智能型全自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)畢業(yè)論文

1、<p>　　智能型全自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘要2</b></p><p><b>　　1 緒論3</b></p><p>　　1.1 模糊控制的介紹3</p><p>

2、;　　1.1.1 模糊控制的定義及特點(diǎn)3</p><p>　　1.12 模糊控制的發(fā)展5</p><p>　　1.1.3 模糊控制存在的主要問(wèn)題6</p><p>　　1.2 模糊控制技術(shù)在洗衣機(jī)中的應(yīng)用及原理6</p><p>　　1.3 本課題的意義及來(lái)源7</p><p><b>　　2 洗衣

3、條件8</b></p><p>　　2.1 衣服的質(zhì)料8</p><p>　　2.2水及洗滌劑8</p><p>　　2.3 洗衣時(shí)間和脫水時(shí)間9</p><p>　　3 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)9</p><p>　　3.1 衣量衣質(zhì)檢測(cè)9</p><p>　　3.2 水位水

4、溫檢測(cè)13</p><p>　　3.3 水的透光率檢測(cè)14</p><p>　　4 模糊控制系統(tǒng)硬件電路17</p><p>　　4.1 模糊控制洗衣機(jī)的功能要求17</p><p>　　4.2 模糊控制系統(tǒng)的硬件電路17</p><p>　　5 模糊控制實(shí)現(xiàn)方法19</p><p&

5、gt;　　5.1 基本結(jié)構(gòu)和控制過(guò)程19</p><p>　　5.1.1 全自動(dòng)模糊控制洗衣機(jī)的結(jié)構(gòu)19</p><p>　　5.1.2 洗衣過(guò)程中所執(zhí)行的動(dòng)作20</p><p>　　5.2 模糊規(guī)則20</p><p>　　5.2.1 輸入變量的模糊化與隸屬度函數(shù)21</p><p>　　5.2.2 輸出

6、變量的模糊化與隸屬度函數(shù)22</p><p>　　5.2.3 模糊規(guī)則與模糊推理23</p><p>　　5.3 模糊控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)24</p><p><b>　　6 結(jié)束語(yǔ)28</b></p><p><b>　　致謝28</b></p><p><b

7、>　　參考文獻(xiàn)29</b></p><p><b>　　摘要：</b></p><p>　　模糊技術(shù)是智能化技術(shù)的一個(gè)重要組成部分。模糊邏輯有別于傳統(tǒng)邏輯和數(shù)理邏輯，它通過(guò)隸屬函數(shù)恰當(dāng)?shù)孛枋鍪挛锏哪：?，并把具有模糊現(xiàn)象和模糊概念的事物處理成精確的東西。將模糊邏輯與單片機(jī)控制技術(shù)結(jié)合起來(lái)是智能控制技術(shù)的一個(gè)重要發(fā)展方向，它們的結(jié)合方式可分為兩種:模

8、糊型單片機(jī)和數(shù)字型單片機(jī)的模糊化，目前應(yīng)用較廣泛的是后者。</p><p>　　模糊控制是以模糊數(shù)學(xué)為基礎(chǔ)發(fā)展起來(lái)的一種新的非線性的控制方法，對(duì)那些無(wú)法取得數(shù)學(xué)模型或數(shù)學(xué)模型相當(dāng)粗糙的系統(tǒng)可以取得較滿意的控制效果，解決了一些用傳統(tǒng)方法無(wú)法解決的問(wèn)題。近年來(lái)，模糊控制在家用電器控制中得到較廣泛的應(yīng)用，采用模糊控制技術(shù)的洗衣機(jī)具有自動(dòng)識(shí)別衣質(zhì)、衣量，自動(dòng)識(shí)別骯臟程度，自動(dòng)決定水量，自動(dòng)投入恰當(dāng)?shù)南礈靹┑裙δ埽粌H實(shí)現(xiàn)

9、了洗衣機(jī)的全面自動(dòng)化，也大大提高了洗衣的質(zhì)量，具有很強(qiáng)的實(shí)用性和較好的發(fā)展前景。</p><p>　　本文深入研究了全自動(dòng)洗衣機(jī)的模糊控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，確定了控制器的輸入、輸出變量，設(shè)計(jì)了輸入輸出變量的隸屬函數(shù)．分析了輸入輸出變量的相關(guān)性。建立了模糊控制規(guī)則庫(kù)，給出了軟件設(shè)計(jì)思想及模糊推理程序流程。</p><p>　　關(guān)鍵詞：模糊控制；單片機(jī)；全自動(dòng)洗衣機(jī) </p><p

10、><b>　　Abstract：</b></p><p>　　Fuzzy technology is an important part of the intelligent technology.Diferent fr om traditional logic and symbolic logic, the fuzzy logic describes the fuzzy qualit

11、y through the slave function ,and turn the fuzzy conception and fuzzy phenomena into exactness. Combingthe fuzzy logic with the MCU control technology is an important direction of the intelligent control technology,which

12、 can be achieved in 2 ways:one is fuzzy MCU,and the other one is digital MCU,which achieves the fuzzy contorl through</p><p>　　Fuzzy control with fuzzy mathematics for a kind of new not line control method

13、that the foundation develop, to those cant acquisition mathematics model or very rough system in model in mathematicses can obtain the satisfied control result, resolving the some use the problem that traditional method

14、 cant resolve.In recent years, the faintness controls to control at home appliances the inside gets the extensive application, adopting the technical washing machine in misty control have the auto ide</p><p>

15、;　　The article researches the structure of fuzzy control Automatic washing machine、The inpt variable and output variableof controller is determined ，then the membership function of in—put variable and output variable is

16、designed、 Rules repositorybased on orthogonal experiments is set up、The design philoso—phy of software an d fuzzy reasoning program flow chat are pro—vided here．</p><p>　　Keywords：Fuzzy control methods ；Sing

17、le chip micro-computerAutomatic Washing Machine</p><p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　1.1 模糊控制的介紹</p><p>　　1.1.1 模糊控制的定義及特點(diǎn)</p><p>　　模糊邏輯控制 (Fuzzy Logic Control)簡(jiǎn)稱模

18、糊控制(Fuzzy Control)，是以模糊集合論、模糊語(yǔ)言變量和模糊邏輯推理為基礎(chǔ)的一種計(jì)算機(jī)數(shù)字控制技術(shù)。模糊控制實(shí)質(zhì)上是一種非線性控制，從屬于智能控制的范疇。模糊控制系統(tǒng)是一種自動(dòng)控制系統(tǒng)，它是以模糊數(shù)學(xué)﹑模糊語(yǔ)言形式的知識(shí)表示和模糊邏輯推理為理論基礎(chǔ)，采用計(jì)算機(jī)控制技術(shù)構(gòu)成的一種具有閉環(huán)結(jié)構(gòu)的數(shù)學(xué)控制系統(tǒng)。它的核心是具有智能性的模糊控制器。無(wú)疑，模糊邏輯控制系統(tǒng)是一種典型的智能控制系統(tǒng)，在控制原理上它應(yīng)用模糊集合論﹑模糊語(yǔ)言變

19、量和模糊邏輯推理的知識(shí)，模擬人的模糊思維方法，對(duì)復(fù)雜的過(guò)程進(jìn)行控制。模糊邏輯控制的基礎(chǔ)是模糊邏輯。模糊邏輯從含義上比其他傳統(tǒng)邏輯更接近人類的思想和自然語(yǔ)言。它能夠?qū)φ鎸?shí)的世界的近似的﹑不確切的特征進(jìn)行刻畫。實(shí)際上，模糊邏輯控制是利用模糊邏輯建立的一種“自由模型”的非線性控制算法，特別是在那些采用傳統(tǒng)定量技術(shù)分析過(guò)于復(fù)雜的過(guò)程﹑或者提供的信息是定性﹑非線形控制的效果是相當(dāng)明顯的。模糊控制系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上與傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)沒有太大的差別。主要不同

20、之處在于控制器采用了模糊控制器。模糊控制實(shí)質(zhì)上是一種非線性</p><p>　　模糊控制是一種基于規(guī)則的控制。它直接采用語(yǔ)言型控制規(guī)則，出發(fā)點(diǎn)是現(xiàn)場(chǎng)操作人員的控制經(jīng)驗(yàn)或相關(guān)專家的知識(shí)，在設(shè)計(jì)中不需要建立被控對(duì)象的精確數(shù)學(xué)模型，因而使得控制機(jī)理和策略易于接受與理解，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，便于應(yīng)用。</p><p>　　由工業(yè)過(guò)程的定性認(rèn)識(shí)出發(fā)，比較容易建立語(yǔ)言控制規(guī)則，因而模糊控制對(duì)那些數(shù)學(xué)模型難以獲取

