推理,实现对洗衣机自动识别衣质、衣量,自动识别肮脏程度,自动决定水量,自动投入恰当的洗涤剂等功能的控制。本设计在洗涤过程中采用了实时模糊控制,提高洗衣质量,节约能源。硬件结构框图及软件流程图是该系统的重要组成

2、部分,在整个控制过程中,模糊控制软件起了决定性的作用。关键词:模糊控制,AT89C51 单片机,全自动洗衣机AbstractAbstractAutomatic washing machines based on fuzzy control automatic control system, all the circuits are under the control of the microcontroller, the current commonly used is Motorolas MC6805 series of microcontrollers, and the design of

3、 Intel Corporation 89C51 used as a control center to 89C51 microcontroller core with the interface chip and the external circuit in order to achieve intelligent control of washing machines. Design of fuzzy controller which is the key point, the use of sensors to detect physical quantities necessary

4、for laundry into the fuzzy controller by fuzzy reasoning, the quality of the clothes washing machine automatic identification, clothing and the amount of automatic identification soiled, water is determined automatically, automatic detergents and other functions into the appropriate control. The des

5、ign used in the washing process real-time fuzzy control and improve the quality of laundry to save energy. The block diagram of the hardware and software flow chart is an important part of the system in the whole control process, the fuzzy control software has played a decisive role. KEYKEY WORDSWOR

6、DS: fuzzy contro,AT89C51SCM,Automatic La目目 录录摘要摘要 I IABSTRACTABSTRACTIIII目录目录 IIIIII第第 1 1 章绪论章绪论 1 11.1 全自动洗衣机的介绍 11.2 全自动洗衣机的发展背景 11.3 全自动洗衣机的发展前景 21.4 全自动洗衣机的设计目的 2第第 2 2 章全自动洗衣机的设计方案章全自动洗衣机的设计方案 3 32.1 系统总体框图 32.2 系统流程图 4第第 3 3 章硬件电路介绍章硬件电路介绍 5 53.1 主控模块 53.2 电源模块 63.3 按键模块 73.4 检测模块 83.4.1 负载传感

7、器 93.4.2 TS 污浊度传感器 93.4.2 水位传感器 103.5 电机控制模块 113.6 状态显示模块 133.7 进出水阀电路 153.8 系统总电路图 16第第 4 4 章软件设计章软件设计 17174.1 全自动洗衣机中的模糊控制 174.1.1 模糊控制理论简介 174.1.2 模糊控制器 184.1.3 模糊控制实现方法 184.2 洗衣程序 194.2.1 洗涤过程 194.2.2 漂洗过程 194.2.3 脱水过程 204.3 软件流程图 20结论结论 3131致致 3232参考文献参考文献 3333附录附录 3434第第 1 1 章章 绪论绪论1.1 全自动洗衣机的

8、介绍全自动即进水、洗涤、漂洗、甩干等一系列过程自动完成,洗衣机是一种在家庭中不可缺少的家用电器,发展非常快,而全自动式洗衣机因使用方便更加得到大家的青睐,控制器通常设有几种洗涤程序,对不同的衣物可选择不同的洗涤方式。1.2 全自动洗衣机的发展背景从古到今,洗衣服都是一项难于逃避的家务劳动,而在洗衣机出现以前,对于许多人而言,它并不像田园诗描绘的那样充满乐趣,手搓、棒击、冲刷、甩打这些不断重复的简单的体力劳动,留给人的感受常常是辛苦劳累。1858 年,汉密尔顿史密斯制成了世界上第一台洗衣机。1874 年,手洗时代受到了前所未有的挑战,美国人比尔布莱克斯发明了世界上第一台人工搅动洗衣机。1911

