【正文】 其年總產(chǎn)量及社會普及率均以達到相當高的 水平。 2． 我國洗衣機的發(fā)展現(xiàn)狀 洗衣機在中國起步較晚， 1978 年才 開始 正式生產(chǎn)家用洗衣機。 隨 著改革開放的不斷深入， 經(jīng)濟的持續(xù)增長，人民生活水平的普遍提高，人 們 對于洗衣機的認識 也 在不斷發(fā)展，進入 80 年代后，中國洗衣機 行業(yè) 一直保持著旺盛的 發(fā)展形勢。目前，洗衣機在我國城市甚至廣大農(nóng)村已得到大范圍的普及 。中國洗衣機市場 正處于 快速更新?lián)Q代階段，市場潛力巨大，隨著家用電器的自動化、智能化發(fā)展，人們對于洗衣機的期望也越來越高。 1983 年，中國洗衣機產(chǎn)量由 1978 年的 400 臺增至 365 萬臺。此后全國各處都大規(guī)模的引進國外先進洗衣機技術。中國的洗衣機發(fā)展突飛猛進，先進技術的引進 、吸收和創(chuàng)新，極大地 促進了中國洗衣機的生產(chǎn)能力和產(chǎn)業(yè)質(zhì)量。 經(jīng) 過 三十年 的發(fā)展 ，我國的洗衣機年產(chǎn)量已位于世界第一， 將近為 世界總年產(chǎn) 量 的四分之一。 3． 智能洗衣機的發(fā)展前景 洗衣機是一個家庭中不可或缺的家用電器，其發(fā)展速度十分迅速，傳統(tǒng)洗衣機由智能洗衣機控制系統(tǒng)設計 2 于功能的需要和技術的局限 ， 手動控制按紐越來越多 。 而 洗衣機的 使用操作者一般是家庭婦女、老人、保姆等 ， 相對而言這些人的文化程度較低 ， 很難掌握正確用法 ， 造成多功能洗衣機功能上的浪費，不能做到盡可能的節(jié)水、節(jié)電、省時。不但中國如此 ，據(jù)美國消費者協(xié)會亦調(diào)查到 ： “在家用電器中 ， 一般的美國人常用的功能鍵只有 20%～ 30%， 有 80% 的家庭婦女不 能掌握其全部用法。 ”所以控制簡單而且功能完善的家用電器就越來越受歡迎。因此傳統(tǒng)的洗衣機已經(jīng)遠不能滿足人們追求現(xiàn)代化的要求。新型的智能洗衣機應運而生。所謂智能洗衣機是微處理器 和模糊控制技術 引入到傳統(tǒng)自動洗衣機中的產(chǎn)物。它擁有高度 自動化、智能化、人性化的特點，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)進水、洗滌、漂洗、脫水 等一系列過程的 自動完成，還能夠模擬傳統(tǒng)人工手洗的操作方式，總結人工手洗的操作經(jīng)驗，通過模糊推理和 模糊控制來實現(xiàn)洗衣機的全自動化和智能化。由于智能洗衣機采用了微電腦 控制，擁有較大的程序存儲能力，在洗衣機內(nèi)部存儲了很多種洗滌模 式，可由用戶任意選擇，能夠最大限度的節(jié)約水、電、洗滌劑，使衣物能夠在盡可能短的時間內(nèi)用最不磨損衣物的方式將衣物洗到盡量的干凈。智能洗衣機的出現(xiàn)可以進一步改變?nèi)藗兊姆绞?，讓人們的生活更加簡單，更少煩雜。在生活水平高度上升的今天， 人們將 時間越來越少的分配在不必要的機械操作中，智 能洗衣機的市場需求十分巨大。有業(yè)內(nèi)人士表示，尖端洗滌技術的革新 所表現(xiàn)出的洗衣方式更加注重健康和個性化，已在市場發(fā)展中倍受歡迎。 模糊控制理論簡述 “ 模糊 ” 是人類感知萬物、獲取知識、思維推理、決策實施的重要特征。 1965年， “ 模糊 控制理論 ” 由美國學者加利福尼亞大學著名教授 首度提出。模糊控制 是一種 以數(shù)學為基礎， 運 用語言規(guī)則表示方法和先進的計算機技術，由模糊推理進行判決的 高級控制策略。