21、、動(dòng)態(tài)特性不易掌握或變化非常顯著的對(duì)象非常適用。</p><p>　　模糊控制的基本思想是利用計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)人的控制經(jīng)驗(yàn)，而這些經(jīng)驗(yàn)多是用語(yǔ)言表達(dá)的具有相當(dāng)模糊性的控制規(guī)則。模糊控制器 (Fuzzy Controller，即FC)獲得巨大成功的主要原因在于它具有如下一些突出特點(diǎn)：</p><p>　　(1)模糊工程的計(jì)算方法雖然是運(yùn)用模糊集理論進(jìn)行的迷糊算法，但最后得到的控制規(guī)律是確定性的、

22、定量的條件語(yǔ)句。</p><p>　　(2)不需要根據(jù)機(jī)理與分析建立被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，對(duì)于某些系統(tǒng)，要建立數(shù)學(xué)模型是很困難的、甚至是不可能的。</p><p>　　(3)與傳統(tǒng)的控制方法相比，模糊控制系統(tǒng)依賴于行為規(guī)則庫(kù)，由于是用自然語(yǔ)言表達(dá)的規(guī)則，更接近于人的思維方法和推理習(xí)慣，因此，便于現(xiàn)場(chǎng)操作人員的理解和使用，便于人機(jī)對(duì)話，已得到更有效的控制規(guī)律。</p><p

23、>　　(4)模糊控制與計(jì)算機(jī)密切相關(guān)。從控制角度看，它實(shí)際上是一個(gè)由很多條件語(yǔ)句組成的軟件控制器。目前，模糊控制還是應(yīng)用二值邏輯的計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)，模糊規(guī)律經(jīng)過(guò)運(yùn)算，最后還是進(jìn)行確定的控制。迷糊推理硬件的研制與模糊計(jì)算機(jī)的開發(fā)，使得計(jì)算機(jī)將像人腦那樣隨心所欲地處理模棱兩可的信息，協(xié)助人們決策和進(jìn)行信息處理。</p><p>　　1.12 模糊控制的發(fā)展</p><p>　　目前，模糊控制

24、技術(shù)日趨成熟和完善。各種模糊產(chǎn)品充滿了日本、西歐和美國(guó)市場(chǎng)，如模糊洗衣機(jī)、模糊吸塵器和模糊攝像機(jī)等等，模糊技術(shù)幾乎變得無(wú)所不能，各國(guó)都爭(zhēng)先開發(fā)模糊新技術(shù)和新產(chǎn)品。多年來(lái)一直未解決的穩(wěn)定性分析問(wèn)題正在逐步解決。模糊芯片也已研制成功且功能不斷加強(qiáng)，成本不斷下降。直接采用模糊芯片開發(fā)產(chǎn)品己成為趨勢(shì)。模糊開發(fā)軟件包也充滿市場(chǎng)。模糊控制技術(shù)除了在硬件、軟件上繼續(xù)發(fā)展外，將在自適應(yīng)模糊控制、混合模糊控制以及神經(jīng)模糊控制上取得較大發(fā)展。隨著其它學(xué)科新

25、理論、新技術(shù)的建立和發(fā)展，模糊理論的應(yīng)用更加廣泛。模糊理論結(jié)合其它新技術(shù)和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和遺傳基因形成交叉學(xué)科神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模糊技術(shù)(Neuron Fuzzy Technique)和遺傳基因模糊技術(shù)(Genetic Fuzzy Technique)，用于解決單一技術(shù)不能解決的問(wèn)題。模糊理論在其它學(xué)科技術(shù)的推動(dòng)下，正朝著更加廣泛的方向發(fā)展。</p><p>　　模糊控制具有良好控制效果的關(guān)鍵是要有一個(gè)完善的隸屬函數(shù)和控制規(guī)

26、則。但由于模糊規(guī)則是人們對(duì)過(guò)程或?qū)ο竽：畔⒌臍w納，對(duì)高階、非線性、大時(shí)滯、時(shí)變參數(shù)以及隨機(jī)干擾嚴(yán)重的復(fù)雜控制過(guò)程，人們的認(rèn)識(shí)往往比較貧乏或難以總結(jié)完整的經(jīng)驗(yàn)，這就使得單純的模糊控制在某些情況下很粗糙，難以適應(yīng)不同的運(yùn)行狀態(tài)，影響了控制效果。近 20多年來(lái)，模糊控制不論從理論上還是技術(shù)上都有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，成為自動(dòng)控制領(lǐng)域中一個(gè)非?；钴S而又碩果累累的分支。</p><p>　　模糊控制展望：模糊系統(tǒng)理論還有一些重要

27、的理論課題還沒有解決。其中兩個(gè)重要的問(wèn)題是：如何獲得模糊規(guī)則及隸屬函數(shù)，這在目前完全憑經(jīng)驗(yàn)來(lái)進(jìn)行；以及如何保證模糊系統(tǒng)的穩(wěn)定性。大體說(shuō)來(lái)，在模糊控制理論和應(yīng)用方面應(yīng)加強(qiáng)研究的主要方向?yàn)椋?lt;/p><p>　　(1)適合于解決工程上普遍問(wèn)題的穩(wěn)定性分析方法，穩(wěn)定性評(píng)價(jià)理論體系；控制器的魯棒性分析，系統(tǒng)的可控性分析和可觀性判定方法等。</p><p>　　(2)模糊控制規(guī)則設(shè)計(jì)方法的研究，包括

28、模糊集合隸屬函數(shù)設(shè)定方法，量化水平，采樣周期的最優(yōu)選擇，規(guī)則的系數(shù)，最小實(shí)現(xiàn)以及規(guī)則和隸屬函數(shù)參數(shù)自動(dòng)生成等問(wèn)題；進(jìn)一步則要求我們給出模糊控制器的系統(tǒng)化設(shè)計(jì)方法。</p><p>　　(3)模糊控制器參數(shù)最優(yōu)調(diào)整理論的確定，以及修正推理規(guī)則的學(xué)習(xí)方式和算法等。</p><p>　　(4)模糊動(dòng)態(tài)模型的辨識(shí)方法。</p><p>　　(5)模糊預(yù)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法和提高

29、計(jì)算速度的方法。</p><p>　　(6)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與模糊控制相結(jié)合，有望發(fā)展一套新的智能控制理論。</p><p>　　(7)模糊控制算法改進(jìn)的研究：由于模糊邏輯的范疇很廣，包含大量的概念和原則；然而這些概念和原則能真正的在模糊邏輯系統(tǒng)中得到應(yīng)用的卻為數(shù)不多。這方面的嘗試有待深入。</p><p>　　(8)最優(yōu)模糊控制器設(shè)計(jì)的研究：依據(jù)恰當(dāng)提出的性能指標(biāo)，規(guī)范控

30、制規(guī)則的設(shè)計(jì)依據(jù)，并在某種意義上達(dá)到最優(yōu)。</p><p>　　(9)簡(jiǎn)單、實(shí)用且具有模糊推理功能的模糊集成芯片和模糊控制裝置、通用模糊控制系統(tǒng)的開發(fā)和推廣應(yīng)用。</p><p>　　在短短20多年時(shí)間里，模糊控制得到長(zhǎng)足發(fā)展。它的應(yīng)用領(lǐng)域涉及各各方面，控制方法也有廣很大進(jìn)展，模糊控制器的性能不斷提高。模糊控制系統(tǒng)易于接受，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，維護(hù)方便，而且比常規(guī)控制系統(tǒng)穩(wěn)定性好，魯棒性高。由于它的

31、這些特點(diǎn)，模糊控制正在得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　1.1.3 模糊控制存在的主要問(wèn)題</p><p>　　迄今為止，模糊控制技術(shù)已對(duì)我國(guó)的工業(yè)、信息產(chǎn)業(yè)、交通等眾多領(lǐng)域產(chǎn)生了重要影響，特別是模糊家電產(chǎn)品的 更是普及了大眾對(duì)模糊控制技術(shù)的認(rèn)識(shí)。但應(yīng)指出，目前模糊控制技術(shù)尚處于發(fā)展的初步階段，還存在大量有待解決的問(wèn)題。常規(guī)模糊控制的兩個(gè)主要問(wèn)題在于：認(rèn)為模糊隸屬度函數(shù)的確定具有

32、主觀臆斷性和認(rèn)為經(jīng)驗(yàn)技巧色彩，至今它還沒有完善的系統(tǒng)分析手段，因而是不可靠的；模糊控制的規(guī)則的獲取以及輸入模糊變量論域和隸屬函數(shù)的確定還都是實(shí)驗(yàn)分析和操作人員經(jīng)驗(yàn)的匯總，受人為主觀因素影響較大，主要是專家的經(jīng)驗(yàn)法和觀察法，但這些方法主觀性較強(qiáng)，不非常成熟，有待進(jìn)一步研究。當(dāng)然模糊控制無(wú)論在理論上和使用上都是一門“年輕”的科學(xué)，正處于不斷發(fā)展和完善的進(jìn)程之中，不像經(jīng)典控制理論和現(xiàn)代控制理論皆已形成了較完善的理論體系。同時(shí)，也許也正因?yàn)樗?/p>

