【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 推理 , 自動(dòng)確定洗衣水位和水流強(qiáng)度 。 其次 , 應(yīng)用洗滌液渾濁度檢測(cè)結(jié)果 , 通過模糊推理法則 , 確定和修正洗滌時(shí)間與洗滌劑量 。 第三 , 具有自動(dòng)斷電、報(bào)警保護(hù)、故障檢測(cè)顯示等功能 。 最后 , 具有外形美觀、功能強(qiáng)、操作使用方便等優(yōu)點(diǎn)。本文著重介紹如何將模糊控制技術(shù)應(yīng)用于洗衣機(jī)的檢測(cè)、控制及具體的實(shí)現(xiàn)方案。 洗衣機(jī)的自動(dòng)控制系統(tǒng)為一多輸入多輸出系統(tǒng) ,輸入量為衣質(zhì)、衣量、臟污程度(即水的渾濁度 ) 、臟污性質(zhì) (渾濁度變化率 ) 。輸出量為洗滌劑量、水位、水流、脫水時(shí)間、洗滌時(shí)間、漂洗方式等。從洗衣機(jī)的運(yùn)行過 程可以看出 ,洗滌劑量、水位、水流、脫水時(shí)間都可以通過輸入量推理求得 ,而洗滌時(shí)間與漂洗方式為實(shí)時(shí)控制量 ,影響其主要因素是被洗物品的臟污程度 ,這兩個(gè)量可以用水的渾濁度和渾濁度變化率來表示 ,油性臟污的渾濁度變化率小 ,泥性臟污的渾濁度變化率大。實(shí)際分析證明 :輸入與輸出之間很難用一定的數(shù)學(xué)模型來描述 ,系統(tǒng)的具體條件具有較大的不確定性 ,其控制過程在很大程度上依賴于操作者的經(jīng)驗(yàn) ,用常規(guī)的控制方法難以達(dá)到理想的效果。而采用模糊控制技術(shù)就能很容易解決問題。因而采用了模糊控制器設(shè)計(jì)全自動(dòng)洗衣機(jī)。在洗滌衣物的過程中 ,衣物的多少、 面料的軟硬、衣物的臟污程度等都是模糊量 ,所以必須經(jīng)過大量的實(shí)驗(yàn) ,總結(jié)出人為的洗滌方式 ,從而形成模糊控制規(guī)則。再根據(jù)檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)到的信息 ,判斷出衣物多少、面料軟硬、臟污程度、臟污性質(zhì)等 ,計(jì)算出控制量 ,從而完成注水量、洗滌時(shí)間、水流強(qiáng)弱、洗滌方式、脫水時(shí)間、排水等一系列的設(shè)置。根據(jù)上述分析和模糊控制技術(shù)的基本原理 ,可可以確定洗衣機(jī)的模糊控制框圖如圖 11 圖 11 X為輸入精確量； y為輸出精確量； U (x) 為輸入模糊量 ； U (y) 為輸出模糊量。 本課題的意義及來源 隨著現(xiàn)代社會(huì)生活節(jié)奏的不斷加快和人們生活水平的不斷提高，人們對(duì)各種方便、快捷的家用電器需求量越來越大，洗衣機(jī)作為人們提高生活效率，追求生活質(zhì)量的基本條件，也愈來愈成為不可或缺的生活用具 . 在工業(yè)發(fā)達(dá)國家，洗衣機(jī)的普及率已達(dá)到相當(dāng)高的程度，但由于現(xiàn)階段國情，洗衣機(jī)在我國的普及程度較低，農(nóng)村更甚。隨著人民生活水平 (特別是鄉(xiāng)村生活模糊化 模糊控制器 解模糊 被控對(duì)象 檢測(cè)設(shè)備 模糊規(guī)則庫 X Y U（ x） U（ y） 水平 )的不斷提高，社會(huì)上對(duì)洗衣機(jī)的需求量越來越大，而且隨著生活質(zhì)量的不斷提高，人們對(duì)洗衣機(jī)的功能要求越來越高，使得洗衣機(jī)的更新較快，因此，洗衣機(jī)做為人 們追求現(xiàn)代生活的一個(gè)基本要求在我國有著極大的市場(chǎng)。 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，功能完善等。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。目前存在的洗滌方式有波輪式 (又稱渦卷式 )、攪拌式、滾筒式、噴流式、噴射式和超聲波式等多種，在我國比較普及的洗滌方式是波輪式，超聲波式洗滌方式則代表著國際上的發(fā)展方向。對(duì)洗衣機(jī)技術(shù)的發(fā)展使得人們期望在采用一種較好洗滌方式的同時(shí)，希望洗衣機(jī)的控制部分能在洗 滌過程中對(duì)衣物重量、臟度，洗滌劑的濃度，水的硬度、溫度等影響洗滌效果的諸多因素進(jìn)行檢測(cè)，并能對(duì)這些檢測(cè)結(jié)果做出合理反應(yīng)，從而得到比較理想的洗滌效果?，F(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，特別是嵌入式技術(shù)的發(fā)展，使微電腦的功能日益強(qiáng)大，微電腦與傳感器系統(tǒng)的結(jié)合，足以實(shí)現(xiàn)上述功能 。另外，人們對(duì)洗衣機(jī)使用方便的要求使得洗衣機(jī)的全自動(dòng)化成為另一個(gè)發(fā)展方向 .