【正文】 知識。 ③ 將已經(jīng)變換到論域范圍的輸入量進行模糊處理，使原先精確的輸入量變成模糊量，并用相應的模糊集合來表示。模糊控制器輸入變量的個數(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。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? 。 重慶科技學院高等教育自學考試本科畢業(yè)論文 4 軟件設(shè) 計 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)。自從 Zadeh 發(fā)展出模糊數(shù)學之后，對于不明確系統(tǒng)的控制有極大的貢獻，自七 ○ 年代以后，便有一些實用的模糊控制器相繼的完成，使得我們在控制領(lǐng)域中又向前邁進了一大步 。 時間顯示電路圖如 ， 所示（ 見下頁）： 時間顯示電路 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 重慶科技學院高等教育自學考試本科畢業(yè)論文 3 自動控制系統(tǒng)的電路設(shè)計 12 圖 時間顯示電路 圖 語音報警電路 本次設(shè)計的要求為整個系統(tǒng)在運行結(jié)束是及時發(fā)出聲音 ,來提醒人 們洗衣結(jié)束。當檢測完衣物的狀態(tài)后，洗滌模塊開始動作，各指示燈顯示相應的工作狀態(tài) D4：進水指示燈； D5：洗滌指示燈； D6：漂洗指示燈； D7：排水指示燈； D8：脫水指示燈。由于 SPCE061A 單片 機有 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） 。 硬件電路如圖 所示。 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、基準電壓電路、取樣比較放大電路、調(diào)整電路和保護電路等部分組成。本系統(tǒng)是將 220V 的交流的電壓分別變?yōu)?+5V（硬件電路）。 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。 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 （當向數(shù)據(jù)位寫入 “0”時輸出“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 （當向數(shù)據(jù)位寫入 “0”時輸出“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） 重慶科技學院高等教育自學考試本科畢業(yè)論文 3 自動控制系統(tǒng)的電路設(shè)計 7 3 自動控制系統(tǒng)的電路設(shè)計 系統(tǒng)的時鐘電路 設(shè)計 u’ nSP 的系統(tǒng)時鐘信號和 CPU 的工作時鐘信號 CPUCLK 均來自其時鐘系統(tǒng)。這兩個端口的每一位都可通過編程單獨定義成輸入或輸出口。 它的較高的處理速度使 u’nSP?能夠非常容易地、快速地處理復雜的數(shù)字信號。 凌陽 16 位單片機 SPCE061A SPCE061A 是凌陽科技研發(fā)生產(chǎn)的性價比很高的一款十六位單片機 。對于模糊控制的洗衣機 ,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。 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)則確定進水量，洗滌時間等。它包含 洗衣機狀態(tài)檢測模塊 ，顯示電路和電機正反轉(zhuǎn)電路 等。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），使機器，設(shè)備或生產(chǎn)過程（統(tǒng)稱被控對象）的某個工作狀態(tài)或參數(shù)（即被控制量）自動地按照預定的規(guī)律運行。洗滌程序是通過模糊推理得到的，故能達到好的洗滌效果。 以及軟件 程序的編寫 ，其中 包括主程序，檢測子程序，電機正反轉(zhuǎn)子程序等。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現(xiàn)對被控量進行控制的任務(wù)，這就是反饋控制的原理。 本設(shè)計中采用了 凌陽 公司的 SPCE061A 作為控制核心，以單片機為核心結(jié)合接口芯 片及外圍電路以實現(xiàn)洗衣機的智能控制。 