【正文】 生產(chǎn)家用洗衣機(jī)。目前，洗衣機(jī)在我國(guó)城市甚至廣大農(nóng)村已得到大范圍的普及 。 1983 年，中國(guó)洗衣機(jī)產(chǎn)量由 1978 年的 400 臺(tái)增至 365 萬(wàn)臺(tái)。中國(guó)的洗衣機(jī)發(fā)展突飛猛進(jìn)，先進(jìn)技術(shù)的引進(jìn) 、吸收和創(chuàng)新，極大地 促進(jìn)了中國(guó)洗衣機(jī)的生產(chǎn)能力和產(chǎn)業(yè)質(zhì)量。 3． 智能洗衣機(jī)的發(fā)展前景 洗衣機(jī)是一個(gè)家庭中不可或缺的家用電器，其發(fā)展速度十分迅速，傳統(tǒng)洗衣機(jī)由智能洗衣機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2 于功能的需要和技術(shù)的局限 ， 手動(dòng)控制按紐越來越多 。不但中國(guó)如此 ，據(jù)美國(guó)消費(fèi)者協(xié)會(huì)亦調(diào)查到 ： “在家用電器中 ， 一般的美國(guó)人常用的功能鍵只有 20%～ 30%， 有 80% 的家庭婦女不 能掌握其全部用法。因此傳統(tǒng)的洗衣機(jī)已經(jīng)遠(yuǎn)不能滿足人們追求現(xiàn)代化的要求。所謂智能洗衣機(jī)是微處理器 和模糊控制技術(shù) 引入到傳統(tǒng)自動(dòng)洗衣機(jī)中的產(chǎn)物。由于智能洗衣機(jī)采用了微電腦 控制，擁有較大的程序存儲(chǔ)能力，在洗衣機(jī)內(nèi)部存儲(chǔ)了很多種洗滌模 式，可由用戶任意選擇，能夠最大限度的節(jié)約水、電、洗滌劑，使衣物能夠在盡可能短的時(shí)間內(nèi)用最不磨損衣物的方式將衣物洗到盡量的干凈。在生活水平高度上升的今天， 人們將 時(shí)間越來越少的分配在不必要的機(jī)械操作中，智 能洗衣機(jī)的市場(chǎng)需求十分巨大。 模糊控制理論簡(jiǎn)述 “ 模糊 ” 是人類感知萬(wàn)物、獲取知識(shí)、思維推理、決策實(shí)施的重要特征。模糊控制 是一種 以數(shù)學(xué)為基礎(chǔ)， 運(yùn) 用語(yǔ)言規(guī)則表示方法和先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)，由模糊推理進(jìn)行判決的 高級(jí)控制策略。與傳統(tǒng)控制理論相比，模糊控制有兩大不可比擬的優(yōu)點(diǎn)：第一，模糊控制在許多應(yīng)用中可以有效且便捷的實(shí)現(xiàn)人的控制策略和經(jīng)驗(yàn)，這一優(yōu)點(diǎn)自從模糊控制誕生以來就一直受到人們密切的關(guān)注；第二，模糊控制不需要被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型即可實(shí)現(xiàn)較好的控制，這 是因?yàn)楸豢貙?duì)象的動(dòng)態(tài)特性已隱含在模糊控制器輸入、輸出模糊集及模糊規(guī)則中。智能洗衣機(jī)整個(gè)工作過程的控 制是由單片機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的，由單片機(jī)、穩(wěn)壓電源、信號(hào)檢測(cè)模塊、振 蕩器、蜂鳴器、智能洗衣機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3 功能鍵、顯示電路、驅(qū)動(dòng)電路等組成。 智能洗衣機(jī)的設(shè)計(jì)方案 1． 洗衣機(jī)控制面板 本次設(shè) 計(jì)的智能洗衣機(jī)定義為基于模糊控制的微電腦程控 式套桶波輪型洗衣機(jī)。 按鍵部分包括了三個(gè)按鍵：電源鍵、程序鍵、啟動(dòng) /暫停鍵。 （ 2） 程序健：選擇工作模式。 顯示部分由一個(gè)發(fā)光二極管和一個(gè) LCD12864 液晶顯示器組成 ，其中 發(fā)光二極管指示電源是否接通 ， 液晶顯示器顯示洗滌模式 、 洗滌狀態(tài) 及剩余時(shí)間 。智能檢測(cè)利用了模糊控制原理，根據(jù)各 類傳感器提供的洗滌物狀態(tài)和 洗衣機(jī)運(yùn)行 參數(shù)進(jìn)行模 糊推理。 