33、不完善和正在發(fā)展，顯示了它有很大的發(fā)展?jié)摿颓巴尽?lt;/p><p>　　1.2 模糊控制技術(shù)在洗衣機(jī)中的應(yīng)用</p><p>　　自從年英國(guó)的E.H.Mamdani首先將模糊數(shù)學(xué)理論成功地應(yīng)用于鍋爐和蒸汽機(jī)</p><p>　　的控制以來(lái), 模糊控制無(wú)論在理論上還是實(shí)踐上都有了較大的發(fā)展人們用能模仿人的模糊概念和控制策略的模糊控制器, 對(duì)某些難以建立數(shù)學(xué)模型, 從而

34、難以靠經(jīng)典或現(xiàn)代控制理論來(lái)控制的工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行自動(dòng)控制, 取得了較好的效果。近年來(lái), 日本將這一思想引入家用電器的控制之中, 形成了所謂“ 模糊家電” 本文淪及的是“ 模糊洗衣機(jī)”。</p><p>　　模糊控制是一種非線性的控制方法,主要針對(duì)那些無(wú)法取得數(shù)學(xué)模型或數(shù)學(xué)模型相當(dāng)粗糙的系統(tǒng)。首先要對(duì)被控對(duì)象按照人們的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)出模糊規(guī)則,采用模糊量,借助單片機(jī)對(duì)這些信息按照模糊規(guī)則轉(zhuǎn)換為控制量,來(lái)完成自動(dòng)控制。近年

35、來(lái),模糊控制在家用電器控制中得到較廣泛的應(yīng)用,采用模糊控制的洗衣機(jī),可具有自動(dòng)識(shí)別衣質(zhì)、衣量、臟污程度、臟污性質(zhì)、自動(dòng)決定水量、自動(dòng)投入恰當(dāng)?shù)南礈靹┑裙δ?不僅實(shí)現(xiàn)了洗衣機(jī)的全面自動(dòng)化,也大大提高了洗衣的質(zhì)量,具有很強(qiáng)的實(shí)用性和較好的發(fā)展前景。。</p><p>　　模糊控制是首先對(duì)控制對(duì)象按照人們的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)模糊規(guī)則，采用的數(shù)量是模糊量，由單片機(jī)對(duì)這些信息按照模糊規(guī)則作出決策來(lái)完成自動(dòng)控制。目前，利用單片機(jī)進(jìn)行模

36、糊控制有兩種形式：一種是用數(shù)字單片機(jī)組成硬件結(jié)構(gòu)，而以軟件執(zhí)行模糊化，模糊推理及反模糊化工作，這種方式價(jià)格低，靈活性高，通用性強(qiáng)，應(yīng)用范圍廣，特別適于家用消費(fèi)類產(chǎn)品的應(yīng)用；另一種則是專門執(zhí)行模糊邏輯信號(hào)處理的器件一模糊單片機(jī)，在模糊單片機(jī)中，模糊化、推理和反模糊化都是由硬件執(zhí)行的，因此，它的模糊推理速度相當(dāng)高，但它內(nèi)部的隸屬函數(shù)形狀，規(guī)則條數(shù)，推理方式都是固定的，靈活性不足，且價(jià)格相當(dāng)昂貴。考慮到性價(jià)比，一般的智能洗衣機(jī)的程控器都是采用

37、數(shù)字單片機(jī)做主控芯片，由軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)模糊功能，以實(shí)現(xiàn)其智能化。</p><p>　　采用模糊控制電路的全自動(dòng)洗衣機(jī)是一種新型的多功能家用電器, 它集微電腦技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、傳感技術(shù)、工業(yè)造型設(shè)計(jì)等技術(shù)于一體。這種洗衣機(jī)以人們洗衣操作的成熟經(jīng)驗(yàn)作為模糊控制規(guī)則, 采用先進(jìn)的檢測(cè)手段檢測(cè)諸如水溫、水位、衣質(zhì)衣量、衣物的贓污情況等洗衣狀態(tài)信息, 應(yīng)用模糊控制技術(shù)分析檢測(cè)結(jié)果, 以最佳的洗滌方案, 最大限度地模擬人工操作

38、, 自動(dòng)地完成洗衣的全過(guò)程, 達(dá)到理想的洗滌效果。與電腦程控型全自動(dòng)洗衣機(jī)相比, 模糊控制型洗衣機(jī)具有許多優(yōu)點(diǎn): 首先, 它應(yīng)用布質(zhì)、布量的檢測(cè)結(jié)果, 通過(guò)模糊推理, 自動(dòng)確定洗衣水位和水流強(qiáng)度; 其次, 應(yīng)用洗滌液渾濁度檢測(cè)結(jié)果, 通過(guò)模糊推理法則, 確定和修正洗滌時(shí)間與洗滌劑量; 第三, 具有自動(dòng)斷電、報(bào)警保護(hù)、故障檢測(cè)顯示等功能; 最后, 具有外形美觀、功能強(qiáng)、操作使用方便等優(yōu)點(diǎn)。本文著重介紹如何將模糊控制技術(shù)應(yīng)用于洗衣機(jī)的檢測(cè)、

39、控制及具體的實(shí)現(xiàn)方案。</p><p>　　洗衣機(jī)的自動(dòng)控制系統(tǒng)為一多輸入多輸出系統(tǒng),輸入量為衣質(zhì)、衣量、臟污程度(即水的渾濁度) 、臟污性質(zhì)(渾濁度變化率) ;輸出量為洗滌劑量、水位、水流、脫水時(shí)間、洗滌時(shí)間、漂洗方式等。從洗衣機(jī)的運(yùn)行過(guò)程可以看出,洗滌劑量、水位、水流、脫水時(shí)間都可以通過(guò)輸入量推理求得,而洗滌時(shí)間與漂洗方式為實(shí)時(shí)控制量,影響其主要因素是被洗物品的臟污程度,這兩個(gè)量可以用水的渾濁度和渾濁度變化率

40、來(lái)表示,油性臟污的渾濁度變化率小,泥性臟污的渾濁度變化率大。實(shí)際分析證明:輸入與輸出之間很難用一定的數(shù)學(xué)模型來(lái)描述,系統(tǒng)的具體條件具有較大的不確定性,其控制過(guò)程在很大程度上依賴于操作者的經(jīng)驗(yàn),用常規(guī)的控制方法難以達(dá)到理想的效果。而采用模糊控制技術(shù)就能很容易解決問(wèn)題。因而采用了模糊控制器設(shè)計(jì)全自動(dòng)洗衣機(jī)。在洗滌衣物的過(guò)程中,衣物的多少、面料的軟硬、衣物的臟污程度等都是模糊量,所以必須經(jīng)過(guò)大量的實(shí)驗(yàn),總結(jié)出人為的洗滌方式,從而形成模糊控制規(guī)

41、則。再根據(jù)檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)到的信息,判斷出衣物多少、面料軟硬、臟污程度、臟污性質(zhì)等,計(jì)算出控制量,從而完成注水量、洗滌時(shí)間、水流強(qiáng)弱、洗滌方式、脫水時(shí)間、排水等一系列的設(shè)置。根據(jù)上述分析和模糊</p><p><b>　　圖1-1</b></p><p>　　X為輸入精確量；y為輸出精確量；U (x) 為輸入模糊量；U (y) 為輸出模糊量。</p><

42、;p>　　1.3 本課題的意義及來(lái)源</p><p>　　隨著現(xiàn)代社會(huì)生活節(jié)奏的不斷加快和人們生活水平的不斷提高，人們對(duì)各種方便、快捷的家用電器需求量越來(lái)越大，洗衣機(jī)作為人們提高生活效率，追求生活質(zhì)量的基本條件，也愈來(lái)愈成為不可或缺的生活用具.</p><p>　　在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，洗衣機(jī)的普及率已達(dá)到相當(dāng)高的程度，但由于現(xiàn)階段國(guó)情，洗衣機(jī)在我國(guó)的普及程度較低，農(nóng)村更甚。隨著人民生活水

43、平(特別是鄉(xiāng)村生活水平)的不斷提高，社會(huì)上對(duì)洗衣機(jī)的需求量越來(lái)越大，而且隨著生活質(zhì)量的不斷提高，人們對(duì)洗衣機(jī)的功能要求越來(lái)越高，使得洗衣機(jī)的更新較快，因此，洗衣機(jī)做為人們追求現(xiàn)代生活的一個(gè)基本要求在我國(guó)有著極大的市場(chǎng)。</p><p>　　洗衣機(jī)技術(shù)發(fā)展日新月異，產(chǎn)品類型眾多，但從總體來(lái)看，人們對(duì)洗衣機(jī)的基本要求應(yīng)是:省時(shí)、省水、省電，磨損率小，操作方便，功能完善等。以上特點(diǎn)從技術(shù)的角度可由洗衣機(jī)的洗滌方式和控制

