全自動洗衣機(jī)模糊控制系統(tǒng)研究與設(shè)計

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本科畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書摘要 本科畢業(yè)設(shè)計 （說明書摘要） 題目：全自動洗衣機(jī)模糊控制系統(tǒng)研究與設(shè)計 學(xué) 院 專業(yè)名稱 年級班級 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 9 全自動洗衣機(jī)模糊控制系統(tǒng)研究與設(shè)計 【摘要】：本文介紹模糊控制在全自動洗衣機(jī)中的應(yīng)用，包括模糊全自動洗衣機(jī)的模糊推理、物理量檢測以及它的洗衣過程和控制電路。其中控制電路是以AT89S52單片機(jī)為控制電路核心，其主要由電源電路、狀態(tài)檢測電路、顯示電路和輸出控制電路組成，分別介紹了各控制電路的工作原理和控制元件的組成，在教學(xué)設(shè)計訓(xùn)練方面具有較好的實用價值。 【關(guān)鍵詞】：模糊控制 單片機(jī) 傳感器 全自動洗衣機(jī) 一、前言 模糊控制是以模糊集理論、模糊語言變量和模糊邏輯推理為基礎(chǔ)的一種智能控制方法，它從行為上模仿人的模糊推理和決策過程。該方法首先將操作人員或?qū)＜医?jīng)驗編成模糊規(guī)則，然后將來自傳感器的實時信號模糊化，將模糊化的信號作為模糊規(guī)則的輸入，完成模糊推理，將推理后的輸出量加到執(zhí)行器上。 從傳統(tǒng)控制角度看，傳統(tǒng)全自動洗衣機(jī)實際上是一臺按事先設(shè)定好的參數(shù)進(jìn)行順序控制的機(jī)器。從這個意義上說，其“全自動”并不具有任何功能，它不能根據(jù)情況和條件的變化來改變參數(shù)；而模糊邏輯控制的全自動洗衣機(jī)向真正的智能化的全自動邁進(jìn)了一大步，它的目標(biāo)則是要求根據(jù)所洗衣服的數(shù)量、種類和臟的程度來決定水的多少、水流的強(qiáng)度和洗衣的時間，并可以動態(tài)的改變參數(shù)，以達(dá)到在洗干凈衣服的情況下還要盡量不傷衣服、省電、省水、省時的目的；另外，要求操作簡單，任何人都可以輕松地使用，且能夠把工作情況和過程顯示出來。 二、全自動洗衣機(jī)的模糊控制原理 模糊全自動洗衣機(jī)是利用負(fù)載、質(zhì)料、水位、水溫和氣溫以及洗滌劑類型等檢測所得到的信息，進(jìn)行分段評估計算，使其模糊化，再根據(jù)模糊規(guī)則進(jìn)行推理，最后根據(jù)所激活的規(guī)則進(jìn)行模糊判決，以決定最適當(dāng)?shù)乃?、水位、洗滌時間、清洗方法及脫水時間。模糊洗衣機(jī)的控制結(jié)構(gòu)如圖四所示。 圖一 洗衣機(jī)模糊控制原理框圖 1.模糊規(guī)則： 首先確定各輸入、輸出變量的變化范圍、量化等級。針對以上三個語言變量，三個輸入語言變量的量化等級都為3級，即，K＝{“高”、“中”、“低”}，D＝{“渾”、“中”、“清”}，R＝{“大”、“中”、“小”}。兩個輸出語言變量的量化等級5級，S＝{“特強(qiáng)”、“強(qiáng)”、“中”、“弱”、“特弱”}，T＝{“特長”、“長”、“中”、“短”、“特短”}。在各輸入和輸出語言的量化域內(nèi)定義模糊子集。