3． 智能洗衣機(jī)工作流程 人工放入待洗衣物和洗滌劑后，接通電源，選擇好洗滌模式，按下 “啟動(dòng) /暫停 ”鍵。 首先波輪正轉(zhuǎn) 3s，斷電，初步確定水位。繼續(xù)進(jìn)水至已確定的水位，波輪轉(zhuǎn)動(dòng) 15s，斷電，進(jìn)行布質(zhì)分析判斷 ，溫度檢測(cè)。 洗滌有三種模式：標(biāo)準(zhǔn)洗滌模式、快速洗滌模式、脫水模式。洗滌完畢，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，接通排水閥電機(jī)，打開排水閥，開始排水。電機(jī)通電，進(jìn)行脫水。打開進(jìn)水閥，進(jìn)水至規(guī)定水位，起動(dòng)電機(jī)，進(jìn)行衣物的漂洗。漂洗結(jié)束之后，進(jìn)行最后的脫水程序。 （ 2） 快速洗滌模式：電機(jī)正反轉(zhuǎn)對(duì)衣物進(jìn)行洗滌，至預(yù)約時(shí)間，進(jìn)入漂洗程序。脫水完畢，蜂鳴器提示洗滌結(jié)束，軟件切斷電源。 智能洗衣機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 5 2 系統(tǒng)概述 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)介紹 如圖 1 所示為智能洗衣機(jī) 控制系統(tǒng) 的結(jié)構(gòu)框圖。外圍電路包括電源電路，振蕩電路，復(fù)位電路，驅(qū)動(dòng)電路，蜂鳴器電路，負(fù)載傳感器模塊，水位傳感器模塊，溫度傳感器模塊，濁度傳感器模塊， LCD 顯示模塊，鍵盤輸入模塊等。 220V 市電先經(jīng)變壓器降壓，然后經(jīng)過二極管橋式整流，電容濾波后送入集成穩(wěn)壓器進(jìn)行穩(wěn)壓，然后 將 穩(wěn)定的直流電壓 輸送給 智能洗衣機(jī)控制 系統(tǒng) 電路的 其他用電模塊 。本設(shè)計(jì)中采用的驅(qū)動(dòng)電路由光電耦合器 MOC3041 和大功率晶閘管構(gòu)成。 單片機(jī)將控制信號(hào)傳遞給 MOC3041 的輸入端，經(jīng)MOC3041 的輸出 端 來控制大功率晶閘管的控制端， 從而 由大功率晶閘管來控制相應(yīng)的負(fù)載。 （ 3） 傳感器模塊 傳感器模塊包括溫度傳感器模塊，水位 傳感器模塊，負(fù)載傳感器模塊和濁度傳感器模塊。實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)對(duì)特定信 號(hào)的檢測(cè)，使 洗衣機(jī)得以實(shí)現(xiàn)智能控制 。由于本次設(shè)計(jì)力求使洗衣機(jī)使用更為簡(jiǎn)單，高度實(shí)現(xiàn)智能化，鍵盤按鍵僅有兩個(gè)，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，采用獨(dú)立鍵盤形式。 主要芯片及元器件介紹 1． AT89C52 單片機(jī) 本設(shè)計(jì)采用的主控芯片為 AT89C52 單片機(jī)。 AT89C52 單片機(jī)存儲(chǔ)器采用哈佛結(jié)構(gòu)，程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間是相互獨(dú)立，分別是含有 8K 可反復(fù)擦寫的 Flash 只讀程序存儲(chǔ)器和 256B 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，兩種存儲(chǔ)器都有各自獨(dú)立的尋址方式和尋址空間。 AT89C52 單片機(jī)共 40 個(gè)引腳，有32 個(gè)雙向輸入 /輸出（ I/O）端口，內(nèi)含 2 個(gè)外部中斷口， 3 個(gè) 16 位可編程定時(shí) /計(jì)數(shù)器 ， 2 個(gè)全雙工串行通信口， 2 個(gè)讀寫口線。 當(dāng)使用片內(nèi)振蕩器時(shí)，此引腳接微調(diào)電容和石英晶體；當(dāng)采用外接時(shí)鐘源時(shí)，引腳接振蕩器信號(hào)。 