44、方式這兩個(gè)基本特性決定。目前存在的洗滌方式有波輪式(又稱渦卷式)、攪拌式、滾筒式、噴流式、噴射式和超聲波式等多種，在我國(guó)比較普及的洗滌方式是波輪式，超聲波式洗滌方式則代表著國(guó)際上的發(fā)展方向。對(duì)洗衣機(jī)技術(shù)的發(fā)展使得人們期望在采用一種較好洗滌方式的同時(shí)，希望洗衣機(jī)的控制部分能在洗滌過(guò)程中對(duì)衣物重量、臟度，洗滌劑的濃度，水的硬度、溫度等影響洗滌效果的諸多因素進(jìn)行檢測(cè)，并能對(duì)這些檢測(cè)結(jié)果做出合理反應(yīng)，從而得到比較理想的洗滌效果。現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)

45、展，特別是嵌入式技術(shù)的發(fā)展，使微電腦的功能日益強(qiáng)大，微電腦與傳感器系統(tǒng)的結(jié)合，足以實(shí)現(xiàn)上述功能;另外，人們對(duì)洗衣機(jī)使用方便的要求使得洗衣機(jī)的全自動(dòng)化成為另一個(gè)發(fā)展方向.因此，從世界范圍內(nèi)來(lái)說(shuō)，洗衣機(jī)總的發(fā)展趨勢(shì)是向微電腦，傳感系統(tǒng)，智能化、全自動(dòng)化的方向發(fā)展。</p><p>　　本課題的目的就是設(shè)計(jì)一種比較合理的全自動(dòng)洗衣機(jī)模糊控制器，這種采用模糊控制的全自動(dòng)洗衣機(jī)能夠自動(dòng)判斷被洗衣物的重量輕重、質(zhì)料軟硬，自動(dòng)

46、檢測(cè)洗衣桶內(nèi)水的臟污程度和污漬性質(zhì)(油污或泥污)；能自動(dòng)預(yù)選水位、水流強(qiáng)度和洗滌時(shí)間，并能進(jìn)行衣物偏置的自動(dòng)糾正等，也應(yīng)該能在整個(gè)洗滌過(guò)程中實(shí)施監(jiān)控，并適時(shí)調(diào)整這些運(yùn)行參數(shù)，以達(dá)到最佳的洗滌效果。</p><p><b>　　2 洗衣條件</b></p><p>　　洗衣機(jī)做為一種家電產(chǎn)品，需要達(dá)到的性能指標(biāo)包括洗凈性能、漂洗性能、脫水、性能、排水性能和磨損性能等，其

47、各主要性能指標(biāo)的實(shí)現(xiàn)最終要依賴于洗衣過(guò)程中的各控制參數(shù)，洗衣機(jī)的主要控制參數(shù)有:</p><p><b>　　2.1 衣服的質(zhì)料</b></p><p>　　要把衣服洗干凈，去除污垢，與如下一些因素有關(guān)：衣服的質(zhì)料、水的硬度、水的多少和水的溫度、洗滌劑的性能和多少、機(jī)械力的大小和作用時(shí)間。</p><p>　　一般衣服質(zhì)料纖維可分為兩大類：自然

48、纖維的棉織品和人造化學(xué)纖維織品。棉制品的污垢不僅在表面，而且還滲透纖維內(nèi)，所以，棉制品要比化學(xué)纖維難洗。</p><p>　　且面制品的吸水性比化纖制品強(qiáng)，因此，同樣多的衣物、同樣的污垢程度和污染性質(zhì)，洗面制品時(shí)要水多放一點(diǎn)、洗的時(shí)間長(zhǎng)一點(diǎn)。</p><p><b>　　2.2水及洗滌劑</b></p><p>　　水可以帶走一般的灰塵和水溶性

49、污垢，所以，不用洗滌劑也可以洗去部分污垢。水的硬度用肥皂時(shí)也會(huì)影響洗滌效果，但影響最大的還是水的溫度，在一定的水溫范圍內(nèi)，水溫越高，洗滌效果越好。然而水溫也不宜太高，否則，高溫會(huì)把附著在衣服上的蛋白質(zhì)凝固，反而影響洗滌效果。</p><p>　　衣物能否洗干凈，與用水量的多少關(guān)系很大。如果衣物很少，且吸水性不太強(qiáng)，此時(shí)放水太多，不但浪費(fèi)洗滌劑，浪費(fèi)水，還會(huì)使洗滌時(shí)間加長(zhǎng)，衣物的磨損加重，并且不易洗干凈。水溫對(duì)洗滌

50、效果的影響也是很大的，水溫升高，洗滌效果會(huì)有所提高。</p><p>　　洗滌劑的主要成分是表面活性劑，表面活性劑是分子結(jié)構(gòu)中含有親水基和親油基兩部分的有機(jī)化合物。一般是根據(jù)表面活性劑在水溶液中能否分解為離子，又將其分為離子型表面活性劑和非離子型表面活性劑的兩大類。離子型表面活性劑和兩性離子表面活性劑三種。不同的洗滌劑還會(huì)添加各種不同的輔助劑、酵素、熒光增白劑、香料等。</p><p>　

51、　靜止的洗滌劑不能產(chǎn)生良好的洗滌效果，要把污潰從衣物表面洗除掉，并對(duì)衣物施加清洗動(dòng)力，就需要洗衣機(jī)能夠執(zhí)行攪拌，搓，揉，摩擦，卷攪，翻滾等動(dòng)作。洗衣機(jī)對(duì)衣物輸出的能量大，去污效果明顯，但在某種程度上會(huì)造成衣物的損傷，因此應(yīng)對(duì)不同質(zhì)地，不同重量的衣物采用不同的能量輸出方式，從控制的角度就表現(xiàn)為水流方式的不同。 實(shí)踐證明，在織物的水洗中只有陰離子表面活性劑和非離子型表面活性劑，對(duì)織物去污能夠起到正面有效的作用。因此這兩種表面活性劑就

52、成了衣物洗滌劑的主要材料。水的溫度對(duì)洗滌劑的影響也非常大。溫度過(guò)低時(shí)，洗滌劑發(fā)揮不出很好的功效；溫度過(guò)高時(shí)，會(huì)殺死洗滌劑的活性。</p><p>　　洗滌劑要具備良好的潤(rùn)濕性、滲透性、乳化性、分散性、增溶性及發(fā)泡與消泡等性能這些性能的綜合就是洗滌劑的洗滌性能。洗滌劑的產(chǎn)品種類很多，基本上可分為肥皂、合成洗衣粉、液體洗滌劑、固體狀洗滌劑及膏狀洗滌劑幾大類。</p><p>　　2.3 洗衣時(shí)

53、間和脫水時(shí)間</p><p>　　洗衣時(shí)間：衣物在洗衣機(jī)中洗滌時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)使衣物受到較大磨損，因此，應(yīng)針對(duì)不同質(zhì)地和不同衣物量來(lái)確定洗衣時(shí)間。脫水時(shí)間：全自動(dòng)洗衣機(jī)中，脫水過(guò)程是洗衣操作的最后一個(gè)過(guò)程。一般情況下，脫水時(shí)間愈長(zhǎng)，衣物甩干程度愈強(qiáng)，但織物中與纖維相吸附而殘留的水分無(wú)法通過(guò)脫水方式去掉，這種類型的殘留水分的多少與衣物質(zhì)地有關(guān)，同樣質(zhì)地下又與重量有關(guān)，因此也應(yīng)對(duì)脫水時(shí)間分檔。</p><

54、;p>　　3 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1 衣量衣質(zhì)檢測(cè)</p><p>　　要對(duì)洗衣機(jī)進(jìn)行控制，首先要用各種傳感器不斷的檢測(cè)相關(guān)的狀態(tài)，以作為控制的依據(jù)。在洗衣過(guò)程中起決定作用的物理量有布量、布質(zhì)、水溫和渾濁度等四種, 這些物理量都需要有適當(dāng)?shù)膫鞲衅鱽?lái)獲取信息, 并轉(zhuǎn)換成單片機(jī)能接收的電信號(hào)。下面介紹在模糊控制洗衣機(jī)中所用各種參數(shù)的檢測(cè)原理和技術(shù)，在檢測(cè)中要用到負(fù)

55、載傳感器、水位傳感器和光電傳感器等。</p><p>　　衣質(zhì)和衣量的檢測(cè)是在洗滌之前進(jìn)行的，以決定水位。這可用不同的方法實(shí)現(xiàn)。最容易想到的方法是用靜態(tài)的壓力傳感器直接測(cè)量，但結(jié)構(gòu)稍復(fù)雜一些。目前，一般是用動(dòng)態(tài)的時(shí)間間接測(cè)量方法，這是通過(guò)檢測(cè)電動(dòng)機(jī)負(fù)載來(lái)實(shí)現(xiàn)的。電動(dòng)機(jī)的負(fù)載可以用正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的驅(qū)動(dòng)電流來(lái)計(jì)算，也可以用電動(dòng)機(jī)斷電后的反電動(dòng)勢(shì)的大小以及波形來(lái)計(jì)量。在這里，以計(jì)量電動(dòng)機(jī)斷電后的反電動(dòng)勢(shì)的大小以及波形來(lái)測(cè)量