圖 系統(tǒng)硬件設(shè)計框圖 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 ,首先注入 一定的水位 ,然后起動主電機旋轉(zhuǎn) ,接著斷電讓主電機以慣性繼續(xù)運轉(zhuǎn)直到停止 .在主電機斷電慣性旋轉(zhuǎn)時間內(nèi) ,主電機處于發(fā)電狀態(tài) ,會產(chǎn)生感應電動勢輸出 .顯然 ,隨著布阻抗大小的不同 ,主電機處于發(fā)電機狀態(tài)的時間長短也不同 .因此 ,只要檢測出重慶科技學院高等教育自學考試本科畢業(yè)論文 2 全自動洗衣機自動控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計 3 主電機處于發(fā)電機狀態(tài)的時間長短 ,就可以反過來推理出布阻抗的大小 .主電機發(fā)電時間愈長 ,布阻抗就愈小 。由此引起諧振電路的固有頻率隨水位變化。用它可以替代在單片機應用項目的開發(fā)過程中常用的軟件工具 —— 硬件在線實時仿真器和程序燒寫器。輸入端口負責從外界接收檢測信號、鍵盤信號等各種開關(guān)量信號。例如，假設(shè)需 要 I/O 口是帶 下拉輸入引腳，則相對應的 Data、 Attribution 和 Direction 的值均被設(shè)為 “0”。 u‘ nSP 內(nèi)核的外圍中只有 32768Hz 的時鐘電路。它是由電源變壓器、整流、濾波和穩(wěn)壓電路等四部分組成。整流電路的任務(wù)是將交流電變換成直流電。 SPY0029 是凌陽公司設(shè)計的電壓調(diào)整 IC，采用 CMOS 工藝。我們用兩個電位器來分別模擬洗衣機的臟凈檢測和衣物重量檢測。電機驅(qū)動電路如圖 所示。如果將其接入正 5v的電源則需要接下拉電阻。 如圖 所示： 圖 系統(tǒng)報警電路 重慶科技學院高等教育自學考試本科畢業(yè)論文 4 軟件設(shè) 計 13 4 軟件設(shè)計 本次設(shè)計是基于模糊控制理論上的全自動洗衣機，用戶只需要將衣物放進洗衣機，按下啟動鍵，洗衣機 就能自動完成洗滌 漂洗 脫水等一系列操作，當然本次設(shè)計中還考慮到半自動時的情況，用戶可以根據(jù)自己的需求自由選擇洗衣機將要進行什么工作，這一點是通過按鍵來實現(xiàn)的。 (2)模糊化（ fuzzify）：將輸入值以適當?shù)谋壤D(zhuǎn)換到論域的數(shù)值，利用口語化變量來描述測量物理量的過程，依適合的語言值（ linguisitc value）求該值相對之隸屬度，此口語化變量我們稱之為模糊子集合（ fuzzy subsets）。 (2)輸入 /輸出接口裝置 :通過輸入 /輸出接口從被控對象獲取數(shù)字信號，送至模糊控制器，并將模糊控制器決策出的輸出數(shù)字信號經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換，將其轉(zhuǎn)變?yōu)槟M信號，送給執(zhí)行機構(gòu)去控制被控對象 。 圖 模糊控制系統(tǒng) 重慶科技學院高等教育自學考試本科畢業(yè)論文 4 軟件設(shè) 計 15 模 糊控制過程可概括為下述 4 個步驟 : (1)根據(jù)本次采樣得到的系統(tǒng)的輸 出 值 ，計算所選擇系統(tǒng)的輸入變量 : (2)將輸入變量的精確值變?yōu)槟：?。因此目前廣泛應用的是二維模糊控制器。它通常由數(shù)據(jù)庫和模糊控制規(guī)則庫兩部分組成。 (3)模糊推理 ： 模糊推理是模糊控制器的核心，它具有模擬人的基于模糊概念的推理能力。 常用的清晰化有 3種 :重心法、最大隸屬度法、加權(quán)平均法。由于洗衣過程的 控制對象難以用精確的數(shù)學模型來描述，所以采用傳統(tǒng)的控制方法難以取得理想的洗滌效果。模糊控制器設(shè)計由模糊化、模糊推理和反模糊化三部分組成，它們都建立在知識庫的基 礎(chǔ)之上。在本次設(shè)計中由于時間與經(jīng)費的限制 ，我們輸入的模糊量有重量、渾濁度。 傳感器 檢測 洗衣規(guī)則 重量 渾濁度 水 位 轉(zhuǎn) 速 輕 重 凈 臟 洗衣機檢測狀態(tài) 1 0 1 0 低 慢 0 1 1 0 高 慢 1 0 0 1 低 快 0 1 0 1 高 快 重慶科技學院高等教育自學考試本科畢業(yè)論文 4 軟件設(shè) 計 22 但考慮設(shè)計經(jīng)費采用電位器來代替，并 以其電位器的值來反映。 