9、年美国人又研制了世界上第一台电动洗衣机。1920 年美国的玛依塔格公司又把洗衣机的木制桶改为铝制桶体,第二年又把铝制桶体改为外层铸铝、层为铜板的双层结构。1936 年,他们又将搪瓷用于洗衣机桶体。与此同时,世界各地也相继出现了洗衣机。欧洲国家研究成功了喷流式洗衣机和滚筒式洗衣机。1932 年后,美国一家公司研制成功了第一台前装式滚筒全自动洗衣机,洗涤、漂洗和脱水都在同一个滚筒自动完成,使洗衣机的发展跃上了一个新台阶。这种滚筒洗衣机,目前在欧洲、美洲等地得到了广泛的应用。第二次世界大战结束后,洗衣机得到了迅速的发展,研制出具有独特风格的波轮式洗衣机。这种洗衣机由于其波轮安装在洗衣桶底,又称涡卷式

10、洗衣机。近几十年,在工业发达国家,全自动洗衣机制造技术又得到迅速发展,其年总产量及社会普及率均以达到相当高得水平。1.3 全自动洗衣机的发展前景洗衣机是一种在家庭中不可缺少的家用电器,发展非常快,全自动洗衣机由于具有对衣物的磨损小、洗涤量大、节水等特点,越来越得到广大家庭的青睐。随着社会的进步和生活水平的提高,人们对全自动洗衣机的功能多样化、操作简单化也提出了更高的要求。为适应这种变化,全自动洗衣机的控制器已由机械式、混合式逐步过渡到全电子控制,洗衣机的性能将会不断完善。1.4 全自动洗衣机的设计目的目前中国洗衣机市场正进入更新换代期,市场潜力巨大,人们对于洗衣机的要求也越来越高,目前的洗衣机

11、主要有强弱洗涤功能、进排水系统故障自动诊断功能、暂停等七大功能,在许多方面还不能达到人们的需求。这就要求设计者们有更高的专业和技术水平,能够提出更多好的建议和新的课题,将人们的需要变成现实,设计出更节能、功能更全面、更人性化的全自动洗衣机。目前的洗衣机都没有实现全方面的兼容,大多洗衣的厂家都注重各自品牌的洗衣机的特长,突出一两个与别的洗衣机不同的个性化的功能,洗衣机的各项功能是由单片机控制实现的,单片机的体积小,控制功能灵活,因此,设计出基于单片机的全自动洗衣机控制电路系统具有很强的实用性。第第 2 2 章章 全自动洗衣机的设计方案全自动洗衣机的设计方案2.1 系统总体框图根据题目要求本系统应

12、实现以下功能：1可通过按键设定水位和洗涤时间。2可根据衣物的重量、浊度等自动设定水位和洗涤时间3洗涤完毕给出相应的提示。为完成相应功能,系统可以划分为以下几个模块：电源模块、按键模块、检测模块、电机控制模块、状态显示模块、进水阀电路、出水阀电路等,系统框图如下CPUAT89C51状态显示电路排水阀电路报警电路电机控制电路检测电路电源电路键盘电路进水阀电路图 2.1 系统总体框图2.2 系统流程图根据题目要求,首先需要判断是否为自动洗衣,若为自动洗衣,则转入自动洗衣步骤,若为手动洗衣,则转入手动洗衣步骤。自动洗衣中,先通过各个传感器采集信息,传入 CPU 中,根据模糊控制理论控制进水量、洗涤时间

13、、洗涤过程等,然后洗衣机就会按照洗涤过程漂洗过程-脱水过程进行自动洗衣。手动洗衣中,通过按键输入进水量、洗涤时间、洗涤方式等,洗衣机按照用户设置的参数进行手动洗衣系统流程图如下开始结束自动洗衣？通过传感器检测衣物重量及质地确定进水量及洗涤时间进水并洗涤漂洗并脱水通过键盘输入各个参数，包括进水量洗涤时间等进水洗涤并漂洗脱水YN图 2.2 系统流程图第第 3 3 章硬件电路介绍章硬件电路介绍对洗衣机整个洗衣过程的控制,包括用户参数输入、洗衣、漂洗、排水和脱水等阶段。控制系统主要由电源模块、按键模块、传感器模块、电机控制模块、状态显示模块、进水阀电路、出水阀电路等模块构成。下面分别介绍这些模块的选型

