全自动洗衣机的模糊控制概述.docx

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全自动洗衣机的模糊控制概述

毕业设计

课题：

全自动洗衣机模糊控制

院系：

专业：

电子信息工程

姓名：

指导老师：

目录

第1章绪论1

1.1课题的来源1

1.2全自动洗衣机的发展背景1

1.3全自动洗衣机的发展前景2

1.4全自动洗衣机的设计目的2

1.5模糊控制理论简介2

第2章思维框图3

2.1模糊控制基本框图3

2.2传感器及作用3

2.3显示器4

2.4单片机选择5

2.5A/D转换器6

第3章硬件电路的设计7

3.1系统组成框图8

3.2主控电路的设计10

3.3各部分电路的设计12

3.3.1水位的检测电路13

3.3.2衣物量检测电路14

3.3.3显示电路的设计14

3.3.4指示灯电路15

3.3.5报警电路的设计16

3.5电磁进排水阀控制电路16

3.6全自动洗衣机的电源电路17

3.7系统整体原理图21

第四章软件设计21

4.1模糊控制实现方法21

4.1.1模糊规则21

4.2软件流程图及程序22

4.2.1各模块流程图及其程序22

结论与展望46

致谢47

参考文献48

附录A全自动洗衣机控制系统原理图49

附录B总程序50

第1章绪论

1.1课题的来源

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,全自动即进水、洗涤、漂洗、甩干等一系列过程自动完成,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、内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内自动完成，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

全自动洗衣机的发展首先表现在洗涤方式发生巨大变化。

原先大多侧重于水流的改变、动力的加大。

现在，超音波、电解水、臭氧和蒸汽洗涤的运用，使洗衣机的去污能力从单纯依靠洗衣粉、洗涤剂的化学作用和强弱变化的水流机械作用，向更高层次的健康、环保洗涤方式转变，特别是电解水、超音波技术在洗衣机行业的运用几乎改变了洗衣机的历史——洗衣不用或少用洗衣粉、洗涤剂，减少化学品对皮肤的损害和对环境的污染。

电解水、臭氧、蒸汽的杀菌除味及消毒功能倍受青睐，引发了洗衣机消费健康潮。

另一变化就是高度自动化、智能化、人性化。

从半自动、全自动到现在流行的人工智能、模糊控制，只需按一下按钮一切搞定！

同时，用户可以按照自己的洗衣习惯，自主选择时间和方式，自编和记忆程序让用户真正做到随心所欲。

人性化还表现在使用的方便和舒适，如子母分洗洗衣机可以做到不同衣物分开洗；斜桶和顶开滚筒可以做到取放衣物方便不需深弯腰；蒸汽烘干功能使得晾晒更加方便，DD直驱电机在节能降噪方面效果更加突出，等等。

另外，大容量成为不变的消费趋势。

前几年，洗衣机容量多为4-5公斤，6公斤的大容量尚很少见。

现在，7公斤的容量已经很普遍，8公斤也正常。

现代人居空间不断扩大，对宽敞、舒适、方便要求更多，大能容小，大容量洗衣机一台可顶一套。

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。

1.4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。

1.5模糊控制理论简介[5]

模糊控制是近代控制理论中建立在模糊集合轮上基础上的一种基于语言规则与模糊推理的控制理论，它是智能控制的一个重要分支。

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。

所以模糊控制被越来越多的应用各个领域，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。

第2章思路框图

2.1模糊控制基本框图

模糊控制是利用负载、衣质、浊度、水温等检测所得到信息，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、洗涤方式以及脱水时间等。

模糊控制洗衣机控制结构如图2.1所示。

2.2传感器及作用[1]

本次设计中用到4个传感器，分别为：

TS污浊度传感器、温度传感器、负载传感器和水位传感器。

其中污浊度、温度和负载传感器输出的都是模拟信号，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。

（1）TS污浊度传感器内部原理图如图2-2所示。

浑浊度检测传感器的主要原理是光电耦合器，而普通的光电耦合器不能有效的检测洗衣机水的浑浊度。

光电耦合器的光源必须是红外光才能准确的检测浑浊度。

通过传感器的测量能给决定用多少洗衣粉，这样不会浪费。

图2-2浊度传感器内部原理图

（2）温度传感器[2]