模糊控制屬于智能控制范疇，現(xiàn)已發(fā)展成人工智能領域中的一個重要分支，其理論發(fā)展迅速，應用領域廣范，控制效果顯著。與傳統(tǒng)控制理論相比，模糊控制有兩大不可比擬的優(yōu)點：第一，模糊控制在許多應用中可以有效且便捷的實現(xiàn)人的控制策略和經(jīng)驗，這一優(yōu)點自從模糊控制誕生以來就一直受到人們密切的關注；第二，模糊控制不需要被控對象的數(shù)學模型即可實現(xiàn)較好的控制，這 是因為被控對象的動態(tài)特性已隱含在模糊控制器輸入、輸出模糊集及模糊規(guī)則中。 如今模糊控制被越來越多的應用于各個領域，尤其是被廣泛應用于家電系列中，基于模糊控制的洗衣機就是其中的一個典型實例。智能洗衣機整個工作過程的控 制是由單片機控制系統(tǒng)實現(xiàn)的，由單片機、穩(wěn)壓電源、信號檢測模塊、振 蕩器、蜂鳴器、智能洗衣機控制系統(tǒng)設計 3 功能鍵、顯示電路、驅(qū)動電路等組成。智能洗衣機利用數(shù)字單片機組成硬件結構，由軟件進行模糊化，模糊推理和反模糊化作業(yè)。 智能洗衣機的設計方案 1． 洗衣機控制面板 本次設 計的智能洗衣機定義為基于模糊控制的微電腦程控 式套桶波輪型洗衣機。其 控制面板分為兩個部分：按鍵部分和顯示部分。 按鍵部分包括了三個按鍵：電源鍵、程序鍵、啟動 /暫停鍵。 （ 1） 電源鍵：手動按下電源鍵，即將電源接入至洗衣機系統(tǒng)。 （ 2） 程序?。哼x擇工作模式。 （ 3） 啟動暫停鍵：用于選擇啟動或暫時停止兩種工作狀態(tài)。 顯示部分由一個發(fā)光二極管和一個 LCD12864 液晶顯示器組成 ，其中 發(fā)光二極管指示電源是否接通 ， 液晶顯示器顯示洗滌模式 、 洗滌狀態(tài) 及剩余時間 。 2． 智能檢測 待洗衣物的智能檢測是智能洗衣機能夠?qū)崿F(xiàn)智能的關鍵技術之一。智能檢測利用了模糊控制原理，根據(jù)各 類傳感器提供的洗滌物狀態(tài)和 洗衣機運行 參數(shù)進行模 糊推理。通過對布 量、 布 質(zhì)、溫度、濁度的檢測來確定洗滌過程中的洗滌水位，洗滌時間，漂洗次數(shù)，排水時間，脫水時間等等。 3． 智能洗衣機工作流程 人工放入待洗衣物和洗滌劑后，接通電源，選擇好洗滌模式，按下 “啟動 /暫停 ”鍵。此時洗衣機進入智檢過程。 首先波輪正轉 3s，斷電，初步確定水位。然后開進水閥，進水至檢測水位，波輪正轉 30s，斷電，進行布量 分析判斷 ，確定洗滌水位。繼續(xù)進水至已確定的水位，波輪轉動 15s，斷電，進行布質(zhì)分析判斷 ，溫度檢測。通過測得的數(shù)據(jù)初步得出洗滌時間 ，進入 “ 洗滌 ” 過程。 洗滌有三種模式：標準洗滌模式、快速洗滌模式、脫水模式。 （ 1） 標準洗滌模式：首先將衣物浸泡至 規(guī)定的時間，然后通過電機的正反轉對衣物進行洗滌，并通過對洗滌劑 濁度的分析來修正洗滌時間。洗滌完畢，電機停止轉動，接通排水閥電機，打開排水閥，開始排水。當水位到達 0 水位時，進 行 漂洗前的脫水過程。電機通電，進行脫水。到達預約時間 后 ，電機斷電，稍后關閉排水閥 。打開進水閥，進水至規(guī)定水位，起動電機，進行衣物的漂洗。漂洗時間到 ， 電機停止轉動， 打開排水閥進行排水， 檢測水的濁度， 若濁度不達標需重復漂洗程序 （重 復漂洗智能洗衣機控制系統(tǒng)設計 4 程序時要先進行脫水） ，漂洗程序最多重復兩 次。漂洗結束之后，進行最后的脫水程序。