毕业设计（论文）智能洗衣机控制系统设计.doc

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1、 摘要洗衣机是现代家庭必备电器之一。随着科学技术的发展，人工智能技术逐渐应用于家用电器中。人们对洗衣机的要求在不断地提高，传统的全自动洗衣机已经不能完全满足人们的需求。智能洗衣机应运而生。 本设计为基于模糊控制理论的微电脑程控式的智能洗衣机设计。应用模糊控制可以实现对洗涤过程中的水位和洗涤时间的合理控制。洗涤过程中，洗衣机能自动检测出布量和布质，自动地确定水位和洗涤时间，使衣物能够达到最佳的洗涤效果。 系统的硬件主要包括主控芯片，电源电路，驱动电路，传感器电路，显示电路，键盘输入电路等。由于本次设计采用了功能强大的AT89C52单片机为主控制芯片，因此系统具有控制能力强，硬件简单，工作可靠等优

2、点。关键词：AT89C52单片机；智能洗衣机；模糊控制AbstractThe washing machine is one of the essential electrical appliances of the modern family. With the development of science and technology， artificial intelligence technology is gradually applied in household appliances.As the requirements for washing machine is consta

3、ntly improving， the traditional automatic washing machine can not meet the needs of people. Intelligent washing machines came to being. This paper describes the system design of microcomputer programmed intelligent washing machines based on the fuzzy control theory. The application of fuzzy control

4、can reasonably control the water level and washing time in washing process. In the process of washing， Intelligent washing machine can automatically detect the amount of cloth and the type of fabric， automatically make sure water level and washing time， make clothings reach the best cleaning effect.

5、 System hardware mainly includes the main control chip， the power supply circuit， drive circuit， sensor circuit， display circuit， the keyboard input circuit， etc. Because it equipped with the powerful single chip micro-computer named AT89C52，this washing machine has many advantages over its strong c

6、ontrolling ability，simple hardware structure and so on.Key words : AT89C52 single chip; Intelligent washing machine;fuzzy control目录摘要IAbstractII1 绪论11.1 洗衣机的发展状况概述11.2 模糊控制理论简述21.3 智能洗衣机的设计方案32 系统概述52.1 系统结构介绍52.2 主要芯片及元器件介绍63 系统硬件电路设计153.1 系统电源电路153.2 温度检测电路153.3 水位检测电路153.4 浊度检测电路163.5 液晶显示电路163.6

7、 迅响电路173.7 键盘输入电路173.8 驱动电路183.9 负载检测电路184 系统软件设计204.1 智能洗衣机实现的关键技术204.2 系统主要流程图244.3 系统程序代码295 结 论36参考文献37附录：38致 谢391 绪论1.1 洗衣机的发展状况概述1洗衣机的发展史洗衣服是每个家庭都无法逃避的家庭劳动。洗衣机的出现给人们的生活带来了相当大的方便，它的普及大大降低了大多数家庭的体力劳作。1858年，美国人汉密尔顿史密斯制成了第一台洗衣机。1874年， 美国人比尔布莱克斯发明了第一台人工搅动式洗衣机，使得“手洗时代”受到了挑战。1910年美国人研制出了第一台电动式洗衣机。192

8、2年美国玛塔依格公司生产出了第一台搅拌式洗衣机。1932年美德克斯航空公司研制成功了第一台前装式滚筒式洗衣机，这台机衣机能够使洗涤、漂洗、脱水三个步骤在同一个滚中操作。与此同时，世界各地也相继出现了洗衣机。洗衣机工业快速迅猛地发展起来。 1937年第一台自动洗衣机问世。1955年日本研制出波轮式洗衣机。60年代日本出现了半自动洗衣机。70年代生产出了波轮式套桶全自动洗衣机。70年代后期以电脑控制的全自动洗衣机在日本问世。80年代“模糊控制”开始应用于洗衣机中，使得洗衣机能够通过模糊控制使洗衣机操作更加简单，实现智能化。近半个多世纪里，在工业发达国家，全自动洗衣机技术得到广范的应用，其年总产量及

