【正文】 附錄一：設計實物照片 .................................................. 48 附錄二：電路圖 ........................................................ 49 1 前 言 洗衣機使人們告別了搓衣板，洗衣棒的手工洗衣 時代，但是最初的洗衣機的自動化程度并不高，洗衣的幾個過程仍需要人工來進行切換。本系統(tǒng)還利用凌陽 SPCE061A 出色的語音功能，對洗衣機進行報警與提示。顯示電路和 電機正反轉(zhuǎn)電路 等。洗滌程序是通過模糊推理得到的，故能達到好的洗滌效果。1 全自動洗衣機控制器的設計 摘 要 基于模糊控制的全自動洗衣機控制器自動控制系統(tǒng) ,是 以 新一代凌陽 16位單片機SPCE061A為核心 ， 可以實現(xiàn)洗衣機的智能控制 ,提高洗衣質(zhì)量 ,節(jié)約能源。 全自動洗衣機是一種全新的家用電器，能夠自動檢測到衣物的重量和臟污程度，自動決定進水量，從而能自動完成洗衣過程。 本次硬件 設計制作了單片機的接口和外圍硬件電路，其中包括 洗衣機狀態(tài)檢測模塊 。 以及軟件 程序的編寫 ，其中 包括主程序，檢測子程序，電機正反轉(zhuǎn) 子程序等。 最后是我們的聯(lián)機調(diào)試，有軟硬件配合完成整個系統(tǒng)的基本功能。隨著技術的發(fā)展，作為洗衣機核心的電機驅(qū)動技術有了長足的發(fā)展，洗衣機也由最初的洗滌、脫水過程的手工切換發(fā)展到半自動半手工切換，再發(fā)展到了現(xiàn)在的全自動洗衣機。目前，絕大多數(shù)洗衣機的電機驅(qū)動系統(tǒng)引入了微處理器。洗衣機生產(chǎn)行業(yè)通過對微處理進行編程，實現(xiàn)洗滌、脫水模式的多樣化，滿足用戶洗滌不同衣質(zhì)、不同污臟程度的衣物。同時，人們在原來洗衣方式的基礎上，通過優(yōu)化洗衣機的結構，再與電機驅(qū)動相配合，來實現(xiàn)對洗衣機內(nèi)部水流的控制，從而使洗滌更徹底。它有助于我國將模糊控制理論引入家用電器領域 , 為我國家用電器智能化開拓思路。開始對該產(chǎn)品進行設計開發(fā)，由第四章開始進行 硬件 介紹，設計及調(diào)試分章進行闡述。之后開始硬件電路的設計，主電路和外圍電路采用獨立設計。 總體設計完成后進行組裝，分模塊進行調(diào)試：指示燈和 語音 模塊調(diào)試、模數(shù)轉(zhuǎn)化模塊調(diào)試、外設控制模塊調(diào)試以及程序的調(diào)試。最后運行 成功。 2 第 1 章 概述 設計背景 隨著人民生活水平的提高 , 人們需要更高水平的洗衣機。人們只需要把衣物放人機內(nèi)。也就是 , 把人們在每次洗衣時按洗衣量選擇水位 , 洗滌時間等煩瑣工作中徹底解放出來。用戶只需要投入衣物 , 按下啟動按鈕 , 則一切由洗衣機自動完成因此 , 模糊智能型全自動洗衣機是目前自動化程序最好的洗衣機。模糊控制中的模糊量描述是以模糊集合為基礎的 ,模糊控制的核心在于模糊控制器。模糊洗衣機則是應用模糊控制器代替人腦來 “ 分析 ”“ 判斷 ” 。 模糊控制洗衣機通常采用如下的傳感器來進行信息量的攝?。? 水位傳感器：根據(jù)洗滌物的多少自動感知，設定并自動控制用水量。 水溫傳感器：可以根據(jù) 環(huán)境溫度和水溫，自動決定洗滌時間。 這幾個傳感器收集到的信息，經(jīng)過微電腦綜合判定后，便自動選擇出最適當?shù)乃?位位、洗滌時間和洗衣動作等工作參數(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。 技術總是不停向前發(fā)展的，洗衣機也向著幾個明顯的方向發(fā)展。傳統(tǒng)的洗衣機只按進水→漂洗→出水→甩干這幾個工作過程進行合理組合工作。洗衣機智能化技術有賴于微處理器和傳感器的發(fā)展。不可再生能源日益減少和人類對能源要求量日益增加的矛盾，決定了節(jié)能成為整個社會活動的趨勢。高效節(jié)能已經(jīng)成為洗衣機行業(yè)發(fā)展必然的趨勢。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。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)量的一個負面因素。 全自動洗衣機設計思路 模糊洗衣機之所以能模仿人的智能 ,主要是靠多種傳感器感知收集各種信息數(shù)據(jù)。有自動檢測衣料重量、衣物渾濁度的傳感器 ,以此自動選擇相 應的洗滌程序。有自動感知衣物臟污程度、漂洗渾濁度的光電傳感器 ,來確定水溫高低、洗滌時間和漂洗遍數(shù)。 傳感器將各種感知收集的信息數(shù)據(jù) ,輸入模糊控制芯片進行綜合處理判斷后 ,發(fā)出指令 ,指揮洗衣機自動選擇相應的洗滌程序 ,并能根據(jù)洗衣中隨時變化的因素進行相應調(diào)整 ,以達到最佳洗滌效果。