【正文】 器值為 0～ 1k 左右）時，表示衣物較干凈； 當(dāng)此端口輸入電壓為 ～ 5v 左右（電位器值為 1k～ 2k左右）時，表示衣物較臟； IOA[4]:衣物質(zhì)量檢測輸入端口。本次設(shè) 計(jì)時采用開關(guān)式水位傳感器。本設(shè)計(jì)系統(tǒng)的特點(diǎn)有： （ 1） 分別由 TS 濁度傳感器、負(fù)載傳感器和水溫傳感器檢測到衣物的污濁度 ,重量 ,質(zhì)地和水溫 ,通過洗衣之前的模糊推理來決定洗滌劑的投放時間、洗滌時間、水位、脫水時間。 （ 3） 本設(shè)計(jì)還考慮到半自動適當(dāng)?shù)那闆r，用戶可以根據(jù)自己的需求自由選擇洗衣機(jī)的工作方式，這一點(diǎn)是通過按鍵來實(shí)現(xiàn)的。因此 ,在不久的將來具有模糊控制的家電產(chǎn)品有著極廣泛的應(yīng)用前景。在 邱 老師的指導(dǎo)下，我的軟件編程得以順利完成。除了敬 佩 邱 老師的專業(yè)水平外， 他 的治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)和科學(xué)研究的精神也是我永遠(yuǎn)學(xué)習(xí)的榜樣，并將積極影響我今后的學(xué)習(xí)和工作。 畢業(yè)論文作者（簽字）： 簽字日期： 年 月 日 I 附錄 高等教育自學(xué)考試本科畢業(yè)論文開題報告 論文題目： 單片機(jī)的全自動洗衣機(jī)自動控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 考生姓名： 胡 超 準(zhǔn)考證號： 011808101168 專業(yè)層次： 本 科 院 （系）： 機(jī)械與動力工程學(xué)院 指導(dǎo)教師： 邱 霖 職 稱 ： 講 師 重慶科技學(xué)院 二 O 一 O 年十月二十五日 II 本課題的目的及意義，國內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析 目的 ： 本次課題設(shè)計(jì)的是 基于模糊控制的全自動洗衣機(jī)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，目前通常采用的是 凌陽科技研發(fā)生產(chǎn) 的 SPCE061A 的單片機(jī)，而本設(shè)計(jì)中采用 SPCE061A 作為控制核心，以單片機(jī) SPCE061A 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。 得到完全自動的效果。 目前國內(nèi)外的研究和發(fā)展?fàn)顩r ： 全自動洗衣機(jī)的發(fā)展首先表現(xiàn)在洗滌方式發(fā)生巨大變化。 另一變化就是高度自動化、智能化、人性化。它能夠完成除開啟電源、放取衣物之外的全部功能，并保證高質(zhì)量的洗滌效果。由于洗衣過程的控制對象難以用精確的數(shù)學(xué)模型來描述，所以采用傳統(tǒng)的控制方法難以取得理想的洗滌效果。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。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。如圖 所示。 V 完成本課題所需的工作條件（如工具書、計(jì)算機(jī)、實(shí)驗(yàn)、調(diào)研等）及解決辦法 計(jì)算機(jī)一臺、（私人電腦） 實(shí)驗(yàn)設(shè)備一套、（實(shí)驗(yàn)室借用設(shè)備） 各種編輯軟件、如： Auto CAD 繪圖軟件 protel 繪圖軟件 在圖書館翻閱洗衣機(jī)方 面和模糊控制方面的書籍及與單片機(jī)相關(guān)的書籍。 解決問題的方法和措施 ： 2 種單片機(jī)，決定采用 SPCE061A 單片機(jī)， 它與用 89C51 相比優(yōu)點(diǎn)突出更于實(shí)現(xiàn)，也可以節(jié)省許多時間與資金。 