【正文】 信號等各種開關(guān)量信號。 另外 ， 凌陽十六位單片機(jī)具有易學(xué)易用的效率較高的一套指令系統(tǒng)和集成開發(fā)環(huán)境。用它可以替代在單片機(jī)應(yīng)用項(xiàng)目的開發(fā)過程中常用的軟件工具 —— 硬件在線實(shí)時(shí)仿真器和程序燒寫器。我們采用橋式驅(qū)動電路。由此引起諧振電路的固有頻率隨水位變化。 重慶科技學(xué)院高等教育自學(xué)考試本科畢業(yè)論文 2 全自動洗衣機(jī)自動控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 4 圖 渾濁度傳感器的電路 圖 渾濁度程度 水位傳感器 水位檢測的精度直接影響洗凈度、水流強(qiáng)度、洗滌時(shí)間等參數(shù)。 圖 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)框圖 重量傳感器 衣物重量檢測電路如圖 （見下頁） .具體檢測重量時(shí) ,首先注入 一定的水位 ,然后起動主電機(jī)旋轉(zhuǎn) ,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) ,會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢輸出 .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)間長短也不同 .因此 ,只要檢測出重慶科技學(xué)院高等教育自學(xué)考試本科畢業(yè)論文 2 全自動洗衣機(jī)自動控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 3 主電機(jī)處于發(fā)電機(jī)狀態(tài)的時(shí)間長短 ,就可以反過來推理出布阻抗的大小 .主電機(jī)發(fā)電時(shí)間愈長 ,布阻抗就愈小 。 為了使控制效果好 ,設(shè)計(jì)簡單 ,采用矛盾分 析方法 ： 根據(jù)衣物重量確定水位高低 和 洗滌過程中的渾濁度信息修正實(shí)際的洗滌時(shí)間的長短和漂洗次數(shù)的多少。 本設(shè)計(jì)中采用了 凌陽 公司的 SPCE061A 作為控制核心，以單片機(jī)為核心結(jié)合接口芯 片及外圍電路以實(shí)現(xiàn)洗衣機(jī)的智能控制。文中 硬件設(shè)計(jì)制作了單片機(jī)的接口和外圍硬件電路 。在反饋控制系統(tǒng)中，控制裝置對被控裝置施加的控制作用，是取自被控量的反饋信息，用來不斷修正被控量和控制量之間的偏差從而實(shí)現(xiàn)對被控量進(jìn)行控制的任務(wù)，這就是反饋控制的原理。 在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù) 的眾多領(lǐng)域中，自動控制技術(shù)起著越來越重要的作用。 以及軟件 程序的編寫 ，其中 包括主程序，檢測子程序，電機(jī)正反轉(zhuǎn)子程序等。 全自動洗衣機(jī)是一種全新的家用電器，能夠自動檢測到衣物的重量和臟污程度，自動決定進(jìn)水量，從而能自動完成洗衣過程。洗滌程序是通過模糊推理得到的，故能達(dá)到好的洗滌效果。本系統(tǒng)還利用凌陽 SPCE061A 出色的語音功能，對洗衣機(jī)進(jìn)行報(bào)警與提示。自動控制是指在沒有人直接參與的情況下，利用外加的設(shè)備或裝置（稱控制裝置或控制器），使機(jī)器，設(shè)備或生產(chǎn)過程（統(tǒng)稱被控對象）的某個(gè)工作狀態(tài)或參數(shù)（即被控制量）自動地按照預(yù)定的規(guī)律運(yùn)行。 本文設(shè)計(jì)是 基于模糊控制的全自動洗衣機(jī)控制器自動控制系統(tǒng) , 所有的電路都是在單片機(jī)的控制下工作的，是以新一代凌陽 16 位單片機(jī) SPCE061A 為核心，可以實(shí)現(xiàn)洗衣機(jī)的智能控制 ,提高洗衣質(zhì)量 ,節(jié)約能源。它包含 洗衣機(jī)狀態(tài)檢測模塊 ，顯示電路和電機(jī)正反轉(zhuǎn)電路 等。