【正文】 研究 模糊洗衣機(jī)控制 理論及其應(yīng)用； 實(shí)現(xiàn) 模糊洗衣機(jī)控制板 的硬件電路設(shè)計(jì)； 利用 C語(yǔ)言編制程序以實(shí)現(xiàn) 實(shí)現(xiàn)模糊洗衣機(jī)控制板； 設(shè)計(jì) PCB 板，制作 模糊控制洗衣機(jī)控制板。文中 主要描述 模糊型全自動(dòng)智能洗衣機(jī) 控制 板的開(kāi)發(fā)過(guò)程， 根據(jù) 實(shí)際 需求來(lái)設(shè)計(jì) 洗衣機(jī) 的功能，整個(gè)過(guò)程 包括 硬件 電路布局和設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì) 和整體調(diào)試三個(gè)方面 。 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，功能完普等。控制理論的發(fā)展過(guò)程一般可以分為三個(gè)階段 [1]。在這樣復(fù)雜對(duì)象的控制問(wèn)題面前，人們將人工智能的方法和反饋控制相結(jié)合，解決復(fù)雜系統(tǒng)面臨的復(fù)雜控制系統(tǒng)的難題。同年， Leondes 和 Mendel 首次使用了“智能控制 (Intelligent control)”一詞 1971 年 Fu 發(fā)表了重要論文，提出了智能控制就是人工智能與自動(dòng)控制的交叉的“二元論”思想 第一章 緒論 1974 年 1974 年英國(guó)的 Mamdani 教授首次成功地將模糊邏輯用于蒸汽機(jī)控制，開(kāi)創(chuàng)了模糊控制的新方向 1977 年 Saridis 的專著出版，并于 1979 年發(fā)表了綜述文章，全面地論述了從反饋控制到最優(yōu)控制、隨機(jī)控制及自適應(yīng)控制、自組織控 制、學(xué)習(xí)控制，最終向智能控制發(fā)展的過(guò)程，提出了智能控制是人工智能、運(yùn)籌學(xué)、自動(dòng)控制相交叉的“三元論”思想及分級(jí)遞階的智能控制系統(tǒng)框架 1984 年 Astrom 發(fā)表了論文，這是第一篇直接將人工智能的專家系統(tǒng)技術(shù)引入到控制系統(tǒng)的代表，明確地提出了建立專家控制的新概念 1984 年 Hopfield 提出的 Hopfield 網(wǎng)絡(luò)及 Rumelhart 提出的 BP 算法 1985 年 IEEE 在美國(guó)紐約召開(kāi)了第一界智能控制學(xué)術(shù)討論會(huì) 1987 年 在美國(guó)費(fèi)城由 IEEE 控制系統(tǒng)學(xué)會(huì)與計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)聯(lián)合召開(kāi)了第一界智能控制國(guó)際會(huì)議 1992 年 美國(guó)國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)和美國(guó)電力研究院聯(lián)合發(fā)出《智能控制》研究項(xiàng)目倡議書 1993 年 美國(guó) IEEE 控制系統(tǒng)學(xué)會(huì)智能控制專業(yè)委員會(huì)成立專家小組，專門探討智能控制領(lǐng)域“智能控制”的含義 1994 年 召開(kāi)了 94IEEE 全球計(jì)算智能大會(huì)，將模糊系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、進(jìn)化計(jì)算三方面的內(nèi)容綜合在一起召開(kāi)，這三個(gè)新學(xué)科己經(jīng)成為研究智能控制的重要基礎(chǔ) 洗衣機(jī)的主要參數(shù) 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 : 水本身是一種洗滌劑，具有除污功能，但并非水越多去污能力就越強(qiáng)約用水，不同的洗衣量所用的水量也不同，但目前還不能完全做到這一點(diǎn)， 只能根據(jù) 衣物 量 對(duì)水位大致分級(jí)。 