模糊洗衣機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、 存檔日期： 存檔編號(hào)： 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）論 文 題 目： 模糊洗衣機(jī)（控制）系統(tǒng)設(shè)計(jì) 姓 名： 王振鵬學(xué) 院： 電氣工程及自動(dòng)化學(xué)院 專 業(yè)： 自動(dòng)化 班 級(jí) 、 學(xué) 號(hào)： 10電51 、10285003 指 導(dǎo) 教 師： 李旭超 江蘇師范大學(xué)教務(wù)處印制摘 要隨著智能家居的理念的深入，未來社會(huì)生活越來越向智能化方向發(fā)展。而模糊理論系統(tǒng)應(yīng)用于洗衣機(jī)上則是智能家居的重要部分之一。智能洗衣機(jī)可以自動(dòng)識(shí)別衣物材質(zhì)、衣物量、水的渾濁度，并自動(dòng)化決定放水量、洗滌劑的放入量、洗滌時(shí)間、洗滌次數(shù)、自動(dòng)甩干等功能,全部自動(dòng)化完成整個(gè)洗滌過程。本文主要介紹了一種類型的模糊智能控制洗衣機(jī)的設(shè)計(jì)方案，它主要以

2、STM8S105C6T6單片機(jī)為核心，通過各種傳感器對(duì)衣物量、水溫、水的渾濁度等檢測(cè)，將測(cè)得的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)傳送給STM8S105C6T6單片機(jī)，經(jīng)過數(shù)據(jù)的處理，從而達(dá)到對(duì)洗衣機(jī)的模糊化智能控制，提高洗衣質(zhì)量，節(jié)約能源，節(jié)省人們的寶貴時(shí)間，提升人們的生活品質(zhì)。關(guān)鍵詞：模糊智能控制 STM8S105C6T6 傳感器AbstractWith the deepening of the concept of intelligent home, the social life will be more intelligentizing in the future.System and fuzzy

3、 theory is applied to the washing machine.it is one of an important part of intelligent household. Intelligent washing machine can automatically identify the amount of clothing materials, clothing and the turbidity of water, which can decided to put into the size of the water, detergent, washing tim

4、e, washing times and automatic dry, automatically, completing the whole washing process.This thesis mainly introduces a type of fuzzy intelligent control washing machine design scheme, it mainly STM8S105C6T6 MCU as the core, the clothing, through all kinds of sensors, the turbidity of water detectio

5、n, water temperature will be measured analog signals into digital signals to STM8S105C6T6 microcontroller, after computing data , the washing machine will be controlled automatically, improving the quality of laundry, economizing energy, saving the precious time of people, and improving peoples qual

6、ity of life.Key words：Fuzzyintelligent control STM8S105C6T6 SensorI 目 錄摘 要IAbstract1 緒論11.1 引言11.2 模糊控制系統(tǒng)的基本思路21.3 模糊控制洗衣機(jī)控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)思路32 模糊洗衣機(jī)（控制）系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總體方案32.1 模糊控制洗衣機(jī)系統(tǒng)的模糊推理32.2 控制器的選擇與比較72.3 洗衣機(jī)控制系統(tǒng)功能流程圖72.4 本章小結(jié)93 模糊洗衣機(jī)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)103.1 模糊控制洗衣機(jī)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)103.2 芯片部分103.3電源部分123.4 按鍵輸入部分133.5 傳感器部分143.5.

7、1 溫度檢測(cè)部分143.5.2重力傳感器部分163.5.3水渾濁度檢測(cè)部分173.6 蜂鳴器部分183.7 顯示部分193.8主電機(jī)部分213.9本章小結(jié)234 模糊洗衣機(jī)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)244.1洗衣機(jī)控制器軟件總體設(shè)計(jì)思想244.2 主程序設(shè)計(jì)264.2.1 系統(tǒng)初始化?？?64.2.2 液晶顯示部分264.2.3 模擬量采集部分274.3本章小結(jié)295 總結(jié)與展望305.1 論文總結(jié)305.2后續(xù)工作展望30致謝32參考文獻(xiàn)33III江蘇師范大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 模糊洗衣機(jī)（控制）系統(tǒng)設(shè)計(jì)1 緒論1.1 引言模糊控制是用模糊數(shù)學(xué)的只是模仿人腦的思維方式，對(duì)模糊現(xiàn)象進(jìn)行識(shí)別和判決，給出精確地控

8、制量，對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行控制。模糊控制是一種新興的以集合理論為基礎(chǔ)的控制方式，它主要由模糊系統(tǒng)理論和模糊技術(shù)與自動(dòng)控制技術(shù)相結(jié)合而產(chǎn)生的。隨著科技進(jìn)步的發(fā)展，這種方法正逐步成為人們思考問題，解決問題的一個(gè)重要方法理論之一。將模糊集合理論運(yùn)用到自動(dòng)控制而形成的模糊控制理論，在近年來得到了迅速發(fā)展，在對(duì)于一些時(shí)刻在變動(dòng)的非線性復(fù)雜系統(tǒng)，當(dāng)無法獲得的精確地?cái)?shù)學(xué)模型的時(shí)候，利用具智能模糊控制起可以準(zhǔn)確地從給出有效的控制。因?yàn)橐筮^程的操作人員在系統(tǒng)組成部分中存在不確定性，應(yīng)用一般的控制理論很難實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的控制，而如果把操作人員的控制經(jīng)驗(yàn)歸納成定性描述的一條條可以選擇的條件語句，然后用模糊集合理論將其定量化，