9、社会普及率均以达到相当高的水平。2我国洗衣机的发展现状洗衣机在中国起步较晚，1978年才开始正式生产家用洗衣机。 随着改革开放的不断深入，经济的持续增长，人民生活水平的普遍提高，人们对于洗衣机的认识也在不断发展，进入80年代后，中国洗衣机行业一直保持着旺盛的发展形势。目前，洗衣机在我国城市甚至广大农村已得到大范围的普及。中国洗衣机市场正处于快速更新换代阶段，市场潜力巨大，随着家用电器的自动化、智能化发展，人们对于洗衣机的期望也越来越高。1983年，中国洗衣机产量由1978年的400台增至365万台。此后全国各处都大规模的引进国外先进洗衣机技术。中国的洗衣机发展突飞猛进，先进技术的引进、吸收和创

10、新，极大地促进了中国洗衣机的生产能力和产业质量。经过三十年的发展，我国的洗衣机年产量已位于世界第一，将近为世界总年产量的四分之一。3智能洗衣机的发展前景洗衣机是一个家庭中不可或缺的家用电器，其发展速度十分迅速，传统洗衣机由于功能的需要和技术的局限，手动控制按纽越来越多。而洗衣机的使用操作者一般是家庭妇女、老人、保姆等，相对而言这些人的文化程度较低，很难掌握正确用法，造成多功能洗衣机功能上的浪费，不能做到尽可能的节水、节电、省时。不但中国如此，据美国消费者协会亦调查到：“在家用电器中，一般的美国人常用的功能键只有20% 30%，有80% 的家庭妇女不能掌握其全部用法。”所以控制简单而且功能完善的

11、家用电器就越来越受欢迎。因此传统的洗衣机已经远不能满足人们追求现代化的要求。新型的智能洗衣机应运而生。所谓智能洗衣机是微处理器和模糊控制技术引入到传统自动洗衣机中的产物。它拥有高度自动化、智能化、人性化的特点，不仅能够实现进水、洗涤、漂洗、脱水等一系列过程的自动完成，还能够模拟传统人工手洗的操作方式，总结人工手洗的操作经验，通过模糊推理和模糊控制来实现洗衣机的全自动化和智能化。由于智能洗衣机采用了微电脑控制，拥有较大的程序存储能力，在洗衣机内部存储了很多种洗涤模式，可由用户任意选择，能够最大限度的节约水、电、洗涤剂，使衣物能够在尽可能短的时间内用最不磨损衣物的方式将衣物洗到尽量的干净。智能洗衣

12、机的出现可以进一步改变人们的方式，让人们的生活更加简单，更少烦杂。在生活水平高度上升的今天，人们将时间越来越少的分配在不必要的机械操作中，智能洗衣机的市场需求十分巨大。有业内人士表示，尖端洗涤技术的革新所表现出的洗衣方式更加注重健康和个性化，已在市场发展中倍受欢迎。1.2 模糊控制理论简述“模糊”是人类感知万物、获取知识、思维推理、决策实施的重要特征。1965年，“模糊控制理论”由美国学者加利福尼亚大学著名教授L.A.Zadeh首度提出。模糊控制是一种以数学为基础，运用语言规则表示方法和先进的计算机技术，由模糊推理进行判决的高级控制策略。模糊控制属于智能控制范畴，现已发展成人工智能领域中的一个

13、重要分支，其理论发展迅速，应用领域广范，控制效果显著。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。如今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。智能洗衣机整个工作过程的控制是由单片机控制系统实现的，由单片机、稳压电源、信号检测模块、振荡器、蜂鸣器、功能键、显示电路、驱动电路

14、等组成。智能洗衣机利用数字单片机组成硬件结构，由软件进行模糊化，模糊推理和反模糊化作业。 1.3 智能洗衣机的设计方案1洗衣机控制面板本次设计的智能洗衣机定义为基于模糊控制的微电脑程控式套桶波轮型洗衣机。其控制面板分为两个部分：按键部分和显示部分。按键部分包括了三个按键：电源键、程序键、启动/暂停键。（1）电源键：手动按下电源键，即将电源接入至洗衣机系统。（2）程序健：选择工作模式。（3）启动暂停键：用于选择启动或暂时停止两种工作状态。显示部分由一个发光二极管和一个LCD12864液晶显示器组成，其中发光二极管指示电源是否接通，液晶显示器显示洗涤模式、洗涤状态及剩余时间。2智能检测待洗衣物的智