14、。3.1 主控模块主控模块是整个系统的大脑,系统的输入输出以及各种决策都离不开主控模块的控制,所以主控模块必须能完成题目要求的控制,主控芯片可以选择AVR 单片机,凌阳系列,51 系列中选择。AVR 单片机是 Atmel 公司推出的较为新颖的单片机,其显著的特点为高性能、高速度、低功耗。它取消机器周期,以时钟周期为指令周期,实行流水作业。AVR 单片机指令以字为单位,且大部分指令都为单周期指令。而单周期既可执行本指令功能,同时完成下一条指令的读取。通常时钟频率用 48MHz,故最短指令执行时间为 250125ns。该系列的型号较多。1SPCE061A 是继 nSP系列产品 SPCE500A 等

15、之后凌阳科技推出的又一款 16 位结构的微控制器,凌阳 SPCE061A 单片机具有体积小、集成度高、可靠性好且易于扩展,较强的中断处理能力、驱动能力强、低功耗、可编程处理语音、处理中断能力强等特点。5V 低电压供电,功耗较低；16 位微处理器芯片能保证任务快速准确的执行；不需任何外围器件就可以完成语音播放功能。2AT89C51 单片机是 ATMEL 公司 8 位单片机系列产品之一,是一种 20 引脚双列直插式芯片。它含 2KB 可反复烧录的 FLASH 存储器,RAM 字节也有 128 个,15 个 I/O 口,5 个中断器,2 个定时器,已经可以满足程序的需要51 系列优点之一是它从部的硬

16、件到软件有一套完整的按位操作系统,称作位处理器,或布尔处理器。它的处理对象不是字或字节而是位。它不仅能对片某些特殊功能寄存器的某位进行处理,如传送、置位、清零、测试等,还能进行位的逻辑运算,其功能十分完备,使用起来得心应手。虽然其他种类的单片机也具有位处理功能,但能进行位逻辑运算的实属少见。有的单片机并不能直接对 RAM 单元中的位进行操作,如 AVR 系列单片机中,若想对 RAM 中的某位置位时,必须通过状态寄存器 SREG 的 T 位进行中转。51 系列的另一个优点是乘法和除法指令,这给编程也带来了便利。八位除以八位的除法指令,商为八位,精度嫌不够,用得不多。而八位乘八位的乘法指令,其积为

17、十六位,精度还是能满足要求的,用的较多。作乘法时,只需一条指令就行了。很多的八位单片机都不具备乘法功能,作乘法时还得编上一段子程序调用,十分不便。51 系列的 I/O 脚的设置和使用非常简单,当该脚作输入脚使用时,只须将该脚设置为高电平复位时,各 I/O 口均置高电平 。当该脚作输出脚使用时,则为高电平或低电平均可。综上所述,我们本次设计采用 51 系列,它含有 4KB 可反复烧录及擦除存和 128 字节的 RAM,有 32 条可编程控制的 I/O 线,5 个中断发源,指令与 MCS-51 系列完全兼容。选用它作为核心控制新片,可使电路极简化,而且程序的编写及固化也相当方便、灵活。选用它设计制

18、作全自动洗衣机控制电路,该电路的组成相对简单,工作原理清晰,易于理解。343.2 电源模块由于该系统控制洗衣机工作过程的单片机为 51 系列,而该单片机的工作电压为 5V,所以电源采用三端集成固定稳压器 7805 提供+5V 电源。78XX 系列是三端正电源稳压电路,它的封装形式为 T0-220。它有一系列固定的电压输出,应用非常的广泛。每种类型由于部电流的限制,以及过热保护和安全工作区的保护,使它基本上不会损坏。其特点是最大输出电流 1.5A,输出电压为5V,有热过载保护、短路保护及输出晶体管安全工作区保护。综上所述,7805完全能够满足本设计的要求。图 3.1 电源模块3.3 按键模块由于