9、使得控制器學(xué)習(xí)人的經(jīng)驗(yàn)，并模仿人的操作方法，就可以產(chǎn)生以模糊集合理論為基礎(chǔ)的模糊控制器。與常規(guī)控制方法相比，模糊控制有以下特點(diǎn)：1.模糊控制完全是在操作人員控制經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的控制，無需建立數(shù)學(xué)模型，是解決不確定性系統(tǒng)的一種有效途徑；2.模糊控制具有較強(qiáng)的魯棒性，被控對(duì)象參數(shù)的變化對(duì)模糊控制的影響不明顯，可用于非線性、時(shí)變、時(shí)滯系統(tǒng)的控制；3.由離線計(jì)算得到控制查詢表，提高了控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，便于用計(jì)算機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)；4.控制的機(jī)理符合人們對(duì)過程控制作用的直觀描述和思維邏輯，易于被操作人員接受，為未來的智能控制應(yīng)用打下了基礎(chǔ)。模糊控制理論思想是控制理論思想的一次重大的變革，使得人工智能又一次

10、發(fā)展到一個(gè)新的層次。隨著計(jì)算機(jī)的快速發(fā)展與普及，模糊控制也從最初的經(jīng)典模糊控制發(fā)展到目前的自適應(yīng)模糊控制，專家模糊控制和基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自學(xué)習(xí)模糊控制。實(shí)現(xiàn)方式也從最初的微型機(jī)實(shí)現(xiàn)到使用模糊控制開發(fā)出計(jì)算機(jī)進(jìn)行直接控制。以洗衣機(jī)為例，早期人們洗衣最初用的是洗衣板，隨后用的是機(jī)械定時(shí)式洗衣機(jī)，屬于半機(jī)械半電子式?，F(xiàn)在，人們用的是全自動(dòng)洗衣機(jī)。隨著社會(huì)的發(fā)展，人們都希望使用人工智能型的洗衣機(jī)，只要把要洗的衣物放入洗衣機(jī)，通電，洗衣機(jī)就能根據(jù)衣物量、衣服材質(zhì)、水溫、渾濁度等參數(shù)自動(dòng)確定洗滌時(shí)間、洗滌次數(shù)、脫水，最后直接出來干凈的衣物并聲光提示。這種洗衣機(jī)將會(huì)在不久的將來應(yīng)用到千家萬戶，以適應(yīng)現(xiàn)代社會(huì)人

11、們對(duì)電器設(shè)備方便快捷準(zhǔn)確的要求。1.2 模糊控制系統(tǒng)的基本思路模糊控制的基本思想是，將人類專家特定對(duì)象的控制經(jīng)驗(yàn)，通過運(yùn)用模糊集理論進(jìn)行量化，轉(zhuǎn)化成為可數(shù)學(xué)實(shí)現(xiàn)的控制器，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)被控對(duì)象的控制。它將測(cè)量得到的被控對(duì)象的狀態(tài)經(jīng)過模糊化接口轉(zhuǎn)換成為用人類自然語言描述的模糊量，而后很據(jù)人類的語言控制規(guī)則，經(jīng)過模糊推理得到輸出控制量的模糊取值，控制量的模糊取值再次經(jīng)過清晰化接口轉(zhuǎn)換為執(zhí)行機(jī)構(gòu)能接收的精確量。在設(shè)計(jì)模糊控制器前，需要解決以下幾個(gè)問題：輸入量的檢測(cè)與模糊量化，輸出量的具體化；建立模糊控制規(guī)則或模糊控制表；輸出信息的模糊判定。模糊控制原理框圖如圖1-1。圖1-1 模糊控制器原理圖S-系統(tǒng)的

12、設(shè)定值；e,c-系統(tǒng)偏差與系統(tǒng)偏差變化率；E,C-經(jīng)模糊量化處理后，偏差與偏差變化率變成的模糊量；U-模糊量的偏差與偏差變化率經(jīng)模糊控制處理后得到的模糊量的控制U；u-對(duì)模糊量的控制作用U，經(jīng)模糊判決，得到的精確的控制作用u，去控制被控對(duì)象。模糊控制器是一臺(tái)微機(jī)，也可以是一個(gè)系統(tǒng)機(jī)，也可以是單片機(jī)，本文主要講述用STM8S105C6T6單片機(jī)作為模糊控制器來實(shí)現(xiàn)整個(gè)模糊控制。1.3 模糊控制洗衣機(jī)控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)思路前面介紹了很多模糊控制，在對(duì)其有一定了解后，就可以較為清楚明確的確定設(shè)計(jì)方向。模糊控制洗衣機(jī)控制系統(tǒng)主要由電源部分、光傳感器、重量傳感器、溫度傳感器、驅(qū)動(dòng)部分、單片機(jī)組成，由各個(gè)

13、傳感器將得到的數(shù)據(jù)送入單片機(jī)處理，驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作，達(dá)到智能控制洗衣的目的。2 模糊洗衣機(jī)（控制）系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總體方案2.1 模糊控制洗衣機(jī)系統(tǒng)的模糊推理設(shè)計(jì)一款模糊控制洗衣機(jī)時(shí)，我們必須確定模糊控制的規(guī)則，而這些規(guī)則我們可以從日常生活中的經(jīng)驗(yàn)歸納出來。在遇到典型的數(shù)據(jù)量時(shí)可以進(jìn)行模糊推理，從而得到想要的控制規(guī)則。在模糊洗衣機(jī)中，衣物的材質(zhì)、衣物量、水溫、水的渾濁度等常見的量都是可以通過對(duì)現(xiàn)行狀態(tài)的檢測(cè)，經(jīng)過控制系統(tǒng)的模糊推理后得出。在日常生活中，因?yàn)橄匆聲r(shí)放入的衣物不可能材質(zhì)都是完全一樣的，故而衣物的材質(zhì)不容易通過傳感器具體檢測(cè)出來，所以本文的模糊控制洗衣機(jī)系統(tǒng)將忽略掉檢測(cè)衣物材質(zhì)的環(huán)節(jié)，同時(shí)，由