開啟排水閥，排水至 0 水位，電機間斷和連續(xù)順時針轉動，到達規(guī)定時間后，電機停止轉動， 關閉排水閥 ，蜂鳴器提示洗滌結束，軟件切斷電源。 （ 2） 快速洗滌模式：電機正反轉對衣物進行洗滌，至預約時間，進入漂洗程序。第一次漂洗完后，排水時檢測水的濁 度，待脫水完畢，若測得的濁度不達標則進行二次漂洗，二次漂洗之后 進行最后脫水。脫水完畢，蜂鳴器提示洗滌結束，軟件切斷電源。 （ 3） 脫水模式：打開排水閥進行排水，待水位為 0 水位，啟動電機，進 行脫水，至預約脫水時間，蜂鳴器提示脫水結束，軟件切斷電源。 智能洗衣機控制系統(tǒng)設計 5 2 系統(tǒng)概述 系統(tǒng)結構介紹 如圖 1 所示為智能洗衣機 控制系統(tǒng) 的結構框圖。智能洗衣機控制系統(tǒng) 采用AT89C52 單片機 為主控制芯片 。外圍電路包括電源電路，振蕩電路，復位電路，驅(qū)動電路，蜂鳴器電路，負載傳感器模塊，水位傳感器模塊，溫度傳感器模塊，濁度傳感器模塊， LCD 顯示模塊，鍵盤輸入模塊等。 圖 1 智能洗衣機結構框圖 （ 1） 電源電路 本次設計 中電源電路 用于 將 220V的市交流電轉為所需要的直流電壓。 220V 市電先經(jīng)變壓器降壓，然后經(jīng)過二極管橋式整流，電容濾波后送入集成穩(wěn)壓器進行穩(wěn)壓，然后 將 穩(wěn)定的直流電壓 輸送給 智能洗衣機控制 系統(tǒng) 電路的 其他用電模塊 。 （ 2） 驅(qū)動電路 洗衣機所用的電動機，電源開關線圈，進水電磁閥，排水電磁閥均為需要 220V市電來帶動的負載，而單片機不能直接控制市電， 因此 驅(qū)動電動在本次設計中相當重要。本設計中采用的驅(qū)動電路由光電耦合器 MOC3041 和大功率晶閘管構成。MOC3041 是常用的雙向晶閘管輸出的光電耦合器，帶過零觸發(fā)電路，輸 入端的控制電源電路 振蕩電路 復位電路 鍵盤輸入 溫度傳感器 水位傳感器 負載傳感器 溫度傳感器 驅(qū)動電路 排水閥 開關線圈 進水閥 電機 LCD 顯示 蜂鳴器電路 AT89C52 單片機 智能洗衣機控制系統(tǒng)設計 6 電流為 15mA，輸出端額定電壓為 400V，最大重復浪電流為 1A，輸入輸出端隔離電壓為 7500V，有很好的隔離性 。 單片機將控制信號傳遞給 MOC3041 的輸入端，經(jīng)MOC3041 的輸出 端 來控制大功率晶閘管的控制端， 從而 由大功率晶閘管來控制相應的負載。 這種設計方式可以使系統(tǒng)強弱電之間具有很好的隔離效果，控制方便，性能穩(wěn)定。 （ 3） 傳感器模塊 傳感器模塊包括溫度傳感器模塊，水位 傳感器模塊，負載傳感器模塊和濁度傳感器模塊。傳感器模塊主要是用來將相應傳感器檢測的 信號送入 AT89C52 單片機中。實現(xiàn)系統(tǒng)對特定信 號的檢測，使 洗衣機得以實現(xiàn)智能控制 。 （ 4） 鍵盤輸入模塊 本次設計中鍵盤輸入電路的設計是方便用戶來自行選擇洗滌模式和控制洗滌程序的啟動 /暫停的。由于本次設計力求使洗衣機使用更為簡單，高度實現(xiàn)智能化，鍵盤按鍵僅有兩個，設計簡單，采用獨立鍵盤形式。 （ 5） 蜂鳴器電路 用蜂鳴器作為發(fā)聲元件，可以在需要的時候發(fā)出聲響，在洗衣機系統(tǒng)中可用于提示洗衣過程結束及對洗滌過程中出現(xiàn)的故障進行報警。 主要芯片及元器件介紹 1． AT89C52 單片機 本設計采用的主控芯片為 AT89C52 單片機。 AT89C52 單片機 由 ATMEL 公司生產(chǎn)，屬于 51 系列單片機的一種，是一種低電壓、高性能的 8 位 CMOS 單片機，片內(nèi)置有通用 8 位中央處理器和 FLASH 單元，兼容 MCS51 指令系統(tǒng)。 