基于模糊控制的洗衣機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì).doc

1. 緒論1.1洗衣機(jī)的介紹洗衣機(jī)目前作為一種在家庭中必不可少的家用用電器，發(fā)展的十分迅猛，備受使用者青睞的莫過于智能型模糊洗衣機(jī)，它能自動(dòng)判斷洗滌物的質(zhì)地和重量，自動(dòng)選擇最佳洗滌程序，自動(dòng)完成進(jìn)水、洗滌、漂洗、甩干等一系列的過程。1.11洗衣機(jī)的發(fā)展背景不管是在以前還是現(xiàn)在，衣服的洗滌都是不可避免的，洗衣機(jī)問世以前，它還是一項(xiàng)體力活，需要反復(fù)的手搓、敲打、清洗，冬天的時(shí)候洗衣服就更受罪了，有條件的可以加點(diǎn)熱水，但是馬上就冷了，還是只得在冰冷的水中搓洗衣服，總之給人的感覺就是一點(diǎn)都不輕松。1958年，一個(gè)叫漢密爾頓史密斯的美國人在匹茨堡制成了世界上第一臺(tái)洗衣機(jī)。1874年，同樣也是一個(gè)美國人叫比爾布萊克斯，發(fā)明了世界上第一臺(tái)由人工攪拌的洗衣機(jī)，隨后，“手洗時(shí)代”受到挑戰(zhàn)。1911年，還是聰明的美國人，又發(fā)現(xiàn)了世界上第一臺(tái)電動(dòng)洗衣機(jī)。1920年，洗衣機(jī)的材質(zhì)開始發(fā)現(xiàn)變化，美國的瑪伊塔格公司將其木制桶改成鋁制，第二年又改變了它的結(jié)構(gòu)，有單層改為外層鋁、內(nèi)層銅的雙層結(jié)構(gòu)。1936年，他們又將洗衣機(jī)的筒體改為搪瓷。與此同時(shí)，洗衣機(jī)開始在世界各地相繼問世。這時(shí)出現(xiàn)噴流式和滾筒式兩種洗衣機(jī)。1932年后，一家美國公司成功研制了第一臺(tái)前裝式滾筒洗衣機(jī)，洗滌、漂洗、脫水全部在一個(gè)滾筒內(nèi)自動(dòng)完成，洗衣機(jī)的發(fā)展進(jìn)入了一個(gè)嶄新的時(shí)代。這種滾筒洗衣機(jī)，很快在歐洲和美洲得到廣泛應(yīng)用。第一臺(tái)自動(dòng)洗衣機(jī)于1937年問世。這是一種“前置”式自動(dòng)洗衣機(jī)。靠一根水平的軸帶動(dòng)的缸可容納4000克衣服。衣服在注滿水的缸內(nèi)不停地上下翻滾，使之去污除垢。到了40年代便出現(xiàn)了現(xiàn)代的“上置”式自動(dòng)洗衣機(jī)。隨著工業(yè)化的加速，世界各國也加快了洗衣機(jī)研制的步伐。首先由英國研制并推出了一種噴流式洗衣機(jī)，它是靠筒體一側(cè)的運(yùn)轉(zhuǎn)波輪產(chǎn)生的強(qiáng)烈渦流，使衣物和洗滌液一起在筒內(nèi)不斷翻滾，洗凈衣物。1955年，在引進(jìn)英國噴流式洗衣機(jī)的基礎(chǔ)之上，日本研制出獨(dú)具風(fēng)格、并流行至今的波輪式洗衣機(jī)。至此，波輪式、滾筒式、攪拌式在洗衣機(jī)生產(chǎn)領(lǐng)域三分天下的局面初步形成。60年代的日本出現(xiàn)了帶干桶的雙桶洗衣機(jī)，人們稱之為“半自動(dòng)型洗衣機(jī)”。70年代，生產(chǎn)出波輪式套桶全自動(dòng)洗衣機(jī)。70年代后期，以電腦（實(shí)際上微處理器）控制的全自動(dòng)洗衣機(jī)在日本問世，開創(chuàng)了洗衣機(jī)發(fā)展史的新階段。80年代，“模糊控制”的應(yīng)用使得洗衣機(jī)操作更簡便，功能更完備，洗衣程序更隨人意，外觀造型更為時(shí)尚。90年代，由于電機(jī)調(diào)速技術(shù)的提高，洗衣機(jī)實(shí)現(xiàn)了寬范圍的轉(zhuǎn)速變換與調(diào)節(jié)，誕生了許多新水流洗衣機(jī)。