如下表 渾 布阻抗 濁 度 水 溫 大 中 小 低 中 高 低 中 高 低 中 高 高 水流 特強(qiáng) 強(qiáng) 強(qiáng) 強(qiáng) 強(qiáng) 中 中 中 中 時間 特長 長 中 長 長 中 長 中 中 中 水流 強(qiáng) 中 中 中 中 中 中 弱 弱 時間 長 中 短 長 中 中 中 中 短 低 水流 弱 弱 弱 弱 弱 弱 弱 弱 特弱 時間 中 中 短 中 短 短 中 短 特短 表1 模糊控制規(guī)則表。 2.模糊控制的隸屬函數(shù) 模糊控制的隸屬函數(shù)采用最簡單的三角形隸屬函數(shù)表示，包括輸入變量和輸出變量。 （1）輸入變量：圖二所示為輸入變量水溫、渾濁度和布阻抗的隸屬函數(shù)。 圖二 水溫、渾濁度、布阻抗的隸屬度函數(shù)圖 （2）輸出變量：圖三上下圖分別表示輸出變量水流強(qiáng)度和洗滌時間的隸屬函數(shù)。 圖三 洗滌時間和水流強(qiáng)度的隸屬度函數(shù) 三、全自動模糊控制洗衣機(jī)硬件電路設(shè)計 要對洗衣機(jī)進(jìn)行控制，首先要用各種傳感器不斷地檢測相關(guān)的狀態(tài)，以作為控制的依據(jù)。然后在進(jìn)行控制，下面首先介紹介紹在模糊控制洗衣機(jī)中所用各種參數(shù)的檢測原理和技術(shù)，再介紹其他硬件部分電路。 1.渾濁度檢測電路 本設(shè)計需要檢測渾濁度，以便進(jìn)行工作過程的整定和控制，這些量都與水透光性有關(guān)的。利用紅外線在水中的透光和時間的關(guān)系，通過模糊推理，以得出檢測結(jié)果，而這個結(jié)果就可以用于控制推理。光傳感器由相對設(shè)于排水閥兩旁的紅外發(fā)光二極管和光敏晶體管構(gòu)成的。發(fā)光二極管透過洗滌液向光敏晶體二極管發(fā)光，由光敏晶體管轉(zhuǎn)換成電壓，再由單片機(jī)讀取該數(shù)值，由此測出洗滌液的污染狀況。渾濁度檢測電路構(gòu)造如圖四所示。 圖四 渾濁度檢測器構(gòu)造 2.布阻抗檢測檢測電路 在進(jìn)行布質(zhì)和布量檢測時，首先注入一定的水位，然后啟動主電動機(jī)旋轉(zhuǎn)，接著斷電讓主電動機(jī)以慣性繼續(xù)運轉(zhuǎn)直到停止。在主電動機(jī)斷電時間內(nèi)，由于慣性，所以它處于發(fā)電機(jī)狀態(tài)，并且會產(chǎn)生感應(yīng)電勢輸出。隨著布阻抗的大小不同，主電動機(jī)處于發(fā)電機(jī)狀態(tài)的時間長短不同，只要檢測出主電動機(jī)處于發(fā)電機(jī)狀態(tài)的時間長短，就可以反過來推理出布阻抗的大小。當(dāng)然，主電動機(jī)發(fā)電時間長，布阻抗就小，主電動機(jī)發(fā)電時間短，布阻抗就高。在得出布阻抗之后，通過模糊推理就可以產(chǎn)生相應(yīng)的布質(zhì)和布量。布量傳感器電路如圖六所示。 圖五 布阻抗傳感器電路 3.水溫檢測 水溫檢測由溫度傳感器來完成，溫度傳感器安裝在洗衣桶的底部，通過這個傳感器可以在任何時候檢測水溫。本設(shè)計采用DS18B20單線數(shù)字溫度傳感器方便快捷。 圖六 溫度傳感器電路 4.水位檢測 水位檢測是用一種專用水位傳感器實現(xiàn)的。這種水位傳感器是一根與缸體等高的空管，它與缸體構(gòu)成一個連通器，空管的上端有一個用壓力膜隔開的差動電感器，當(dāng)缸中有水注入時，管內(nèi)的空氣被壓縮使壓力膜上壓力增大，繼而推動與它聯(lián)動的鐵心移動，引起線圈的電感量變化。用此電感器構(gòu)成的LC振蕩器的頻率就能反映水位的高低。 圖七 水位傳感器電路圖 5.電源電路 本設(shè)計中電源模塊如圖八所示。當(dāng)接通市電220V時，由變壓器T1的次級分離兩種的交流電壓：一路為12V 交流電輸出+5V為單片機(jī)供電；另一路為6V 交流電，經(jīng)整流后作為晶閘管的觸發(fā)電壓。