當(dāng)使用片內(nèi)振蕩器時(shí)，和 Pin 19 的接法一樣；當(dāng)采用外部時(shí)鐘源時(shí)，此引腳懸空 。Vpp 為第二引腳功能，當(dāng)對(duì)片內(nèi) Flash進(jìn)行編程時(shí)，此引腳接入編程電壓。若訪問外部程序存儲(chǔ)器（ ROM）和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ RAM）， ALE 將用于鎖存低 8 位的地址。此外，可通過對(duì)特殊功能寄存器（ SFR）中的 8EH 單元的 D0 位置位，可以禁止 ALE 操作。 智能洗衣機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 8 PSEN(Pin29)：外部存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)，當(dāng)為低電平時(shí)外部存儲(chǔ)器讀選通。 （ 4）可編程輸入 /輸出引腳（ 32 根） AT89C52 單片機(jī)有 4 組 8 位的可編程 I/O 口，分別位 P0、 P P P3 口，每個(gè)口有 8 位（ 8 根引腳），共 32 根。 P0 口是一個(gè)漏極開路的 I/O 口。當(dāng)對(duì) 某個(gè) P0 端口寫入 “ 1” 時(shí) ，該引腳可以用作高阻抗輸入。在這種模式下， P0 不需要外加上拉電阻。 P1 口（ ～ ）： 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口線。若對(duì) P1 口寫入 “ 1” 的時(shí)候，內(nèi)部上拉電阻就會(huì)把端口拉高，此時(shí)可以用作輸入 口。此外， 和 分別可以作定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 2 的外部計(jì)數(shù)輸入和定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 2 的觸發(fā)輸入。 P2 輸出緩沖器能夠驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) TTL負(fù)載 。當(dāng)作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳因?yàn)槠鋬?nèi)部電阻，將會(huì)輸出電流。此時(shí)， P2 口利用內(nèi)部上拉 發(fā)送 “ 1” 。在 Flash編程或者校驗(yàn)時(shí)， P2 口也用于接收高 8 位地址和某些控制信號(hào)。 P3 口其內(nèi)部具有上拉電阻， P2口輸出緩沖器能夠驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) TTL 負(fù)載 。當(dāng)作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳因?yàn)槠鋬?nèi)部電阻，將會(huì)輸出電流。 智能洗衣機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 9 表 1 P3口第二功能引腳圖 引腳 第二功能 說明 RXD 串行輸入口 TXD 串行輸出口 INT0 外中斷 0 INT1 外中斷 1 T0 定時(shí) /計(jì)數(shù)器 0 T1 定時(shí) /計(jì)數(shù)器 1 WR 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通 RD 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通 2． 點(diǎn)陣型 LCD2864 簡(jiǎn)介 12864 是一種圖形點(diǎn)陣液晶顯示器 ， 它主要由行驅(qū)動(dòng)器 /列驅(qū)動(dòng)器及 12864 全點(diǎn)陣液晶顯示器組成。 表 2 為 12864 的引腳功能表。 12864 液晶顯示模塊（即 KS0108B 及其兼容控制驅(qū)動(dòng)器）的指令系統(tǒng)比較簡(jiǎn)單，總共只有七種?？