其中模糊控制器的設(shè)計(jì)是關(guān)鍵環(huán)節(jié)，采用傳感器檢測洗衣過程必需的物理量，進(jìn)入模糊控制器，通過模糊推理，實(shí)現(xiàn)對洗衣機(jī)自動識別衣量，自動識別骯臟程度，自動決定水量功能的控制。 輸入量分別由水位傳感器，重量傳感器和渾濁度傳感器 確定 水位，衣物重量和濁污程度 ，并經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后送入單片機(jī)的輸入端口， 并經(jīng)過 控制器根據(jù)模糊推理規(guī)則確定進(jìn)水量，洗滌時(shí)間等。反之布阻抗就愈高 .主電機(jī)發(fā)電時(shí)間可直接通過檢測起動電容兩端輸出電勢 ,并將此電勢半波整流后 ,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)此通過模糊推理即可得到重量 .如圖 ，衣量傳感器能區(qū)分四檔衣量(多量、中多量、中少量、少量 ). 圖 衣物重量檢測電路 圖 衣物重量的判斷方法 渾濁度傳感器 電路如圖 ， （見下頁） ,渾濁度傳感器安裝在排水閥上端附近出口管上。對于模糊控制的洗衣機(jī) ,要求水位的檢測必須是連續(xù)的 ,故常采用諧振式水位傳感器。水位測量電路如 圖 （見下頁） ,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 A1,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) A2整形 ,由 c點(diǎn)輸出 ,此時(shí)即可將數(shù)字量接到單片機(jī)。 凌陽 16 位單片機(jī) SPCE061A SPCE061A 是凌陽科技研發(fā)生產(chǎn)的性價(jià)比很高的一款十六位單片機(jī) 。它利用了 SPCE061A片內(nèi)置的在線仿真電路 ICE（ In Circuit Emulator）接口和凌陽公司的在線串行編程技術(shù)。 它的較高的處理速度使 u’nSP?能夠非常容易地、快速地處理復(fù)雜的數(shù)字信號。輸出端口負(fù)責(zé)向外界傳送由內(nèi)部電路產(chǎn)生的處理結(jié)果、顯示信息、控制命令、驅(qū)動信號等。這兩個(gè)端口的每一位都可通過編程單獨(dú)定義成輸入或輸出口。如果需要 I/O 口 是帶喚醒功能的懸浮式輸入引腳，則 Data、 Attribution 和 Direction 的值被設(shè)為 “010”。 I/O 端口的組合控制設(shè)置如表 所示： 表 I/O端口的組合控制設(shè)置 Direction Attribution Data 功能 是否帶喚醒功能 功能描述 0 0 0 下拉 是 帶下拉電阻的輸入引腳 0 0 1 上拉 是 帶上拉電阻的輸入引腳 0 1 0 懸浮 是 懸浮式輸入引腳 0 1 1 懸浮 否 懸浮式輸入引腳 1 0 0 高電平輸出 （帶數(shù)據(jù)反相器） 否 帶數(shù)據(jù)反相器的高電平輸出 （當(dāng)向數(shù)據(jù)位寫入 “0”時(shí)輸出“1”） 1 0 1 高電平輸出 （帶數(shù)據(jù)反相器） 否 帶數(shù)據(jù)反相器的低電平輸出 （當(dāng)向數(shù)據(jù)位寫入 “0”時(shí)輸出“1”） 1 1 0 低電平輸出 否 帶數(shù)據(jù)寄存器的低電平輸出 （ 無數(shù)據(jù)反相功能） 1 1 1 高電平輸出 否 帶數(shù)據(jù)寄存器的高電平輸出 （無數(shù)據(jù)反相功能） 重慶科技學(xué)院高等教育自學(xué)考試本科畢業(yè)論文 3 自動控制系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì) 7 3 自動控制系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì) 系統(tǒng)的時(shí)鐘電路 設(shè)計(jì) u’ nSP 的系統(tǒng)時(shí)鐘信號和 CPU 的工作時(shí)鐘信號 CPUCLK 均來自其時(shí)鐘系統(tǒng)。其接法如圖。 