【正文】 ....................................55附錄三 實(shí)物圖 ............................................................56 6第 1 章 概述 洗衣機(jī)控制器設(shè)計(jì)思想簡(jiǎn)介 傳統(tǒng)的全自動(dòng)洗衣機(jī)有 2 種: 一種是機(jī)械控制式,一種是程序控制式。所以控制簡(jiǎn)單而且功能完善的家用電器就越來越受歡迎。模糊控制在電器上的應(yīng)用在世界范圍內(nèi)得到普遍重視。智能化。而智能洗衣機(jī)除了實(shí)現(xiàn)上述的功能之外，還能對(duì)洗滌衣物的衣質(zhì)、衣量、衣物的污臟性質(zhì)以及污濁度進(jìn)行識(shí)別，并根據(jù)具體的情況選擇合適的洗滌劑、水量和水流狀態(tài)進(jìn)行有針對(duì)性的洗滌。高效節(jié)能。對(duì)于洗衣機(jī)行業(yè)來說，要在保證洗凈度的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)省電、節(jié)水。靜音。減少噪音污染對(duì)提高生活質(zhì)量具有相當(dāng)?shù)闹匾?。所以，靜音洗衣機(jī)也是洗衣機(jī)行業(yè)發(fā)展的一個(gè)必然趨勢(shì)。 設(shè)計(jì)中是采用凌陽(yáng) spce061a單片機(jī)作為核心控制芯片，利用其外圍電路接口IOA，IOB 口來控制外設(shè)電路。當(dāng)洗衣結(jié)束時(shí)利用凌陽(yáng)單片機(jī)的語(yǔ)音功能報(bào)警。在洗滌衣物過程中, 衣物7的多少, 衣物的濁污程度等都是模糊量, 所以首先做大量的實(shí)驗(yàn), 總結(jié)出人為洗滌方式, 從而形成模糊控制規(guī)則。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、排水等所有功能。其各部分檢測(cè)結(jié)果通過 A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)入單片機(jī) CPU中進(jìn)行處理分析；由于實(shí)驗(yàn)條件影響，在設(shè)計(jì)模擬中我們用電位器來代替重量傳感器和渾濁度傳感器改變輸入量的輸入值；⑵控制模塊：控制部分是整個(gè)智能洗衣機(jī)的關(guān)鍵部分，由單片機(jī)承擔(dān)處理工作。 軟件設(shè)計(jì)在軟件設(shè)計(jì)上，我們根據(jù)硬件電路進(jìn)行了編寫，初始化后進(jìn)行調(diào)用檢測(cè)模糊控制子程序，檢測(cè)完畢后依次進(jìn)行調(diào)用進(jìn)水，洗滌，排水，漂洗，排水，脫水，報(bào)警子程序。8 第 2 章 單片機(jī)簡(jiǎn)介及應(yīng)用 凌陽(yáng)單片機(jī)簡(jiǎn)介隨著單片機(jī)功能集成化的發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域也逐漸地由傳統(tǒng)的控制，擴(kuò)展為控制處理數(shù)據(jù)處理以及數(shù)字信號(hào)處理，DSP（ Digital Signal Processing）等領(lǐng)域。她的 CPU內(nèi)核采用凌陽(yáng)最新推出的Microcontroller and Signal Processor 16位微機(jī)處理器芯片，以下簡(jiǎn)稱amp?！痭SP 。micro。micro。micro。采用的是模塊式集成結(jié)構(gòu)，它以amp?！痭SP 內(nèi)核為中心集成不同規(guī)模的ROM PAM和功能豐富的各種外設(shè)部件。micro。除此之外的其它功能模塊均為可選結(jié)構(gòu)。amp。’nSP 家族有有以下特點(diǎn)：體積小 ，集成度高，可靠性好易于擴(kuò)展。micro。內(nèi)部采用總線結(jié)構(gòu)，因?yàn)闇p少了各功能部件之間的連接，提高了其可靠性和抗干擾能力，另外，模塊化的結(jié)構(gòu)易于系列的擴(kuò)展，以適應(yīng)不同用戶的需求。μ’nSPTM 家族的中斷系統(tǒng)支持10個(gè)中斷向量及 10余個(gè)中斷源，適合實(shí)時(shí)應(yīng)用領(lǐng)域。功能強(qiáng)、效率高的指令系統(tǒng)：μ’nSPTM 的指令系統(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)品的開發(fā)時(shí)間。