15、能检测是智能洗衣机能够实现智能的关键技术之一。智能检测利用了模糊控制原理，根据各类传感器提供的洗涤物状态和洗衣机运行参数进行模糊推理。通过对布量、布质、温度、浊度的检测来确定洗涤过程中的洗涤水位，洗涤时间，漂洗次数，排水时间，脱水时间等等。3智能洗衣机工作流程人工放入待洗衣物和洗涤剂后，接通电源，选择好洗涤模式，按下“启动/暂停”键。此时洗衣机进入智检过程。首先波轮正转3s，断电，初步确定水位。然后开进水阀，进水至检测水位，波轮正转30s，断电，进行布量分析判断，确定洗涤水位。继续进水至已确定的水位，波轮转动15s，断电，进行布质分析判断，温度检测。通过测得的数据初步得出洗涤时间，进入“洗涤”

16、过程。洗涤有三种模式：标准洗涤模式、快速洗涤模式、脱水模式。（1）标准洗涤模式：首先将衣物浸泡至规定的时间，然后通过电机的正反转对衣物进行洗涤，并通过对洗涤剂浊度的分析来修正洗涤时间。洗涤完毕，电机停止转动，接通排水阀电机，打开排水阀，开始排水。当水位到达0水位时，进行漂洗前的脱水过程。电机通电，进行脱水。到达预约时间后，电机断电，稍后关闭排水阀。打开进水阀，进水至规定水位，起动电机，进行衣物的漂洗。漂洗时间到，电机停止转动，打开排水阀进行排水，检测水的浊度，若浊度不达标需重复漂洗程序（重复漂洗程序时要先进行脱水），漂洗程序最多重复两次。漂洗结束之后，进行最后的脱水程序。开启排水阀，排水至0水

17、位，电机间断和连续顺时针转动，到达规定时间后，电机停止转动，关闭排水阀，蜂鸣器提示洗涤结束，软件切断电源。 （2）快速洗涤模式：电机正反转对衣物进行洗涤，至预约时间，进入漂洗程序。第一次漂洗完后，排水时检测水的浊度，待脱水完毕，若测得的浊度不达标则进行二次漂洗，二次漂洗之后进行最后脱水。脱水完毕，蜂鸣器提示洗涤结束，软件切断电源。 （3）脱水模式：打开排水阀进行排水，待水位为0水位，启动电机，进行脱水，至预约脱水时间，蜂鸣器提示脱水结束，软件切断电源。2 系统概述2.1 系统结构介绍如图1所示为智能洗衣机控制系统的结构框图。智能洗衣机控制系统采用AT89C52单片机为主控制芯片。外围电路包括电

18、源电路，振荡电路，复位电路，驱动电路，蜂鸣器电路，负载传感器模块，水位传感器模块，温度传感器模块，浊度传感器模块，LCD显示模块，键盘输入模块等。电源电路振荡电路复位电路键盘输入温度传感器水位传感器负载传感器温度传感器驱动电路排水阀开关线圈进水阀电机LCD显示蜂鸣器电路AT89C52单片机图1智能洗衣机结构框图（1）电源电路 本次设计中电源电路用于将220V的市交流电转为所需要的直流电压。220V市电先经变压器降压，然后经过二极管桥式整流，电容滤波后送入集成稳压器进行稳压，然后将稳定的直流电压输送给智能洗衣机控制系统电路的其他用电模块。（2）驱动电路 洗衣机所用的电动机，电源开关线圈，进水电磁

