【正文】 圖 渾濁度傳感器的電路 圖 渾濁度程度 水位傳感器 水位檢測的精度直接影響洗凈度、水流強(qiáng)度、洗滌時間等參數(shù)。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 ,將被測物體的變化轉(zhuǎn)變?yōu)?LC參數(shù)的變化 ,最終以頻率參數(shù)輸出。由此引起諧振電路的固有頻率隨水位變化。 重慶科技學(xué)院高等教育自學(xué)考試本科畢業(yè)論文 2 全自動洗衣機(jī)自動控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計 5 圖 水位檢測電路 直流電機(jī) 我們采用 5v 的直流電機(jī)，它有兩根引出來的線，只要將一端接正另一端接負(fù)，就可以使電機(jī)轉(zhuǎn)起來，將兩根線反接，直流電機(jī)就可以反 過來轉(zhuǎn)動。我們采用橋式驅(qū)動電路。SPCE061A 的開發(fā)是通過在線調(diào)試器 PROBE 實現(xiàn)的。用它可以替代在單片機(jī)應(yīng)用項目的開發(fā)過程中常用的軟件工具 —— 硬件在線實時仿真器和程序燒寫器。 PROBE 工作于 凌陽 IDE 集成開發(fā)環(huán)境軟件包下，其芯片的仿真頭直接連接到目標(biāo)電路板上 SPCE061A 相應(yīng)管腳，直接在目標(biāo)電路板上的 CPUSPCE061A調(diào)試、運行用戶編制的程序。 另外 ， 凌陽十六位單片機(jī)具有易學(xué)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(biāo)準(zhǔn) 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。輸入端口負(fù)責(zé)從外界接收檢測信號、鍵盤信號等各種開關(guān)量信號。 u’ nSP?內(nèi)有重慶科技學(xué)院高等教育自學(xué)考試本科畢業(yè)論文 2 全自動洗衣機(jī)自動控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計 6 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(jié)構(gòu)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(shè)需 要 I/O 口是帶 下拉輸入引腳，則相對應(yīng)的 Data、 Attribution 和 Direction 的值均被設(shè)為 “0”。與其它的單片機(jī)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(yīng)狀態(tài)下的 I/O 口是 端口性質(zhì)電路都是內(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(shè)定值均在不同的寄存器里，用戶在進(jìn)行 端口設(shè)置時要特別注意這一點。其時鐘系統(tǒng)基本上由三部分組成：鎖相環(huán) PLL 倍頻電路，可編程分頻計數(shù)器以及時基信號發(fā)生器。 u‘ nSP 內(nèi)核的外圍中只有 32768Hz 的時鐘電路。 圖 系統(tǒng)時鐘 電路 語音輸出電路 設(shè)計 凌陽單片機(jī)的語音數(shù)據(jù)經(jīng)過解碼后直接送到 DAC 口輸出。要想具有較好的樂質(zhì)，還需要對輸出的電壓進(jìn)行轉(zhuǎn)化，也就是將正電壓變換成正負(fù)平分的電壓。三極管用來放大 DAC 的輸出，語音輸出電路如圖 。它是由電源變壓器、整流、濾波和穩(wěn)壓電路等四部分組成。由于此脈動的直流電壓還含有較大的紋波，必須通過濾波電路加以濾除，從而得到平滑的直流電壓．但這樣的電壓還隨電網(wǎng)電壓波動 (一般有士 10％左右的波動 )、負(fù)載和溫度的變化而變化．因而在整流、濾波電路之后，還需接穩(wěn)壓電路 。 在此硬件電路中，我們需要電壓穩(wěn)定的直流供電系統(tǒng)。在小功率整流電路中 (1kW以下 )，常見的幾種整流電路有單相半波、全波、橋式和倍壓整流電路。整流電路的任務(wù)是將交流電變換成直流電。濾波電路用于濾去整流輸出電壓中的紋波，一般由電抗元件組成，如在負(fù)載電阻兩端并聯(lián)電容器 C，或與負(fù) 載串聯(lián)電感器上，以及由電容、電感組合而成的各種復(fù)式濾波電路。 由于電抗元件在電路中有儲能作用，并聯(lián)的電容器 C 在電源供給的電壓升高時，能把部分能量存儲起來，而當(dāng)電源電壓降低時，就把能量釋放出來使負(fù)載電壓比較平滑，即電容 C具有平波的作用。電路如圖 。 SPY0029 是凌陽公司設(shè)計的電壓調(diào)整 IC，采用 CMOS 工藝。圖中的 VDDH 為 SPCE061A 的 I/O 電平參考，接 SPCE061A 的 51 腳，這種接法使得 I/O 輸入輸出高電平為 。 