此后，隨著電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)的發(fā)展與提高，日本生產(chǎn)出了電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)式洗衣機(jī)，省去了齒輪傳動(dòng)和變速機(jī)構(gòu)，引發(fā)了洗衣機(jī)驅(qū)動(dòng)方式的巨大革命。 之后，隨著科技的進(jìn)一步發(fā)展，滾筒洗衣機(jī)已經(jīng)成了大家耳濡目染的產(chǎn)品。1.1.2洗衣機(jī)的發(fā)展前景模糊洗衣機(jī)的發(fā)展首先表現(xiàn)在洗滌方式發(fā)生了很大的變化，原先主要是通過改變水流和加大動(dòng)力，現(xiàn)在電解水、臭氧和蒸汽洗滌技術(shù)的運(yùn)用，使得洗衣機(jī)的去污能力從依靠洗衣粉、洗衣液的化學(xué)作用和水流強(qiáng)弱變化的機(jī)械作用，向健康、環(huán)保更高層次的洗滌方式轉(zhuǎn)變。另外一個(gè)變化就是高度自動(dòng)化、智能化、人性化。從半自動(dòng)、全自動(dòng)到現(xiàn)在的人工智能、模糊控制，只需要輕輕動(dòng)一下手指，按一下按鈕就行了。用戶還可以自主選擇洗滌時(shí)間和洗滌方式，人性化還表現(xiàn)在使用的方便和舒適，如可以將不同衣服分開洗的子母洗衣機(jī)。另外，對洗衣機(jī)的負(fù)載能力要求也越來越高，以前洗衣機(jī)的容量多為4到5公斤，現(xiàn)在7到8公斤都很普遍。1.2洗衣機(jī)的主要參數(shù) 洗衣機(jī)作為一種家電產(chǎn)品，需要達(dá)到這樣幾項(xiàng)性能指標(biāo)：洗凈、漂洗、脫水、甩干、排水、磨損等，其主要性能指標(biāo)的實(shí)現(xiàn)最終依賴于洗衣過程中的各控制參數(shù)，洗衣機(jī)的主要控制參數(shù)有：1.2.1水位 水本身作為一種洗滌劑，具有一定的去污功能，水量并不是與去污能力成正比的，我們需根據(jù)衣物量來確定水量，雖然目前還不能做到這一點(diǎn)，只能從衣物量對水位進(jìn)行大致的分級(jí)。1.2.2水流 靜止的洗滌劑洗滌效果并不十分理想，要想把污漬從衣服的表面去除，并對衣物施加清洗動(dòng)力，就需要洗衣機(jī)能夠完成攪拌、摩擦、翻滾等一系列的動(dòng)作。洗衣機(jī)輸出的動(dòng)能越大，去污能力也相對越明顯，但同時(shí)對衣物也有一定的磨損，因此對不同質(zhì)地、不同重量的衣物輸出的動(dòng)能也不同，從控制的角度即表現(xiàn)為水流方式的不同。1.2.3洗滌時(shí)間 很明顯洗滌時(shí)間越長對衣物的磨損程度也越大，因此我們要根據(jù)衣服的質(zhì)地和重量來選擇洗滌時(shí)間。1.2.4漂洗方式 漂洗的作用在于去污和去除殘留的洗滌劑，漂洗方式我們也要根據(jù)具體衣物確定。1.2.5脫水時(shí)間脫水作為自動(dòng)洗衣機(jī)洗衣操作的最后一個(gè)過程，一般脫水時(shí)間越長，衣服也就甩的越干，但有些衣物中的殘留水分無法通過脫水的方式來去掉，同樣殘留的水分也與衣物的質(zhì)地和重量有關(guān)，因此對脫水時(shí)間也要進(jìn)行分級(jí)。2. 硬件電路介紹模糊洗衣機(jī)是以MC68HC05SR3單片機(jī)為核心組成智能模糊程控器以及相關(guān)元器件組成的洗衣機(jī)整機(jī)電路。2.1電源電路220V、50HZ市電經(jīng)電源變壓器T降壓、橋式整流器U整流、電容C1和C2濾波、7805集成三端穩(wěn)壓器穩(wěn)壓，再經(jīng)過電容C3和C4濾波，獲得+5V電源作為MC68HC05SR3單片機(jī)的電源電壓。二極管VD1起隔離作用，使控制電路進(jìn)行過零檢測。2.2狀態(tài)檢測電路洗衣機(jī)的狀態(tài)檢測電路主要包括內(nèi)桶平衡檢測、衣物質(zhì)地和重量檢測、電源電壓過零檢測、電源電壓變化檢測、洗滌溫度檢測、水位監(jiān)測以及洗滌液的混濁度檢測等電路。