19、阀，排水电磁阀均为需要220V市电来带动的负载，而单片机不能直接控制市电，因此驱动电动在本次设计中相当重要。本设计中采用的驱动电路由光电耦合器MOC3041和大功率晶闸管构成。MOC3041是常用的双向晶闸管输出的光电耦合器，带过零触发电路，输入端的控制电流为15mA，输出端额定电压为400V，最大重复浪电流为1A，输入输出端隔离电压为7500V，有很好的隔离性。单片机将控制信号传递给MOC3041的输入端，经MOC3041的输出端来控制大功率晶闸管的控制端，从而由大功率晶闸管来控制相应的负载。这种设计方式可以使系统强弱电之间具有很好的隔离效果，控制方便，性能稳定。（3）传感器模块传感器模块包

20、括温度传感器模块，水位传感器模块，负载传感器模块和浊度传感器模块。传感器模块主要是用来将相应传感器检测的信号送入AT89C52单片机中。实现系统对特定信号的检测，使洗衣机得以实现智能控制。（4）键盘输入模块本次设计中键盘输入电路的设计是方便用户来自行选择洗涤模式和控制洗涤程序的启动/暂停的。由于本次设计力求使洗衣机使用更为简单，高度实现智能化，键盘按键仅有两个，设计简单，采用独立键盘形式。（5）蜂鸣器电路用蜂鸣器作为发声元件，可以在需要的时候发出声响，在洗衣机系统中可用于提示洗衣过程结束及对洗涤过程中出现的故障进行报警。2.2 主要芯片及元器件介绍1AT89C52单片机本设计采用的主控芯片为A

21、T89C52单片机。AT89C52单片机由ATMEL公司生产，属于51系列单片机的一种，是一种低电压、高性能的8位CMOS单片机，片内置有通用8位中央处理器和FLASH单元，兼容MCS-51指令系统。AT89C52单片机存储器采用哈佛结构，程序存储器和数据存储器空间是相互独立，分别是含有8K可反复擦写的Flash只读程序存储器和256B的随机存取数据存储器，两种存储器都有各自独立的寻址方式和寻址空间。如图2所示为AT89C52单片机的引脚示意图。AT89C52单片机共40个引脚，有32个双向输入/输出（I/O）端口，内含2个外部中断口，3个16位可编程定时/计数器，2个全双工串行通信口，2个读

22、写口线。图2AT89C52单片机引脚示意图其引脚功能如下：（1）主电源引脚（2根）VCC(Pin40)：电源输入，接5V电源GND(Pin20)：接地线（2）外接晶振引脚（2根）XTAL1(Pin19)：片内振荡电路的输入端。当使用片内振荡器时，此引脚接微调电容和石英晶体；当采用外接时钟源时，引脚接振荡器信号。XTAL2(Pin20)：片内振荡电路的输出端。当使用片内振荡器时，和Pin 19的接法一样；当采用外部时钟源时，此引脚悬空。（3）控制引脚（4根）RST/VPP(Pin9)：复位引脚，引脚上出现2个机器周期的高电平将使单片机复位。Vpp为第二引脚功能，当对片内Flash进行编程时，此引

23、脚接入编程电压。 ALE/PROG(Pin30)：地址锁存允许信号。若访问外部程序存储器（ROM）和数据存储器（RAM），ALE将用于锁存低8位的地址。此时，ALE仍会以时钟振荡频率的1/6输出一个固定的脉冲信号，可用于对外输出时钟或定时。此外，可通过对特殊功能寄存器（SFR）中的8EH单元的D0位置位，可以禁止ALE操作。该位置位后，只有MOVX和MOVC指令才能把ALE激活。PSEN(Pin29)：外部存储器读选通信号，当为低电平时外部存储器读选通。EA/VPP(Pin31)：程序存储器的内外部选通信号，接低电平时从外部程序存储器读指令，接高电平则从内部程序存储器读指令。（4）可编程输入/

24、输出引脚（32根）AT89C52单片机有4组8位的可编程I/O口，分别位P0、P1、P2、P3口，每个口有8位（8根引脚），共32根。P0口（P0.0P0.7）：8位双向I/O口线。P0口是一个漏极开路的I/O口。作为输出口，每一位均可以驱动8个TTL负载。当对某个P0端口写入“1”时，该引脚可以用作高阻抗输入。当访问外部程序存储器或者数据存储器时，P0口也被作为地址总线（低8位）和数据分时复用。在这种模式下，P0不需要外加上拉电阻。P0口也可以作为I/O口使用，也可以用来接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节，此时需要加10K-4.7K的外部上拉电阻。P1口（P1.0P1.7）：8位准双向