梢詼y(cè)得電動(dòng)機(jī)在不同階段的反電動(dòng)勢(shì) .應(yīng)用于洗衣機(jī)中可以通過模糊推論得出布量和布質(zhì)的信息 .其電路 示意 圖如圖 3 所示： 圖 3 負(fù)載傳感器電路 示意 圖 起動(dòng)主電機(jī)旋轉(zhuǎn)，等電機(jī)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定后切斷電源，主電機(jī)由于 慣性繼續(xù) 轉(zhuǎn) 動(dòng) 直到停止 .在主電機(jī)斷電慣性旋轉(zhuǎn)時(shí) ， 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 .如果負(fù)載較大主電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)的時(shí)間就長(zhǎng)，如果負(fù)載較小則主電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)的時(shí)間就相對(duì)較短。 4． 溫度傳感器 DS18B20 溫度 傳感器是美國(guó) DALLAS 公司生產(chǎn)的一款超小體積，超低硬件開銷的溫度傳感器。它可以提供 9 位 (二進(jìn)制 )溫度讀數(shù)，指示器件的溫度信息經(jīng)過單線接口送入 DSl8B20或從 DSl8B20 送出，因此從主機(jī) CPU 到 DSl8B20 僅需一條線 (和地線 )，不需要用戶自行去進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。 整形脈沖 時(shí)間 斷電后 電機(jī)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定 整形脈沖 時(shí)間 斷電后 電機(jī)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定 智能洗衣機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 12 圖 5 DS18B20 DS18B20 共三個(gè)引腳，引腳 1 接電壓地，引腳 2 接單數(shù)據(jù)總線，引腳 3 接高電平電源。如圖 6 所示是諧振式水位傳感器的結(jié)構(gòu)圖。由于氣室上面是封閉的，與水位 H 成正比的氣壓被傳到隔膜上。導(dǎo)板 中心有導(dǎo)向軸，受外殼的支撐點(diǎn)限位，使導(dǎo)板上下平行移動(dòng)，不致偏移。該電感與電容組成三點(diǎn)式振蕩電路，振蕩的固有頻率隨水位的變化而變化，因此我們只要測(cè)得振蕩頻率就可以測(cè)知水位。由圖可以看出諧振式水們傳感器的輸出特性曲線基本上呈線性變化。調(diào)試后的水位傳感器的測(cè)量氣壓的范圍為 0～ ， 電感的變化范圍為 ～ 。 圖 7 水位與振蕩頻率的對(duì)應(yīng)關(guān)系圖 6． 濁度傳感器 TS 濁度傳感器是 GE 公司專門為了用于家電產(chǎn)品中的檢測(cè)水濁度的低成本傳感智能洗衣機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 14 器，主要用于洗衣機(jī)、洗碗機(jī)等產(chǎn)品的水污濁程度的測(cè)量。 TS 濁度傳感器采用一定的紅外發(fā)光二極管 作為檢測(cè)光源，穿透洗滌劑，檢測(cè)其透光強(qiáng)度。光接收端把透過的光強(qiáng)度轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的電流大小 ， 透過的光多 ， 電流大 ， 反之透過的光少 ， 電流小。其原理圖如圖 8 所示： 濁度電流信號(hào)經(jīng)過電阻 R1 轉(zhuǎn)換為 0 V～ 5 V 電壓信號(hào) ， 利用 A/D 轉(zhuǎn)換器進(jìn)行采樣處理 ， 單片機(jī)就可以獲知當(dāng)前水的污濁度。從集成穩(wěn)壓器 7815輸出端輸出的 15V電壓直接用于給 V/F轉(zhuǎn)換器供電，從集成穩(wěn)壓器 7805輸出端輸出的 5V電壓用于給其他直流低壓部分提供電源。 