56、。在水位一定時(shí), 不同的衣質(zhì)和衣量的產(chǎn)生的布阻抗不同。衣質(zhì)和衣量檢測(cè)電路如圖2 所示。具體檢測(cè)衣質(zhì)和衣量時(shí), 首先，衣服投入缸體中并注入一定的水位, 然后起動(dòng)主電機(jī)旋轉(zhuǎn)若干圈, 接著斷電讓主電機(jī)以慣性繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)直到停止。在主電機(jī)斷電慣性旋轉(zhuǎn)時(shí)間內(nèi), 主電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài), 會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)輸出。顯然, 隨著布阻抗大小的不同, 主電機(jī)處于發(fā)電機(jī)狀態(tài)的時(shí)間長(zhǎng)短也不同。因此, 只要檢測(cè)出主電機(jī)處于發(fā)電機(jī)狀態(tài)的時(shí)間長(zhǎng)短,就可以反過(guò)來(lái)推理出布阻抗的大

57、小。主電機(jī)發(fā)電時(shí)間愈長(zhǎng), 布阻抗就愈?。?反之布阻抗就愈高。</p><p>　　圖 3-1　反電勢(shì)法測(cè)量衣質(zhì)、衣量電路</p><p>　　主電機(jī)發(fā)電時(shí)間可直接通過(guò)檢測(cè)起動(dòng)電容兩端輸出電勢(shì), 并將此電勢(shì)半波整流后, 由光電隔離后放大整形為一矩形脈沖系列的脈沖數(shù)而定。脈沖個(gè)數(shù)反映布阻抗的大小, 脈沖個(gè)數(shù)多, 布阻抗小, 反之亦然。據(jù)此通過(guò)模糊推理即可得到布量。 如圖3-2所示， 衣量傳感器

58、能區(qū)分四檔衣量(多量、中多量、中少量、少量)。</p><p>　　圖 3-2 (a) 衣量的檢測(cè)方法（衣量較多）</p><p>　　圖 3-2 (b) 衣量的檢測(cè)方法（衣量較少）</p><p>　　質(zhì)料檢測(cè)包括面制品與化纖制品的區(qū)分和柔軟布料與粗厚布料的區(qū)分。檢測(cè)的具體方法如下。</p><p>　　圖3-3 面制品與化纖制品辨別曲線&

59、lt;/p><p>　　在放入要洗的衣物后，放水啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)，反復(fù)用開0.3s、關(guān)0.7s的脈沖電壓驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)32s，記下脈沖數(shù)為N；若檢測(cè)負(fù)載時(shí)的脈沖數(shù)是M，根據(jù)M—N的值就可以判斷質(zhì)料分布比例的大小情況。面制品越多，M—N的值越大，反之則小。圖3-3表示面制品與化纖制品比例不同時(shí)兩次測(cè)量脈沖的關(guān)系曲線。</p><p>　　同樣都是面制品，但對(duì)于像毛巾這樣的柔軟布料和牛仔布料這樣的厚布料，其

60、洗滌方法也是不同的，可用水位傳感器來(lái)配合測(cè)量。具體方法是：在注入水進(jìn)行脈沖驅(qū)動(dòng)32s后，比較啟動(dòng)前后水的變化量。若變化量較小，說(shuō)明布料容易吸水，傾向于毛巾類布料；反之，可能是牛仔類厚布料。這是因?yàn)楹癫剂衔獢噭?dòng)一段時(shí)間后才能充分吸水，這就會(huì)使水位變化量大。圖3-4所示為在這兩種情況下水位的變化曲線。</p><p>　　圖3-4 柔軟布料和硬厚布料的水位變化曲線</p><p>

61、　　3.2 水位水溫檢測(cè)</p><p>　　水位檢測(cè)的精度直接影響洗凈度、水流強(qiáng)度、洗滌時(shí)間等參數(shù)。對(duì)于模糊控制的洗衣機(jī), 要求水位的檢測(cè)必須是連續(xù)的, 故常采用諧振式水位傳感器。諧振式水位傳感器是利用電磁諧振電路LC 作為傳感器的敏感元件, 將被測(cè)物體的變化轉(zhuǎn)變?yōu)長(zhǎng)C 參數(shù)的變化, 最終以頻率參數(shù)輸出。其工作原理是: 將水位的高低通過(guò)導(dǎo)管轉(zhuǎn)換成一個(gè)測(cè)試內(nèi)腔氣體變化的壓力, 驅(qū)動(dòng)內(nèi)腔上方的一塊隔膜移動(dòng), 帶動(dòng)隔

62、膜中心的磁芯在某線圈內(nèi)移動(dòng), 從而線圈電感發(fā)生變化。由此引起諧振電路的固有頻率隨水位變化。水位測(cè)量電路如圖1所示, 為便于與單片機(jī)接口, 水位傳感器采用數(shù)字振蕩電路, 電感與電容組成的三點(diǎn)式振蕩電路經(jīng)C2 耦合接入數(shù)字式諧振放大器A 1, 隨著水位變化, 諧振頻率作相應(yīng)變化, 放大器在a點(diǎn)輸出, 經(jīng)A 2 整形, 由c 點(diǎn)輸出, 此時(shí)即可將數(shù)字量接到單片機(jī)。</p><p>　　圖 3-5　水位傳感器測(cè)量電路&l

63、t;/p><p>　　水溫檢測(cè)是通過(guò)熱電耦測(cè)量的。它把洗衣機(jī)啟動(dòng)時(shí)的溫度作為當(dāng)時(shí)室溫，然后再檢測(cè)工水的溫度，以作為洗衣條件之一，根據(jù)需要可以對(duì)水加熱且控制水溫。</p><p>　　水溫檢測(cè)可用熱敏電阻或MTS 102 半導(dǎo)體溫度檢測(cè)器。洗衣機(jī)水溫一般為 4～ 40℃, 在該溫度范圍內(nèi)MTS 102 線性好, 溫度敏感, 水溫檢測(cè)常選用它。</p><p>　　3.3

64、水的透光率檢測(cè)</p><p>　　水的透光率使用光電傳感器實(shí)現(xiàn)的。渾濁度綜合反映了衣物的臟污程度、臟污性質(zhì)和洗凈程度。它是采用紅外光電傳感器, 利用紅外線在水中的透射率和時(shí)間的關(guān)系, 通過(guò)模糊推理, 獲得檢測(cè)結(jié)果。其檢測(cè)電路如圖3 所示, 紅外發(fā)光二極管LED 由恒流源供電, 由單片機(jī)脈寬調(diào)制PWM 信號(hào)控制LED 發(fā)出調(diào)制紅外光, 穿過(guò)動(dòng)態(tài)的洗滌液, 到達(dá)光電三極管VT , 使VT 的射級(jí)輸出電壓隨洗滌液的渾

65、濁程度而線性變化。</p><p>　　圖 3-6　渾濁度紅外光電檢測(cè)電路</p><p>　　根據(jù)透光率的變化形態(tài)和過(guò)程，可以知道污垢的性質(zhì)和程度。這是一種間接測(cè)量衣物污垢的方法，因?yàn)橐挛锱K的程度與洗滌水的污濁度有著正相關(guān)的關(guān)系。對(duì)于泥污類的污垢，一般分離得較快，較早進(jìn)入水中，故其透光率進(jìn)入飽和狀態(tài)的時(shí)間較短；而油污類污垢相對(duì)分離得較慢，透光率的變化速率小，達(dá)到飽和值的時(shí)間也較長(zhǎng)。它的輸

66、出變化曲線如圖3-7、圖3-8、圖3-9所示</p><p>　　圖3-7 污垢程度透光率曲線</p><p>　　圖3-8 污垢程度透光率曲線</p><p>　　從圖3-7和3-8中可知，開始注入清水，透明度很高，隨著污垢析出，水逐漸變濁，透明度下降，最后就有一個(gè)飽和穩(wěn)定值。根據(jù)透光率的變化形態(tài)和過(guò)程，可以知道污垢的性質(zhì)和過(guò)程度。對(duì)于泥污類的污垢，一般分離得較快

67、，較早進(jìn)入水中，故其透光率進(jìn)入飽和狀態(tài)的時(shí)間較短；而油污類污垢相對(duì)分離得較慢，透光率的變化速率小，達(dá)到飽和值的時(shí)間也較長(zhǎng)。另外根據(jù)同樣的思路（如圖3-9所示），還可以從透光率的變化知道洗滌劑用的固體粉末狀態(tài)的還是液態(tài)的?？傊?，飽和值的高低反映了衣物臟的程度，透光率下降到飽和值的時(shí)間長(zhǎng)短 了污垢的性質(zhì)。</p><p>　　4 模糊控制系統(tǒng)硬件電路</p><p>　　4.1 模糊控制洗衣