14、于洗滌劑的投放不方便控制，本文也將忽略掉控制投放洗滌劑量的環(huán)節(jié)。本文將主要考慮衣物量、水溫、水的渾濁度這幾個(gè)條件，而這些條件求取放水量、洗滌衣物的時(shí)間、脫水時(shí)間、洗滌次數(shù)等。模糊控制洗衣機(jī)系統(tǒng)是一個(gè)多輸入多輸出的控制系統(tǒng)。實(shí)際上，模糊推理對(duì)于不同的情況會(huì)有不同或相同的控制。比如，熱水、衣物量多時(shí)，洗滌時(shí)間中等；溫水、衣物量中等時(shí)，洗滌時(shí)間也是中等；溫水、衣物量多時(shí)，洗滌時(shí)間長(zhǎng)。這些都是通過日常生活的經(jīng)驗(yàn)中得到的，下面的表格是通過日常生活中得到的經(jīng)驗(yàn)做出的洗衣機(jī)的模糊控制推理表。表2-1 洗衣機(jī)的洗滌時(shí)間推理表 水溫衣物量 時(shí)間 熱水溫水冷水多中長(zhǎng)特長(zhǎng)中短中長(zhǎng)少短短中如表所示，這是一個(gè)多輸入的推

15、理。對(duì)于輸入量來說，水溫的模糊量為：“熱水”、“溫水”、“冷水”；衣物量的模糊量為“多”、“中”、“少”；對(duì)于輸出量來說，洗滌時(shí)間的模糊量為：“特長(zhǎng)”、“長(zhǎng)”、“中”、“短”。由上面的表可以畫出關(guān)于水溫、衣物量、洗滌時(shí)間的模糊量圖。圖2-1 水溫、衣物量、洗滌時(shí)間模糊量圖在模糊控制洗衣機(jī)系統(tǒng)中，我們主要考慮衣物量、水溫、和渾濁度這幾個(gè)條件，由這些條件經(jīng)過模糊處理后，求取洗滌時(shí)間、脫水時(shí)間、洗滌次數(shù)、放水量等。由此，模糊洗衣機(jī)的推理如下圖所示。圖2-2 模糊控制洗衣機(jī)推理圖2.2 控制器的選擇與比較在大學(xué)四年所學(xué)的控制器主要有這幾種：?jiǎn)纹瑱C(jī)、PLC、CPLD、DSP等。 下面將對(duì)這些控制器進(jìn)行粗

16、略的介紹：PLC： programmable logic controller 可編程邏輯控制器。使用方便，采用梯形圖編程，開發(fā)周期短，容易現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試；功能強(qiáng)，但價(jià)格比較高；可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)；硬件配套齊全，模塊化程度高，適應(yīng)性強(qiáng)。主要應(yīng)用于工業(yè)控制設(shè)備。CPLD；Complex Programmable Logic Device復(fù)雜可編程邏輯器件 。集成度高、設(shè)計(jì)開發(fā)周期短、適用范圍寬、開發(fā)工具先進(jìn)、可實(shí)現(xiàn)較大規(guī)模的電路設(shè)計(jì)，因此被廣泛應(yīng)用于產(chǎn)品的原型設(shè)計(jì)和產(chǎn)品生產(chǎn)(一般在10,000件以下)之中。DSP:digital signal processing數(shù)字信號(hào)處理 。特點(diǎn)為高的運(yùn)算精度

17、、低功耗、快速的指令周期、特殊的DSP指令、多總線結(jié)構(gòu)。主要應(yīng)用于研究數(shù)字濾波技術(shù)、離散變換快速算法和譜分析方法等。單片機(jī)：又稱單片微控制器 ，目前主流單片機(jī)包括CPU、ROM、RAM、 位定時(shí)/計(jì)數(shù)器、并行口、全雙工串口行口、ADC/DAC、SPI、I2C、ISP、IAP，功能較為全面。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，實(shí)現(xiàn)模塊化；單片機(jī)可靠性比較高；處理功能強(qiáng)，速度快；低電壓，低功耗，便于生產(chǎn)便攜式產(chǎn)品；控制功能強(qiáng)；環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)。廣泛應(yīng)用于生活的各個(gè)領(lǐng)域。根據(jù)以上控制器的簡(jiǎn)要介紹，通過對(duì)價(jià)格的比較，應(yīng)用范圍的選擇，研發(fā)周期的考慮等綜合原因，最終選擇用單片機(jī)作為本模糊控制洗衣機(jī)系統(tǒng)的控制器。2.3

18、洗衣機(jī)控制系統(tǒng)功能流程圖圖2-3 洗衣機(jī)控制系統(tǒng)流程圖2.4 本章小結(jié)本章主要介紹了模糊控制洗衣機(jī)系統(tǒng)的相關(guān)性能指標(biāo)和設(shè)計(jì)方案的比較，并最終確立了本文的設(shè)計(jì)方案。3 模糊洗衣機(jī)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)3.1 模糊控制洗衣機(jī)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)硬件是整個(gè)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)的關(guān)鍵，沒有硬件的東西，任何軟件都無用武之地。本論文的設(shè)計(jì)側(cè)重于智能洗衣機(jī)的實(shí)用可操作性，充分利用所選8位單片機(jī)芯片STM8S105C6T6豐富的外設(shè)資源，完成洗衣機(jī)控制系統(tǒng)各模塊的硬件設(shè)計(jì)。本文設(shè)計(jì)的洗衣機(jī)控制器系統(tǒng)主要包括:芯片部分，電源部分、按鍵輸入部分、傳感器部分、控制驅(qū)動(dòng)輸出電機(jī)部分等。3.2 芯片部分STM8S105C6T6是一