第二章 洗衣機(jī)控制板的模糊控制理論 第二章 洗衣機(jī)控制板的模糊控制 理論 概論 模糊邏輯 是 FuzzyL ogic 的中文譯意，它有別于傳統(tǒng)邏輯和數(shù)理邏輯。隸屬函數(shù)用 A? 表示，其中 A 表示模糊集合 A，而 x 是 A 的元素。用 ),(jiji aaRr ?表示模糊矩陣中的元素，則模糊矩陣表示為：nmijrR ?? )( 。詞義規(guī)則 M 規(guī)定了 U 中元素 y對(duì) )(xM 的隸屬度 。 模糊控制是對(duì)系統(tǒng)控制經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，它們用模糊條件語(yǔ)句來(lái)表述。模糊控制算法包括多種形式，主要有關(guān) 系矩陣法，查表法，解析式法和計(jì)算法。 本論文 在這里取 5 個(gè)模糊子集，即 PB、PS、 ZE、 NS、 NB。 模糊分析 系統(tǒng)由如下 模塊 組成： 單片機(jī) 模塊 —— 采用 AT89S52 單片機(jī)控制； 溫度 檢測(cè)模塊 —— 采用 溫度 傳感器 DS18B20； 光電 檢測(cè)模塊 —— 采用 紅外對(duì)管 ； A/D 轉(zhuǎn)換器 模塊 —— 采用 DAC0832 的電路 來(lái) 檢測(cè)輸入信號(hào)。 [8] S1S W P BS2S W P BS3S W P BS4S W P BP 1 4P 1 5P 1 6P 1 7 圖 鍵盤輸入圖 獨(dú)立式按鍵是指直接用 I/O 口線構(gòu)成的單個(gè)按鍵電路。 在其 8個(gè)字節(jié)的暫存器中 byte0和 byte1作為溫度轉(zhuǎn)換結(jié)果的存儲(chǔ)器，其中 byte0為低位字節(jié)， byte1為高位字節(jié)，在溫度轉(zhuǎn)換完成后， AT89C51就是從這兩個(gè)暫存器中把溫度轉(zhuǎn)換的結(jié)果讀出的。 工作模式 最大轉(zhuǎn)換時(shí)間0R1R1R0R0 1 1 1 1 100110101b it?9b i t?10b it?11b i t?12ms375ms750)8/(CONVt)4/(CO NVt)2/(CO NVt)(C ON Vt 圖 工作模式設(shè)定 每次訪問(wèn)單總線器件 DS18B20，必須嚴(yán)格遵守 1wire總線的命令序列，它的典型的命令序列如下：第一步：初始化；第二步： ROM 命令跟隨需要交換的數(shù)據(jù)；第三步：功能命令跟隨需要交換的數(shù)據(jù)。 對(duì)于多節(jié)點(diǎn)的系統(tǒng)，在對(duì) 1wire器件進(jìn)行操作之前必須要對(duì)總線上所有的器件進(jìn)行搜索，讀出它們的 64位的 ID碼。其實(shí)在單節(jié)點(diǎn)的系統(tǒng)中可以使用跳躍 ROM命令（ CC）而不用通過(guò)匹配 ROM命令（ 55）寫入 64位 ID碼，直接對(duì)總線上的器件進(jìn)行操作。 匯編語(yǔ)言的機(jī)器代碼生成效率很高但可讀性卻并不強(qiáng)，復(fù)雜一點(diǎn)的程序就更是難讀懂，而 C語(yǔ)言在大多數(shù)情況下其機(jī)器代碼生成效率和匯編語(yǔ)言相當(dāng)，但可讀性和可移植性卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)匯編語(yǔ)言，而且 C 語(yǔ)言還可以嵌 入?yún)R編來(lái)解決高時(shí)效性的代碼編寫問(wèn)題。其 主要 界面（圖 41）。 對(duì)于單節(jié)點(diǎn)的系統(tǒng)，可以通過(guò)讀 ROM命令（ 33）把 1wire器件的 64位 ID碼給讀出來(lái)。 puV總線wi re?1G N D主機(jī)發(fā)送復(fù)位脈沖us4 8 0至少us6015 ?從機(jī)等待從機(jī)應(yīng)答脈沖us2 4 060 ?