68、機(jī)的功能要求</p><p>　　洗衣機(jī)的主要工作程序是：洗滌→脫水→漂洗→脫水。上述工作程序中，包括三個(gè)過(guò)程，洗滌過(guò)程、漂洗過(guò)程、脫水過(guò)程。</p><p>　?。?）洗滌過(guò)程：放好待洗衣物，啟動(dòng)開關(guān)，進(jìn)水閥通電，向洗衣機(jī)供水，當(dāng)供水達(dá)到預(yù)定水位時(shí)，水位開關(guān)接通，進(jìn)水閥斷電關(guān)閉，停止供水。洗滌電動(dòng)機(jī)接通電源，帶動(dòng)波輪旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生各種形式的水流攪動(dòng)衣物進(jìn)行洗滌。通過(guò)點(diǎn)動(dòng)機(jī)不停的正轉(zhuǎn)、停止、反

69、轉(zhuǎn)反復(fù)循環(huán)，形成洗滌水對(duì)洗滌物產(chǎn)生強(qiáng)烈的翻滾作用。同時(shí)，衣物之間、衣物與四周桶壁之間產(chǎn)生相互摩擦和撞擊力，以達(dá)到洗滌衣物的目的。</p><p>　　（2）漂洗過(guò)程：漂洗的目的在于清除衣物上的洗滌液，因此，漂洗過(guò)程與洗滌過(guò)程的電器動(dòng)作是完全相同的。</p><p>　　（3）脫水過(guò)程：洗滌或漂洗后，需要對(duì)衣物進(jìn)行脫水以便晾干，節(jié)省水資源，所以脫水是洗衣過(guò)程中必不可少的環(huán)節(jié)。洗滌或漂洗過(guò)程結(jié)

70、束后，電動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，排水閥通電，打開排水閥門排水。當(dāng)水位低到一定程度時(shí)，滿足安全條件，脫水電動(dòng)機(jī)接通，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)脫水桶高速旋轉(zhuǎn)，利用離心力把衣服上的水從壁的小眼里甩出來(lái)。全部洗衣工作完成后，有蜂鳴器發(fā)出聲音，表明衣物已洗干凈。</p><p>　　4.2 模糊控制系統(tǒng)的硬件電路</p><p>　　模糊控制的全自動(dòng)洗衣機(jī)主要由單片機(jī)、檢測(cè)電路、驅(qū)動(dòng)電路、控制面板和電源電路等組成，系統(tǒng)采用

71、8031作為核心控制部件, 其基本結(jié)構(gòu)如圖4, 由于8031內(nèi)部無(wú)程序存儲(chǔ)器, 在片外擴(kuò)展一片2764EPROM, 除P0口提供低8位地址外, 還要由P2口的5根線提供高5位地址, 地址鎖存選用74LS373, 通過(guò)8155擴(kuò)展I/O口,提供顯示及觸發(fā)電路的接口。模糊控制全自動(dòng)洗衣機(jī)的控制系統(tǒng)包括電源電路、洗衣機(jī)的狀態(tài)檢測(cè)電路、顯示電路和輸出電路。所有的電路都在單片機(jī)8031 的控制下工作。由于8031 擴(kuò)展了I/O口,這樣有較多的I/

72、O端口, 對(duì)洗衣機(jī)這種需要檢測(cè)和控制的功能較多的家用電器是十分合適的, 它可以使系統(tǒng)的邏輯結(jié)構(gòu)十分簡(jiǎn)潔。</p><p>　　當(dāng)將單片機(jī)用作測(cè)控系統(tǒng)時(shí), 系統(tǒng)中有被測(cè)信號(hào)輸人通道, 則計(jì)算機(jī)拾取必要的輸人信息, 同時(shí)這些信號(hào)要能滿足計(jì)算機(jī)輸人接口電平需要。而本設(shè)計(jì)中, 由于許多傳感器輸出的信號(hào)量是模擬電壓量, 不能直接輸入微機(jī), 所以必須選用V/F變換器, 將模擬量變化為頻率量送入單片機(jī),又由于多路傳感器送出的信

73、號(hào)不能同時(shí)檢測(cè),只能分時(shí)對(duì)這些信號(hào)采樣傳送, 還需要選接控制選通多路開關(guān)CD4051。 </p><p>　　圖4 模糊控制系統(tǒng)硬件電路</p><p>　　動(dòng)態(tài)顯示主要包括功能顯示和參數(shù)顯示,功能顯示包括洗滌、脫水等均采用發(fā)光二極管作為顯示元件;參數(shù)顯示包括洗滌、脫水時(shí)間等, 采用七段LED顯示元件。Pb口輸出段選碼,Pc口輸出位選碼, 采用掃描顯示方式, 鍵盤主要有啟動(dòng)停止鍵和功能

74、鍵。啟停鍵首次按下后, 洗衣機(jī)啟動(dòng), 不需要人工參與即可完成洗滌過(guò)程, 功能鍵是為模糊洗衣機(jī)人工參與而設(shè)置的。</p><p>　　洗衣機(jī)工作過(guò)程的切換是通過(guò)軟件控制洗衣機(jī)執(zhí)行元件的工作狀態(tài)來(lái)實(shí)現(xiàn)的?？刂菩盘?hào)從8155的Pa口輸出, 通過(guò)執(zhí)行機(jī)構(gòu)觸發(fā)電路控制相應(yīng)元件。Pa0控制排水電磁閥, Pa1控制進(jìn)水電磁閥, Pa2口控制洗滌劑投放電機(jī), Pa3</p><p>　　口控制洗滌主電機(jī)及

75、脫水, Pa4口控制主電機(jī)反轉(zhuǎn)。只要某一口輸出高電平“1”, 與之相連的執(zhí)行元件就動(dòng)作, 完成相應(yīng)的功能, 如需進(jìn)水時(shí), 只需,Pa1腳輸出高電平“1” , 觸發(fā)電路輸出端發(fā)出正脈沖, 雙向晶閘管導(dǎo)通, 交流電壓經(jīng)雙向晶閘管加在電磁閥上, 閥門打開, 開始進(jìn)水, 進(jìn)水時(shí)間查模糊控制表, 等到時(shí)間到之后, Pa1腳輸出低電平“0”, 這時(shí)進(jìn)水電磁閥關(guān)閉,停止進(jìn)水。同理, Pa3、Pa4口周期性輸出控制信號(hào), 從而控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。<

76、/p><p>　　5 模糊控制實(shí)現(xiàn)方法</p><p>　　5.1 基本結(jié)構(gòu)和控制過(guò)程</p><p>　　5.1.1 全自動(dòng)模糊控制洗衣機(jī)的結(jié)構(gòu)</p><p>　　從洗衣機(jī)的運(yùn)行過(guò)程可以看出，洗滌時(shí)間、洗滌劑投放量、水流強(qiáng)度和水流方式（電機(jī)轉(zhuǎn)速）是被控對(duì)象的主要參量，衣量、衣質(zhì)以及衣物的臟污程度和臟污性質(zhì)是被控對(duì)象的主要輸入變量。比如對(duì)于衣

77、物的臟污程度，人們通常用很臟、一般臟、不太臟等這類模糊語(yǔ)言來(lái)描述。事實(shí)上，臟污程度和臟污性質(zhì)的區(qū)分并不存在一個(gè)明確的界限。因而，對(duì)于洗滌過(guò)程，輸入和輸出之間很難找到一個(gè)精確的數(shù)學(xué)模型來(lái)描述，用常規(guī)的方法難以達(dá)到理想的效果，而采用模糊控制技術(shù)則能很好地解決這個(gè)問(wèn)題。模糊控制是在總結(jié)人們生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)輸入量模糊化后，根據(jù)一定的模糊控制規(guī)則，決定對(duì)被控對(duì)象采用相應(yīng)的控制策略。模糊控制的優(yōu)勢(shì)在于它不需要知道被控對(duì)象或過(guò)程的數(shù)學(xué)模型

78、、對(duì)于不確定系統(tǒng)，如非線形系統(tǒng)能有效地控制并且具有較強(qiáng)的魯棒性。模糊控制器設(shè)計(jì)由模糊化、模糊推理和反模糊化三部分組成，它們都建立在知識(shí)庫(kù)的基礎(chǔ)之</p><p><b>　　上。</b></p><p>　　圖5-1所示為全自動(dòng)模糊控制洗衣機(jī)結(jié)構(gòu)圖。它是利用負(fù)載、質(zhì)料、水位、水溫以及洗滌劑類型等檢測(cè)所得到的信息，進(jìn)行分段評(píng)估計(jì)算，使其模糊化，再根據(jù)模糊規(guī)則進(jìn)行推理，最