19、款8位單片機(jī)，具有32K字節(jié)的Flash程序存儲(chǔ)器，集成了1024字節(jié)數(shù)據(jù)EEPROM，可以達(dá)到30萬次的擦寫周期。2.95 5.5V工作電壓，靈活的時(shí)鐘控制，4個(gè)主時(shí)鐘源，帶有時(shí)鐘監(jiān)控的時(shí)鐘安全保障系統(tǒng)，永遠(yuǎn)打開的低功耗上電和掉電復(fù)位，高級(jí)控制定時(shí)器：16位，4個(gè)CAPCOM通道，3個(gè)互補(bǔ)輸出，死區(qū)插入和靈活的同步，自動(dòng)喚醒定時(shí)器，10位，1LSB的ADC，最多有10路通道，掃描模式和模擬看門狗功能，單線接口模塊(SWIM)和調(diào)試模塊(DM)，可以方便地進(jìn)行在線編程和非侵入式調(diào)試。以下是STM8S105C6T6單片機(jī)的原理圖。圖3-1 STM8S105C6T6單片機(jī)原理圖圖3-2 單片機(jī)IO

20、引腳分配原理圖由于STM8S105的芯片手冊(cè)上說其VCAP外部電容取值在4703300nF，故選取中間值C9為1uF的電解電容。下圖是STM8S105手冊(cè)推薦的復(fù)位引腳保護(hù)，本文是根據(jù)它來設(shè)計(jì)控制器STM8S105的復(fù)位引腳的。圖3-3 STM8S105C6T6單片機(jī)復(fù)位引腳保護(hù)3.3電源部分由于目前中國(guó)家庭供電電源電源主要是交流220V，所以洗衣機(jī)從可實(shí)用性設(shè)計(jì)來說當(dāng)然以交流220V作為輸入，但是作為控制器來說，其工作電壓是直流2.95 5.5V之間，故而需要降壓。圖3-4 電源的初步降壓上圖為工程設(shè)計(jì)中常用的線性電源，其原理是先將交流電220v經(jīng)過變壓器降低電壓幅值到14v，再經(jīng)過整流電路

21、整流后，得到脈沖直流電，后經(jīng)濾波得到帶有微小波紋電壓的直流電壓20V（空載）。因?yàn)楸究刂破鞑糠趾碾娏勘容^小，考慮到成本問題，故本控制器電源部分的變壓器用4W的小型5針插針臥式變壓器，這樣在接通負(fù)載（控制器）的時(shí)候，變壓器輸出電壓將會(huì)被拉低，直流輸出在12v左右。C15電解電容耐壓值應(yīng)大于22V，本設(shè)計(jì)采用市面上較為常用的50V耐壓值的電解電容。由于應(yīng)用到家庭中，對(duì)于洗衣機(jī)來說是用到水的電器產(chǎn)品，必須加入適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)措施，本文中我在電源輸入的地方串入了一個(gè)熔斷器，當(dāng)出現(xiàn)短路的時(shí)候會(huì)立刻燒斷熔斷器，切斷總電源，避免出現(xiàn)安全事故。當(dāng)然，洗衣機(jī)還要加接地保護(hù)，防止人身觸電。不過上面的電源還是不能產(chǎn)生出穩(wěn)

22、定的5V電壓，要達(dá)到高精度的直流電壓，我們必須經(jīng)過穩(wěn)壓電路進(jìn)行穩(wěn)壓。所以在下圖我們還將加入一個(gè)穩(wěn)壓芯片WS78L05。圖3-5 穩(wěn)壓芯片WS78L05通過整流得到的電壓VCC，經(jīng)過穩(wěn)壓芯片WS78L05后再經(jīng)過C14與C13兩個(gè)電容的再次濾波輸出的就是比較穩(wěn)定的5V電源了。由于用的WS78L05是TO-92封裝，輸出電流最大可達(dá)150mA。而且控制器的總功率很小，故不在穩(wěn)壓芯片WS78L05上做任何散熱處理。圖3-6 TO-92封裝 3.4 按鍵輸入部分本洗衣機(jī)控制器一共有4個(gè)按鍵，功能分別為KEY1：“開關(guān)按鍵”；KEY2：“設(shè)置按鍵”；KEY3：“功能加”；KEY4：“功能減”。其原理圖如

23、下圖所示。圖3-7 按鍵輸入部分原理圖 其中KEY1、KEY2、KEY3、KEY4分別接到芯片STM8S105對(duì)應(yīng)的I/O口引腳上。 3.5 傳感器部分傳感器介紹：傳感器是一種檢測(cè)裝置，它將我們感受到的信息按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成為電信號(hào)形式輸出，以滿足信息的傳輸?shù)纫?。它是?shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制的首要環(huán)節(jié)。我們洗衣機(jī)控制系統(tǒng)傳感器部分主要包括：溫度檢測(cè)部分、重力傳感器部分、水渾濁度檢測(cè)部分。下面就是對(duì)這三個(gè)傳感器部分的詳細(xì)介紹。3.5.1 溫度檢測(cè)部分由于洗衣機(jī)是用于家用電器，一般洗衣服時(shí)水溫在050，溫度檢測(cè)只是用于模糊控制的一個(gè)計(jì)算參數(shù)，所以用到一個(gè)精度不是太高的普通的溫度傳感器即可。在這里，我

24、們選擇了一款“NTC熱敏電阻MF52AT 10K 1%精度”作為我們的溫度傳感器。首先選擇這種型號(hào)的傳感器是因?yàn)椋旱谝?，它在市?chǎng)上很容易買到，是常用的溫度傳感器之一；第二，它的價(jià)格便宜，在市場(chǎng)上它的價(jià)格只有幾毛錢。第三，它的溫度敏感，能夠比較快速的反應(yīng)水溫的變化。第四，他的精度不算低，符合本次設(shè)計(jì)控制器測(cè)量溫度所要求的精度。下圖是MF52AT 10K 誤差1% 溫度特性表：表3-1 MF52AT 10K 3950 溫度特性表T()R(K)T()R(K)T()R(K)T()R(K)-40 190.5562 -27 99.5847 -14 53.1766 -1 29.2750 -39 183.41

