【正文】 清晰化 推理結(jié)果的獲得，表示模糊控制的規(guī)則推理功能己經(jīng)完成。模糊推理根據(jù)輸入模糊量，由模糊控制規(guī)則完成模糊推理來(lái)求解模糊關(guān)系方程， 并獲得模糊控制量的功能部分。 最后再用重心法對(duì) u 求精 確值，即可得到最終控制量。運(yùn)算符 ? 表示對(duì)模糊量求內(nèi)積。 則有模糊關(guān)系 R: i j ijijR AB C? 式中 :i=1， 2，?， m。△ e 是偏差變化率， jB 是偏差變化率的語(yǔ)言變量值 。 j=l， 2，?， n。 2)關(guān)系矩陣法 設(shè)控制系統(tǒng)的控制規(guī)則為 : If e= iA and △ e= jB ， then u= ijC 。另一種是直接法 — 直接從控制規(guī)則即推理語(yǔ)句中求取控制量。該表格中各元素間的對(duì)應(yīng)關(guān)系是按照控制規(guī)則給出的，稱之為控制表。這里介紹前兩種常用算法。目前，這種方法還在發(fā)展中，許多專家學(xué)者正致力于這方面的研究。以往很多模糊控制主要是模仿人的決策行為，而由此得到的控制規(guī)則往往比較粗糙，甚至?xí)霈F(xiàn)控帶 U 區(qū)。基于模糊模型也可以建立起相應(yīng)的模糊控制規(guī)律，這樣設(shè)計(jì)的系統(tǒng)是純粹的模糊系統(tǒng)，適于采用理論的方法進(jìn)行分析和控制?？梢酝ㄟ^(guò)記錄熟練操作人員的實(shí)際控制過(guò)程時(shí)的輸入輸出數(shù)據(jù)，并從中總結(jié)出模糊控制規(guī)則。另一種方式是通過(guò)向有經(jīng)驗(yàn)的專家和操作人員咨詢，從而獲得特定應(yīng)用領(lǐng)域模糊控制規(guī)則的原型，在此基礎(chǔ)上再進(jìn)行湊試和調(diào)整。它的建立是基于手動(dòng)控制策略，而手動(dòng)控制策略是基于操作者經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)知識(shí)。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)。通常由一系列的關(guān)系詞連接而成，如 if 一 then， else， also， end， or 等。在規(guī)則推理的模糊關(guān)系方程求解過(guò)程中，向模糊推理提供數(shù)據(jù)。它通常由數(shù)據(jù)庫(kù)和模糊控制規(guī)則庫(kù)兩部分組成。 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， 19 負(fù)中，負(fù)小，零，正小，正中，正大卜 {NB， NM， NS， 20， PS， PM， PB}。 2)將上述已經(jīng)處理過(guò)的輸入量進(jìn)行尺度變換，使其變化到各自的論域范圍。因此它實(shí)質(zhì)上是模糊控制器的輸入接口，其作用是將輸入的精確量轉(zhuǎn)換成模糊化量。因此目前廣泛應(yīng)用的是二維模糊控制器。其結(jié)構(gòu)圖如圖 : 圖 常見(jiàn)模糊控制器結(jié)構(gòu)類型 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。 20 多年來(lái)，出現(xiàn)了各種各樣的模糊控制器，具體有以下幾種 :簡(jiǎn)單模糊控制器，模糊自調(diào)整控制器，模糊 PID控制器，模糊自組織控制器，模糊自適應(yīng)控制器，專家模糊控制器和模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器等。 (4)由上述得到的控制量 (模糊量 )計(jì)算精確的輸出控制量，并作用于執(zhí)行機(jī)構(gòu)。原理框圖如圖 圖 模糊控制系統(tǒng)的組成 模糊控制過(guò)程可概括為下述 4 個(gè)步驟 : (1)根據(jù)本次采樣得到的系統(tǒng)的輸出值，計(jì)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：?。一般選偏差信號(hào) e 作為模糊控制器的一個(gè)輸入量，把偏差信號(hào) e 的精確量進(jìn)行模糊化變成模糊量，偏差 e 的模糊量可 以用相應(yīng)的模糊語(yǔ)言表示，得到了偏差 e 的模糊語(yǔ)言集合的一個(gè)子集。 (4)傳感器 :傳感器將被控對(duì)象或?qū)⒏鞣N被控量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，它在模糊控制系統(tǒng)中占17 有非常重要的位置，因此它的精度影響著整個(gè)控制系統(tǒng)的精度。 (2)輸入 /輸出接口裝置 :通過(guò)輸入 /輸出接口從被控對(duì)象獲取數(shù)字信號(hào)，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(hào)經(jīng)過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換，將其轉(zhuǎn)變 為模擬信號(hào)，送給執(zhí)行機(jī)構(gòu)去控制被控對(duì)象 。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(guò)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(lái)“直觀”地進(jìn)行控制。普通集合只能表達(dá)“非此即彼”的概念，而模糊集合論以邏輯真值為 [0， l]的模糊邏輯為基礎(chǔ)，是對(duì)經(jīng)典集合的開(kāi)拓，也是模糊邏輯控制的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。 Zadeh 創(chuàng)立的模糊集合是模糊數(shù)學(xué)的根本，它使得有人的經(jīng)驗(yàn)參與的控制過(guò)程成為實(shí)際可能。與傳統(tǒng)控制方式相比，模糊控制利用人類專家控制經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于非線性、復(fù)雜對(duì)象的控制顯 示了魯棒性好、控制性能高的優(yōu)點(diǎn)。 表 中斷源列表 16 第 3 章 模糊控制及其在設(shè)計(jì)中的應(yīng)用 模糊控制理論 模糊控制理論是近代控制理論中建立在模糊集合論基礎(chǔ)上的一種基于語(yǔ)言規(guī)則與模糊推理的控制理論，它是智能控制的一個(gè)重要分支。中斷系統(tǒng)有 14 個(gè)中斷源分為兩個(gè)定時(shí)器溢出中斷、兩個(gè)外部 中斷、一個(gè)串行口中斷、一個(gè)觸鍵喚醒中斷、 7 個(gè)時(shí)基信號(hào)中斷、 PWM 音頻輸出中斷。用戶可以用關(guān)中斷指令（或復(fù)位）屏蔽所有的中斷請(qǐng)求，也可以用開(kāi)中斷指令使 CPU 接受中斷申請(qǐng)。 Data 位在口位的輸出狀態(tài)下被寫(xiě)入的是輸出數(shù)據(jù)，不過(guò)，數(shù)據(jù)是 經(jīng)過(guò)反相器輸出還是經(jīng)過(guò)同相緩存器輸出要由 Attrib 位 來(lái)決定。在口位的輸出狀態(tài)下則決定其輸出是反相的還是 同相的；‘ 0’為反相輸出，‘ 1’則為同相輸出。 由表 可以得出以下一些結(jié)論： Dir 位決定了口位的輸入 /輸出方向：即‘ 0’為輸入，‘ 1’為輸出。這三個(gè)口中每個(gè)對(duì) 應(yīng)的位組合在一起，形成一個(gè)控制字，來(lái)定義相應(yīng) I/O 口位的輸入 /輸出狀態(tài)和方式。 3 個(gè)端口內(nèi)每個(gè)對(duì)應(yīng)的位組合在一起，形成一個(gè)控制字，用來(lái)定義相應(yīng) I/O 口位的輸入輸出狀態(tài)和方式。 圖 SPCE061A 的 I/O 端口結(jié)構(gòu)圖 SPCE061A 提供了位控制結(jié)構(gòu)的 I/O 端口，每一位都可以被單獨(dú)定義用于輸入或輸14 出數(shù)據(jù)。與其它的單片機(jī)相比，它除了每個(gè) I/O 端口可以 單獨(dú)定義其狀態(tài)外，每個(gè)對(duì)應(yīng)狀態(tài)下的 I/O 端口性質(zhì)電路都是內(nèi)置的，在實(shí)際的電路中不需 要再 次外接。例如：手持遙控器、電子字典、 PDA、 計(jì)算器、移動(dòng)電話等。 A 口的 IOA0~IOA7 用作輸入口時(shí)具有喚醒功能，即具有輸入電平變化引起 CPU 中斷功能。 SPCE061A 有兩個(gè) 16 位通用的并行 I/O 口： A 口和 B 口。輸出端口負(fù)責(zé)向外界輸送由內(nèi)部電路產(chǎn)生的處理 結(jié)果、顯示信息、控制命令、驅(qū)動(dòng)信號(hào)等。 圖 SPCE061A 最小系統(tǒng)原理圖 13 SPCE061A 的功能模塊簡(jiǎn)介 通用 I/O 口 輸入 /輸出接口（也可簡(jiǎn)稱為 I/O 口）是單片機(jī)與外設(shè)交換信息的通道。 