通過 幾個傳感器收集 IV 到的信息， 包括衣物重量， 水位，衣物的臟污程度的信息， 經(jīng)過 處理器 綜合判定后，便自動選擇出最適當(dāng)?shù)乃?位 、洗滌時間和洗衣動作等工作參數(shù)，并按照衣物的大小及 臟污程度 等信息，執(zhí)行最佳洗滌程序 。硬件結(jié)構(gòu)框圖及軟件流程圖是該系統(tǒng)的重要組成部分 ,在整個控制過程中 ,模糊控制軟件起了決定性的作用。 業(yè)內(nèi)人士表示，尖端洗滌技術(shù)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。檢測功能是指通過一系列傳感器來檢測衣量、衣質(zhì) 、臟污程度、臟污性質(zhì)等指標(biāo)；控制功能是指根據(jù)所檢測到的信息來決定洗滌水位、水流方式、洗滌劑投放量和洗滌時間等。人性化還表現(xiàn)在使用的方便和舒適，如子母分洗洗衣機(jī)可以做到不同衣 III 物分開洗；斜桶和頂開滾筒可以做到取放衣物方便不需深彎腰；蒸汽烘干功能使得晾曬更加方便， DD 直驅(qū)電機(jī)在節(jié)能降噪方面效果更加突出，等等?，F(xiàn)在，超音波、電解水、臭氧和蒸汽洗滌的運(yùn)用，使洗衣機(jī)的去污能力從單純依靠洗衣粉、洗滌劑的化學(xué)作用和強(qiáng)弱變化的水流機(jī)械作用，向更高層次的健康、環(huán)保洗滌方式轉(zhuǎn)變，特別是電解水、超音波技術(shù)在洗衣機(jī)行業(yè)的運(yùn)用幾乎改變了洗衣機(jī)的歷史 —— 洗衣不用或少用洗衣粉、洗滌劑，減少化學(xué)品對皮膚的損害和對環(huán)境的污染。這就要求設(shè)計(jì)者們有更高的專業(yè)和技術(shù)水平，能夠提出更多好的建 議和新的課題，將人們的需要變成現(xiàn)實(shí)，設(shè)計(jì)出更節(jié)能、功能更全面、更人性化的全自動洗衣機(jī)。本設(shè)計(jì)在洗滌過程中采用了實(shí)時模糊控制，提高洗衣質(zhì)量 ,節(jié)約能源。 在論文即將完成之際，我的心情無法平靜，從開始進(jìn)入課題到論文的順利完成，有多少可敬的師長、同學(xué)、朋友給了我無言的幫助，在這里請接受我誠摯的謝意 !最后我還要感謝培養(yǎng)我長大含辛茹苦的父母，謝謝你們 ! 最后我還要感謝我的母校四年來對我的栽培。 他 嚴(yán)肅的科學(xué)態(tài)度，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神，精益求精的工作作風(fēng)，深深地感染和激勵著我。 在我做設(shè)計(jì)的過程中遇到了很多問題，都是邱老師耐心的指導(dǎo)和講解，讓我的問題迎刃而解。 （ 5） 由于實(shí)際條件的限制，本設(shè)計(jì)只能在理論上實(shí)現(xiàn)，不能做出實(shí)際的控制系統(tǒng)，是本設(shè)計(jì)的遺憾之處。既能保證洗凈衣物又使洗滌時間短，減少衣物的磨損。當(dāng)達(dá)到設(shè)定水位時水位傳感器閉合，為 1狀態(tài)。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)時采用電位器來代替。實(shí)際中對臟凈程度的檢測是根據(jù)安裝在排水口的紅外線光電傳感器，通過分析透光率的變化曲線，來檢測濁污程度的。主程序中既有模糊控制程序 , 也有用戶根據(jù)實(shí)際需要設(shè)置的用戶程序。 上述為模糊控制在全自動洗衣機(jī)控制器中的應(yīng)用。 圖 重量隸屬度函數(shù) 圖 衣質(zhì)隸屬度函數(shù) 圖 臟污程度隸屬度函數(shù) 圖 臟污性質(zhì)隸屬度函數(shù) 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) 19 模糊控制的輸出量 全自動洗衣機(jī)模糊控制的輸出是模糊推理的后件，主要包括水位、洗滌時間、洗滌劑投放量和水流強(qiáng)度四個量。模糊控制的優(yōu)勢在于它不需要知道被控對象或過程的數(shù)學(xué)模型、對于不確定系統(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。