主機(jī)接收us4 8 0至少線型含義：主機(jī)拉低總線從機(jī)拉低總線上拉電阻 圖 初始化時(shí)序圖 (2) ROM命令（包括查找命令、操作命令） 在進(jìn)行完初始化命令之后，主機(jī)就可以通過(guò)發(fā)出 ROM命令對(duì) 1wire器件進(jìn)行操作了。它的設(shè)定比較簡(jiǎn)單，只要對(duì) 4字節(jié)中的 6兩位進(jìn)行設(shè)定就可以了，具體的設(shè)定值見(jiàn)圖 39。 1LSB 范圍內(nèi)； 3) 轉(zhuǎn)換時(shí)間為 100181。 D2P H O T OD1LEDR11KR220KV C C32184U 1AL M 39 3V C CQ19013R110R210KV2V C CO U T 1R5470R6100C2104R81K 圖 光電檢測(cè)模塊圖 本設(shè)計(jì) 在光電檢測(cè) 時(shí)， 選用紅外對(duì)管，當(dāng)發(fā)射端發(fā)出紅外光后，如果在一定距離內(nèi)被遮擋 接受端就會(huì)有電壓， 再 在用比較電路來(lái)產(chǎn)生一個(gè) TTL 電壓。12 第三章 洗衣機(jī)控制板的模糊控制 硬件設(shè)計(jì) 洗衣機(jī)控制板的硬件總體設(shè)計(jì) 的硬件框圖 本設(shè)計(jì) 在洗衣機(jī)控制面板上選用兩片 ATM89S52 作為主要的控制芯片 ，一塊用來(lái)作為數(shù)據(jù)采集和模糊控制分析，一塊用來(lái)作為顯示和按鍵輸入和輸出控制。 2．在各輸入和輸出語(yǔ)言的量化域內(nèi)定義模糊子集。 數(shù)字計(jì)算機(jī)要實(shí)現(xiàn)模糊控制必須執(zhí)行一定的算法。 . “ if A and B then C” 語(yǔ)句 設(shè)有論域 X， Y， Z， XA? ， YB? ， ZC? 則有三元模糊關(guān)系 CBAR ??? )( 的隸屬函數(shù)為 ： )()()()()]()([),( yyxzyxzyxCBACBAR ??????? ?????? 用模糊矩陣表示為 CBAR ??? 。 (3)U 是 N 的論域。 模糊矩陣用于表示模糊關(guān)系 R ，本質(zhì)上二者是一致的，因此，也用 R 來(lái)表示模糊矩陣 。 [3] 在模糊理論中，對(duì)模糊性的描述是通過(guò)隸屬函數(shù)實(shí)現(xiàn)的 .隸屬函數(shù)是模糊數(shù)學(xué)中最荃本和最重要的概念 .在定義隸屬函數(shù)之前，先給出特征函數(shù)的概念 : 對(duì)于給定論域 U 的子集 A，映射 ? ?1,0: ?UA? 定義為 : ??? ??? AAA ???? 01)( 則稱 A? 為集合 A 的特征函數(shù)，它說(shuō)明論域 U 中的每個(gè)二值函數(shù) A? 對(duì)應(yīng)于一個(gè)集合 A。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。目前，利用單片機(jī)進(jìn)行模糊控制 只要 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)，特別適于家用消費(fèi)類產(chǎn)品的應(yīng)用 。除了上述復(fù)雜性以外，往往還存在著某些不確定性，不確定性也難以用精確數(shù)學(xué)方法加以描述?？刂评碚撟鳛橐婚T科學(xué)，它的產(chǎn)生可追溯到 18 世紀(jì)中葉英國(guó)的第一次技術(shù)革命。 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。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 。本人授權(quán) 大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和 致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過(guò)的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過(guò)的材料。 