25、32 -26 94.6608 -13 50.7456 0 28.0170 -38 175.6740 -25 90.0326 -12 48.4294 1 26.8255 -37 167.6467 -24 85.6778 -11 46.2224 2 25.6972 -36 159.5647 -23 81.5747 -10 44.1201 3 24.6290 -35 151.5975 -22 77.7031 -9 42.1180 4 23.6176 -34 143.8624 -21 74.0442 -8 40.2121 5 22.6597 -33 136.4361 -20 70.5811 -7 38

26、.3988 6 21.7522 -32 129.3641 -19 67.2987 -6 36.6746 7 20.8916 -31 122.6678 -18 64.1834 -5 35.0362 8 20.0749 -30 116.3519 -17 61.2233 -4 33.4802 9 19.2988 -29 110.4098 -16 58.4080 -3 32.0035 10 18.5600 -28 104.8272 -15 55.7284 -2 30.6028 11 18.4818 T()R(K)T()R(K)T()R(K)T()R(K)12 18.1489 25 10.0000 38

27、 6.1418 51 3.9271 13 17.6316 26 9.5762 39 5.9343 52 3.7936 14 16.9917 27 9.1835 40 5.7340 53 3.6639 15 16.2797 28 8.8186 41 5.5405 54 3.5377 16 15.5350 29 8.4784 42 5.3534 55 3.4146 17 14.7867 30 8.1600 43 5.1725 56 3.2939 18 14.0551 31 7.8608 44 4.9976 57 3.1752 19 13.3536 32 7.5785 45 4.8286 58 3.

28、0579 20 12.6900 33 7.3109 46 4.6652 59 2.9414 21 12.0684 34 7.0564 47 4.5073 60 2.8250 22 11.4900 35 6.8133 48 4.3548 61 2.7762 23 10.9539 36 6.5806 49 4.2075 62 2.7179 24 10.4582 37 6.3570 50 4.0650 63 2.6523 T()R(K)T()R(K)T()R(K)T()R(K)64 2.5817 76 1.7696 88 1.3009 100 0.9180 65 2.5076 77 1.7197 8

29、9 1.2684 101 0.8889 66 2.4319 78 1.6727 90 1.2360 102 0.8610 67 2.3557 79 1.6282 91 1.2037 103 0.8346 68 2.2803 80 1.5860 92 1.1714 104 0.8099 69 2.2065 81 1.5458 93 1.1390 105 0.7870 70 2.1350 82 1.5075 94 1.1067 106 0.7665 71 2.0661 83 1.4707 95 1.0744 107 0.7485 72 2.0004 84 1.4352 96 1.0422 108

30、0.7334 73 1.9378 85 1.4006 97 1.0104 109 0.7214 74 1.8785 86 1.3669 98 0.9789 110 0.7130 75 1.8225 87 1.3337 99 0.9481 下圖為溫度模塊的原理圖： 圖3-8 溫度傳感器檢測(cè)原理圖如上圖所示，NTC熱敏電阻P6和測(cè)量電阻R4（精密電阻）組成一個(gè)簡(jiǎn)單的串聯(lián)分壓電路，參考電壓V_ref（+5v）經(jīng)過分壓可以得到一個(gè)電壓值隨著溫度值變化而變化，這個(gè)電壓的大小將反映出NTC電阻的大小，也就是相應(yīng)溫度值的反映。通過歐姆定律可以得到輸出電壓值和NTC電阻值的一個(gè)關(guān)系表達(dá)式：（3-1）接下來的表

31、達(dá)式將基于公式（1）推算，本控制器的單片機(jī)STM8S105C6T6里集成了10位數(shù)模轉(zhuǎn)換器（ADC），參考電壓。各溫度點(diǎn)對(duì)應(yīng)的ADC轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量可以計(jì)算為： （3-2）將公式（1）、（2）結(jié)合可以得到： （3-3）3.5.2重力傳感器部分稱重傳感器是一種將質(zhì)量信號(hào)轉(zhuǎn)換成可測(cè)量的電信號(hào)輸出的裝置。，它主要有光電式、液壓式、電容式、電磁力式、電阻應(yīng)變式、板環(huán)式、數(shù)字式等。其中以電阻應(yīng)變式使用的最為廣泛。在市面上測(cè)量重量的傳感器很多，考慮到成本與可實(shí)施性，在這里，我們主要介紹一種“電子秤專用稱重傳感器”，實(shí)物見下圖所示。圖3-9 壓力傳感器實(shí)物圖接線:紅線輸入“電壓+”， 黑線輸入“電壓-” ，綠

32、線輸出“信號(hào)+” ，白線輸出“信號(hào)-”。輸出電壓信號(hào)：壓力越大輸出電壓信號(hào)越大下圖為壓力傳感器的原理圖：圖3-10 壓力傳感器原理圖由于本文講述的重心是控制器，壓力傳感器會(huì)連接線路，能夠使用即可，不再對(duì)其內(nèi)部做深層分析。3.5.3水渾濁度檢測(cè)部分渾濁度檢測(cè)部分，本控制器用高亮燈作為發(fā)射光源，光敏電阻作為接收源，當(dāng)一次洗滌時(shí)間結(jié)束后，在排水的時(shí)候檢測(cè)水的渾濁度，如果渾濁度比較大，就接著在洗滌一次，如果渾濁度比較小，符合干凈的標(biāo)準(zhǔn)，就結(jié)束洗滌。當(dāng)然，人們?nèi)粘Ｉ畹囊挛镉械羯?，那么也?huì)影響水渾濁度的檢測(cè)，那么，我們就規(guī)定一個(gè)最大洗滌次數(shù)，如果大于這個(gè)洗滌次數(shù)，就停止洗滌，避免水和電的浪費(fèi)，給用戶造