另外，系統(tǒng)的輸出口有可能存在高頻干擾信號，所以在電路中加入了 RC 并聯(lián)高頻濾波電路。電源變壓器是將交流電網(wǎng) 220V 的電壓變?yōu)樗枰碾妷褐?，然后通過整流電路將交流電壓變成脈動的直流電壓。本系統(tǒng)是將 220V 的交流的電壓分別變?yōu)?+5V（硬件電路）。完成這一任務(wù)主要是靠二極管的單向?qū)щ娮饔?，因此二極管是構(gòu)成整流電路的關(guān)鍵元件。 在濾波電路后接入輸出電壓固定的集成穩(wěn)壓器，由于它只有輸入、輸出和公共引出端，因此有被稱為三端式穩(wěn)壓器，三端式穩(wěn)壓器有啟動電路、基準(zhǔn)電壓電路、取樣比較放大電路、調(diào)整電路和保護(hù)電路等部分組成。 SPY0029 具有靜態(tài)電流低、驅(qū)動能力強(qiáng)、線性調(diào)整出色等特點(diǎn)。 硬件電路如圖 所示。用 2k的電位器來模擬重量傳感器，當(dāng)電阻值在 01000 之間時(shí)我們給它定義為衣物重量較輕，若值在10002021 時(shí)我們定義為比較重；同樣，我們用 2k 的電位器模擬了渾濁度傳感器，電阻值在 01000 之間時(shí)我們定義為臟度輕，若在 10002021 時(shí)臟污程度比較重；我們用水位傳感器來檢測水位的高低。由于 SPCE061A 單片 機(jī)有 7路模擬量輸入口 IOA0IOA6，所以我們可以將傳感器輸出的模擬量直接接入 IOA3,IOA4, （見下頁） 。其工組原理為當(dāng) IOB8端口為 低 電平、 IOB9 端口為 高 電平時(shí)，三極管 Q5 導(dǎo)通， Q5 導(dǎo)通又導(dǎo)致 Q3 和 Q2導(dǎo)通，則電流從電源通過 Q直流電機(jī)和 Q3 構(gòu)成回路；當(dāng) IOB8 端口為 高 電平、IOB9 端口 為 低 電平時(shí)，三極管 Q6 導(dǎo)通， Q6 導(dǎo)通又導(dǎo)致 Q4 和 Q1 導(dǎo)通，則電流從電源通過 Q直流電機(jī)和 Q4 和 Q1 導(dǎo)通，則電流從電源通過 Q直流電機(jī) 和 Q4構(gòu)成回路，且電流方向和前面相反，即電機(jī)轉(zhuǎn)向發(fā)生變化。當(dāng)檢測完衣物的狀態(tài)后，洗滌模塊開始動作，各指示燈顯示相應(yīng)的工作狀態(tài) D4：進(jìn)水指示燈； D5：洗滌指示燈； D6：漂洗指示燈； D7：排水指示燈； D8：脫水指示燈。但在此系統(tǒng)中， LED 顯 示直接接在凌陽單片機(jī)的輸出口。 時(shí)間顯示電路圖如 ， 所示（ 見下頁）： 時(shí)間顯示電路 D0+D2：衣物輕且臟度低 D0+D4：衣物輕且臟度高 D1+D2：衣物重且臟度低 D1+D4：衣物重且臟度高 重慶科技學(xué)院高等教育自學(xué)考試本科畢業(yè)論文 3 自動控制系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì) 12 圖 時(shí)間顯示電路 圖 語音報(bào)警電路 本次設(shè)計(jì)的要求為整個(gè)系統(tǒng)在運(yùn)行結(jié)束是及時(shí)發(fā)出聲音 ,來提醒人 們洗衣結(jié)束。 全自動洗衣機(jī)中的模糊控制 在傳統(tǒng)的控制領(lǐng)域里，控制系統(tǒng)動態(tài)模式的精確與否是影響控制優(yōu)劣的關(guān)鍵，系統(tǒng)動態(tài)的信息越詳細(xì)，則越能達(dá)到精確控制的目的。自從 Zadeh 發(fā)展出模糊數(shù)學(xué)之后，對于不明確系統(tǒng)的控制有極大的貢獻(xiàn)，自七 ○ 年代以后，便有一些實(shí)用的模糊控制器相繼的完成，使得我們在控制領(lǐng)域中又向前邁進(jìn)了一大步 。 (3)知識庫：包括數(shù)據(jù)庫（ data base）與規(guī)則庫（ rule base）兩部分，其中數(shù)據(jù)庫是提供處理模糊數(shù)據(jù)之相關(guān)定義；而規(guī)則庫則藉由一群語言控制規(guī)則描述控制目標(biāo)和策略。 