79、后根據(jù)所激活的規(guī)則進(jìn)行解模糊判決，衣決定最適應(yīng)和明確的水流、水位、水溫、洗滌時(shí)間、清洗方法以及脫水時(shí)間。</p><p>　　圖5-1　全自動(dòng)洗衣機(jī)模糊控制原理框圖</p><p>　　5.1.2 洗衣過(guò)程中所執(zhí)行的動(dòng)作</p><p>　　輸出執(zhí)行部分所需控制執(zhí)行的動(dòng)作有:電機(jī)的正反轉(zhuǎn)、進(jìn)水、排水、發(fā)氣泡、自動(dòng)斷電，加洗衣粉和牽引器動(dòng)作。各種動(dòng)作的作用如下:<

80、;/p><p>　　(1) 電機(jī)的正反轉(zhuǎn)</p><p>　　波輪式洗衣機(jī)對(duì)水流的控制源于電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)分正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，二者缺一不可，因?yàn)樵谙礈爝^(guò)程中，電機(jī)如果只是正(或反)轉(zhuǎn)就會(huì)使衣物擰結(jié)成團(tuán)，造成洗滌不均勻:在衣物t檢測(cè)時(shí)，系統(tǒng)要根據(jù)對(duì)電機(jī)正反轉(zhuǎn)通斷所產(chǎn)生的反向電動(dòng)勢(shì)的測(cè)量來(lái)確定布量。</p><p>　　(2) 進(jìn)、排水和加粉</p><

81、p>　　進(jìn)水、排水過(guò)程是洗衣過(guò)程中必不可少的部分(其中包括洗衣過(guò)程中因水量不足而補(bǔ)水的過(guò)程)，為了真正實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，洗衣機(jī)上特別設(shè)置了洗衣粉注入機(jī)，在進(jìn)水的同時(shí)根據(jù)電腦程序，自動(dòng)投放洗衣粉，加粉操作只在首次進(jìn)水過(guò)程中有效。</p><p><b>　　(3)發(fā)氣泡</b></p><p>　　在洗衣過(guò)程中發(fā)生氣泡，有助于提高洗滌效果.因?yàn)樵谙匆逻^(guò)程中氣泡爆裂所產(chǎn)生

82、的強(qiáng)大水壓，振動(dòng)衣物纖維，再加上超聲波的乳化作用，使得衣物上的污垢和油脂很快脫落；另外，伴隨著水中氣泡的上升，產(chǎn)生了從洗滌桶中心向外翻卷的水流，使衣物之間產(chǎn)生相互摩擦，洗滌作用大為增強(qiáng)。</p><p>　　(4)牽引器和自動(dòng)斷電</p><p>　　牽引器是波輪式全自動(dòng)洗衣機(jī)實(shí)現(xiàn)洗滌和脫水互相切換的主要器件。洗衣操作結(jié)束后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)切斷電源，此即自動(dòng)斷電操作。</p>&

83、lt;p><b>　　5.2 模糊規(guī)則</b></p><p>　　洗衣機(jī)的模糊控制關(guān)系是一個(gè)多輸入、多輸出的控制系統(tǒng)。輸入變量為渾濁度、布質(zhì)、布量、水溫。輸出變量有洗滌劑量、洗滌時(shí)間、洗滌水流、水位、脫水時(shí)間、漂洗方式等。為了使控制效果好, 設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單, 采用矛盾分析方法, 具體控制策略為: ①根據(jù)布質(zhì)、布量確定水位低; ②根據(jù)渾濁度、布質(zhì)、布量確定洗滌劑的投放量; ③根據(jù)布質(zhì)、布量和

84、水溫確定初始的洗滌時(shí)間和水流; ④根據(jù)洗滌過(guò)程中的渾濁度信息修正實(shí)際的洗滌時(shí)間的長(zhǎng)短和漂洗次數(shù)的多少。</p><p>　　全自動(dòng)洗衣機(jī)中的模糊控制器要解決的問(wèn)題是如何利用測(cè)得的衣質(zhì)(棉、綿纖、纖)、衣量(多、中多、中少、少)、臟污程度(很臟、一般臟、不太臟)、臟污性質(zhì)(油污、泥污) 等信息來(lái)控制洗滌水位(低、中低、中高、高)、洗滌劑投放量(少、中少、中、中多、多)、洗滌時(shí)間(短、中短、中、中長(zhǎng)、長(zhǎng)) 和水流方式

85、(弱、中、強(qiáng))。也就是如何建立各種情況下的模糊控制規(guī)則。</p><p>　　描述輸入、輸出的變量都是模糊量,用模糊集合來(lái)表示,然后根據(jù)模糊規(guī)則進(jìn)行模糊推理來(lái)進(jìn)行控制。因此,問(wèn)題的關(guān)鍵在于求取模糊集合的隸屬度函數(shù)。而求取模糊集合的隸屬度函數(shù),首先要對(duì)變量進(jìn)行模糊化，均采用三角形隸屬函數(shù)形式。</p><p>　　5.2.1 輸入變量的模糊化與隸屬度函數(shù)</p><p&g

86、t;　　輸入變量有負(fù)載、污濁度、水溫、質(zhì)料、水位五個(gè)主要因素。</p><p>　　負(fù)載模糊化：將負(fù)載劃分為大、中等、小三種模糊子集，論域的語(yǔ)言值定義為（-2，0，2，），其隸屬函數(shù)見圖5-2所示.</p><p>　　圖5-2 負(fù)載語(yǔ)言變量隸屬函數(shù)</p><p>　　水溫模糊化：將水溫劃分為偏低、中等、偏高三種模糊子集，論域的語(yǔ)言值定義為（-2，0，2，），其

87、隸屬函數(shù)見圖5-3所示 </p><p>　　圖5-3 水溫語(yǔ)言變量隸屬函數(shù)</p><p>　　質(zhì)料模糊化：將質(zhì)料還分為棉制品偏多、棉和化纖品各半、化纖制品偏多三種模糊子集，論域的語(yǔ)言值定義為（-2，0，2，），其隸屬函數(shù)見圖5-4所示</p><p>　　圖5-4 質(zhì)料語(yǔ)言變量隸屬函數(shù)</p><p>　　5.2.2 輸出變量的模糊化

88、與隸屬度函數(shù)</p><p>　　輸入變量有水流強(qiáng)度、洗滌時(shí)間兩個(gè)主要因素。</p><p>　　水流強(qiáng)度模糊化：將水流強(qiáng)度劃分為強(qiáng)、中、弱三種模糊子集，其隸屬函數(shù)見圖5-5所示 </p><p>　　圖5-5 水流強(qiáng)度語(yǔ)言變量隸屬函數(shù)</p><p>　　洗滌時(shí)間模糊化：將洗滌時(shí)間劃分為長(zhǎng)、中、短三種模糊子集，其隸屬函數(shù)

89、見圖5-6所示</p><p>　　圖5-6 洗滌時(shí)間語(yǔ)言變量隸屬函數(shù)</p><p>　　5.2.3 模糊規(guī)則與模糊推理</p><p>　　模糊控制是建立在一系列模糊控制規(guī)則的基礎(chǔ)上的，這些控制規(guī)則是人們對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行控制時(shí)的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)。因此，這些控制規(guī)則則是一些邏輯推理規(guī)則，其形式表示為模糊條件語(yǔ)句。在實(shí)際了控制中，把有關(guān)規(guī)則加以處理，產(chǎn)生相應(yīng)的控制算法，模糊

90、控制器就以相應(yīng)的算法去控制被控對(duì)象工作。模糊控制規(guī)則是由自然語(yǔ)言變量所表達(dá)的模糊條件語(yǔ)句組成，它表征了控制目標(biāo)和該領(lǐng)域?qū)＜业目刂撇呗?，是根?jù)被控對(duì)象的行為特性和專家的控制經(jīng)驗(yàn)編寫的，即是吸收了該專家的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，以“如果…，那么…”形式所表達(dá)的模糊推理語(yǔ)句。</p><p>　　從圖5-1中可以看出這是一個(gè)多輸入多輸出的模糊推理和控制系統(tǒng)。為簡(jiǎn)化起見，可采取主要因素推理和順序因素推理相結(jié)合的處理方法。主要因素就是

91、抓主要因果關(guān)系，拋棄次要因果關(guān)系，以簡(jiǎn)明的形式產(chǎn)生因素少的推理規(guī)則。例如，用臟污程度、臟污性質(zhì)推理洗滌劑投放量；用布量、布質(zhì)和水溫推理水流強(qiáng)度、洗滌時(shí)間。顯然，它們之間存在下列模糊關(guān)系：</p><p>　　規(guī)則1：如果負(fù)載小，質(zhì)料化纖制品偏多，且水溫偏高，那么就將水流調(diào)弱，洗滌時(shí)間調(diào)短。</p><p>　　規(guī)則2：如果負(fù)載大，質(zhì)料棉制品偏多，且水溫偏低，那么就將水流調(diào)強(qiáng)，洗滌時(shí)間調(diào)長(zhǎng)。