AVSS2 接音頻輸出電路的 AVSS2。 圖 最小系統(tǒng)的電源電路 信號檢測電路 設(shè)計 普通全自動洗衣機(jī)的檢測部分一般都是由傳感器以及對應(yīng)的 A/D 和 D/A 轉(zhuǎn)換來完成的，而檢測的內(nèi)容一般為被洗衣物的重量、被洗衣物的臟凈程度和水位。我們用兩個電位器來分別模擬洗衣機(jī)的臟凈檢測和衣物重量檢測。我們是水位傳感器相當(dāng)于液位開關(guān)，是膜片 觸頭開關(guān)式。在進(jìn)水期間，三極管 9013 處于斷開狀態(tài)，系統(tǒng)不斷檢測水位傳感器，若水位傳感器檢測到水滿時，就使三極管 9013 導(dǎo)通，停止進(jìn)水。 重慶科技學(xué)院高等教育自學(xué)考試本科畢業(yè)論文 3 自動控制系統(tǒng)的電路設(shè)計 10 圖 系統(tǒng)檢測電路 洗滌電路 設(shè)計 電機(jī)的驅(qū)動采用雙向 PWM 脈寬調(diào)制方式控制。電機(jī)驅(qū)動電路如圖 所示。通過控制 IOB8 口和 IOB9口電平的高低和高電平導(dǎo)通的時間，就可以控制電機(jī)的正、反轉(zhuǎn)和轉(zhuǎn)速。其組合 情況有四種，如下表示。 表 狀態(tài)顯示電路 時間顯示電路 8 段 LED 時一種常用的數(shù)碼顯示屏。如果將其接入正 5v的電源則需要接下拉電阻。這種微機(jī)輸出口的最大驅(qū)動能力不會超過 14mA，所以本系統(tǒng)直接將 LED 接在了凌陽單片機(jī)的輸出口。本次設(shè)計我們選擇的八段數(shù)碼顯示管為共陰數(shù)碼管，是在各洗滌過程中顯示所需的時間其記數(shù)方式為倒記時。語音是 SPCE061A 的一大特點 .應(yīng)用 SPCE061A 可以方便的實現(xiàn)語音的錄放 ,該芯片擁有 8 路 10位精度 1 路 AD為音頻轉(zhuǎn)化通道 ,并且內(nèi)置有自動增益電路 .這為實現(xiàn)語音錄入提供了方便的硬件條件 .2 路 10 位精度的 DA,只需要外接 2個功放 (LM386)即可完成語音的播放。 如圖 所示： 圖 系統(tǒng)報警電路 重慶科技學(xué)院高等教育自學(xué)考試本科畢業(yè)論文 4 軟件設(shè) 計 13 4 軟件設(shè)計 本次設(shè)計是基于模糊控制理論上的全自動洗衣機(jī)，用戶只需要將衣物放進(jìn)洗衣機(jī)，按下啟動鍵，洗衣機(jī) 就能自動完成洗滌 漂洗 脫水等一系列操作，當(dāng)然本次設(shè)計中還考慮到半自動時的情況，用戶可以根據(jù)自己的需求自由選擇洗衣機(jī)將要進(jìn)行什么工作，這一點是通過按鍵來實現(xiàn)的。然而，對于復(fù)雜的系統(tǒng)，由于變量太多，往往難以正確的描述系統(tǒng)的動態(tài)，于是工程師便利用各種方法來簡化系統(tǒng)動態(tài)，以達(dá)成控制的目的，但卻不盡理想。因此便嘗試著以模糊數(shù)學(xué)來處理這些控制問題。 模糊控制涉及 了五個主要部分，即 :定義變量、模糊化、知識庫、邏輯判斷及反模糊化， 以 下將就每一部分做簡單的說明： (1)定義變量：也就是決定程序被觀察的狀況及考慮控制的動作，例如在一般控制問題上，輸入變量有輸出誤差 E 與輸出誤差之變化率 CE，而控制變量則為下一個狀態(tài)之輸入 U。 (2)模糊化（ fuzzify）：將輸入值以適當(dāng)?shù)谋壤D(zhuǎn)換到論域的數(shù)值，利用口語化變量來描述測量物理量的過程，依適合的語言值（ linguisitc value）求該值相對之隸屬度，此口語化變量我們稱之為模糊子集合（ fuzzy subsets）。 (4)邏輯判斷：模仿人類下判斷時的模糊概念 ，運用模糊邏輯和模糊推論法進(jìn)行推 論，而得到模糊控制訊號。 (5)解模糊化（ defuzzify）：將推論所得到的模糊值轉(zhuǎn)換為明確的控制訊號做為系統(tǒng)的輸入值。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象 (或過程 )的精確數(shù)字模型，而是完全憑人的經(jīng)驗，應(yīng)用了人的思維和邏輯推理方法來“直觀”地進(jìn)行控制。 (2)輸入 /輸出接口裝置 :通過輸入 /輸出接口從被控對象獲取數(shù)字信號，送至模糊控制器，并將模糊控制器決策出的輸出數(shù)字信號經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換，將其轉(zhuǎn)變?yōu)槟M信號，送給執(zhí)行機(jī)構(gòu)去控制被控對象 。 (4)傳感器 :傳感器將被控對象或?qū)⒏鞣N被控量轉(zhuǎn) 換為電信號，它在模糊控制系統(tǒng)中占有非常重要的位置，因此它的精度影響著整個控制系統(tǒng)的精度。一般選偏差信號 e 作為模糊控制器的一個輸入量，把偏差信號 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)的模糊語言表示，得到了偏差 e 的模糊語言集合的一個子集。 