因此，從世界范圍內(nèi)來說，洗衣機(jī)總的發(fā)展趨勢(shì)是向微電腦，傳感系統(tǒng)，智能化、全自動(dòng)化的方向發(fā)展。 本課題的目的就是設(shè)計(jì)一種比較合理的全自動(dòng)洗衣機(jī)模糊控制器，這種采用模糊控制 的全自動(dòng)洗衣機(jī)能夠自動(dòng)判斷被洗衣物的重量輕重、質(zhì)料軟硬，自動(dòng)檢測(cè)洗衣桶內(nèi)水的臟污程度和污漬性質(zhì) (油污或泥污 )；能自動(dòng)預(yù)選水位、水流強(qiáng)度和洗滌時(shí)間，并能進(jìn)行衣物偏置的自動(dòng)糾正等，也應(yīng)該能在整個(gè)洗滌過程中實(shí)施監(jiān)控，并適時(shí)調(diào)整這些運(yùn)行參數(shù)，以達(dá)到最佳的洗滌效果。 2 洗衣條件 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程中的各控制參數(shù)，洗衣機(jī)的主要控制參數(shù)有 : 衣服的質(zhì)料 要把衣服洗干凈，去除污垢，與如下一些 因素有關(guān)：衣服的質(zhì)料、水的硬度、水的多少和水的溫度、洗滌劑的性能和多少、機(jī)械力的大小和作用時(shí)間。 一般衣服質(zhì)料纖維可分為兩大類：自然纖維的棉織品和人造化學(xué)纖維織品。棉制品的污垢不僅在表面，而且還滲透纖維內(nèi)，所以，棉制品要比化學(xué)纖維難洗。 且面制品的吸水性比化纖制品強(qiáng)，因此，同樣多的衣物、同樣的污垢程度和污染性質(zhì)，洗面制品時(shí)要水多放一點(diǎn)、洗的時(shí)間長一點(diǎn)。 水可以帶走一般的灰塵和水溶性污垢，所以，不用洗滌劑也可以洗去部分污垢。水的硬度用肥皂時(shí)也會(huì)影響洗滌效果，但影響最大的還是水的溫度， 在一定的 水溫范圍內(nèi)，水溫越高，洗滌效果越好。然而水溫也不宜太高，否則，高溫會(huì)把附著在衣服上的蛋白質(zhì)凝固，反而影響洗滌效果。 衣物能否洗干凈，與用水量的多少關(guān)系很大。如果衣物很少，且吸水性不太強(qiáng)，此時(shí)放水太多，不但浪費(fèi)洗滌劑，浪費(fèi)水，還會(huì)使洗滌時(shí)間加長，衣物的磨損加重，并且不易洗干凈。水溫對(duì)洗滌效果的影響也是很大的，水溫升高，洗滌效果會(huì)有所提高 。 洗滌劑的主要成分是表面活性劑，表面活性劑是分子結(jié)構(gòu)中含有親水基和親油基兩部分的有機(jī)化合物。一般是根據(jù)表面活性劑在水溶液中能否分解為離子，又將其分為離子型表面活性劑和非離子型 表面活性劑的兩大類。離子型表面活性劑和兩性離子表面活性劑三種。 不同的洗滌劑還會(huì)添加各種不同的輔助劑、酵素、熒光增白劑、香料等。 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。洗衣機(jī)對(duì)衣物輸出的能量大，去污效果明顯，但在某種程度上會(huì)造成衣物的損傷，因此應(yīng)對(duì)不同質(zhì)地，不同重量的衣物采用不同的能量輸出方式，從控制的角度就表現(xiàn)為水流方式的不同。 實(shí)踐證明，在織物的水洗中只有陰離子表面活性劑和非離子型表面活性劑，對(duì) 織物去污能夠起到正面有效的作用。因此這兩種表面活性劑就成了衣物洗滌劑的主要材料。 水的溫度對(duì)洗滌劑的影響也非常大。溫度過低時(shí)，洗滌劑發(fā)揮不出很好的功效；溫度過高時(shí)，會(huì)殺死洗滌劑的活性。 洗滌劑要具備良好的潤濕性、滲透性、乳化性、分散性、增溶性及發(fā)泡與消泡等性能這些性能的綜合就是洗滌劑的洗滌性能。洗滌劑的產(chǎn)品種類很多，基本上可分為肥皂、合成洗衣粉、液體洗滌劑、固體狀洗滌劑及膏狀洗滌劑幾大類。 洗衣時(shí)間和脫水時(shí)間 洗衣時(shí)間： 衣物在洗衣機(jī)中洗滌時(shí)間過長會(huì)使衣物受到較大磨損，因此，應(yīng)針對(duì)不同質(zhì)地和不同衣物 量 來確定洗衣時(shí)間 。脫水時(shí)間： 全自動(dòng)洗衣機(jī)中，脫水過程是洗衣操作的最后一個(gè)過程。一般情況下，脫水時(shí)間愈長，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法通過脫水方式去掉，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。 3 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 衣量衣質(zhì)檢測(cè) 要對(duì)洗衣機(jī)進(jìn)行控制，首先要用各種傳感器不斷的檢測(cè)相關(guān)的狀態(tài)，以作為控制的依據(jù)。在洗衣過程中起決定作用的物理量有布量、布質(zhì)、水溫和渾濁度等四種 , 這些物理量都需要有適當(dāng)?shù)膫鞲衅鱽慝@取信息 , 并轉(zhuǎn)換成單片機(jī) 能接收的電信號(hào)。