【正文】 來實(shí)現(xiàn)洗衣機(jī)的設(shè)計(jì)： 圖 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)框圖 預(yù)計(jì)可能遇到的困難，提出解決問題的方法和措施 因全自動(dòng)洗衣機(jī)是采用了模糊控制器來實(shí)現(xiàn)，可能遇到的困難就是洗衣機(jī)采用何種方法來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，以及對(duì)本洗衣機(jī)用單片機(jī)的選擇上的困難點(diǎn)。本設(shè)計(jì)在洗滌過程中采用了實(shí)時(shí)模糊 控制，提高洗衣質(zhì)量 ,節(jié)約能源。全自動(dòng)洗衣機(jī)的核心是單片機(jī)控制板，它具有檢測(cè)和控制功能。原先大多側(cè)重于水流的改變、動(dòng)力的加大。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(cè)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(duì)洗衣機(jī)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艿目刂啤? 在論文寫作過程中， 也是 得到了 邱老師耐心的指導(dǎo)，他一字一句的幫我們檢查論文。 （ 4） 本系統(tǒng)硬件采用單片機(jī) SPCE061A 進(jìn)行控制， A/D 轉(zhuǎn)換器采用 MAX192，都是考慮到既經(jīng)濟(jì)又實(shí)用的原因。用其 0，1狀態(tài)來顯示水位是否達(dá)到設(shè)定值。 輸入端口設(shè)置 IOA[3]:衣服臟凈檢測(cè)輸入端口?？刂埔?guī)則用四位數(shù)字表示，第一位是水位高低、第二位是水流強(qiáng)度、第三位是洗滌劑投放量、第四位是洗滌時(shí)間，如“ 4355”表示高水位、強(qiáng)水流、多洗滌劑、長(zhǎng)洗滌時(shí)間的控制方式。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。檢測(cè)功能是指通過一系列傳感器來檢測(cè)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(cè)到的信息來決定洗滌水位、水流方式、洗滌劑投放量和重慶科技學(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) 17 洗滌時(shí)間等。它包含以下兩部分內(nèi)容 : ① 將模糊的控制量經(jīng)清晰化變換，變成表示在論域范圍的清晰量 。規(guī)則的條數(shù)與模糊變量的模糊子集劃分有關(guān)，劃分越細(xì)，規(guī)則條數(shù)越多，但并不代表規(guī)則的準(zhǔn)確度越高，準(zhǔn)確性還與專家知識(shí)的準(zhǔn)確度有關(guān)。 對(duì)于一個(gè)模糊輸入變量 e，其模糊子集通常可以以這種方式劃分 :e:{負(fù)大， 負(fù)中，負(fù)小，零，正小，正中，正大卜 {NB， NM， NS， 20， PS， PM， PB}。目前一維模糊控制器應(yīng)用于一階被控對(duì)象較多，但由于這種控制器的輸入變量只有一個(gè)，動(dòng)態(tài)控制性能不佳。 模糊控制系統(tǒng)核心部分為模糊控制器。模糊控制與經(jīng)典控制的根本區(qū)別在于它并不需要建立被控對(duì)象 (或過程 )的精確數(shù)字模型，而是完全憑人的經(jīng)驗(yàn)，應(yīng)用了人的思維和邏輯推理方法來“直觀”地進(jìn)行控制。 模糊控制涉及 了五個(gè)主要部分，即 :定義變量、模糊化、知識(shí)庫(kù)、邏輯判斷及反模糊化， 以 下將就每一部分做簡(jiǎn)單的說明： (1)定義變量：也就是決定程序被觀察的狀況及考慮控制的動(dòng)作，例如在一般控制問題上，輸入變量有輸出誤差 E 與輸出誤差之變化率 CE，而控制變量則為下一個(gè)狀態(tài)之輸入 U。語音是 SPCE061A 的一大特點(diǎn) .應(yīng)用 SPCE061A 可以方便的實(shí)現(xiàn)語音的錄放 ,該芯片擁有 8 路 10位精度 1 路 AD為音頻轉(zhuǎn)化通道 ,并且內(nèi)置有自動(dòng)增益電路 .這為實(shí)現(xiàn)語音錄入提供了方便的硬件條件 .2 路 10 位精度的 DA,只需要外接 2個(gè)功放 (LM386)即可完成語音的播放。 表 狀態(tài)顯示電路 時(shí)間顯示電路 8 段 LED 時(shí)一種常用的數(shù)碼顯示屏。 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(dòng)控制系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì) 10 圖 系統(tǒng)檢測(cè)電路 洗滌電路 設(shè)計(jì) 電機(jī)的驅(qū)動(dòng)采用雙向 PWM 脈寬調(diào)制方式控制。 圖 最小系統(tǒng)的電源電路 信號(hào)檢測(cè)電路 設(shè)計(jì) 普通全自動(dòng)洗衣機(jī)的檢測(cè)部分一般都是由傳感器以及對(duì)應(yīng)的 A/D 和 D/A 轉(zhuǎn)換來完成的，而檢測(cè)的內(nèi)容一般為被洗衣物的重量、被洗衣物的臟凈程度和水位。電路如圖 。在小功率整流電路中 (1kW以下 )，常見的幾種整流電路有單相半波、全波、橋式和倍壓整流電路。