（1） 內(nèi)桶平衡檢測電路：內(nèi)桶平衡檢測電路是由平衡開關(guān)S與電阻R35等元件組成，用于檢測脫水程序內(nèi)桶運(yùn)轉(zhuǎn)是否平衡（即桶內(nèi)衣物是否均勻），其檢測原理與普通全自動(dòng)洗衣機(jī)大致相同。（2） 衣物質(zhì)地和重量檢測電路：衣物質(zhì)地和重量檢測電路只要是由電動(dòng)機(jī)M2、二極管VD3和VL1、電阻R21、光敏晶體管VT9等器件組成光耦合電路，用于隔離交、直流信號(hào)以及產(chǎn)生衣物質(zhì)地和重量信號(hào)。 洗滌物重量的檢測，是通過檢測洗滌電動(dòng)機(jī)M2斷電后的慣性運(yùn)轉(zhuǎn)數(shù)來判定的。洗衣機(jī)工作時(shí)，當(dāng)進(jìn)水達(dá)到負(fù)載測定水位后，模糊成控制器控制洗滌電動(dòng)間歇運(yùn)轉(zhuǎn)，通過光耦合電路對電動(dòng)機(jī)反復(fù)轉(zhuǎn)停的慣性轉(zhuǎn)數(shù)進(jìn)行脈沖計(jì)數(shù)，以此判定電動(dòng)機(jī)的負(fù)載量（洗衣量）。也就是通過洗滌電動(dòng)機(jī)斷電后，依靠慣性運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間的長短，來判定負(fù)載量的大小。當(dāng)洗衣量較大時(shí)，洗滌電動(dòng)機(jī)的能量消耗也就大，電動(dòng)機(jī)依靠慣性運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)間就短；相反，當(dāng)洗衣量較少時(shí)，電動(dòng)機(jī)依靠慣性運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)間相對就長。在控制電路中，通過二極管VD3和VL1對電動(dòng)機(jī)依靠慣性運(yùn)轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的電壓信號(hào)（相當(dāng)于電動(dòng)機(jī)發(fā)電），進(jìn)行全波整流檢出，再通過耦合使光敏晶體管VT9工作，由反相器7404（D2）輸出信號(hào)加至MC68HC05SR3單片機(jī)的PA2端，形成衣量檢測信號(hào)。在智能性模糊洗衣機(jī)中，是依據(jù)洗滌物重量來進(jìn)行水位控制的。通常根據(jù)洗衣量的不同，水位有高、中、低以及少量等多檔。在洗滌物重量檢測之后，在進(jìn)行以物質(zhì)地的檢測。所謂衣物質(zhì)地的檢測，主要包括對衣物進(jìn)行棉質(zhì)與化纖的判定以及棉質(zhì)衣物軟、硬的檢測等兩項(xiàng)內(nèi)容。對衣物質(zhì)地進(jìn)行檢測的方法與對衣物重量檢測的方法大致相同，也是控制洗滌電動(dòng)機(jī)間歇運(yùn)轉(zhuǎn)，并通過管溝和電路對電動(dòng)機(jī)的慣性運(yùn)轉(zhuǎn)進(jìn)行脈沖計(jì)數(shù)。然后再與衣量檢測的脈沖數(shù)相比較，根據(jù)兩者的差值就可判別衣物質(zhì)地。若兩者的差值較大，則可判定義務(wù)的棉質(zhì)成分較大；反之，為化纖成分較大。衣物棉質(zhì)軟、硬的檢測是通過水位傳感器在衣物質(zhì)地檢測的同時(shí)進(jìn)行的。具體方法是在進(jìn)行質(zhì)地檢測之前測出水位值，在判定是棉質(zhì)衣物后，再測其水位值，根據(jù)前后兩次水位差值的大小來判定棉質(zhì)衣物的軟硬。若差值較大（前水位高于后水位），則可判定衣物較硬；反之，為軟質(zhì)衣物。只是由于棉質(zhì)衣物硬度不同，其吸水快慢也不相同。