輸出端口設(shè) 置 （ 1） IOA[8]和 IOA[9]：控制電機正反轉(zhuǎn)輸出端口 當 IOA[8]=1 且 IOA[9]=0 時，電機正轉(zhuǎn) 當 IOA[8]=0 且 IOA[9]=1 時，電機反轉(zhuǎn) （ 2） IOA[12]和 IOA[13]：衣物臟凈顯示端口，用發(fā)光二極管顯示 當 IOA[12]=1 且 IOA[13]=0 時 ,表示衣物較干凈 當 IOA[12]=1 且 IOA[13]=1 時 ,表示衣物較臟 （ 3） IOA[14]和 IOA[15]：衣物質(zhì)量顯示端口，用發(fā)光二極管顯示 當 IOA[14]=1 且 IOA[15]=0 時，表示衣物較輕 當 IOA[14]=1 且 IOA[15]=1 時，表示衣物較重 （ 4） IOA[7]：進水狀態(tài)輸出端口 （ 5） IOA[8]：洗滌狀態(tài)輸出端口 （ 6） IOA[9]：漂洗狀態(tài)輸出端口 （ 7） IOA[10]：排水狀態(tài)輸出端口 （ 8） IOA[11]：脫水狀態(tài)輸出端口 （ 9） DAC1：報警音樂輸出 軟件設(shè)計主流程圖 重慶科技學院高等教育自學考試本科畢業(yè)論文 4 軟件設(shè) 計 23 圖 主程序流程圖 重慶科技學院高等教育自學考試本科畢業(yè)論文 5 結(jié) 論 24 5 結(jié)論 本課題設(shè)計的模糊全自動控制洗衣機 系統(tǒng)，充分應用了模糊控制技術(shù)，單片機在測控領(lǐng)域的應用技術(shù)，既有硬件設(shè)計又有軟件編程，實現(xiàn)洗衣機的真正全自動控制，一個按鈕就能完成洗衣的全過程。 由于模糊理論技術(shù)具有先進性、實用性和科學性 ,加上模糊技術(shù)控制的家電產(chǎn)品不僅使用方便 ,而且善解人意 ,大大方便美化了人們的生活 ,已成為人們向往的目標 ,也已逐步被中國 廣大消費者所認識。從課題的選擇到項目的最終完成， 邱 老師都始終給予我細心的指導和不懈的支持。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。電解水、臭氧、蒸汽的殺菌除味及消毒功能倍受青睞，引發(fā)了洗衣機消費健康潮。設(shè)計全自動洗衣機的關(guān)鍵就是如何根據(jù)檢測到的各項指標來決定洗滌的程式。 實現(xiàn)途徑 ： 在整個控制過程中 ,模糊控制軟件起了決定性的作用。 ，因為這種方法具有不必建立精確模型、易于實現(xiàn)、與人的思維方式相一致的特點，它為洗衣機全自動功能的實現(xiàn)提供了一條有效的途徑。 我們根據(jù)它的工作原理，給出了 硬件結(jié)構(gòu)框圖 。 本課題的任務(wù)、重點內(nèi)容、實現(xiàn)途徑 任務(wù) ： 通過對本課題的設(shè)計，可以實現(xiàn)讓洗衣機實現(xiàn)從半自動、全自動到現(xiàn)在流行的人工智能、模糊控制，只需按一下按鈕一切搞定的功能！ 重點內(nèi)容 ： 本設(shè)計中采用了 凌陽 公司的 SPCE061A 作為控制核心，以單片機為核心結(jié)合接口芯片及外圍電路以實現(xiàn)洗衣機的智能控制。 洗衣機的發(fā)展方向明顯： 隨著模糊控制技術(shù)應用的廣泛開展以及家電智能化的社會需求，智能洗衣機日益成為洗衣機行業(yè)的主流產(chǎn)品。目前的洗衣機都沒有實現(xiàn)全方面的兼容，大多洗衣的廠家都注重各自品牌的洗衣機的特長，突出一兩個與別的洗衣機不同的個性化的功能，洗衣機的各項功能是由單片機控制實現(xiàn)的，單片機的體積小，控制功能靈活，因此，設(shè)計出基于單片機的全自動洗衣機控制電路系統(tǒng)具有很強的實用性。重慶科技學院高等教育自學考試本科畢業(yè)論文 參考文獻 26 參考文獻 [1]李勛．單片機微型計算機大學讀本．北京：北京航空航天大學出版社， 2021， 4： 7782 [2]王治剛．單片機 應用技術(shù)與實訓．北京：清華大學出版社， 2021， 3： 6670 [3] 薛均義等．凌陽十六位單片機原理及應用 [M]．北京航空航天大學出版社， 2021， 2： 7278 [4]羅亞非．凌陽十六位單片機應用基礎(chǔ) [M]．北京航空航天大學出版社， 2021， 23（ 3）： 110115 [5]侯媛彬等．凌陽單片機原理及其畢業(yè)設(shè)計精選 [M] 科學出版社， 2021， 24（ 3）： 230235 [6]盧勝利 .基于凌陽 SPCE061A設(shè)計實驗平臺的專業(yè)綜合設(shè)計教程 [M].機械工業(yè)出版社 2021，4：