19、洗衣机需要用户输入各种参数,以及用户对于洗衣机的操作,所以我们需要对键盘类型进行选择。按键是用来输入各种开关量的器件,键盘是由若干个按键组成的开关矩阵,它是最简单的单片机输入设备,通过键盘输入数据和命令,实现简单的人机对话矩阵键盘是运用得最多的键盘形式,也是单片机入门必需掌握的一种键盘识别技术。可以通过分别扫描行和列来识别按下的按键,矩阵键盘具有节省 I/O 端口,使用方便等优点,但是其编程比较复杂。由于该系统所需按键很少,所以我们选择 OMRON B3F 轻触开关,其特点为：实现轻快地按触感及高耐久性,备有可用于通用的径向带状部件插入机的带状规格,备有可以在长时间保持稳定接触和绝缘的镀金型,

20、可安装键顶,有凸型柱塞。综上所述,OMRON B3F 轻触开关可以满足系统需求。本系统中洗衣机面板上有 3 个按钮 K1、K2 和 K3,分别接单片机的 P13口 P14 口和 P15 口。图 3.2 按键模块其中K1 为启动暂停键：按奇数次视为启动,偶数次视为暂停。K2 用于洗衣程序设置：按奇数次视为设置水位,偶数次视为设置时间。K3 用于档位选择：按一下为高档位时间长,按两下中档位时间适中,按三下低档位时间短 。3.4 检测模块本次设计中需要检测 4 个物理量分别为衣物的重量,衣物的质地,水位,水的浑浊度。用到 3 个传感器,分别为：负载传感器, TS 污浊度传感器和水位传感器。其中污浊度

21、输出是模拟信号,需要通过 A/D 转换才能作为单片机的控制信号,而水位传感器本身输出的就是数字信号,所以不需要通过 A/D 转换,直接可用做单片机的控制信号。3.4.1 负载传感器负载传感器用于检测衣物的质量和质地。洗衣机开始洗涤之前,首先先进水,当到达一定水位时电机启动,旋转一段时间后停机,此时电机处于发电状态,负载传感器根据停机后电机的发电时间等来判断衣物的重量和质地。其输出接单片机的 INT1 口。图 3.3 负载传感器3.4.2 TS 污浊度传感器TS 浊度传感器是一种专门用于家电产品的低成本传感器,主要用于洗衣机、洗碗机等产品的水污浊程度的测量。通过测量水的污浊程度来判断所洗物品洁净

22、程度,从而确定最佳的冼涤时间。该传感器的工作原理是：当光线穿过一定量的水时,光线的透过量取决于该水的污浊程度,水越污浊,透过的光就越少。光接收端把透过的光强度转换为对应的电流大小,透过的光多,电流大,反之透过的光少,电流小。通过测量接收端电流的大小,就可以计算出水的污浊程度。浊度电流信号经过电阻转换为 0 V5 V 电压信号,通过 ADC0809 IN1 通道转换成数字信号后,经过采样处理后单片机就可以获知当前水的污浊度。实际使用时需要通过实验获得衣物污浊程度的经验数据。567图 3.4 TS 污浊度传感器3.4.2 水位传感器在洗衣机中采用两种水位传感器,分别是机械式和鉴频式。机械式水位传感

23、器是最早出现的一种水位检测装置,当达到设定水位后,水位传感器闭合。MCU 通过检测输入的开关量的变化,以确定水位,检测方式比较简单。而在现在的洗衣机多采用鉴频式水位传感器,也称之为谐振式水位传感器。 水位的变化改变鉴频式水位传感器中磁芯的位置,等效于改变并联谐振电路中的电感量,从而改变电路的谐振频率。谐振式水位传感器采用了新型的传感原理 ,把水位的高低 ,通过水位传感器直接变成水位与频率的对应关系。衣物的洗净度、水流强度、洗涤时间等参数的检测 ,对模糊控制洗衣机在节水、节能、减少洗涤时间方面起决定性的作用。 谐振式水位传感器的输出为+5V 方波脉冲信号,可以直接89C51 的定时/计数口 T0