下面介紹在模糊控制洗衣機(jī)中所用各種參數(shù)的檢測(cè)原理和技術(shù)，在檢測(cè)中要用到負(fù)載傳感器、水位傳感器和光電傳感器等。 衣 質(zhì)和 衣 量的檢測(cè)是在洗滌之前進(jìn)行的 ，以決定水位 。 這可用不同的方法實(shí)現(xiàn)。最容易想到的方法是用靜態(tài)的壓力傳感器直接測(cè)量，但結(jié)構(gòu)稍復(fù)雜一些。 目前，一般是用動(dòng)態(tài)的時(shí)間間接測(cè)量方法，這是通過檢測(cè)電動(dòng)機(jī)負(fù)載來實(shí)現(xiàn)的。電動(dòng)機(jī)的負(fù)載可以用正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的驅(qū)動(dòng)電流來計(jì)算，也可以用電動(dòng)機(jī)斷電后的反電動(dòng)勢(shì)的大小以及波形來計(jì)量。 在這里，以計(jì)量電動(dòng)機(jī)斷電后的反電動(dòng)勢(shì)的大小以及波形來測(cè)量。 在水位一定時(shí) , 不同的 衣 質(zhì)和 衣 量的產(chǎn)生的布阻抗不同。 衣 質(zhì)和衣 量檢測(cè)電路如圖 2 所示。具體檢測(cè) 衣 質(zhì)和 衣 量時(shí) , 首先 ，衣服投入缸體中并 注入一定的水位 , 然后起動(dòng)主電機(jī)旋轉(zhuǎn) 若干圈 , 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(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 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(cè)出主電機(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 ； 反之布阻抗就愈高。 圖 31 反電勢(shì)法測(cè)量 衣 質(zhì)、 衣 量電路 主電機(jī)發(fā)電時(shí)間可直接通過檢測(cè)起動(dòng)電容兩端輸出電勢(shì) , 并將此電勢(shì)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布量 。 如圖 32所示 ， 衣量傳感器能區(qū)分四檔衣量 (多量、中多量、中少量、少量 )。 單片機(jī) u ～ +5 R1 R2 VD C ～ 220V 圖 32 (a) 衣 量 的檢測(cè)方法 （衣量較多） 反電動(dòng)勢(shì) 電機(jī)送電 電機(jī)斷電 整形脈沖 時(shí)間 t/s 圖 32 (b) 衣 量 的檢測(cè)方法（衣量較少） 質(zhì)料檢測(cè) 包括面制品與化纖制品的區(qū)分和柔軟布料與粗厚布料的區(qū)分。檢測(cè)的具體方法如下。 反電動(dòng)勢(shì) 整形脈沖 電機(jī)送電 電機(jī)斷電 時(shí)間 t/s 圖 33 面制品與化纖制品辨別曲線 在放入要洗的衣物后，放水啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)，反復(fù)用開 、關(guān) 驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī) 32s，記下脈沖數(shù)為 N；若檢測(cè)負(fù)載時(shí)的脈沖數(shù)是 M，根據(jù) M— N的值就可以判斷質(zhì)料分布比例的大小情況。面制品越多， M— N的值越大，反之則小。 圖33表示面制品與化纖制品比例 不同時(shí)兩次測(cè)量脈沖的關(guān)系曲線。 同樣都是面制品，但對(duì)于像毛巾這樣的柔軟布料和 牛 仔布料這樣的厚布料，其洗滌方法也是不同的，可用水位傳感器來配合測(cè)量。具體方法是： 在注入水進(jìn)行脈沖驅(qū)動(dòng) 32s后，比較啟動(dòng)前后水的變化量。若變化量較小，說明布料容易吸水，傾向于毛巾類布料；反之，可能是牛仔類厚布料。這是因?yàn)楹癫剂衔?，往往要攪?dòng)一段時(shí)間后才能充分吸水，這就會(huì)使水位變化量大。圖 34所示為在這兩種情況下水位的變化曲線。 第二次測(cè)量 第一次測(cè)量 多 計(jì)數(shù)脈沖 少 化纖 圖 34 柔軟布料和硬厚布料的水位 變化 曲線 水位水溫檢測(cè) 水位檢測(cè)的精度直接影響洗凈度、水流強(qiáng)度、洗滌時(shí)間等參數(shù)。對(duì)于模糊控制的洗衣機(jī) , 要求水位的檢測(cè)必須是連續(xù)的 , 故常采用諧振式水位傳感器。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。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。由此引起諧振電