三極管用來放大 DAC 的輸出，語音輸出電路如圖 。其時(shí)鐘系統(tǒng)基本上由三部分組成：鎖相環(huán) PLL 倍頻電路，可編程分頻計(jì)數(shù)器以及時(shí)基信號(hào)發(fā)生器。 SPCE061A 提供了 32 位控制結(jié)構(gòu)的 I/O 端口，每一位都可以單獨(dú)用于數(shù)據(jù)輸入或輸出。 在此環(huán)境中， 不僅可以 支持標(biāo)準(zhǔn) C 語言 和匯編語言 ，可以實(shí)現(xiàn) C語言與凌 陽匯編語言的互相調(diào)用為軟件開發(fā)提供了方便的條件。SPCE061A 的開發(fā)是通過在線調(diào)試器 PROBE 實(shí)現(xiàn)的。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)?LC參數(shù)的變化 ,最終以頻率參數(shù)輸出。輸出量有水流方式（電機(jī)正反轉(zhuǎn)） 和 洗滌時(shí)間等。而 軟件程序的編寫包括 了控制 主程序，檢測(cè)子程序，電機(jī)正反轉(zhuǎn)子程序等。 為了實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的控制任務(wù)，首先 將被控制對(duì)象和控制裝置按照一定的方式連接起來，組成一個(gè)有機(jī)的總體，這就是 自動(dòng)控制系統(tǒng) 。 本次硬件 設(shè)計(jì)制作了單片機(jī)的接口和外圍硬 件電路，其中包括 洗衣機(jī)狀態(tài)檢測(cè)模塊 。顯示電路和 電機(jī)正反轉(zhuǎn)電路 等。在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，被控對(duì)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(duì)被控對(duì)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(duì)被控對(duì)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)。 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(dòng)洗衣機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 2 2 全自動(dòng)洗衣機(jī) 自動(dòng)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(gè)控制過程中 ,模糊控制軟件起了決定性的作用。我們根據(jù) 全自動(dòng)洗衣機(jī)的自動(dòng)控制系統(tǒng) 工作原理，給出了 硬件結(jié)構(gòu)框圖 ，如圖 所示。其工作原理是 :將水位的高低通過導(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。它既是一個(gè)編程器（即程序燒寫器），又是一個(gè)實(shí)時(shí)在線調(diào)試器。 輸入 /輸出接口（簡(jiǎn)稱為 I/O 口）是單片機(jī)與外設(shè)交換信息的通道。每個(gè)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(gè)對(duì)應(yīng)的控制向量組合在一起，形成一個(gè)控制字，用來定義相對(duì)應(yīng) I/O 端口位的輸入輸出狀態(tài)和方式。通過 PLL 對(duì)實(shí)時(shí)時(shí)鐘 32768Hz 盡心倍頻處理，產(chǎn)生出 Fosc 信號(hào)，作為系統(tǒng)的時(shí)鐘源。 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(dòng)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。這里采用的是單向橋式整流電路。 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(dòng)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(gè)系統(tǒng)供電。 在我們模擬過程中，由于時(shí)間與經(jīng)費(fèi)的限制，我們用電位器代替了傳感器的檢測(cè)，通過給不同的電位器值來讓系統(tǒng) CPU 檢測(cè)需要洗滌的時(shí)間和強(qiáng)度。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。這種數(shù)碼管的每個(gè)線段都是一個(gè)發(fā)光二極管，因而把它叫做 LED 數(shù)碼管。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。其中 E、 CE、 U 統(tǒng)稱為模糊變量。 模糊控制系統(tǒng)的組成 模糊控制系統(tǒng)主要有以下四個(gè)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(shí)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) 。原理框圖如圖 ： 成規(guī)則進(jìn)行模糊決策，得到模糊控制量 。雖然從理論上，維數(shù)越高，控制越精確，但是維數(shù)太高會(huì)造成控制規(guī)則過于復(fù)雜 ，控制算法的實(shí)現(xiàn)也會(huì)相當(dāng)困難。 （ 2）知識(shí)庫(kù) ： 知識(shí)庫(kù)中包含了具體應(yīng)用領(lǐng)域中的知識(shí)和要求的控制目標(biāo)。 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(shí)； 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)。 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。設(shè)計(jì)全自動(dòng)洗衣機(jī)的關(guān)鍵就是如何根據(jù)檢測(cè)到的各項(xiàng)指標(biāo)來決定洗滌的程式。模糊控制的優(yōu)勢(shì)在于它不需要知道被控對(duì)象或過程的數(shù)學(xué)模型、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。 上述為模糊控制在全自動(dòng)洗衣機(jī)控制器中的應(yīng)用。實(shí)際中對(duì)臟凈程度的檢測(cè)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(cè)濁污程度的。當(dāng)達(dá)到設(shè)定水位時(shí)水位傳感器閉合，為 1狀態(tài)。 （ 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。 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(lì)著我。本設(shè)計(jì)在洗滌過程中采用了實(shí)時(shí)模糊控制，提高洗衣質(zhì)量 ,節(jié)約能源?，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(duì)皮膚的損害和對(duì)環(huán)境的污染。檢測(cè)功能是指通過一系列傳感器來檢測(cè)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(cè)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(shí)間等。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(gè)控制過程中 ,模糊控制軟件起了決定性的作用。 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(shí)間與資金。如圖 所示。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(cè)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(duì)洗衣機(jī)自動(dòng)識(shí)別衣量，自動(dòng)識(shí)別骯臟程度，自動(dòng)決定水量功能的控制。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。 目前國(guó)內(nèi)外的研究和發(fā)展?fàn)顩r ： 全自動(dòng)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。 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(bào)告 論文題目： 單片機(jī)的全自動(dòng)洗衣機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 考生姓名： 胡 超 準(zhǔn)考證號(hào)： 011808101168 專業(yè)層次： 本 科 院 （系）： 機(jī)械與動(dòng)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(guó)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(dòng)洗衣機(jī)自動(dòng)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。在 邱 老師的指導(dǎo)下，我的軟件編程得以順利完成。 （ 3） 本設(shè)計(jì)還考慮到半自動(dòng)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。本次設(shè) 計(jì)時(shí)采用開關(guān)式水位傳感器。 子程序包括顯示子程序、衣物重量檢測(cè)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。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(jiǎn)潔地給出模糊控制規(guī)則表，對(duì)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(zhǎng)、長(zhǎng)） =（ 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。因而，對(duì)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。全自動(dòng)洗衣機(jī)的核心是單片機(jī)控制板，它具有檢測(cè)和控制功能。 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。它們反映 T 控制專家的經(jīng)驗(yàn)和