92、</p><p>　　規(guī)則3：如果負(fù)載中等，質(zhì)料棉和化纖制品各半，且水溫中等，那么就將水流調(diào)中等，洗滌時(shí)間也調(diào)中等。</p><p><b>　　…… ……</b></p><p>　　以此類推，可以寫出其他規(guī)則，表1是輸出變量于輸入變量之間關(guān)系的模糊真值表。</p><p><b>　　表5-1</b&

93、gt;</p><p>　　5.3 模糊控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)</p><p>　　全自動(dòng)洗衣機(jī)模糊控制的軟件系統(tǒng)比較復(fù)雜, 為了最大限度地減小程序的容量, 本文采用了以功能子程序模塊為基礎(chǔ)的積木式軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。其中最高一級(jí)的功能模塊主要有鍵盤管理程序、自檢程序、手動(dòng)任意程序、全自動(dòng)模糊控制程序等四個(gè)模塊。次一級(jí)的功能模塊主要有洗滌程序模塊、進(jìn)水程序模塊、清洗程序模塊、排水程序模塊、脫水程

94、序模塊、補(bǔ)水程序模塊、故障報(bào)警顯示模塊。最低一級(jí)的功能模塊包括布質(zhì)布量檢測(cè)子程序模塊、水位檢測(cè)子程序模塊、紅外光傳感器數(shù)據(jù)采集子程序模塊、實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊、顯示子程序模塊、數(shù)據(jù)處理子程序模塊、2814讀寫子程序模塊。</p><p>　　這里只把主程序和部分子程序做一下簡(jiǎn)單介紹。如圖5-7、5-8、5-9所示。</p><p>　　圖5-7 模糊控制全自動(dòng)洗衣機(jī)的主程序</p>

95、<p>　　圖5-8 布質(zhì)布量檢測(cè)子程序</p><p>　　圖5-9 脈沖信息測(cè)量子程序</p><p><b>　　6 結(jié)束語(yǔ)</b></p><p>　　本文將模糊智能控制引入全自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)中,根據(jù)洗衣機(jī)工作原理和特性,重點(diǎn)闡述了模糊控制的模糊規(guī)則和模糊推理,以及系統(tǒng)設(shè)計(jì)的硬件與軟件,并給出了該系統(tǒng)的硬件框圖和軟件流

96、程圖。</p><p>　　傳統(tǒng)的全自動(dòng)洗衣機(jī)在對(duì)漂洗程序、衣物重量和衣物材質(zhì)等進(jìn)行人為選擇后，能自動(dòng)完成衣物的洗滌、漂洗和脫水的全過(guò)程，但本文所采用的模糊控制洗衣機(jī)具備以下優(yōu)點(diǎn)：</p><p>　?。?）自動(dòng)檢測(cè)衣物量和衣物的臟污程度并據(jù)此控制洗滌劑的投入量；</p><p>　?。?）根據(jù)待洗衣物的布質(zhì)、布量,通過(guò)模糊推理自動(dòng)確定洗衣水位和水流強(qiáng)度；</

97、p><p>　?。?）檢測(cè)漂洗后衣物的潔凈程度并自動(dòng)調(diào)整漂洗次數(shù)。</p><p>　　實(shí)現(xiàn)模糊控制洗衣機(jī)的以上功能，本文采用了一下方法</p><p>　　首先，硬件方面使用了各種傳感器不斷的檢測(cè)相關(guān)的狀態(tài)，以作為控制的依據(jù)。在洗衣過(guò)程中起決定作用的物理量有布量、布質(zhì)、水溫和渾濁度等四種, 這些物理量都需要有適當(dāng)?shù)膫鞲衅鱽?lái)獲取信息, 并轉(zhuǎn)換成單片機(jī)能接收的電信號(hào)。&l

98、t;/p><p>　　其次，設(shè)法讓洗衣機(jī)模仿人們的經(jīng)驗(yàn)去工作。采用模糊控制技術(shù)則能很好地解決這個(gè)問(wèn)題。模糊控制是在總結(jié)人們生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)輸入量模糊化后，根據(jù)一定的模糊控制規(guī)則，決定對(duì)被控對(duì)象采用相應(yīng)的控制策略。</p><p>　　最后，根據(jù)要求進(jìn)行系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)和模糊控制器的設(shè)計(jì)。</p><p>　　模糊控制技術(shù)在家用電器領(lǐng)域的運(yùn)用有著廣闊的前景，智能家

99、電正成為模糊控制技術(shù)運(yùn)用的一個(gè)新領(lǐng)域。本文給出智能洗衣機(jī)模糊控制系統(tǒng)的基本原理以及模糊控制器的設(shè)計(jì)方法。實(shí)踐表明，采用模糊控制技術(shù)的智能洗衣機(jī)在洗滌效果和節(jié)能等方面優(yōu)于傳統(tǒng)洗衣機(jī)。采用模糊控制的全自動(dòng)洗衣機(jī)既能洗凈衣物又能縮短洗滌時(shí)間,還可減輕衣物磨損。模糊控制技術(shù)是家電產(chǎn)品發(fā)展的趨勢(shì),也是家電產(chǎn)品智能化、綠色化、節(jié)能化的保使用該技術(shù)將在不增加生產(chǎn)成本的前提下，使洗衣機(jī)的性能得到較大程度的提高, 從而使生產(chǎn)廠家處于競(jìng)爭(zhēng)的有利地位。<

100、;/p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　大學(xué)的生活轉(zhuǎn)眼就要結(jié)束了，這些年是我人生中最重要的學(xué)習(xí)時(shí)間在大學(xué)校園里，我不僅學(xué)到了豐富的專業(yè)知識(shí)，更學(xué)到了終身受用的學(xué)習(xí)方法和積極的生活態(tài)度，通過(guò)對(duì)各門課程的學(xué)習(xí)和與相關(guān)專業(yè)老師的溝通，使我深感機(jī)會(huì)難得，獲益匪淺，母校嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)風(fēng)和老師的廣博豐富的知識(shí)令我敬佩，各位老師的悉心授課使我對(duì)電氣專業(yè)有了更多、更深層的

101、認(rèn)識(shí)，為以后的學(xué)習(xí)和工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。</p><p>　　本文的工作是在導(dǎo)師的悉心指導(dǎo)和同學(xué)們的熱情幫助下完成的，從論文的選題、開題、思路的分析，以及到論文的撰寫、審閱，都積聚了導(dǎo)師和同學(xué)的心血。學(xué)院老師的言傳身教培養(yǎng)了我分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，并將引導(dǎo)我今后的工作、學(xué)習(xí)和生活。</p><p>　　另外，感謝學(xué)校給予我這樣一次機(jī)會(huì)，能夠獨(dú)立地完成一個(gè)課題，并在這個(gè)過(guò)程當(dāng)中，給予我們

102、各種方便，使我們?cè)诩磳㈦x校的最后一段時(shí)間里，能夠更多學(xué)習(xí)一些實(shí)踐應(yīng)用知識(shí)，增強(qiáng)了我們實(shí)踐操作和動(dòng)手應(yīng)用能力，提高了獨(dú)立思考的能力。</p><p>　　最后再次感謝母校和各位老師對(duì)我的培養(yǎng)和幫助。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 韓峻峰．模糊控制技術(shù)．重慶：重慶大學(xué)出版社,2003</p>

103、<p>　　[2] 李剛民．單片機(jī)原理及實(shí)用技術(shù)．高等教育出版社，北京：2005</p><p>　　[3] 汪壽基．微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)及應(yīng)用．成都：成都科大出版社，1985</p><p>　　[4] 渚靜等．模糊控制原理與應(yīng)用．北京：機(jī)械工業(yè)出版杜，1995</p><p>　　[5] 徐承宗．模糊控制理論與實(shí)踐．北京：地震出版社，1998</

104、p><p>　　[6] 王耀南．智能控制系統(tǒng)．長(zhǎng)沙：湖南大學(xué)出版社，1996</p><p>　　[7] 陳維南．計(jì)算機(jī)控制技術(shù).北京：國(guó)防工業(yè)出版社，1979</p><p>　　[8] 梁夢(mèng)蘭．表面活性劑和洗滌劑制備、性質(zhì)、應(yīng)用.北京:科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社,1990</p><p>　　[9]馮冬青.模糊智能控制.北京：化學(xué)工業(yè)出版社,1998

105、</p><p>　　[10] Richard C .Dorf Robert H.Bishop. Modern Control System. 科學(xué)出版社</p><p>　　[11] Michel Bidoit,Peter D.Mosses. The Steam-Boiler Control System. Lecture Notes in computer Science. v