圖 10 溫度檢測(cè)電 路 水位檢測(cè)電路 如圖 11所示為水位檢測(cè)電路。電容 C C3選用 。 L、 C C3組成的諧振電路與數(shù)字反向器 7404連接輸出標(biāo)準(zhǔn)方波，隨著水位的變化，諧振頻率作相應(yīng)的 改變。濁度傳感器輸出端 Q的電壓信號(hào)送到壓頻轉(zhuǎn)換 LMX31的 7號(hào)引腳， LMX31將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成頻率信號(hào)經(jīng) 3號(hào)引腳送入到單片機(jī)中進(jìn)行運(yùn)算，從而判斷出洗滌劑的濁度及其變化率。通過使用 LCD12864可以實(shí)現(xiàn)本設(shè)計(jì)所需要的顯示效果。 RS、 RW、 EN為智能洗衣機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 17 LCD與單片機(jī)之間的讀寫控制信號(hào)，通過對(duì)其控制可以實(shí)現(xiàn)對(duì) LCD的讀寫控制。當(dāng) ， 9012截止，蜂鳴器不發(fā)生；當(dāng) ， 9012導(dǎo)通，蜂鳴器發(fā)出蜂鳴聲。如圖 15所示，獨(dú)立鍵盤共有兩個(gè)按鍵，其中一個(gè)按鍵用于選擇洗滌模式，另一個(gè)用于控制洗衣機(jī)的啟動(dòng)和暫停。 如圖 16所示，當(dāng) MOC3041的 2號(hào)引腳為高電平時(shí)， 5號(hào)和 6號(hào)引腳之間不導(dǎo)通，大功率晶閘管不導(dǎo)通，相應(yīng) 負(fù)載斷電；當(dāng) MOC3041的 2號(hào)引腳為低電平時(shí)，其 5號(hào)和 6號(hào)引腳之間導(dǎo)通，大功率晶閘管導(dǎo)通，相應(yīng)的負(fù)載處于啟動(dòng)狀態(tài)，驅(qū)動(dòng)負(fù)載工作。其電路圖如圖 17智能洗衣機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 19 所示。 圖 17 負(fù)載檢測(cè)電路圖 智能洗衣機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 20 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 智能洗衣機(jī)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù) 1． 布質(zhì)布量 及濁度 的檢測(cè) （ 1） 布量檢測(cè) 洗衣機(jī)的額定洗凈率是按額定容量設(shè)計(jì)的。 根據(jù)模糊控制的要求 ， 我們專門研究了衣物量變化時(shí) ， 洗凈率與水位、 洗滌時(shí)間的關(guān)系。由于衣物的阻尼作用 ， 電機(jī)轉(zhuǎn)速迅速下降 ， 感應(yīng)電勢(shì)相應(yīng)衰減 ， 其衰減時(shí)間與衣物量成一定比例。 布量與整形脈沖數(shù)的關(guān)系如圖 18所示。對(duì)棉質(zhì)衣物 ， 由于污質(zhì)易 于滲入纖維里 ， 因此洗滌較為困難 ， 同時(shí) ， 棉質(zhì)衣物易于吸水變沉 ， 使衣物在洗滌過程中翻滾困難。因此 ， 對(duì)于不同衣質(zhì)類型其洗滌方式有所不同。 圖 19 棉質(zhì)衣物和化纖衣物的阻尼特性 從圖中可以看出 ， 當(dāng)衣物是化纖時(shí) ， 兩種測(cè)定過程中得到的脈沖數(shù)差值較小 ， 而衣物是棉質(zhì)時(shí) ， 兩種測(cè)定過程中得到的脈沖數(shù) 差值較大。圖 20為洗滌過程中 ， 紅外光電傳感器透光率的變化曲線。 臟污程度較輕的 ， 在洗滌一段時(shí)間后 ， 透光率變化較小。對(duì)于油污性質(zhì)的臟污 ， 由于其溶解速度慢 ， 因而透光率的變化率較小 。因此 ， 可通過檢測(cè)紅外光電傳感透光率變化的絕對(duì)量和相對(duì)量 ， 檢測(cè)衣物的臟污程度和臟污性質(zhì)。此時(shí)洗滌劑較為平靜，水中氣泡揮發(fā)氣泡的影響較小，污濁度檢測(cè)的誤差較小。 圖 20 臟污洗滌時(shí)間與透光率的關(guān)系 對(duì)濁度傳感器