33、成不必要的花費(fèi)。在這里，我選擇GL5528光敏電阻，其工作原理是：當(dāng)周圍光線變?nèi)鯐r(shí)引起光敏電阻的阻值增加。信號(hào)方面不采用單片機(jī)AD轉(zhuǎn)換后處理，而是在進(jìn)入單片機(jī)之前就提前處理好信號(hào)，判斷渾濁度是否符合標(biāo)準(zhǔn)。測(cè)試燈D5在檢測(cè)時(shí)導(dǎo)通發(fā)出亮光（由單片機(jī)IO口控制），透過要檢測(cè)的水照射到光敏電阻R16上，R13與R16分壓后與R12（渾濁度設(shè)定值）電壓比較，如果洗滌后的水比較渾濁，那么經(jīng)過運(yùn)算放大器輸出的是低電平；如果洗滌后的水比較清澈，那么經(jīng)過運(yùn)算放大器輸出的是高電平。下圖是光敏電阻的硬件原理圖部分。圖3-11 渾濁度檢測(cè)電路原理圖3.6 蜂鳴器部分在洗滌衣物前，我打算機(jī)器被打開啟動(dòng)時(shí)鳴叫一聲，作為工

34、作開始標(biāo)志，在洗滌完衣物之后，蜂鳴器鳴叫三聲作為洗衣過程結(jié)束。原理圖如下。圖3-12 蜂鳴器驅(qū)動(dòng)原理圖由于不需要有多種聲音的發(fā)出，所以本控制器設(shè)計(jì)LS1用的是普通的5v有源蜂鳴器，正常工作電流在20mA30mA左右，STM8S105C6T6手冊(cè)上說，“本控制器芯片任意I/O和控制管腳上的輸出灌電流最大值是20mA”，所以蜂鳴器正常工作時(shí)，普通IO口很難驅(qū)動(dòng)起來。所以本系統(tǒng)設(shè)計(jì)加個(gè)NPN三極管增大輸出電流，通過置高低電平控制Q2S（s8050)的導(dǎo)通，來驅(qū)動(dòng)蜂鳴器的工作。3.7 顯示部分本控制器設(shè)計(jì)顯示可以有很多種方式，指示燈、數(shù)碼管、黑白液晶、彩屏液晶等等。指示燈：指示燈價(jià)格低廉，但是顯示效果

35、不好，一般用戶很難理解顯示的含義，而且根本沒有界面可言，所以不適合使用，故舍棄。數(shù)碼管：數(shù)碼管價(jià)格比較便宜，可以顯示簡(jiǎn)單的數(shù)字及字母，但是線路復(fù)雜，要加入很多的限流電阻，而且數(shù)碼管占用芯片引腳很多，在實(shí)際產(chǎn)品應(yīng)用上給用戶的感覺不符合智能洗衣機(jī)應(yīng)有的現(xiàn)代審美，故綜合考慮后，舍棄。彩屏顯示器：彩屏顯示器顯示效果很好，可以顯示漢字、圖片、數(shù)字等，但是其價(jià)格比較昂貴，目前不推薦使用，故舍棄。黑白液晶：可以顯示數(shù)字、字母、圖標(biāo)等，價(jià)格中等，硬件電路連接簡(jiǎn)單。綜合以上因素分析，本控制器設(shè)計(jì)選擇黑白液晶1602作為控制器的顯示器。1602介紹：1602是一塊工業(yè)字符型液晶，能夠同時(shí)顯示16*02即32個(gè)字符

36、（16列2行）。它是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等的點(diǎn)陣型液晶模塊。由于內(nèi)部集成好電路，對(duì)比度可調(diào)節(jié)，提供各種控制命令，故軟件編程時(shí)較為容易。下圖是液晶屏1602的硬件原理圖：圖3-13 1602液晶顯示原理圖其中Vee（引腳3）是液晶顯示對(duì)比度調(diào)節(jié)端，通過可調(diào)電阻R8調(diào)節(jié)顯示屏對(duì)比度；RS（引腳4）是數(shù)據(jù)/命令選擇端（H/L）；R/W（引腳5）是讀寫選擇端（H/L）；E（引腳6）是使能信號(hào)；DB0DB7（引腳7引腳14）是數(shù)據(jù)口；A（引腳15）是背光電源正極；K（引腳16）是背光電源負(fù)極。因?yàn)楸究刂破鞴δ艿拈_關(guān)由按鍵控制，故液晶屏的背光燈也需要控制開關(guān)，所以通過三極管Q3驅(qū)動(dòng)。3.8主電

37、機(jī)部分電機(jī)，是洗衣機(jī)控制的最終對(duì)象，洗衣的轉(zhuǎn)速、力矩和噪音等很多問題都直接和電機(jī)相關(guān)。下面就將介紹電機(jī)部分了。電機(jī)選型時(shí)注意點(diǎn)：一、功率：洗衣機(jī)，一般功率在100W400W之間，所以電機(jī)選型時(shí)要注意功率在這范圍內(nèi)即可。2、 轉(zhuǎn)速：（3-4）n:電機(jī)轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)/分鐘；f:電源頻率，在我國(guó)為50Hz；p:電機(jī)磁極對(duì)數(shù)；考慮到性價(jià)比，電機(jī)一般磁極對(duì)數(shù)比較小，由于單相異步電機(jī)轉(zhuǎn)速較大，而洗衣機(jī)電機(jī)洗滌時(shí)不需要太高轉(zhuǎn)速，脫水時(shí)需要較為高一些的轉(zhuǎn)速。所以在電機(jī)選型時(shí)需要考慮轉(zhuǎn)速這方面?；蛘呒酉鄳?yīng)的調(diào)速器來改變轉(zhuǎn)速，增大力矩。由于本設(shè)計(jì)主要介紹模糊洗衣機(jī)控制系統(tǒng)，故電機(jī)方面不再做深層次介紹，下面是主電機(jī)控制部