重慶科技學(xué)院高等教育自學(xué)考試本科畢業(yè)論文 4 軟件設(shè) 計(jì) 14 模糊控制系統(tǒng) 模糊控制系統(tǒng)是以模糊集合論、模糊語言變量及模糊邏輯推理為基礎(chǔ)的一種非線性系統(tǒng)。 (3)廣義對象 :包括被控對象與執(zhí)行機(jī)構(gòu)，被控對象可以是線性的，也可以是非線性的、定常或時(shí)變的等多種情況 。再由模糊子集和模糊控制規(guī)則 (模糊關(guān)系 )根據(jù)模糊推理的合 為 :u e R? 。 (3)根據(jù)輸入變量 (模糊量 )及模糊控制規(guī)則，按照模糊推理合成規(guī)則推理計(jì)算輸出控制量 (模糊量 )。模糊控制器輸入變量的個(gè)數(shù)稱為維數(shù)，按維數(shù)可將模糊控制器分為一維模糊控制器、二維模糊控制器和多維控制器。 模糊控制器的基本結(jié)構(gòu)包括四個(gè)部分 : （ 1） 模糊化 ： 模糊化的基本思想是定義一個(gè)模糊語言映射作為從數(shù)值域至語言域 (符號域 )的模糊關(guān)系，從而在數(shù)值測量的基礎(chǔ)上，將數(shù)值域中的數(shù)值信號映射到語言域上，為實(shí)現(xiàn)模糊推理奠定基礎(chǔ)。 ③ 將已經(jīng)變換到論域范圍的輸入量進(jìn)行模糊處理，使原先精確的輸入量變成模糊量，并用相應(yīng)的模糊集合來表示。 數(shù)據(jù)庫存放的是所有輸入、輸出變量的全部模糊子集的隸屬度矢量，若 論域重慶科技學(xué)院高等教育自學(xué)考試本科畢業(yè)論文 4 軟件設(shè) 計(jì) 16 為連續(xù)域，則為隸屬度函數(shù)。它們反映 T 控制專家的經(jīng)驗(yàn)和知識。模糊推理根據(jù)輸入模糊量，由模糊控制規(guī)則完成模糊推理來求解模糊關(guān)系方程， 并獲得模糊控制量的功能部分。 清晰化的作 用是將模糊推理得到的控制量 (模糊量 )變換為實(shí)際用于控制的清晰量。 基于模糊控制的全自動洗衣機(jī)控制器的設(shè)計(jì) 傳統(tǒng)洗衣機(jī)的使用依賴于人們對被洗滌衣物的重量、質(zhì)地、臟污程度和臟污性質(zhì)的判斷，并據(jù)此來確定洗滌時(shí)間和洗滌方式。全自動洗衣機(jī)的核心是單片機(jī)控制板，它具有檢測和控制功能。而模糊控制方法卻能很好地解決這個(gè)問題，因?yàn)檫@種方法具有不必建立精確模型、易于實(shí)現(xiàn)、與人的思維方式相一致的特點(diǎn)，它為洗衣機(jī)全自動功能的實(shí)現(xiàn)提供了一條有效的途徑。因而，對于洗滌過程，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)問題。圖 ： 圖 全自動洗衣機(jī)的模糊控制原理框圖 模糊控制輸入量 模糊控制輸入量是模糊推理的前件，對于全自動洗衣機(jī)模糊控制器而言，主要有重量、衣質(zhì)、臟污程度和臟污性質(zhì)等四個(gè)輸入量。采用 IFTHEN 規(guī)則，其表達(dá)形式為： IF（衣量） IS（重量的某個(gè)語言值） AND（衣質(zhì)） IS（衣質(zhì)的某個(gè)語言值） AND（臟污程度） IS（臟污程度的某個(gè)語言值） AND（臟污性質(zhì)） IS（臟污性質(zhì)的某個(gè)語言值） THEN水位 IS（水位的某個(gè)語言值） AND（水流強(qiáng)度） IS（水流強(qiáng)度的某個(gè)語言值） AND（洗滌時(shí)間） IS（洗滌時(shí)間的某個(gè)語言值） AND（洗滌劑） IS（洗滌劑的某個(gè)語言值）為了簡潔地給出模糊控制規(guī)則表，對于變量的語言值可采用下面的數(shù)字定義 ： 水位：（ 低、較低、較高、高） =（ 4） 水流：（弱、中、強(qiáng)） =（ 3） 洗滌劑：（少、較少、中、較多、多） =（ 5）洗滌時(shí)間：（短、較短、中、較長、長） =（ 5） 在上述定義下，結(jié)合洗滌實(shí)際過程，可得到如表 所示的模糊控制規(guī)則。輸出量有水位、洗滌時(shí)間，洗滌強(qiáng)度 。 子程序包括顯示子程序、衣物重量檢測子程序、進(jìn)水子程序、洗滌子程序、漂洗子程序、脫水子程序、時(shí)鐘中斷子程序等。 當(dāng)此端口輸入電壓為 0～ 左右（電位