比如對于衣物的臟污程度，人們通常用很臟、一般臟、不太臟等這類模糊語言來描述。設(shè)計(jì)全自動洗衣機(jī)的關(guān)鍵就是如何根據(jù)檢測到的各項(xiàng)指標(biāo)來決定洗滌的程式。隨著模糊控制技術(shù)應(yīng)用的廣泛開展以及家電智能化的社會需求，智能洗衣機(jī)日益成為洗衣機(jī)行業(yè)的主流產(chǎn)品。 ② 將表示在論域范圍的清晰量經(jīng)尺度變換變成實(shí)際的控制量。 (4)清晰化 ： 推理結(jié)果的獲得，表示模糊控制的規(guī)則推理功能己經(jīng)完成。 模糊控制規(guī)則的生成主要有四種方法 : ① 基于專家的經(jīng)驗(yàn)和控制工程知識； ② 基 于操作人員的實(shí)際控制過程； ③ 基于過程的模糊模型； ④ 基于學(xué)習(xí)。 規(guī)則庫包括了用模糊語言變量表示的一系列控制規(guī)則。 （ 2）知識庫 ： 知識庫中包含了具體應(yīng)用領(lǐng)域中的知識和要求的控制目標(biāo)。模糊化的具體過程如下 : ① 首先對這些數(shù)量進(jìn)行處理，以變成模糊控制器要求的輸入量。雖然從理論上，維數(shù)越高，控制越精確，但是維數(shù)太高會造成控制規(guī)則過于復(fù)雜 ，控制算法的實(shí)現(xiàn)也會相當(dāng)困難。 模糊控制器基本結(jié)構(gòu) 自 1974 年英國科學(xué)家 Mamdani 首次將模糊控制理論應(yīng)用于蒸汽機(jī)控制后， 模糊控制在工業(yè)過程控制、家電、交通運(yùn)輸?shù)确矫娴玫搅藦V泛的應(yīng)用。原理框圖如圖 ： 成規(guī)則進(jìn)行模糊決策，得到模糊控制量 。 其基本工作原理是 :微機(jī)經(jīng)中斷采樣獲取被控制量的精確值，然后將此量與給定值比較得到偏差信號。 模糊控制系統(tǒng)的組成 模糊控制系統(tǒng)主要有以下四個部分組成 : (1)模糊控制器 :它是模糊控制系統(tǒng)的核心，它是以模糊邏輯推理為主要組成部分，同時又具有模糊化和去模糊化功能的控制器，根據(jù)控制系統(tǒng)的需要，即可選用系統(tǒng)機(jī)，又可選用單板機(jī)或單片機(jī) 。此部分是模糊控制器的精髓所在。其中 E、 CE、 U 統(tǒng)稱為模糊變量。換言之，傳統(tǒng)的控制理論對于明確系統(tǒng)有強(qiáng)而有力的控制能力， 但對于過于復(fù)雜或難以精確描述的系統(tǒng)，則顯得無能為力了。而且它支持標(biāo)準(zhǔn)的 c 語言 ,可以實(shí)現(xiàn) c 語言與凌陽匯編語言的相互調(diào)用。 洗衣機(jī)洗衣時間一般在幾十分鐘左右，所以我們設(shè)計(jì)了兩位一體的顯示器，顯示時我們不需要小數(shù)點(diǎn)。這種數(shù)碼管的每個線段都是一個發(fā)光二極管，因而把它叫做 LED 數(shù)碼管。 電機(jī)控制電路圖如 所示： 圖 電機(jī)控制電路 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) 11 顯示電路 設(shè)計(jì) 狀態(tài)顯示電路 D0、 D D D3 為衣物檢測狀態(tài)顯示， D0、 D D D3分別表示為衣物輕，衣物重，臟度低，臟度重。采用這種控制方式可以方便地實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)和轉(zhuǎn)速變化。當(dāng)水滿時開關(guān)自動閉合，三極管 9013 導(dǎo)通，則給輸入口一個低位信號。 在我們模擬過程中，由于時間與經(jīng)費(fèi)的限制，我們用電位器代替了傳感器的檢測，通過給不同的電位器值來讓系統(tǒng) CPU 檢測需要洗滌的時間和強(qiáng)度。VDDP 為 PLL鎖相環(huán)電源，接 SPCE061A 的7腳； VDD 和 VDDA 為數(shù)字電源，分別接 SPCE061A 的 15 腳和 36 腳； AVSS1是模擬地，接 SPCE061A 的 24 腳； VSS 是數(shù)字地，接 SPCE061A 的 38腳 。 