25、I/O口线。P1口内部具有上拉电阻，P1口输出缓冲器能够驱动4个TTL负载。若对P1 口写入“1”的时候，内部上拉电阻就会把端口拉高，此时可以用作输入口。当作为输入口使用时，被外部拉低的引脚因为其内部电阻，将输出电流。此外，P1.0和P1.2分别可以作定时器/计数器2的外部计数输入和定时器/计数器2 的触发输入。P2口（P2.0P2.7）：8位准双向I/O口线。P2 输出缓冲器能够驱动4个TTL负载。当对P2 端口写入“1”的时候，内部上拉电阻就会把端口拉高，此时就可以作为输入口使用。当作为输入使用时，被外部拉低的引脚因为其内部电阻，将会输出电流。在访问其外部ROM或用16位地址读取外部RAM

26、时，P2 口就会送出高八位地址。此时，P2 口利用内部上拉发送“1”。当使用 8位地址，访问其外部数据存储器（RAM）时，P2口将会输出P2锁存器的内容。在Flash编程或者校验时，P2口也用于接收高8位地址和某些控制信号。P3口（P3.0P3.7）：8位准双向I/O口线。P3口其内部具有上拉电阻，P2口输出缓冲器能够驱动4 个 TTL 负载。当对P3 口写入“1”的时候，内部上拉电阻就会把端口拉高，此时就可以作为输入口使用。当作为输入使用时，被外部拉低的引脚因为其内部电阻，将会输出电流。P3口也作为STC8C52具有第二功能的引脚使用，如表1所示。表1 P3口第二功能引脚图引脚第二功能说明P

27、3.0RXD串行输入口P3.1TXD串行输出口P3.2INT0外中断0P3.3INT1外中断1P3.4T0定时/计数器0P3.5T1定时/计数器1P3.6WR外部数据存储器写选通P3.7RD外部数据存储器读选通2点阵型LCD2864简介12864是一种图形点阵液晶显示器，它主要由行驱动器/列驱动器及12864全点阵液晶显示器组成。可完成图形显示，也可以显示84个(1616点阵)汉字。表2为12864的引脚功能表。表2 12864引脚功能表引脚号引脚名称LEVER管脚功能 1VSS0电源地2VDD+5.0V电源电压3V0液晶显示器驱动电压4D/I(RS)H/LD/I=“H”，表示DB7DB0为显

28、示数据D/I=“L”，表示DB7DB0为显示指令数据5R/WH/LR/W=“H”，E=“H”数据被读到DB7DB0R/W=“L”，E=“HL”数据被写到IR或DR6EH/LR/W=“L”，E信号下降沿锁存DB7DB0R/W=“H”，E=“H”DDRAM数据读到DB7DB07DB0H/L数据线8DB1H/L数据线9DB2H/L数据线10DB3H/L数据线11DB4H/L数据线12DB5H/L数据线13DB6H/L数据线14DB7H/L数据线15CS1H/LCS1H，选择芯片右半屏信号16CS2H/LCS2H，选择芯片左半屏信号17RETH/L复位信号，RETL复位18VOUT-10VLCD驱动负

29、电压19LED+LED背光板电源20LED-LED背光板电源12864LCD的指令系统及时序。12864液晶显示模块（即KS0108B及其兼容控制驱动器）的指令系统比较简单，总共只有七种。其指令表如表3所示：表3 12864指令表指令名称控制信号控制代码R/WRSDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0显示开关0000111111/0显示起始行设置0011XXXXXX页设置0010111XXX列地址设置0001XXXXXX读状态10BUSY0ON/OFFRST0000写数据11写数据读数据11读数据3负载传感器负载传感器由电动机的反电动势检测电路，光耦合器和滤波电路组成。可以测得电动机