9圖 u’n SP家族的模塊式結(jié)構(gòu) μ’nSP?內(nèi)核是一個(gè)通用的核結(jié)構(gòu)。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，便可形成各種不同系列派生產(chǎn)品，以適合不同的應(yīng)用場(chǎng)合。 μ’nSP?家族的特點(diǎn)傳 體積小、集成度高、可靠性好且易于擴(kuò)展 μ’nSP?家族把各功能部件模塊化地集成在一個(gè)芯片里，內(nèi)部采用總線結(jié)構(gòu)，因而減少了各功能部件之間的連線，提高了其可靠性和抗干擾能力。 傳 具有較強(qiáng)的中斷處理能力 μ’nSP?家族的中斷系統(tǒng)支持 10個(gè)中斷向量及 10余個(gè)中斷源，適合實(shí)時(shí)應(yīng)用領(lǐng)域。另外，μ’nSP?的指令系統(tǒng)提供具有較高運(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)用增添了 DSP功能，使得 μ’nSP?家族運(yùn)用在復(fù)雜的數(shù)字信號(hào)處理方面10既很便利，又比專用的 DSP芯片廉價(jià)。 傳 低功耗、低電壓 μ’nSP?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。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。與 SPCE500A不同的是，在存儲(chǔ)器資源方面考慮到用戶的較少資源的需求以及便于程序調(diào)試等功能，SPCE061A 里只內(nèi)嵌 32K字的閃存（FLASH） 。因此，與 SPCE500A相比，以 μ’nSP?為核心的 SPCE061A微控制器是適用于數(shù)字語(yǔ)音識(shí)別應(yīng)用領(lǐng)域產(chǎn)品的一種最經(jīng)濟(jì)的選擇。傳 系統(tǒng)處于備用狀態(tài)下(時(shí)鐘處于停止?fàn)顟B(tài))，耗電僅為 ； 傳 2個(gè) 16位可編程定時(shí)器/計(jì)數(shù)器(可自動(dòng)預(yù)置初始計(jì)數(shù)值 )； 傳 2個(gè) 10位 DAC(數(shù)模轉(zhuǎn)換)輸出通道； 傳 32位通用可編程輸入/輸出端口； 11傳 14個(gè)中斷源可來自定時(shí)器 A / B，時(shí)基，2 個(gè)外部時(shí)鐘源輸入，鍵喚醒； ? 具備觸鍵喚醒的功能； ? 使用凌陽(yáng)音頻編碼 SACM_S240方式( 位/秒)，能容納 210秒的語(yǔ)音數(shù)據(jù)； ? 鎖相環(huán) PLL振蕩器提供系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)； ? 32768Hz實(shí)時(shí)時(shí)鐘； ? 7通道 10位電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)和單通道聲音模數(shù)轉(zhuǎn)換器； ? 聲音模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入通道內(nèi)置麥克風(fēng)放大器和自動(dòng)增益控制(AGC)功能； ? 具備串行設(shè)備接口； ? 具有低電壓復(fù)位(LVR)功能和低電壓監(jiān)測(cè)(LVD)功能； ? 內(nèi)置在線仿真電路 ICE（In Circuit Emulator）接口； ? 具有保密能力； ? 具有 WatchDog功能。其它不用的電源端和地端接上 的去藕電容提高抗干擾能力。輸入端口負(fù)責(zé)從外 界接收檢測(cè)信號(hào)、鍵盤信號(hào)等各種開關(guān)量信號(hào)。unSP 內(nèi)有并行和串行兩種方式的 I/O 口。這兩個(gè)口的每一位都可通過編程單獨(dú)定義成輸入 或輸出口。 在那些用電池供電、追求低能耗的應(yīng)用場(chǎng)合，可以應(yīng)用 CPU 的睡眠模式（通過軟件設(shè)置）以降 低功耗，需要時(shí)以按鍵來喚醒 CPU，使其進(jìn)入工作狀態(tài)。 圖 是 SPCE061A 的 I/O 端口結(jié)構(gòu)圖。例：設(shè)端口 A 口為帶下拉電阻的輸入口，在連接硬件時(shí)無(wú)需在片外接下拉電路。 通常，對(duì)某一位的設(shè)定包括以下 3 個(gè)基本項(xiàng)：數(shù)據(jù)向量 Data、屬性向量Attribution 和方向控制向 量 Direction。