模糊控制系統(tǒng)核心部分為模糊控制器。 圖 模糊控制系統(tǒng) 重慶科技學(xué)院高等教育自學(xué)考試本科畢業(yè)論文 4 軟件設(shè) 計 15 模 糊控制過程可概括為下述 4 個步驟 : (1)根據(jù)本次采樣得到的系統(tǒng)的輸 出 值 ，計算所選擇系統(tǒng)的輸入變量 : (2)將輸入變量的精確值變?yōu)槟：?。 (4)由上述得到的控制量 (模糊量 )計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。目前一維模糊控制器應(yīng)用于一階被控對象較多，但由于這種控制器的輸入變量只有一個，動態(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。 對于一個模糊輸入變量 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)庫和模糊控制規(guī)則庫兩部分組成。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)確性還與專家知識的準(zhǔn)確度有關(guān)。 (3)模糊推理 ： 模糊推理是模糊控制器的核心，它具有模擬人的基于模糊概念的推理能力。該推理過程是基于模糊邏輯中的蘊含關(guān)系及推理規(guī)則來進(jìn)行的。但是這個結(jié)果仍然是一個模糊矢量，不能直接用來作為控制量，還必須進(jìn)行一次轉(zhuǎn)換— 清晰化 (或解模糊 )。它包含以下兩部分內(nèi)容 : ① 將模糊的控制量經(jīng)清晰化變換，變成表示在論域范圍的清晰量 。 常用的清晰化有 3種 :重心法、最大隸屬度法、加權(quán)平均法。如果洗衣機(jī)操作人員的經(jīng)驗不足不能 掌握其正確的操作方法，就可能對洗衣機(jī)造成功能上的浪費。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。檢測功能是指通過一系列傳感器來檢測衣量、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)所檢測到的信息來決定洗滌水位、水流方式、洗滌劑投放量和重慶科技學(xué)院高等教育自學(xué)考試本科畢業(yè)論文 4 軟件設(shè) 計 17 洗滌時間等。由于洗衣過程的 控制對象難以用精確的數(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。 從現(xiàn)在市場上能見到的全自動洗衣機(jī)的運行過程可以看出，洗滌時間、洗滌劑投放量、水流強(qiáng)度和水流方式（電機(jī)轉(zhuǎn)速）是被控對象的主要參量，衣量、衣質(zhì)以及衣物的臟污程度和臟污性質(zhì)是被控對象的主要輸入變量。事 實上，臟污程度和臟污性質(zhì)的區(qū)分并不存在一個明確的界限。模糊控制是在總結(jié)人們生產(chǎn)實踐經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，通過對輸入量模糊化后，根據(jù)一定的模糊控制規(guī)則，決定對被控對象采用相應(yīng)的控制策略。模糊控制器設(shè)計由模糊化、模糊推理和反模糊化三部分組成，它們都建立在知識庫的基 礎(chǔ)之上。這四個輸入量的模糊子集隸屬函數(shù)設(shè)計如下： 重量：論域的語言值定義為多、較多、較少、少四種，其模糊子集隸屬度函數(shù)見重慶科技學(xué)院高等教育自學(xué)考試本科畢業(yè)論文 4 軟件設(shè) 計 18 圖 ； 衣質(zhì) ： 論域的語言值定義為化纖、混紡、棉布三種，其模糊子集隸屬度函數(shù)見圖 ； 臟污程度：論域的語言值定義為很臟、一般臟、不太臟三種模糊子集隸 屬度函數(shù)見圖 ； 臟污性質(zhì)：論域的語言值定義為油性、中性和泥性三種，模糊子集隸屬度函數(shù)見圖 。這四個輸出量的模糊子集隸屬函數(shù)設(shè)計如下： 水位：論域的語言值定義為高、較高、較低、低四種，其模糊子集隸 屬度函數(shù)見圖 水流強(qiáng)度：論域的語言值定義為強(qiáng)、中和弱三種，其模糊子集隸屬度函數(shù)見圖 洗滌劑投放量：論域的語言值定義為多、較多、中、較少和少五種，其模糊子集隸屬度函數(shù)見圖 洗滌時間：論域的語言值定義為很長、長、較長、中、較短、短、很短七種，其模糊子集隸屬度函數(shù)見圖 （見下頁） 圖 水位模糊子集隸屬度函數(shù) 圖 水流強(qiáng)度模糊子集隸屬度函數(shù) 圖 洗滌劑模糊子集隸屬度函數(shù) 重慶科技學(xué)院高等教育自學(xué)考試本科畢業(yè)論文 4 軟件設(shè) 計 20 圖 洗滌時間模糊子集隸屬度函數(shù) 模糊控制規(guī)則 全自動洗衣機(jī)的模糊 控制規(guī)則即洗衣機(jī)控制策略，是實現(xiàn)最佳洗滌效果的經(jīng)驗結(jié)晶?？刂埔?guī)則用四位數(shù)字表示，第一