而模糊洗衣機 則不然 ,它通過紅外光電傳感器 ,根據(jù)水質(zhì)的渾濁度 ,來感知檢查衣料的漂洗干凈度。 首先，我們將設計的洗衣機硬件部分分為五大模塊進行設計，主要分以下五大模塊： （ 1）電源模塊 將 AC— 220V的交流電轉(zhuǎn)換成實驗用的 DC— 5V直流電，給單片機供電； （ 2）檢測模塊：檢測部分主要由各傳感器和 A/D 轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)，其又分為：衣物重量，衣物污度檢測，水位檢測。傳感器將檢測的數(shù)據(jù)信息傳入到控制器中，在控制器中經(jīng)過分析處理， CPU將得到數(shù)據(jù)與標準數(shù)據(jù)進行比較，得出控制結果，如：加水量、洗滌時間等，并將處理的結果輸出至執(zhí)行器動作； （ 4）洗滌模塊：洗滌部分主要由機械部分電動機以及驅(qū)動電機電路構成，通過 CPU控制的電機正反轉(zhuǎn)以及轉(zhuǎn)速完成各種洗滌動作； （ 5）語音模塊：語音部分主要是一個小的揚聲器，通過 CPU 的控制，報告洗滌的進程； （ 6）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，用來顯示洗滌的時間以及洗滌的工序。其中模糊控制器的設計是關鍵環(huán)節(jié)，采用傳感器檢測洗衣過程必需的物理量，進入模糊控制器，通過模糊推理，實現(xiàn)對洗衣機自動識別衣量，自動識別骯臟程度，自動決定水量功能的控制。硬件結構框圖及軟件流程圖 是該系統(tǒng)的重要組成部分 ,在整個控制過程中 ,模糊控制軟件起了決定性的作用。因此，即人們只需輕輕一按洗衣機的啟動鍵，余下的事就都由洗衣機自動完成了 。 洗衣機的模糊控制關系是一個多輸入、多輸出的控制系統(tǒng)。輸出變量有洗滌時間、脫水時間、漂洗方式等。 （ 2）根據(jù)洗滌過程中的渾濁度信息修正實際的洗滌時間的長短和漂洗次數(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到，并放大經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后送入單片機的輸入端口，控制器根據(jù)模糊推理規(guī)則確定進水量，洗滌時間等。 我們根據(jù)它的工作原理，給出了 硬件結構框圖 。 圖 系統(tǒng)硬件設計框圖 SPCE061A 水位傳感器 渾濁度傳感器 重量傳感器 電機驅(qū)動電路 電機正轉(zhuǎn) 電機反轉(zhuǎn) 指示燈與 LED 數(shù)碼管顯示 電路 語音報警電路 6 第 2 章 SPCE061A 的介紹 單片機的選擇 本題目是設計全自動洗衣機的控制器，它主要采用單片機 ,由重量傳感器、水位傳感器、混濁度傳感器送來的推理參數(shù)信號被送到控制器的輸入端口 ,控制器根據(jù)模糊推理規(guī)則確定進水量、洗滌時間等。但是 89C51需外接模數(shù)轉(zhuǎn)換器來滿足 數(shù)據(jù)采樣。另外， 51單片機需要用仿真器來實現(xiàn)軟硬件調(diào)試，較為繁瑣。另外，比較方便的是該芯片內(nèi)置在線仿真、編程接口，可以方便實現(xiàn)在線調(diào)試，這大大加快了系統(tǒng)的開發(fā)與調(diào)試。第二種方案的設計比較完善 ，由于SPCE061A 單片機 的許多優(yōu)點，可以節(jié)省許多時間與資金，我們決定采用第二種方案。 隨著單片機功能集成化的發(fā)展，其應用領域也逐漸地由傳統(tǒng)的控制，擴展為控制處理數(shù)據(jù)處理以及數(shù)字信號處理， DSP（ Digital Signal Processing）等領域。她的 CPU 內(nèi)核采用凌陽最新推出的Microcontroller and Signal Processor 16 位微機處理器芯片，以下簡稱amp?！痭SP 。micro。micro。micro。采用的是模塊式集成結構，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部件。micro。除此之外的其它功能模塊均為可選結構。 amp?！痭SP 家族有有以下特點：體積小 ，集成度高，可靠性好易于擴展。micro。內(nèi)部采用總線結構，因為減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，模塊化的結構易于系列的擴展，以適應不同用戶的需求。 μ’nSPTM 家族的中斷系統(tǒng)支持 10個中斷向量及 10余個中斷源，適合實時應用領域。功能強、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，并且其指令結構提供了對高級語言的支持，這可以大大縮短產(chǎn)品的開發(fā)時間。 