38、分原理圖：圖3-14 主電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制部分原理圖由于電機(jī)是直接接交流電源220V，功率較大，需要采取措施進(jìn)行隔離，保護(hù)控制器。1. 光耦開關(guān)：又稱光電隔離器，簡(jiǎn)稱光耦。它以光為媒介傳輸電信號(hào)，無觸點(diǎn)、抗干擾能力強(qiáng)、輸出和輸入之間絕緣等優(yōu)點(diǎn)。本設(shè)計(jì)選用TLP521光耦，將單片機(jī)的IO口與電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路隔離開來，避免灌電流對(duì)芯片造成影響與傷害。2. 繼電器：繼電器是由線圈和觸點(diǎn)組兩部分組成的，它是具有隔離功能的自動(dòng)開關(guān)元件。在本控制器中，它使得驅(qū)動(dòng)電路與電機(jī)隔離，控制電機(jī)的工作。考慮到電機(jī)負(fù)載不大，本設(shè)計(jì)選用JZC-32F繼電器，完全符合設(shè)計(jì)要求。原理介紹：當(dāng)需要控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，芯片IO口給出一個(gè)高電

39、平光耦就會(huì)導(dǎo)通使Q1基極高電平Q1導(dǎo)通繼電器導(dǎo)通電機(jī)工作。在需要電機(jī)停轉(zhuǎn)時(shí)，芯片IO口給出一個(gè)低電平，Q1NPN三極管、K1繼電器會(huì)關(guān)閉，電機(jī)停止工作。 注：由于繼電器本身有線圈部分，故而在工作停止工作時(shí)，t無窮小，i將會(huì)變得很大，如果不加保護(hù)措施，將會(huì)擊穿三極管9013。所以在設(shè)計(jì)中加入D3續(xù)流二極管，保護(hù)三極管Q1。下圖為洗衣機(jī)放水控制電路：圖3-15 洗衣機(jī)排水控制部分原理圖由于排水的裝置還需要很多要介紹的，不屬于本設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，所以本控制器排水控制部分就以LED指示燈表示，串一個(gè)限流電阻限制導(dǎo)通電流，由芯片直接控制。3.9本章小結(jié)本章主要對(duì)模糊洗衣機(jī)控制器的硬件做了比較詳細(xì)的介紹，從芯片

40、到外圍電路，及各個(gè)部分所采取的保護(hù)措施。大部分模塊都有相應(yīng)的比較，及電路的工作原理，控制方式。從硬件電路圖可以看出整個(gè)控制器硬件結(jié)構(gòu)明確、模塊化結(jié)合、功能較為齊全，基本可以完成洗衣機(jī)控制系統(tǒng)所賦予它的功能要求。4 模糊洗衣機(jī)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)4.1洗衣機(jī)控制器軟件總體設(shè)計(jì)思想在完善的硬件裝置的基礎(chǔ)上，洗衣機(jī)控制器系統(tǒng)的主要功能均通過軟件完成。洗衣機(jī)控制器系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)是整個(gè)洗衣機(jī)控制器系統(tǒng)的核心，它關(guān)系到洗衣機(jī)控制器系統(tǒng)的性能及其功能的實(shí)現(xiàn)。在洗衣機(jī)控制器的軟件設(shè)計(jì)中，主要的設(shè)計(jì)思想有三個(gè)方面：一是滿足控制的實(shí)時(shí)性要求；二是軟件要充分發(fā)揮STM8S105C6T6指令和硬件特點(diǎn)；三是軟件要有很強(qiáng)的靈

41、活性、通用性和可靠性。為了體現(xiàn)以上設(shè)計(jì)思想，本文中的洗衣機(jī)控制器的軟件設(shè)計(jì)采取了以下措施：（1）洗衣機(jī)控制器的所有軟件設(shè)計(jì)均采用模塊化、子程序化設(shè)計(jì)思想。根據(jù)洗衣機(jī)控制器所要完成的不同功能，將整個(gè)洗衣機(jī)控制器的軟件劃分為主程序和中斷服務(wù)程序。主程序包括系統(tǒng)初始化模塊、液晶屏模塊、按鍵模塊、AD計(jì)算模塊和控制輸出模塊等。（2）在程序設(shè)計(jì)中，能用中斷的盡量采用中斷方式。但進(jìn)入中斷的時(shí)間不易過長(zhǎng)，以避免在某一中斷處理程序中，因CPU停留時(shí)間過長(zhǎng)而導(dǎo)致不能及時(shí)響應(yīng)其它中斷的請(qǐng)求，使程序出現(xiàn)控制錯(cuò)誤。圖4-1 主程序設(shè)計(jì)流程圖4.2 主程序設(shè)計(jì)4.2.1 系統(tǒng)初始化模快當(dāng)STM8S105C6T6上電開始

42、運(yùn)行前，首先要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化，主要包括下面幾點(diǎn)：（1） STM8S105C6T6系統(tǒng)時(shí)鐘的初始化和片內(nèi)外設(shè)時(shí)鐘的初始化；（2） 通用GPIO的初始化；（3） 中斷的初始化；（4） 液晶屏的初始化；（5） 按鍵的初始化；（6） ADC模塊的初始化，主要包括：AD的啟動(dòng)、AD采集頻率的選擇、采樣后數(shù)據(jù)的處理等。4.2.2 液晶顯示部分 本控制器選用的是1602液晶，它里面集成了很多電路，內(nèi)部在編程控制顯示時(shí)，只需在輸入相對(duì)應(yīng)的控制模式即可。部分程序如下：void Ht1602WrCmd(u8 Cmd) ledrs = 0;/數(shù)據(jù)命令選擇端 Delay_us(Ht1602_us);/延時(shí) Ht16