24、,谐振式水位传感器在 0mm500mm 水位高度围的谐振输出频率围为 20KHz26KHz,采用 89C51 部定时中断定时外部直接计数方式测量输出频率,误差小于 10Hz. 通过对 T0 口的初始化编程,将计数器计数的时间设定为 1S,T1 定时器发出中断,T0 口在 1s 中的脉冲个数即为被测信号的频率。因为采用直接测量法在低频围误差较大,但在 20KHz26KHz 频率围,测量误差较小。图 3.5 鉴频式水位传感器的结构图 图 3.6 鉴频式水位传感器的等效电路图3.5 电机控制模块无论是洗涤漂洗还是脱水过程都离不开电动机,电动机的选型及其控制至关重要。单相串励电机的引入,起源于欧美等生

25、产厂家。欧美地区住房宽裕,人们一般将洗衣机安放在离卧室较远的地方。不太在乎噪音,而更关心的是脱水转速。单相串励电机正好可以满足这方面的要求,这种电机一般由电刷换向器、励磁绕组和电枢绕组串接而成,定子由定子铁心和励磁绕组等部件组成,转子由电枢铁心、电枢绕组和换向器组成;由于励磁绕组与电枢绕组是串接的,通电后电枢电流与励磁磁场所产生的电磁力矩就可以带动负载旋转。单相串励电机转速高、体积小、起动转矩大,经常用在电钻等电动工具上。将这种电机装配在洗衣机上,洗涤或脱水时只需通过调整电压就可以实现电机转速的调整,并且,调节围也比较宽。在国外有的滚筒洗衣机装配了这种电机其脱水转速可达达 1000r/min

26、以上。但它也有明显不足的地方：最明显的就是工作时噪声突出,尤其是转速越高,噪声越大,这也是由于这种电机的自身结构所决定的。 除此以外,由于这种电机采用的是机械式换向。因此,电磁干扰在所难免,被电刷短接元件中的电流急剧变化和产生的火花,会产生非常的电磁干扰,在高速脱水时尤为明显;电刷与换向器摩擦摄耗也会影响电机的寿命。基于此,这种电机要实现直接驱动也比较困难。单相异步电动机是靠 220V 单相交流电源供电的一类电动机,它适用于只有单相电源的小型工业设备和家用电器中。单相异步电动机由定子、转子、轴承、机壳、端盖等构成。在单相异步电动机中,当定子绕组通过交流电流时,建立了电枢磁动势,它对电机能量转换

27、和运行性能都有很大影响。所以单相交流绕组通入单相交流产生脉振磁动势,该磁动势可分解为两个幅值相等、转速相反的旋转磁动势和,从而在气隙中建立正转和反转磁场和。这两个旋转磁场切割转子导体,并分别在转子导体中产生感应电动势和感应电流 。该电流与磁场相互作用产生正、反电磁转矩。正向电磁转矩企图使转子正转；反向电磁转矩企图使转子反转。这两个转矩叠加起来就是推动电动机转动的合成转矩。由于单相异步电动机原理、构造大比较简单,制作工艺已成熟,而且,应用在洗衣机上已有几十年历史,所以我们选择单相异步电动机作为洗衣机的电机。由于这种电机是恒速运转,所以工作时通过皮带传动及减速离合器完成速度、力矩的转换,再分别完成

28、洗衣机的洗涤、脱水动作。也可以选用一级皮带作为减速兼传动。它在洗涤、脱水时的不同转速是由电机的不同极对数绕组来完成的。绕组多采用 2 极/12 极或 2 极/16 极。这样可以使洗涤转速大约在 40-60r/min,脱水转速大约在 400-600r/min。单片机通过 P10,P11 口控制电机的正反转。910图 3.6 电机控制电路3.6 状态显示模块洗涤、漂洗及脱水的时间都需要显示出来,我们需要选择显示状态的器件。有 LED 数码管和 LCD 液晶显示可供我们选择。LCD 是液晶显示器英文名称的缩写,液晶显示器是一种被动式的显示器,即液晶本身并不发光,而是利用液晶经过处理后能改变光线通过方