圖 電 源電路 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) 9 5V 直流電壓經(jīng)過 SPY0029 后給整個系統(tǒng)供電。在此選用的是在負(fù)載兩端并聯(lián)電容器 C。這里采用的是單向橋式整流電路。穩(wěn)壓電路的作用是當(dāng)電網(wǎng)電壓波動、負(fù)載和溫度變化時，維持輸出直流電壓穩(wěn)定。 圖 語音輸出電路 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) 8 電源電路 設(shè)計(jì) 在電子電路中，通常都需要電壓穩(wěn)定的直流電源供電。也就是說，它輸出的僅僅是高低正電壓，只能使揚(yáng)聲器的振片在一個方向振動。通過 PLL 對實(shí)時時鐘 32768Hz 盡心倍頻處理，產(chǎn)生出 Fosc 信號，作為系統(tǒng)的時鐘源。例：設(shè) I/O口為帶下拉電阻的輸入端口，在連接硬件時不用再外接下拉電路。每個獨(dú)立的位可通過以下 3 種控制向量來作設(shè)定： I/O 數(shù)據(jù)向量 Data I/O 方向向量 Direction I/O 方式向量 Attribution 每 3 個對應(yīng)的控制向量組合在一起，形成一個控制字，用來定義相對應(yīng) I/O 端口位的輸入輸出狀態(tài)和方式。并行口線路成本較高，但是傳輸速率也較高；與并行口相比，串行端口的傳輸速率較低但可以節(jié)省大量的線路成本。 輸入 /輸出接口（簡稱為 I/O 口）是單片機(jī)與外設(shè)交換信息的通道。 PROBE 的另一頭是標(biāo)準(zhǔn) 25 針打印機(jī)接口，直接連接到計(jì)算機(jī)打印口與上位機(jī)通訊，在計(jì)算機(jī) IDE 集成開發(fā)環(huán)境軟件包下，完成在線調(diào)試功能。它既是一個編程器（即程序燒寫器），又是一個實(shí)時在線調(diào)試器。電機(jī)驅(qū)動電路很簡單。其工作原理是 :將水位的高低通過導(dǎo)管轉(zhuǎn)換成一個測試內(nèi)腔氣體變化的壓力 ,驅(qū)動內(nèi)腔上方的一塊隔膜移動 ,帶動隔膜中心 的磁芯在某線圈內(nèi)移動 ,從而線圈電感發(fā)生變化。因此通過檢測 V值可知光透度的大小。我們根據(jù) 全自動洗衣機(jī)的自動控制系統(tǒng) 工作原理，給出了 硬件結(jié)構(gòu)框圖 ，如圖 所示。因此，即人們只需輕輕一按洗衣機(jī)的啟動鍵，余下的事就都由洗衣機(jī)自動完成了 。 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) 2 2 全自動洗衣機(jī) 自動控制系統(tǒng)的 硬件 設(shè)計(jì) 硬件結(jié)構(gòu)框圖及軟件流程圖是該系統(tǒng)的重要組成部分 ,在整個控制過程中 ,模糊控制軟件起了決定性的作用。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。在自動控制系統(tǒng)中，被控對象的輸出量即被控量是要求嚴(yán)格加以控制的物理量，它可以要求保持為某一恒定值，例如溫度， 壓力 或飛行航跡等；而控制裝置則是對被控對象施加控制作用的機(jī) 構(gòu)的總體，它可以采用不同的原理和方式對被控對象進(jìn)行控制，但最基本的一種是基于 反饋控制原理 的反饋控制系統(tǒng)。 關(guān)鍵詞： 模糊控制 ,單片機(jī) ,全自動洗衣機(jī) ,SPCE061A 重慶科技學(xué)院高等教育自學(xué)考試本科畢業(yè)論文 英文摘要 II SCM fullautomatic washing machine is automatic control system design ABSTRACT The automatic control system of the automatic Washing Mac