圖 u’ n SP家族的模塊式結構 8 μ ’nSP ?內(nèi)核是一個通用的核結構。借助這種通用結構附加可選結構的積木式的構成，便可形成各種不同系列派生產(chǎn)品，以適合不同的應用場合。 凌陽 16 位單片機主要的優(yōu)點有： 1）高 性能價格比： 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。 2） 功能強、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 ,并且其指令結構提供了對高級語言的支持 ,這可以大大縮短產(chǎn)品的開發(fā)時間。 16 位 μ39。 工作電壓：內(nèi)核工作電壓 VDD 為 ~(CPU)， IO 口工作電壓 VDDH 為VDD~(I/O)； 內(nèi)置 2K 字 SRAM； 可編程音頻處理； 系統(tǒng)處于備用狀態(tài)下 (時鐘處于停止狀態(tài) )，耗電小于 ； 2 個 10 位 DAC(數(shù) 模轉(zhuǎn)換 )輸出通道； 9 14 個中斷源可來自定時器 A / B，時基， 2 個外部時鐘源輸入， 鍵喚醒； 使用凌陽音頻編碼 SACM_S240 方式 ( 位 /秒 )，能容納 210 秒的語音數(shù)據(jù)； 32768Hz 實時時鐘； 聲音模 數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入通道內(nèi)置麥克風 放大器 和自動增益控制 (AGC)功能； 低 電壓復位 (LVR)功和低電壓監(jiān)測 (LVD)功能； 另外 ， 凌陽十六位單片機具有易學易用的效率較高的一套指令系統(tǒng)和集成開發(fā)環(huán)境。 在此環(huán)境中， 不僅可以 支持標準 C 語言 和匯編語言 ，可以實現(xiàn) C 語言與凌陽匯編語言的互相調(diào)用為軟件開發(fā)提供了方便的條件。 圖 管腳排列圖 PLCC84 封裝 11 SPCE061A 的 各個管腳介紹如表 所示： 表 管腳名稱 號 類型 描述 IOA[15:8] 46~39 輸入輸出 IOA[15:8]：雙向 IO端口 IOA[7:0] 34~27 輸入輸出 IOA[7:0]： 通過編程，可設置成喚醒管腳 IOA[6:0]：與 ADC Line_In輸入共用 IOB[15:1] 50~54 輸入輸出 IOB[15:11] ：雙向 IO端口。用戶慎重使用。輸入端口負責從外界接收檢測信號、鍵盤信號等各種開關量信號。 u’ nSP? 內(nèi)有并行和串行兩種方式的 I/O 口。 SPCE061A 有兩個 16 位的通用并行口： A口和 B 口。 SPCE061A 提供了 32 位控制結構的 I/O 端口，每一位都可以單獨用于數(shù)據(jù)輸入或輸出。例如，假設需 要 I/O 口是帶 下拉輸入引腳，則相對應的 Data、Attribution 和 Direction 的值均被設為 ―0‖。與其它的單片機相比， SPCE061A除了每個 I/O 口可以單獨定義其狀態(tài)外，每個對應狀態(tài)下的 I/O 口是 端口性質(zhì)電路都是13 內(nèi)置的，在實際的電路中不需要再外接。 A 口和 B 口的 Data、 Attribution 和 Direction 的設定值均在不同的寄存器里，用戶在進行 端口設置時要特別注意這一點。它 是以凌陽 16 位單片機 SPCE061A 為核心的精簡開發(fā)－仿真－實驗板，大小相當于一張撲克牌，是 凌陽科技大學計劃 專為大學生、 電子 愛好者等進行電子實習、課程設計、畢業(yè)設計、電子制作及電子競賽所設計的，也可作為單片機項目初期研發(fā)使用。 主要模塊有16 音頻電路（包含 MIC 輸入、 DAC 音頻功放輸出）模塊； I/O 端口接口 模塊； 它既是一個編程器（即程序燒寫器），又是一個實時在線調(diào)試器 。它利用了 SPCE061A 片內(nèi)置的在線仿真電路 ICE（ In Circuit Emulator）接口和凌陽公司的在線串行編程技術。 PROBE 的另一頭是標準 25 針打印機接口，直接連接到計算機打印口與上位機通訊，在計算機 IDE 集成開發(fā)環(huán)境軟件 包下，完成在線調(diào)試功能。 17 圖 Pc機、 probe以及目標板 圖 實物連接圖18 第 3 章 模糊控制在全自動洗衣機中的應用研究 3． 1 模糊控制的基本知識 在傳統(tǒng)的控制領域里，控制系統(tǒng)動態(tài)模式的精確與否是影響控制優(yōu)劣的 關鍵，系統(tǒng)動態(tài)的信息越詳細，則越能達到精確控制的目的。換言之，傳統(tǒng) 的控制理論對于明確系統(tǒng)有強而有力的控制能力，但對于過于復雜或難以精確 描述的系統(tǒng)，則顯得無