結(jié)構(gòu)概覽 圖 SPCE061A 的結(jié)構(gòu) 12 芯片的引腳排列和說(shuō)明 圖 SPCE061A 引腳框圖 SPCE061A 有兩種封裝片，一種為 84 個(gè)引腳， PLCC84 封裝形式 u’Nspce 061a 的最小系統(tǒng)的外圍電路 最小系統(tǒng)接線如圖 所示，在 OSC0、 OSC1 端接上晶振及諧振電容，在鎖相環(huán)壓控振蕩器的阻容輸入 VCP 端接上相應(yīng)的電容電阻后即可工作 。 性能 ? 16 位μ ’ nSP?微處理器； ? 工作電壓 (CPU) VDD 為 ~ (I/O) VDDH 為 ~ ? CPU 時(shí)鐘： ~ ； ? 內(nèi)置 2K 字 SRAM； ? 內(nèi)置 32K FLASH； ? 可編程音頻處理； ? 晶體振蕩器 。較高的處理速度使μ ’ nSP?能夠非常容易地、快速地處理復(fù)雜的數(shù)字信號(hào)。 SPCE061A 簡(jiǎn)介 SPCE061A 是繼μ ’ nSP?系列產(chǎn)品 SPCE500A 等之后凌陽(yáng)科技推出的又一款 16 位結(jié)構(gòu)的微控制器。另外，μ ’ nSP?家族的工作電壓范圍大，能在低電壓供電時(shí)正常工作，且能用電池供電。 10 ? 功能強(qiáng)、效率高的指令系統(tǒng) μ ’ nSP?指令系統(tǒng)的指令格式緊湊，執(zhí)行迅速 ,并且其指令結(jié)構(gòu)提供了對(duì)高級(jí)語(yǔ)言的支持 ,這可以大大縮短產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)時(shí)間。 ? 高性能價(jià)格比 μ ’ nSP?家族片內(nèi)帶有高尋址能力的 ROM、靜態(tài) RAM 和多功能的 I/O 口。另外，模塊化的結(jié)構(gòu)易于系統(tǒng)擴(kuò)展，以適應(yīng)不同用戶的需求。這樣做無(wú)疑會(huì)使每一種派生產(chǎn)品具有更強(qiáng)的功能和更低的成本。除此之外的其它功能模塊均為可選結(jié)構(gòu)，亦即這種結(jié)構(gòu)可大可小或可有可無(wú)。低功耗、低電壓： μ’nSPTM 家族采用 CMOS 制造工藝，同時(shí)增加了軟件激發(fā)的弱振方式，空閑方式和掉電方式，極大地降低了其功耗，另外， μ’nSPTM 家族的工作電壓范圍大，能在低電壓供電時(shí)正常工作，且能用電池供電，這對(duì)于其在野外作業(yè)等領(lǐng)域中的應(yīng)用具有特殊的意義。高性能價(jià)格比： μ’nSPTM 家族片內(nèi)帶有高尋址能力的 ROM，靜態(tài) RAM 和多功能的 I/O 口，另外 μ’nSPTM 的指令系統(tǒng)提供出具有較高運(yùn)算速度的 16 位， 16 位的乘法運(yùn)算指令和內(nèi)積運(yùn)算指令，為其應(yīng)用添加了DSP功能，使得 μ’nSPTM 家族運(yùn)用在復(fù)雜的數(shù)字信號(hào)處理方面既很便利又比專用的 DSP芯片廉價(jià)。具有較 強(qiáng)的中斷處理能力?！痭SP 家族把各功能把各功能部件模塊化地集成在一個(gè)芯片里。 amp。micro。以及這種結(jié)構(gòu)可大可小可有可無(wú)，借助這種通用結(jié)構(gòu)附加可選結(jié)構(gòu)的積木式的構(gòu)成，便可成為各種系列的派生產(chǎn)品，以適合不同場(chǎng)合，這樣做無(wú)疑會(huì)使每種派生產(chǎn)品具有更強(qiáng)的功能和更低的成本?！痭SP 內(nèi)核是一個(gè)通用 的和結(jié)構(gòu)。 amp。micro?！痭SP 家族。’nSP 系列單片機(jī)，以下簡(jiǎn)稱 amp。’nSP 所形成的 16 位 amp。圍繞 amp。micro。凌陽(yáng)的16 位單片機(jī)就是為適應(yīng)這種發(fā)展而設(shè)計(jì)的。完成整個(gè)洗衣過(guò)程。傳感器將檢測(cè)的數(shù)據(jù)信息傳入到控制器中，在控制器中經(jīng)過(guò)分析處理， CPU 將得到數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，得出控制結(jié)果，如：加水量、洗滌時(shí)間等，并將處理的結(jié)果輸出至執(zhí)行器動(dòng)作； ⑶ 洗滌模塊：洗滌部分主要由機(jī)械部分電動(dòng)機(jī)以及各種開(kāi)關(guān)構(gòu)成，通過(guò) CPU 控制的電機(jī)正反轉(zhuǎn)以及開(kāi)關(guān)的閉、合完成各種洗滌動(dòng)作； ⑷ 語(yǔ)音模塊：語(yǔ)音部分主要是一個(gè)小的揚(yáng)聲器，通過(guò) CPU 的控制，報(bào)告洗滌的進(jìn)程； ⑸ 顯示模塊：顯示部分是一組 LED 數(shù)碼顯示以及 9 組發(fā)光二極管組成的顯示部分，用來(lái)顯示洗滌的時(shí)間以及洗滌的工序。 