我们常用温度传感器有DS18B20、AD590等，它们都是集成温度传感器。

DS18B20输出是数字信号可以直接和单片机相连，而且硬件连接电路少，但需要对其进行复杂的软件编程。

AD590是美国模拟器件公司生产的单片集成两端感温电流源。

它的主要特性如下：

•流过器件的电流（mA）等于器件所处环境的热力学温度（开尔文）度数。

•AD590的测温范围为-55℃～+150℃。

•AD590的电源电压范围为4V～30V。

电源电压可在4V~6V范围变化，电流变化1mA，相当于温度变化1K。

AD590可以承受44V正向电压和20V反向电压，因而器件反接也不会被损坏。

•精度高。

AD590共有I、J、K、L、M五档，其中M档精度最高，在-55℃～+150℃范围内，非线性误差为±0.3℃。

本设计我们选用AD590作为温度传感器。

AD590比DS18B20精度更高、线性度误差小，且不需要温度报警和复杂的程序编程，非常适合用于洗衣机的温度检测传感器。

（3）负载传感器

负载检测时通过检测电动机的反电动势来实现的，而电动机的反电动势比单片机所用电压大的多，不能直接采样，必须经过隔离。

采用线性光电耦合器既能隔离高电压和干扰，又能得到满意的检测信号。

通过检测衣服的重量，决定用多少水。

（4）水位传感器原理图如图2-3所示。

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。

图2-3水位传感器原理图

2.3显示器

显示器有LED和LCD两种。

LCD（LiquidcrystalDisplay）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向的特征，达到白底黑字或黑底白字显示的目的。

LED（LightEmitingDiode）是发光二极管英文名称的缩写。

LED显示器是由发光二极管构成的，所以在显示器前面冠以“LED”。

本次设计只是显示时间，所以采用LED就可以达到目的了。

本设计采用的是LED发光二极管，如图2-4所示。

2.4单片机选择[3]

我们本次设计采用51系列，而51系列的典型产品是8051。

8051是一种40引脚双列直播式芯片。

它含有4KB可反复烧录及擦除内存和128字节的RAM，有32条可编程控制的I/O线，5个中断源，指令与MCS-51系列完全兼容。

选用它作为核心控制新片，可使电路极大地简化，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。

8051引脚图如图2-5所示。

图2-58051引脚图

2.5A/D转换器

A/D转换器种类很多，按及接口方案来分，可分为并行接口和串行接口两类。

串行接口又分为三线式接口和两线式接口两种。

由于8051串行口有限，而本此设计也用到了很多串口，而且我们需要一个多通道的转换器，而MAX187正是满足这种要求，其转换精度也高，所以本次设计我们采用MAX187。

MAX187用采样/保持电路和逐位比较寄存器将输入的模拟信号转换为12位的数字信号，其采样/保持电路不需要外接电容。

MAX187串行12位模数转换器可以在单5V电源下工作，接受0～5V的模拟输入。

MAX187转换速度为75Ksps，通过一个外部时钟从内部读取数据，并可省而与绝大多数的数字信号处理器或控制器通讯。

接口与SPI，QSPI和Microwire兼容。

MAX有内部基准，并且采用节约空间的8脚DIP和16脚封装。

电源消耗为7.5mW，在关断模式下可以减少至10uW。

优异的AC特性和极低的电源消耗，同时及其容易的使用和较小的封装尺寸使MAX187能理想的应用于远程DSP和传感器，或者应用于对电源消耗和空间极为苛刻的地方。

综上，本次设计A/D转换选用MAX187。

MAX187引脚如图2-6所示。

图2-6MAX187引脚图

引脚名称功能

1CS片选

2SCLK时钟，最高为5MHz

3Dout数据输出

4GND地

5VDD+5V电源

6SHDN操作模式选择，低电平为休眠模式，

正常操作模式为高电平或悬空，高电平

时使用内部参考，悬空时禁止内部参考

7AIN模拟量输入，范围0～Vref

8Vref参考电压，内部参考为4.096V，使用

内部参考时此引脚对地接一个4.7uF

电容，使用外参考时，接2.5V～VDD

基准电压

图2-7MAX187引脚定