方向向量 Dir、屬性向量 Attrib 和數(shù)據(jù)向量 Data 分別代表三個(gè)控制口。 表 具體表示了如何通過對(duì) I/O 口位的方向向量位 Dir、屬性向量位 Attrib 以及數(shù)據(jù)向量位 Data 進(jìn)行編程，來設(shè)定口位的輸入/ 輸出狀態(tài)和方式。 Attrib 位決定了在口位的輸入狀態(tài)下是為懸浮式輸入還是非懸浮式輸入：即‘0’為帶上拉 或下拉電阻式輸入，而‘1’則為懸浮式輸入。 Data 位在口位的輸入狀態(tài)下被寫入時(shí)，與 Attrib 位組合在一起形成輸入方式的控制字‘00’ 、 ‘01’、 ‘10’、 ‘11’，以決定輸入口是帶喚醒功能的上拉電阻式、下拉電阻式或懸浮式以及 不帶喚醒功能的懸浮式輸入。15表 I/O端口的組合控制設(shè)置 中斷系統(tǒng)SPCE061A 單片機(jī)中斷系統(tǒng)，可以提供 14 個(gè)中斷源，具有兩個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)，可實(shí)現(xiàn)兩級(jí)中斷嵌套功能。每一個(gè)中斷源可以用軟件獨(dú)立控制為開或關(guān)中斷狀態(tài)，但中斷級(jí)別不可用軟件設(shè)置。 如下表 。1965 年美國(guó)加利福尼亞大學(xué)的自動(dòng)控制教授 于 1965 年首次提出“模糊集合”的概念，1974 年英國(guó)的Mamdani 首次將模糊邏輯應(yīng)用于蒸汽機(jī)的控制，自此模糊控制在工業(yè)過程、機(jī)器人、交通運(yùn)輸?shù)确矫娴玫搅藦V泛的應(yīng)用。模糊控17制理論是建立在模糊集合論基礎(chǔ)上的。模糊集合論的核心是對(duì)復(fù)雜的系統(tǒng)或過程建立一種語(yǔ)言分析的數(shù)學(xué)模式，是自然語(yǔ)言能直接轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)所能接受的算法語(yǔ)言。 模糊控制統(tǒng)與模糊控制器 模糊控制系統(tǒng)模糊控制系統(tǒng)是以模糊集合論、模糊語(yǔ)言變量及模糊邏輯推理為基礎(chǔ)的一種非線性系統(tǒng)。模糊控制系統(tǒng)主要有以下四個(gè)部分組成:(1)模糊控制器:它是模糊控制系統(tǒng)的核心，它是以模糊邏輯推理為主要組成部分，同時(shí)又具有模糊化和去模糊化功能的控制器，根據(jù)控制系統(tǒng)的需要，即可選用系統(tǒng)機(jī)，又可選用單板機(jī)或單片機(jī)。(3)廣義對(duì)象: 包括被控對(duì)象與執(zhí)行機(jī)構(gòu)，被控對(duì)象可以是線性的，也可以是非線性的、定?；驎r(shí)變的等多種情況。其基本工作原理是:微機(jī)經(jīng)中斷采樣獲取被控制量的精確值，然后將此量與給定值比較得到偏差信號(hào)。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。原理框圖如圖 圖 模糊控制系統(tǒng)的組成模糊控制過程可概括為下述 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：俊?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)。20 多年來，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。其結(jié)構(gòu)圖如圖 :19圖 常見模糊控制器結(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。因此目前廣泛應(yīng)用的是二維模糊控制器。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。2)將上述已經(jīng)處理過的輸入量進(jìn)行尺度變換，使其變化到各自的論域范圍。對(duì)于一個(gè)模糊輸入變量 e，其模糊子集通?？梢砸赃@種方式劃分:e:{負(fù)大，負(fù)中，負(fù)小，零，正小，正中，正大卜{NB，NM，NS，20，PS ，PM，PB}。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。在規(guī)則推理的模糊關(guān)系方程求解過程中，向模糊推理提供數(shù)據(jù)。通常由一系列的關(guān)系詞連接而成，如 if 一 then，else，also，end，or 等。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)。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)。