通常較硬的棉質(zhì)衣物比之較軟的棉質(zhì)衣物吸飽水所需的時(shí)間愛你更長些，在進(jìn)行衣量檢測過程中，較軟的棉質(zhì)衣物基本已吸飽水，而較硬的棉質(zhì)衣物則吸水相對較少。故在進(jìn)行衣質(zhì)檢測過程中，較軟的棉質(zhì)衣物基本上不再吸水，所以前后水位差值不大；而較硬的棉質(zhì)衣物吸水相對較多，所以前后水位差值較大。（3) 過零檢測電路：過零檢測電路是由電阻R1和R2、晶體管VT1以及7404反相器（D1）等器件組成。由橋式整流器U輸出的全波整流的電壓信號(hào)，經(jīng)電阻R1加至晶體管VT1的基極，當(dāng)全波整流電壓信號(hào)過零時(shí)，晶體管VT1截止，集電極輸出高電平；當(dāng)全波整流電壓信號(hào)大于零，晶體管VT1導(dǎo)通，集電極輸出低電平。晶體管VT1集電極輸出的脈沖信號(hào)再經(jīng)7404反相器整形和反向后，加至MC68HC05SR3單片機(jī)的INT端，以產(chǎn)生電源電壓過零中斷信號(hào)。（4) 電源電壓變化檢測電路：電源電壓變化檢測電路是由半波整流二極管VD2、濾波電容C5以及調(diào)整電位器RP1等元器件組成。由電源變壓器T二次輸出的50HZ電壓信號(hào)，經(jīng)二極管VD2半波整流以及RP1、C5的濾波，在電位器RP1兩端獲得直流電壓信號(hào)。這一個(gè)反映220V、50HZ電源電壓變化的直流電壓信號(hào)，再經(jīng)電位器RP1分壓加至MC68HC05SR3單片機(jī)的AN0端，作為電源電壓變化檢測信號(hào)。（5) 水溫檢測電路：水溫檢測電路是由溫度傳感器（熱敏電阻）、LM358集成電路（第一級(jí)作為阻抗隔離器，第二級(jí)為放大器）以及相關(guān)的阻容元件組成。由LM358（B）輸出的溫度檢測信號(hào)，加至MC68HCSR單片機(jī)的AN1端。（6) 水位檢測電路：水位檢測電路是由水位傳感器以及電位器RP3等元件組成。水位檢測信號(hào)加至MC68HC05SR3單片機(jī)的AN2端。（7) 渾濁度（衣物贓物度）檢測電路：混濁度檢測電路是由紅外發(fā)光二極管VL2和紅外光敏晶體管VT3（兩者構(gòu)成光電傳感器）以及相關(guān)元件組成。紅外發(fā)光二極管VL2和紅外光敏晶體管VT3分別安裝在洗衣機(jī)排水管兩側(cè)，在紅外發(fā)光二極管VL2中通有恒定電流，使之發(fā)射出一定強(qiáng)度的紅外線。當(dāng)洗衣機(jī)排水時(shí)，洗滌桶內(nèi)的水從紅外發(fā)光二極管VL2與紅外光敏晶體管VT3之間流過，不同濁度會(huì)使透過的紅紅外信號(hào)強(qiáng)弱發(fā)生變化。這一反應(yīng)渾濁度大小的紅外信號(hào)，被紅外光敏晶體管VT3接受并轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，加至MC68HC05SR3單片機(jī)的AN3端，模糊控制器以此進(jìn)行洗滌程序控制。 2.3顯示電路顯示電路是由掃描開關(guān)管VT10-VT13、發(fā)光二極管VL3-VL9、七段發(fā)光二極管顯示器LED1-LED3以及相關(guān)元件組成。VT10-VT13用于選擇VL3-VL4、LED1、LED2和LED3工作；LED1-LED3用于顯示定時(shí)時(shí)間；VL3-VL4用于顯示洗衣機(jī)的現(xiàn)行工作狀態(tài)。2.4輸出控制電路輸出控制電路是由觸發(fā)電路和雙向晶閘管VTR1-VTR5等元器件組成。MC68HC05SR3單片機(jī)的PC3端輸出控制信號(hào)，觸發(fā)雙向晶閘關(guān)VTR5使之導(dǎo)通，排水電磁閥得電而開啟閥體，洗衣機(jī)開始執(zhí)行排水程序；MC68HC05SR3單片機(jī)的PC4端輸出控制信號(hào)，觸發(fā)雙向晶閘關(guān)VTR4