29、向的特征,达到白底黑字或黑底白字显示的目的。LCD 有明显的优点：工作电流小其功耗很低；尺寸小；字迹清晰、美观、使人舒服；寿命长,使用方便且能够显示四行汉字,更加人性化的特点。液晶动态显示功能强大,可以实现多种信息的显示,提供了一个友好的用户界面,使系统更加直观,人性化。但是 LCD 液晶显示器价格贵,且占 I/O 端口比较多LED 数码管实际上是由七个发光管组成 8 字形构成的,加上小数点就是 8个。这些段分别由字母 a,b,c,d,e,f,g,dp 来表示。当数码管特定的段加上电压后,这些特定的段就会发亮,以形成我们眼睛看到的字样了。LED 数码管的主要特点如下：编程容易,硬件电路调试简单

30、。能在低电压、小电流条件下驱动发光,能与 CMOS、ITL 电路兼容。 发光响应时间极短,高频特性好,单色性好,亮度高。 体积小,重量轻,抗冲击性能好。 寿命长,使用寿命在 10 万小时以上,甚至可达 100 万小时。成本低。因此它 被广泛用作数字仪器仪表、数控装置、计算机的数显器件。本次设计只是显示时间,所以采用 LED 就可以达到目的了。我们选择了三个 LED 作为显示模块来显示三位时间,分别为,分个位、秒十位、秒个位。LED 数码管通过 TM1620 驱动,经过串行口传输数据,进行静态显示。图 3.7 数码管驱动电路由于本设计中按键有多重功能,所以同时加入 6 个发光二级管来显示各个按键

31、的功能。他们分别连接到单片机的 P00 口到 P05 口。其中一个显示 K1启动暂停功能,一个显示 K2 设置水位/洗涤时间功能。三个显示 K3 高中低三个档位,最后一个给出洗衣结束信号。图 3.8 LED 状态显示电路3.7 进出水阀电路进出水阀是控制洗衣机进水与排水的装置,当进水阀打开时洗衣机进水,开始进行洗涤操作,洗涤完成时,排水阀打开进行排水。进出水阀与单片机 P口相连,其打开与关闭直接通过单片机控制。图 3.9 进出水阀电路3.8 系统总电路图系统总硬件电路框图如附录所示,在该硬件系统中主要由核心单元电路、进水阀控制电路、排水阀控制电路、电机转动控制电路、状态显示电路、特殊功能电路等

32、单元组成。系统总电路图见附录第第 4 4 章章 软件设计软件设计本次设计是基于模糊控制理论上的全自动洗衣机,用户只需要将衣物放进洗衣机,按下启动键,洗衣机就能自动完成洗涤-漂洗-脱水等一系列操作,当然本次设计中还考虑到半自动时的情况,用户可以根据自己的需求自由选择洗衣机洗衣的各参数,这一点是通过按键来实现的。4.1 全自动洗衣机中的模糊控制4.1.1 模糊控制理论简介1968 年 L.A.Zadeh 在FuzzyAlgorithm一文中简单地提及了模糊控制使得模糊控制这一重要概念变得清楚了。1972 年他发表在ASME动力系统,测量和控制分册上的ARationaleforFuzzyContro

33、l对此做出了更详尽的阐述。模糊控制是在所采用的控制方法上应用了模糊数学理论,使其进行确定性的工作,对一些无法构造数学模型的被控过程进行有效控制。语言变量的概念是模糊控制的基础。在模糊控制中,模糊控制器的作用在于通过电子计算机,根据精确量转化而来的模糊输入信息,按照语言控制规则进行模糊推理,给出模糊输出,判决将其转化为精确量,对被控对象进行控制作用。基本模糊控制系统包括模糊化处理、模糊推理和非模糊化控制三个环节与传统控制理论相比,模糊控制有两大不可比拟的优点：第一,模糊控制在许多应用中可以有效且便捷的实现人的控制策略和经验,这一优点自从模糊控制诞生以来就一直受到人们密切的关注；第二,模糊控制不需