30、在不同阶段的反电动势.应用于洗衣机中可以通过模糊推论得出布量和布质的信息.其电路示意图如图3所示：图3负载传感器电路示意图起动主电机旋转，等电机转速稳定后切断电源，主电机由于惯性继续转动直到停止.在主电机断电惯性旋转时， 主电机处于发电状态， 会产生感应电动势输出.如果负载较大主电机处于发电状态的时间就长，如果负载较小则主电机处于发电状态的时间就相对较短。如图4所示：整形脉冲时间断电后电机转速稳定图4(a)负载小整形脉冲时间断电后电机转速稳定图4(b)负载大图4 电机断电后负载与整形脉冲的关系图将负载传感器应用于洗衣机中就可以以通过多次测量负载的方式来判断衣物的布质和布量。4温度传感器DS18

31、B20温度传感器是美国DALLAS公司生产的一款超小体积，超低硬件开销的温度传感器。DS18B20采用先进的单总路线数据通信，能够进行全数字的温度转换及输出，其分辨率最小的公作周期为750毫秒，可检测温度范围为-55 +125 。它可以提供9位(二进制)温度读数，指示器件的温度信息经过单线接口送入DSl8B20或从DSl8B20送出，因此从主机CPU到DSl8B20仅需一条线(和地线)，不需要用户自行去进行模数转换。图5为温度传感器DS18B20。 图5DS18B20DS18B20共三个引脚，引脚1接电压地，引脚2接单数据总线，引脚3接高电平电源。5谐振式水位传感器谐振式水位传感器，采用了新型

32、的传感原理，把水位的高低转化成水位与频率的对应关系，主要用于在洗衣机中作为洗衣机特定的水位传感器使用。如图6所示是谐振式水位传感器的结构图。洗衣机的水位H转换成导管口中的气压，导管中的水通过通过入嘴进入气室。由于气室上面是封闭的，与水位H成正比的气压被传到隔膜上。隔膜上嵌装有导板，当水位H上升时，气压增大，导板向上移动，当水位下降时，气压降低，在弹簧的作用下，导板向下移动。导板中心有导向轴，受外壳的支撑点限位，使导板上下平行移动，不致偏移。导板上有固定支架，装有磁性元件，在导管内气压作用下导板上下平行移动时，带动磁性元件使其与线圈之间的相对位置发生变化，因此线圈的电感量发生变化。该电感与电容组

33、成三点式振荡电路，振荡的固有频率随水位的变化而变化，因此我们只要测得振荡频率就可以测知水位。 图6谐振式水位传感器的结构图图7为水位与振荡频率的对应关系图。由图可以看出谐振式水们传感器的输出特性曲线基本上呈线性变化。在洗衣机进水和排水过程中，水位从50450mm任意一频率的误差可忽略不计。调试后的水位传感器的测量气压的范围为05.5kPa，电感的变化范围为3.35.40mH。当水位（0450mm）高度一定时，与其对应的传感器输出频率在（26.823.04 kHz）范围内可以任意设定。图7 水位与振荡频率的对应关系图6浊度传感器TS浊度传感器是GE公司专门为了用于家电产品中的检测水浊度的低成本传

34、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程度， 从而确定最佳的洗涤时间。TS浊度传感器采用一定的红外发光二极管作为检测光源，穿透洗涤剂，检测其透光强度。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。其原理图如图8所示：浊度电流信号经过电阻R1 转换为0 V5 V 电压信号， 利用A/D 转换器进行采样处理， 单片机就可以获知当前水的污浊度。 图8浊度传感

35、器电路图 3 系统硬件电路设计3.1 系统电源电路如图9所示，电源电路由变压器，桥式整流电路，电容，集成稳压器7815和集成稳压器7805组成。从集成稳压器7815输出端输出的15V电压直接用于给V/F转换器供电，从集成稳压器7805输出端输出的5V电压用于给其他直流低压部分提供电源。图9 电源电路3.2 温度检测电路如图10所示，温度检测电路主要由温度传感器DS18B20来实现，输出端DQ与单片机P2.1口相连，将由DS18B20检测到的温度信号由P2.1口送到单片机中。图10温度检测电路3.3 水位检测电路如图11所示为水位检测电路。为了使计算机直接读数，传感器采用敏感元件，L为传感器内部