43、02Wr_Data(0x80, 4); /寫入命令標(biāo)志 Ht1602Wr_Data(Cmd, 8); /寫入命令數(shù)據(jù) lcdrs = 1;void Ht1602Wr_Data(u8 Data, u8 cnt) u16 i;lcdrs = 1;Delay_us(Ht1602_us); for (i = 0; i cnt; i+) if(Data & 0x80) = 0x80) DAT = 1; else DAT = 0; Delay_us(Ht1602_us); Data = 1; lcden = 1;Delay_us(Ht1602_us);lcden = 0;4.2.3 模擬量采集部分本控制器

44、設(shè)計(jì)有兩個(gè)模擬量采集：溫度模擬量采集和重力模擬量采集。以溫度為例：下面程序是硬件設(shè)計(jì)章節(jié)MF52AT 10K 3950 溫度特性表模擬量轉(zhuǎn)化數(shù)字量，相對(duì)應(yīng)的值。/-NTC對(duì)照表-/u16 NTCRTable126 = 202, 210, 217, 224, 232, 240, 248, 256, 264, 272, 280, 289, 297, 306, 315, 323, 332, 341, 350, 359, 368, 377, 387, 396, 405, 414, 424, 433, 442, 452, 461, 470, 479, 489, 498, 507, 516, 525, 5

45、34, 543, 552, 561, 569, 578, 587, 595, 603, 612, 620, 628, 636, 644, 651, 659, 667, 674, 681, 688, 696, 703, 709, 716, 723, 729, 735, 742, 748, 754, 760, 766, 771, 777, 782, 788, 793, 798, 803, 808, 813, 817, 822, 826, 831, 835, 840, 844, 848, 852, 856, 860, 863, 867, 871, 874, 878, 881, 884, 887, 8

46、91, 894, 897, 900, 902, 905, 908, 910, 913, 915, 918, 920, 923, 925, 927, 929, 932, 934, 936, 938, 939, 941, 943, 945, 947, 949, 950, 952;/保存在rom中對(duì)于溫度采集，考慮到采集數(shù)據(jù)時(shí)的波動(dòng)性，溫度會(huì)有所變動(dòng)，故采取多次采集，求取平均值計(jì)算出最準(zhǔn)確平穩(wěn)的溫度值。/-ADC取值濾波-/void ADC_CONV(void) if(ADC_CSR & 0x80 ) != 0x80 ) /等待ADC轉(zhuǎn)換完畢 u16_ADC_value = ADC_GetConve

47、rsionValue(); u16_ADC_value = u16_ADC_value; AD_Count += 1; AD_Sum += u16_ADC_value; if(AD_Count = 60) / 是最后一次轉(zhuǎn)換時(shí) AD_Fin = 1; AD_Count = 0; / AD 計(jì)數(shù)清0 u16_ADC_value = AD_Sum / 60; u16_ADC_Temp_value = u16_ADC_value; AD_Sum = 0; Temp_Value_Set(u16_ADC_value); AD_Enable = 0; Delay_us(AD_Delay); ADC_CR1

48、_ADON = 1;/ADC開始檢測(cè) 采取的溫度數(shù)字量如何與實(shí)際溫度值轉(zhuǎn)換呢，下面就是查表轉(zhuǎn)換成現(xiàn)實(shí)的實(shí)際溫度值。/-NTC查表-/* Plow-查表的最低位 Phigh-查表的最高位 Pmid-查表上下比較得到的中間值 （即為所需要的溫度值） */u8 Search_NTCR_Table(u16 iSearchValue)/AD查表 u8 Plow = 0; u8 Phigh = 80; u8 Pmid = 0; while(Plow = NTCRTablePmid) if(iSearchValue NTCRTablePmid + 1) Temp_Xiao = (u16)(iSearchVa

49、lue - NTCRTablePmid) * 10) / (NTCRTablePmid + 1 - NTCRTablePmid); break; Pmid = Pmid + 1; Plow = Plow + 1; return Pmid;4.3本章小結(jié)本章系統(tǒng)地介紹了洗衣機(jī)控制器的軟件結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)思路，軟件實(shí)現(xiàn)的功能等。結(jié)合STM8S105C6T6的指令及其硬件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，著重闡述了主程序（包括初始化模塊、液晶顯示模塊、模擬量采集部分），對(duì)各部分的介紹基本都給出了較完整的流程圖。最后對(duì)軟件可靠性進(jìn)行了簡(jiǎn)單的概述，并且進(jìn)行了軟件可靠性設(shè)計(jì)。5 總結(jié)與展望5.1 論文總結(jié)目前模糊控制已經(jīng)越來越多的滲入

50、到智能家居方面，模糊邏輯控制技術(shù)將會(huì)成為本世紀(jì)的核心技術(shù)之一，在未來的家電市場(chǎng)，模糊類的智能家電將占有的比例也將越來越大。在總結(jié)和借鑒模糊洗衣機(jī)論文的基礎(chǔ)上，本文采用意法半導(dǎo)體公司推出的STM8S105C6T6芯片作為洗衣機(jī)控制器的控制核心，研究了洗衣機(jī)控制器的硬軟件設(shè)計(jì)。以下是對(duì)本論文工作的一個(gè)總結(jié)：（1）在對(duì)國(guó)內(nèi)外大量洗衣機(jī)控制論文分析和研究的基礎(chǔ)上，本文對(duì)洗衣機(jī)控制器的作用、發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行了較為全面的整理和總結(jié)， 明確了洗衣機(jī)控制器設(shè)計(jì)的方向和任務(wù)。（2）采用STM8S105C6T6芯片作為洗衣機(jī)控制器的控制核心，它以其豐富的引腳資源在洗衣機(jī)磁控制中表現(xiàn)出不錯(cuò)的性能，洗衣機(jī)控制器的設(shè)計(jì)將向硬件模塊化、功能軟件化加速發(fā)展。（3）設(shè)計(jì)了AD采樣的信號(hào)調(diào)