作者簽名： 日 期： 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。 進(jìn)行 硬件 、軟件調(diào)試；最后 設(shè)計(jì)出一個(gè)具有一定實(shí)用價(jià)值的模糊洗衣機(jī)控制板。 設(shè)計(jì) 出的控制板具有 液晶顯示、可以在多種模式下 操作 ， 控制 起來(lái)十分 方便。以上特點(diǎn)從技術(shù)的角度可由洗衣機(jī)的洗滌方式和控制方式這兩 個(gè)基本特性決定。 第一階段二十世紀(jì) 4060 年代，稱為“古典控 制理論時(shí)期”； 第二階段二十世紀(jì) 60— 稱為“現(xiàn)代控制理論時(shí)期”； 第三階段二十世紀(jì) 70 年代末至今。 近幾十年來(lái)，自動(dòng)控制技術(shù)由于人工智能、控制理論和計(jì)算機(jī)科學(xué)的交叉取得了很大的進(jìn)展，形成了新的一代控制理論 — 智能控制理論。 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。傳統(tǒng)邏輯和數(shù)理邏輯一般用于解決精確問(wèn)題，但對(duì)于很多實(shí)際問(wèn)題 (如語(yǔ)言學(xué)，心理學(xué)，社會(huì)科學(xué)等 )它們則顯得“力不從心”，模糊邏輯卻適于這些問(wèn)題的求解。隸屬函數(shù)滿足 1)(0 ?? ??A 。 模糊語(yǔ)言和模糊條件句 廣義上講，一切具有模糊性的語(yǔ)言都可稱為模糊語(yǔ)言，它包括自然語(yǔ)言和數(shù)學(xué)上的模糊語(yǔ)言。 (5) G 是詞法規(guī)則，它規(guī)定原則詞，即原始項(xiàng)構(gòu)成合成項(xiàng)之后的詞義變化，如在組成合成詞時(shí)，要用到聯(lián)結(jié)詞“且”，則語(yǔ)法規(guī)則為 ： 第二章 洗衣機(jī)控制板的模糊控制理論 BABA ??? ??且 模糊控制規(guī)則的表現(xiàn)形式一般可用三種條件語(yǔ)句形式表示。模糊控制規(guī)則的生成主要有四種途徑 ； 根據(jù)專家經(jīng)驗(yàn)或過(guò)程控制知識(shí)生成 ； 根據(jù)過(guò)程的模糊模型生成 ；根據(jù) 對(duì)手工控制操作的系統(tǒng)觀察和測(cè) t 生成 ； 根據(jù)學(xué)習(xí)算法生成。 [5] 洗衣機(jī)系統(tǒng)的模糊控制 8 根據(jù)要求，洗衣機(jī) 模糊控制系統(tǒng)可以設(shè)計(jì)成一個(gè) 多輸入多輸出 模糊控制系統(tǒng)，系統(tǒng)的機(jī)構(gòu)如圖 2－ 1所示，其輸入變量為 布量的模糊量 M，外部溫度的模糊量 K，布質(zhì)的模糊量 C。各語(yǔ)言變量模糊子集通過(guò) 隸屬度函數(shù)來(lái)定義。 功能選擇 系統(tǒng)由如下 模塊 組成： 單片機(jī) 模塊 —— 采用 AT89S52 單片機(jī)控制； 顯示模塊 —— 采用 16 2的液晶顯示屏進(jìn)行顯示； 加熱 模塊 —— 采用 溫度 傳感器 DS18B20 和 加熱絲 ； 鍵盤輸入模塊 —— 采用四個(gè)獨(dú)立式鍵盤 。每根 I/O 口線上按鍵 的工作狀態(tài)不會(huì)影響其他 I/O 口線的工作狀態(tài)。 byte2和 byte3為溫度上限和溫度下限的暫存器，可 以把它們中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)存放到 EEPROM中去，在系統(tǒng)掉電后數(shù)據(jù)不會(huì)被丟失。如果出現(xiàn)序列混亂，則單總線器件不會(huì)響應(yīng)主機(jī)。有 了這個(gè) 64位的 ID碼才能夠?qū)Σ煌钠骷M(jìn)行操作。 DS18B20 的數(shù)字測(cè)量結(jié)果由 DQ 單