36、线圈，匝数为480匝，电感量在(3.305.40mH)，初始电感量为3.30mH。电容C1、C3选用0.22uF/63V。R5为1k，R8为4.7k。L、C1、C3组成的谐振电路与数字反向器7404连接输出标准方波，随着水位的变化，谐振频率作相应的改变。图11水位检测电路3.4 浊度检测电路如图12所示，浊度检测电路由浊度传感器和压频转换电路组成。浊度传感器输出端Q的电压信号送到压频转换LMX31的7号引脚，LMX31将电压信号转换成频率信号经3号引脚送入到单片机中进行运算，从而判断出洗涤剂的浊度及其变化率。图12浊度检测电路3.5 液晶显示电路LCD12864是一种常用的液晶显示器，内含有国

37、标一级、二级简体中文字库。通过使用LCD12864可以实现本设计所需要的显示效果。如图13所示，12864的数据口与单片机的P0口相连，通过控制P0口的输出即可调整液晶显示的字符。RS、RW、EN为LCD与单片机之间的读写控制信号，通过对其控制可以实现对LCD的读写控制。图13液晶显示电路3.6 迅响电路 如图14所示，AT89C52的P1.3与9012的基极相连。当P1.3输出高电平时，9012截止，蜂鸣器不发生；当P1.3输出低电平时，9012导通，蜂鸣器发出蜂鸣声。图14讯响电路3.7 键盘输入电路本设计采用独立键盘进行手动控制。如图15所示，独立键盘共有两个按键，其中一个按键用于选择洗

38、涤模式，另一个用于控制洗衣机的启动和暂停。图15键盘输入电路3.8 驱动电路本设计中驱动电路由光电耦合器MOC3041和大功率晶闸管构成。如图16所示，当MOC3041的2号引脚为高电平时，5号和6号引脚之间不导通，大功率晶闸管不导通，相应负载断电；当MOC3041的2号引脚为低电平时，其5号和6号引脚之间导通，大功率晶闸管导通，相应的负载处于启动状态，驱动负载工作。图16驱动电路3.9 负载检测电路负载检测电路是本次设计中洗衣机能实现智能检测的关键电路。其电路图如图17所示。经电动机两端输出的感应电动势先后经过半波整流，光耦，滤波送入到单片机的P2.7口进行分析检测出负载信息。图17 负载检

39、测电路图4 系统软件设计4.1 智能洗衣机实现的关键技术1布质布量及浊度的检测（1）布量检测洗衣机的额定洗净率是按额定容量设计的。当衣物量减少时，由于衣物间的摩擦和翻滚都发生了变化，其洗净率也会发生变化，特别是衣物量与额定洗涤容量相差较大时，这个变化尤为明显。根据模糊控制的要求，我们专门研究了衣物量变化时，洗净率与水位、洗涤时间的关系。洗涤电机带动负载运转时，突然切断电源，由于惯性作用，会维持短时间旋转，这时转子剩磁切割定子绕组而产生感应电势，该电势可以从定子绕组两端检出。由于衣物的阻尼作用，电机转速迅速下降，感应电势相应衰减， 其衰减时间与衣物量成一定比例。由于测反电势的方法不需增加专用传感

40、器，只需从电机起动电容两端取出信号，经过隔离、放大、整形后，由计算机检测出反电势的脉冲个数，即可得到衣物量的信息。布量与整形脉冲数的关系如图18所示。(a)布量多整形脉冲断电后电机转速稳定时间整形脉冲时间电机转速稳定(b)布量少图18 布量与整形脉冲数的关系图（2）布质检测衣物纤维基本上可以分为棉质和化纤两大类。对棉质衣物，由于污质易于渗入纤维里，因此洗涤较为困难，同时，棉质衣物易于吸水变沉，使衣物在洗涤过程中翻滚困难。对于化纤衣物，污质一般只会粘附于衣物表面，而不会渗于纤维内部，因而较易洗涤。因此，对于不同衣质类型其洗涤方式有所不同。棉质衣物和化纤衣物在不同水位有不同的阻尼，反应在电机停转时