兩路互不干擾，有效的保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 圖八 低壓電源模塊圖 6.輸出控制電路 在全自動洗衣機(jī)模糊控制中需要控制的主要對象有電機(jī)、進(jìn)水閥、排水牽引器。本設(shè)計選用雙向晶閘管作為功率器件，采用光電耦合器將主電路與控制電路進(jìn)行隔離，能有效的防止外電路對控制班的干擾。 圖九 電機(jī)正反轉(zhuǎn)驅(qū)動電路 雙向晶閘管用正電壓觸發(fā)，交流的兩半周所需要的觸發(fā)電流相差很大，因此最好用負(fù)電壓觸發(fā)。圖十 為觸發(fā)電壓產(chǎn)生電路，其正輸出和220V交流電的零線相連，形成負(fù)壓觸發(fā)電路。當(dāng)單片機(jī)輸出低電平驅(qū)動光電耦合器時，負(fù)壓觸發(fā)電路工作，雙向晶閘管導(dǎo)通。 圖十 驅(qū)動電壓產(chǎn)生電路 7.過零檢測電路： 晶閘管過零觸發(fā)是指使雙向晶閘管的開關(guān)過程在電源電壓為零或電流為零的瞬間進(jìn)行觸發(fā)。這樣，負(fù)載的瞬態(tài)浪涌電流和射頻對系統(tǒng)的干擾最小，可控硅的使用壽命也可以提高。圖十一為是晶閘管過零檢測部分的電路圖，其作用是產(chǎn)生電壓過零中斷信號。 圖十一 晶閘管過零檢測電路 8.顯示電路 顯示電路是選用常見的LCD12864顯示屏，采用串行通行方式對工作狀態(tài)等進(jìn)行顯示。 四、全自動洗衣機(jī)模糊控制系統(tǒng)軟件設(shè)計 控制軟件由主程序、各種子程序和中斷服務(wù)程序組成。所有模糊推理在洗滌之前都基本執(zhí)行完畢，所以在程序判別出是啟動并且是自動程序后，就開始進(jìn)行一系列的檢測工作。在推理工作完成之后，開始進(jìn)行洗滌工作。在洗滌過程中若產(chǎn)生故障，則系統(tǒng)會自動報警。 開始 關(guān)中斷、初始化 是否自動？ 、 調(diào)用手動洗衣參數(shù)設(shè)定程序 水溫檢測 水位檢測 布量和布質(zhì)檢測 渾濁度檢測 調(diào)用洗衣程序 調(diào)用洗衣完畢報警子程序 調(diào)用手動洗衣程序 是 否 結(jié) 束 圖十二 軟件主程序流程圖 軟件主程序流程圖如圖十二所示。衣物洗滌過程：開啟洗衣機(jī)，選擇自動或者手動方式，若為手動則設(shè)定洗衣參數(shù)，否則進(jìn)入自動方式。檢測衣物清洗前狀態(tài)，進(jìn)而自動選擇相應(yīng)的洗衣參數(shù)，調(diào)用相應(yīng)的洗滌程序，完成模糊規(guī)則洗衣。 五、結(jié)束語 本課題設(shè)計的全自動洗衣機(jī)模糊控制系統(tǒng)，基本上反映了模糊全自動洗衣機(jī)的結(jié)構(gòu)和使用功能，效果直觀，可操作性好；在該設(shè)計上采用了AT89S52單片機(jī)控制，編制出符合要求的主、子程序，達(dá)到了設(shè)計要求，具有一定的實用和推廣價值。 六、參考文獻(xiàn) 1.《模糊控制技術(shù)》中國紡織出版社 劉曙光、魏俊民、竺志超編著 2001年6月； 2.《模糊控制及其在家用電器中的應(yīng)用》機(jī)械工業(yè)出版社 林鋼編著 2006年6月； 3.《模糊控制原理與應(yīng)用》機(jī)械工業(yè)出版社 諸靜等編著 2005年1與月； 4.《智能控制》電子工業(yè)出版社 劉金琨編著 2008年6月。 附 錄 全自動洗衣機(jī)模糊控制系統(tǒng)總圖