34、要被控对象的数学模型即可实现较好的控制,这是因为被控对象的动态特性已隐含在模糊控制器输入、输出模糊集及模糊规则中。所以模糊控制被越来越多的应用于各个领域,尤其是被广泛应用于家电系列中,基于模糊控制的洗衣机就是其中的一个典型实例。4.1.2 模糊控制器洗衣机控制器是洗衣机的大脑,洗衣机的洗涤、漂洗、脱水等动作均由控制器加以控制,目前的全自动洗衣机采用控制器有模糊控制器和普通控制器两种,二者之间既有共同之处,又存在着差别。洗衣机模糊控制器与普通控制器的相同点就在于二者均采用微电脑技术,各自根据洗衣机的控制原理编制出程序,对洗衣机实施控制。洗衣机模糊控制器与普通控制器的主要区别在于二者控制思想不同。

35、普通程序控制器虽然使洗衣机在功能较普通洗衣机增强许多,但就其控制思想而言,仍谈不上先进它只是根据时间原则去设定洗衣机的洗涤、漂洗和脱水的运行时间,然后连续运行,完全不考虑其他因素。例如：洗衣服的多少、面料的软硬、衣服的肮脏程度等,均未加以考虑。而模糊控制器则是根据衣量的多少确定洗涤水量；根据面料软硬和肮脏程度确定洗涤时间等,这些都是控制规则,这些规则是人工经验的积累。一般的说,模糊控制器是利用人工智能方式,建立一组控制规则,编织成程序由微电脑执行。这样,就形成了人工智能控制模式。因此,在控制思想上大大优于普通程序控制器的控制思想。11124.1.3 模糊控制实现方法一基本结构和控制过程模糊控制

36、是利用负载、衣质、浊度等检测所得到信息,进行分段评估计算使其模糊化,再根据模糊规则进行推理,最后根据所激活的规则进行解模糊判决,以决定最适当和明确的水位、洗涤时间以及脱水时间等。模糊控制洗衣机控制结构如下图所示。图 4.1 模糊控制洗衣机控制结构二模糊规则1水量的确定：如果检测到衣物量很多,则水位高；如果检测到衣物量较多,则水位适中；如果检测到衣物量很少,则水位低。2脱水时间的确定：如果检测到衣物很多,则脱水时间长；如果检测到衣物较多,则脱水时间适中；如果检测到衣物很少,则脱水时间短。三洗涤时间的确定：模糊控制洗涤时间衣物的重量水的浑浊度衣物的质地进水量脱水时间如果检测到衣物很多,则洗衣时间长

37、；如果检测到衣物较多,则洗衣时间适中；如果检测到衣物很少,则洗衣时间短。四漂洗时间的确定：如果检测到洗涤水很脏,则漂洗时间长；如果检测到洗涤水较脏,则漂洗时间适中；如果检测到洗涤水不脏,则漂洗时间短。134.2 洗衣程序4.2.1 洗涤过程通电后,若不选择洗衣周期,则洗衣机从洗涤过程开始。进入洗涤过程,首先进水阀接通,开始向洗衣机供水,当到达要求水位时,进水阀断电关闭,停止进水；电机 M 接通,带动波轮旋转,形成洗衣水流。电机 M 是一个正反转电机,可以形成往返水流,有利于洗涤衣物。4.2.2 漂洗过程与洗涤过程操作相同,只是时间短一些。4.2.3 脱水过程洗涤或漂洗过程结束后,电机 M 停止

38、转动,排水阀 M 接通,开始排水。排水阀动作的同时,电机 M 也接通,使电机可以带动桶转动。当水位低到一定值,再经过一段时间后,电机开始正转,带动桶高速旋转,甩干衣物。4.3 软件流程图本次设计是分模块进行编写的,以下就是各模块的流程图。 设置堆栈指针调洗衣机初始化程序允许定时器中断自检调显示子程序调键盘扫描子程序开始图 4.2 主程序流程图 入口通道选择启动转换转换结束？读取结果都转换完？取平均值返回YNNY图 4.3 A/D 转换器流程图显示内容送缓冲区设显示缓冲区指针40H-R0扫描模式置初值-R2R2-8155C口取显示数据段码送8155A口延时1ms显示缓冲器R0加1R3左移1位YN