41、感应电势的脉冲个数的特性如图19。脉冲数n水位高时水位低时棉布混纺化纤 图19 棉质衣物和化纤衣物的阻尼特性从图中可以看出，当衣物是化纤时，两种测定过程中得到的脉冲数差值较小，而衣物是棉质时，两种测定过程中得到的脉冲数差值较大。（3）浊度的检测衣物的脏污( 包括脏污程度和脏污性质) 检测是由红外光电传感器， 通过分析透光率的变化关系，从而检测脏污程度和脏污性质。图20为洗涤过程中， 红外光电传感器透光率的变化曲线。从图20（a）可以看出， 脏污程度较重的， 在洗涤一段时间后， 透光率变化较大; 脏污程度较轻的， 在洗涤一段时间后， 透光率变化较小。图20( b) 中的两条曲线在洗涤一段时间后比

42、较接近， 但其变化速率不一样。对于油污性质的脏污， 由于其溶解速度慢， 因而透光率的变化率较小; 反之， 对于泥性脏污， 由于易于脱落， 因而透光率的变化较大。因此， 可通过检测红外光电传感透光率变化的绝对量和相对量， 检测衣物的脏污程度和脏污性质。为了检测衣物的污浊程度，采用如下特殊处理过程：在洗涤的过程中检测浊度，浊度的检测点在电机停止的时隙中完成。此时洗涤剂较为平静，水中气泡挥发气泡的影响较小，污浊度检测的误差较小。在排水过程中检测浊度，要等排水管中排水状态稳定后方可检测浊度。脏污程度重脏污程度低洗涤时间透光率图20（a） 脏污程度与洗涤时间的关系油污洗涤时间泥污透光率图20（a） 油污

43、和泥污与洗涤时间的关系图20脏污洗涤时间与透光率的关系对浊度传感器输出信号的采样和处理，就是连续采样10个数据，累加取平均值，将得到数据作为结果。数据采样处理过程可以在中断中进行。洗涤过程中浊度的变化率检测为两次浊度测量结果的差值来判断，当差值在一定的范围内表示衣物洗净，否则洗涤加时；排水过程中对浊度的检测要求判断浊度的值，当浊度值在一定范围内则表示漂洗干净，否则要进行再次漂洗。2模糊控制规则在本次设计中，模糊控制即是利用检测到的衣质、衣量、水温、浊度等信息进行分段就评估计算使其模糊化，再根据模糊规则进行推理，然后根据推理的结果来进行模糊判决确定最合适的水位、浸泡时间、洗涤时间、漂洗时间、脱水

44、时间及进/排水时间。智能洗衣机的模糊控制结构如图21所示。（1）水量的确定如果检测到的衣量较多，则水位为高；如果检测到的衣量为中，则水位为中；如果检测到的衣量较少，则水位为低。负载传感器模糊推理温度传感器水位传感器浊度传感器 漂洗时间 脱水时间 进水时间 排水时间 洗涤时间 水位图21模糊控制结构图（2）浸泡时间的确定如果测得的温度为室温，则浸泡时间短；如果测得的温度为低温，测浸泡时间长。（3）进/排水时间的确定如果检测到的衣量较多，进/排水时间较长；如果检测到的衣量为中，进/排水时间为中；如果检测到的衣量较少，进/排水时间较短。如果检测到的衣量较少，排水时间较短。（4）洗涤时间的确定如表4所示为洗涤时间的确定规则。表4 洗涤时间的确定规则表 衣量 时间 水温衣量较多衣量适中衣量较少棉多化纤多棉多化纤多棉多化纤多适温长较长中较短短加短低温加长长较长中较短短（5）漂洗时间的确定如表5所示为洗涤时间的确定规则表5 漂洗时间的确定规则表 衣量 时间 水温衣量较多衣量适中衣量较少棉多化纤多棉多化纤多棉多化纤多适温长较长中较短短加短低温加长长较长中较短短（6）脱水时间的确定如果检测到的衣量较多，脱水时间较长；如果检测到的衣量为中，脱水时间为中；如果检测到的衣量较少，脱水时间较短。（