另一種方式是通過向有經(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。可以通過記錄熟練操作人員的實(shí)際控制過程時(shí)的輸入輸出數(shù)據(jù)，并從中總結(jié)出模糊控制規(guī)則。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。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)。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。這里介紹前兩種常用算法。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。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。2)關(guān)系矩陣法設(shè)控制系統(tǒng)的控制規(guī)則為: If e= and △e= ， then u= 。 j=l，2，…，n。 △e 是偏iA差變化率， 是偏差變化率的語(yǔ)言變量值。則有模糊關(guān)系 R: ijijRABC??式中:i=1，2， …，m。運(yùn)算符 表示對(duì)模糊量求內(nèi)積。最后再用重心法對(duì) u 求精確值，即可得到最終控制量。模糊推理根據(jù)輸入模糊量，由模糊控制規(guī)則完成模糊推理來求解模糊關(guān)系方程，并獲得模糊控制量的功能部分。(4)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。清晰化的作用是將模糊推理得到的控制量(模糊量)變換為實(shí)際用于控制的清晰量。2)將表示在論域范圍的清晰量經(jīng)尺度變換變成實(shí)際的控制量。一下對(duì)這幾種方法簡(jiǎn)要介紹。它涵蓋和利用了模糊集合的所有信息，并根據(jù)隸屬度的不同而有所側(cè)重，但計(jì)算復(fù)雜，主要用于理論推導(dǎo)和實(shí)時(shí)性不強(qiáng)的場(chǎng)合。即，0max()v??V?當(dāng)取最大隸屬度對(duì)應(yīng)的輸出值多于一個(gè)時(shí)，一般取這些元素的平均值作為精確控制量。最大隸屬度法具有簡(jiǎn)單、方便、涉及的信息量少和容易實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)。3)加權(quán)平均法加權(quán)平均法的輸出值由下式?jīng)Q定: 10miivk??式中，系數(shù) 的選擇要根據(jù)實(shí)際情況確定，不同的權(quán)系數(shù)決定有不同的響應(yīng)特性。如果洗衣機(jī)操作人員的經(jīng)驗(yàn)不足不能掌握其正確的操作方法，就可能對(duì)洗衣機(jī)造成功能上的浪費(fèi)。它能夠完成除開啟電源、放取衣物之外的全部功能，并保證高質(zhì)量的洗滌效果。檢測(cè)功能是指通過一系列傳感器來檢測(cè)衣量、衣質(zhì)、臟污程度、臟污性質(zhì)等指標(biāo)；控制功能是指根據(jù)所檢測(cè)到的信息來決定洗滌水位、水流方式、洗滌劑投放量和洗滌時(shí)間等。由于洗衣過程的控制對(duì)象難以用精確的數(shù)學(xué)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。 工作原理通過幾個(gè)傳感器收集到的信息，包括衣物重量，水位，衣物的臟污程度等信息，經(jīng)過處理器綜合判定后，便自動(dòng)選擇出最適當(dāng)?shù)乃?、洗滌時(shí)間和洗衣動(dòng)作等工作參數(shù)，并按照衣物的大小及質(zhì)地等信息，執(zhí)行最佳洗滌程序。 因此我們確定了模糊控制器的輸入輸出量。輸入變量為渾濁度、重量、 、水位。為了使控制效果好, 設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單, 采用矛盾分析方法, 具體控制策略為: （1）根據(jù)衣物重量確定水位高低。 （3）根據(jù)洗滌過程中的渾濁度信息修正實(shí)際的洗滌時(shí)間的長(zhǎng)短和漂洗次數(shù)的多少。分別由水位傳感器，重量傳感器和渾濁度傳感器檢測(cè)到，并放大經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后送入單片機(jī)的輸入端口，控制器根據(jù)模糊推理規(guī)則確定進(jìn)水量，洗滌時(shí)間等。其各部分檢測(cè)結(jié)果通過 A/D