【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 、噴射式和超聲波式等多種，在我國(guó)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(guó)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(guò)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，從世界范圍內(nèi)來(lái)說(shuō)，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(guò)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(guò)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(zhǎng)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(zhǎng)，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(guò)低時(shí)，洗滌劑發(fā)揮不出很好的功效；溫度過(guò)高時(shí)，會(huì)殺死洗滌劑的活性。 洗滌劑要具備良好的潤(rùn)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(guò)長(zhǎng)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(lái)確定洗衣時(shí)間。脫水時(shí)間：全自動(dòng)洗衣機(jī)中，脫水過(guò)程是洗衣操作的最后一個(gè)過(guò)程。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。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(guò)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?lái)獲取信息, 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(guò)檢測(cè)電動(dòng)機(jī)負(fù)載來(lái)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(lái)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(lái)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(lái)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(zhǎng)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(zhǎng)短,就可以反過(guò)來(lái)推理出布阻抗的大小。主電機(jī)發(fā)電時(shí)間愈長(zhǎng), 布阻抗就愈??； 反之布阻抗就愈高。單片機(jī)u～+5R1R2VDC～220V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(guò)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(guò)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)。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 (a) 衣量的檢測(cè)方法（衣量較多）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 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。第二次測(cè)量第一次測(cè)量多計(jì)數(shù)脈沖少化纖 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)，、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(lái)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(shuō)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。柔軟布料硬厚布料水位低旋轉(zhuǎn)前旋轉(zhuǎn)后 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)長(zhǎng)C 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(guò)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。由此引起諧振電路的固有頻率隨水位變化。水位測(cè)量電路如圖1所示, 為便于與單片機(jī)接口, 水位傳感器采用數(shù)字振蕩電路, 電感與電容組成的三點(diǎn)式振蕩電路經(jīng)C2 耦合接入數(shù)字式諧振放大器A 1, 隨著水位變化, 諧振頻率作相應(yīng)變化, 放大器在a點(diǎn)輸出, 經(jīng)A 2 整形, 由c 點(diǎn)輸出, 此時(shí)即可將數(shù)字量接到單片機(jī)。 R2A2A1R1R3C1C3LC2圖 35　水位傳感器測(cè)量電路 水溫檢測(cè)是通過(guò)熱電耦測(cè)量的。它把洗衣機(jī)啟動(dòng)時(shí)的溫度作為當(dāng)時(shí)室溫，然后再檢測(cè)工水的溫度，以作為洗衣條件之一，根據(jù)需要可以對(duì)水加熱且控制水溫。水溫檢測(cè)可用熱敏電阻或MTS 102 半導(dǎo)體溫度檢測(cè)器。洗衣機(jī)水溫一般為 4～ 40℃, 在該溫度范圍內(nèi)MTS 102 線性好, 溫度敏感, 水溫檢測(cè)常選用它。 水的透光率檢測(cè) 水的透光率使用光電傳感器實(shí)現(xiàn)的。渾濁度綜合反映了衣物的臟污程度、臟污性質(zhì)和洗凈程度。它是采用紅外光電傳感器, 利用紅外線在水中的透射率和時(shí)間的關(guān)系, 通過(guò)模糊推理, 獲得檢測(cè)結(jié)果。其檢測(cè)電路如圖3 所示, 紅外發(fā)光二極管LED 由恒流源供電, 由單片機(jī)脈寬調(diào)制PWM 信號(hào)控制LED 發(fā)出調(diào)制紅外光, 穿過(guò)動(dòng)態(tài)的洗滌液, 到達(dá)光電三極管VT , 使VT 的射級(jí)輸出電壓隨洗滌液的渾濁程度而線性變化。 恒流源+5LED被測(cè)介質(zhì)RC圖 36　渾濁度紅外光電檢測(cè)電路根據(jù)透光率的變化形態(tài)和過(guò)程，可以知道污垢的性質(zhì)和程度。這是一種間接測(cè)量衣物污垢的方法，因?yàn)橐挛锱K的程度與洗滌水的污濁度有著正相關(guān)的關(guān)系。對(duì)于泥污類的污垢，一般分離得較快，較早進(jìn)入水中，故其透光率