39、显示到最后一位吗？入口返回图 4.4 显示子程序流程图入口有键按下？启动/暂停键？奇数次？次数加一暂停运转程序设置次数加一设置键？转设置子程序档位键？档位次数加一转设置子程序返回YNYYNYNN图 4.5 键盘扫描子程序流程图入口设置按键奇数次按下？档位按键第一次按下？进水量为高档位按键第二次按下？进水量为中档位按键第三次按下？进水量为低NYNN档位按键奇数次按下？YY洗涤时间为长Y档位按键奇数次按下？洗涤时间为短Y档位按键奇数次按下？洗涤时间为中Y结束NNN图 4.6 设置子程序流程图入口返回自动洗衣？调检测子程序进入手动洗衣调洗涤子程序调漂洗子程序调脱水子程序YN图 4.7 运转程序流程图

40、 入口结束开计数器，开始计数读计数值图 4.8 水位检测子程序流程图入口电机转3秒并停机根据负载传感器判断衣物质量及质地读取污浊度转A/D转换子程序结束图 4.9 检测子程序流程图 入口结束开进水阀水位检测关进水阀水位到了吗？图 4.10 进水子程序流程图 入口置转速置电机正转时间启动电机时间到了吗？停止电机置电机反转时间启动电机时间到了吗？停止电机YNYN图 4.11 电机运转子程序流程图入口调电机运转子程序显示洗涤倒计时时间洗涤结束了吗？停止电机返回NY图 4.12 洗涤子程序流程图入口调电机运转子程序显示漂洗倒计时时间漂洗结束了吗？停止电机返回NY图 4.13 漂洗子程序流程图入口开排水

41、阀置脱水转速脱水结束了吗？显示脱水倒计时返回NY启动电机停止电机关排水阀图 4.14 脱水子程序流程图结论结论本课题设计的模糊控制洗衣机系统,充分应用了模糊控制技术,单片机在测控领域的应用技术,既有硬件设计又有软件编程,实现洗衣机的真正全自动控制,一个按钮就能完成洗衣的全过程。本设计系统的特点有：分别由 TS 浊度传感器、负载传感器和水温传感器检测到衣物的污浊度,重量和质地,通过洗衣之前的模糊推理来决定进水量洗涤时间、水位、脱水时间。在洗涤过程中采取实时模糊控制,洗涤时间和漂洗时间由实时模糊控制器决定。既能保证洗净衣物又使洗涤时间短,减少衣物的磨损。使洗衣机具有智能化,最大限度地提高洗涤效果,

42、节约能源及水量,使洗衣机达到高效节能的要求。本设计还考虑到半自动适当的情况,用户可以根据自己的需求自由选择洗衣机的工作方式,这一点是通过按键来实现的。本系统硬件采用单片机 89C51 进行控制,A/D 转换器采用 ADC0809,都是考虑到既经济又实用的原因。由于实际条件的限制,本设计只能在理论上实现,不能做出实际的控制系统,是本设计的遗憾之处。由于模糊理论技术具有先进性、实用性和科学性,加上模糊技术控制的家电产品不仅使用方便,而且善解人意,大大方便美化了人们的生活,已成为人们向往的目标,也已逐步被中国广大消费者所认识。因此,在不久的将来具有模糊控制的家电产品有着极广泛的应用前景参考文献参考文

43、献1江海波等深入浅出 AVR 单片机：中国电力,20082凌阳科技凌阳 16 位电机控制单片：航空航天大学,20073吴金戌等8051 单片机实践与应用：清华大学,20024王治刚单片机应用技术与实训：清华大学,20045积东等. 单片机 51/98 开发与应用. ：电子工业,19946童诗白等,模拟电子技术基础,：高等教育,19807Allan R.Hambley.Electronics.2nd ed. Prentice Hall Inc.20028Muhammad H. Rashid. Microelectronic Circuits: Analysis and Design.20029新民等,微型计算机控制技术,：电子工业,201110卢燕等,电机与电气控制技术,：中国石油大学,200911俊峰等.模糊控制技术.：大学,200312章正斌等.模糊控制工程.：大学,199513曾科.模糊数学在自动化技术中的应用.：清华大学,1997附录附录