總體設(shè)計(jì)方案 硬件電路模塊 洗衣機(jī)硬件部分分為五大模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)，主要分以下五大模塊： ⑴ 檢測(cè)模塊：檢測(cè)部分主要由各傳感器和 A/D 轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)，其又分為：衣物重量，衣物污度檢測(cè)，水位檢測(cè)。根據(jù)傳感器接收的信息 ,洗衣機(jī)判斷出衣物多少 ,臟污程度、臟污性質(zhì) , 推理作出模糊 決策。 模糊控制思想 模糊控制是首先對(duì)控制對(duì)象按照人們的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)模糊規(guī)則 , 采用的數(shù)量是模糊量 , 由單片機(jī)對(duì)這些信息按照模糊規(guī)則作出決策來(lái)完成自動(dòng)控制。通過(guò)傳感器檢測(cè)出衣物質(zhì)量，臟凈程度，通過(guò)模糊控制判斷屬于哪個(gè)狀態(tài)，對(duì)全局變量賦值，傳給 各個(gè)狀態(tài)，之后主程序調(diào)用各個(gè)狀態(tài)，進(jìn)水狀態(tài)時(shí)用水位傳感器判斷給出的信號(hào)來(lái)確定水位是否到，達(dá)到之后就結(jié)束進(jìn)水。 鑒于對(duì)市場(chǎng)調(diào)查及現(xiàn)狀的了解我們決定采取以下的設(shè)計(jì)方案。生活水平的提高，家用電器日益增多，家用電器的噪音已經(jīng)成為提高生活質(zhì)量的一個(gè)負(fù)面因素。噪音容易使人疲勞，造成神經(jīng)系統(tǒng)緊張，從而影響睡眠、休息和工作。高效節(jié)能已經(jīng)成為洗衣機(jī)行業(yè)發(fā)展必然 的趨勢(shì)。不可再生能源日益減少和人類對(duì)能源要求量日益增加的矛盾，決定了節(jié)能成為整個(gè)社會(huì)活動(dòng)的趨勢(shì)。洗衣機(jī)智能化技術(shù)有賴于微處理器和傳感器的發(fā)展。傳統(tǒng)的洗衣機(jī)只按進(jìn)水→漂洗→出水→甩干這幾個(gè)工作過(guò)程進(jìn)行合理組合工作。 洗衣 機(jī)也向著幾個(gè)明顯的方向發(fā)展。隨著模糊控制技術(shù)應(yīng)用的廣泛開(kāi)展 , 人類的這種愿望就有了實(shí)現(xiàn)的機(jī)會(huì)。在嚴(yán)格意義上這 2 種洗衣機(jī)并不能稱作全自動(dòng) , 因?yàn)樗鼈兌夹枰诉M(jìn)行衣質(zhì)、衣量判斷 , 并確定洗衣時(shí)間。在設(shè)計(jì)中得到了指導(dǎo)老師陳毅靜老師還有其他一些老師同學(xué)的幫助，在此表示衷心感謝！ 由于設(shè)計(jì)者能力有限，錯(cuò)誤之處在所難免，望各位老師還有讀者批評(píng)指正。 關(guān)鍵詞： 洗衣機(jī)，模糊控制，凌陽(yáng)單片機(jī)，自動(dòng)控制 2 Subject: The Design of the Automatic Washing Machine Controller ABSTRACT A new method concerning the fuzzy control technique for the automatic washing machine, and the hardware adopting the singlechip puter is taking SPCE061A, as a core and reference programming idea. And it could make use of the technique of intelligence control, so the quality of washing is improved and the source is saved. The hardware configuration and software flow chart of the system are preferred. The software of fuzzy control has a decisive part in