AT89C52 單片機存儲器采用哈佛結構，程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器空間是相互獨立，分別是含有 8K 可反復擦寫的 Flash 只讀程序存儲器和 256B 的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器，兩種存儲器都有各自獨立的尋址方式和尋址空間。 如圖 2 所示為 AT89C52 單片機的引腳示意圖。 AT89C52 單片機共 40 個引腳，有32 個雙向輸入 /輸出（ I/O）端口，內(nèi)含 2 個外部中斷口， 3 個 16 位可編程定時 /計數(shù)器 ， 2 個全雙工串行通信口， 2 個讀寫口線。 智能洗衣機控制系統(tǒng)設計 7 圖 2 AT89C52 單片機引腳示意圖 其引腳功能如下： （ 1）主電源引腳（ 2 根） VCC(Pin40)：電源輸入， 接＋ 5V電源 GND(Pin20)：接地線 （ 2）外接晶振引腳（ 2 根） XTAL1(Pin19)：片內(nèi)振蕩電路的輸入端。 當使用片內(nèi)振蕩器時，此引腳接微調(diào)電容和石英晶體；當采用外接時鐘源時，引腳接振蕩器信號。 XTAL2(Pin20)：片內(nèi)振蕩電路的輸出端。 當使用片內(nèi)振蕩器時，和 Pin 19 的接法一樣；當采用外部時鐘源時，此引腳懸空 。 （ 3）控制引腳（ 4 根） RST/VPP(Pin9)：復位引腳，引腳上出現(xiàn) 2 個機器周期的高電平將使單片機復位。Vpp 為第二引腳功能，當對片內(nèi) Flash進行編程時，此引腳接入編程電壓。 ALE/PROG(Pin30)：地址鎖存允許信號。若訪問外部程序存儲器（ ROM）和數(shù)據(jù)存儲器（ RAM）， ALE 將用于鎖存低 8 位的地址。此時， ALE 仍會以時鐘振蕩頻率的1/6 輸出一個固定的脈沖信號， 可用于對外輸出時鐘或定時。此外，可通過對特殊功能寄存器（ SFR）中的 8EH 單元的 D0 位置位，可以禁止 ALE 操作。該位置位后，只有 MOVX 和 MOVC 指令才能把 ALE 激活 。 智能洗衣機控制系統(tǒng)設計 8 PSEN(Pin29)：外部存儲器讀選通信號，當為低電平時外部存儲器讀選通。 EA/VPP(Pin31)：程序存儲器的內(nèi)外部選通 信號 ，接低電平 時 從外部程序存儲器讀指令，接高電平則從內(nèi)部程序存儲器讀指令。 （ 4）可編程輸入 /輸出引腳（ 32 根） AT89C52 單片機有 4 組 8 位的可編程 I/O 口，分別位 P0、 P P P3 口，每個口有 8 位（ 8 根引腳），共 32 根。 P0 口（ ～ ）： 8 位雙向 I/O 口線。 P0 口是一個漏極開路的 I/O 口。作為輸出口，每一位均可以驅(qū)動 8 個 TTL 負載。當對 某個 P0 端口寫入 “ 1” 時 ，該引腳可以用作高阻抗輸入。當訪問外部程序存儲器或者數(shù)據(jù)存儲器時， P0 口也被作為地址總線（低 8 位）和數(shù)據(jù)分時復用。在這種模式下， P0 不需要外加上拉電阻。 P0 口也可以作為 I/O 口使用，也可以用來接收指令字節(jié)；在程序校驗時，輸出指令字節(jié)，此時需要加 的外部上拉電阻。 P1 口（ ～ ）： 8 位準雙向 I/O 口線。 P1 口內(nèi)部具有上拉電阻， P1口輸出緩沖器能夠驅(qū)動 4 個 TTL負載 。若對 P1 口寫入 “ 1” 的時候，內(nèi)部上拉電阻就會把端口拉高，