基于模糊控制單片機的全自動洗衣機自動控制系統-文庫吧

【正文】 83。 52 偉福仿真器簡介 52 偉福仿真器特點 53 結論 54 致謝 55 目 錄 參考文獻 56 附錄 A 程序代碼 60 附錄 B 原理圖 69 摘 要 I 摘 要 基于模糊控制的全自動洗衣機自動控制系統 , 所有的電路都是在單片機的控制下工作的，目前通常采用的 是 Motorola 公司的 MC6805 系列的單片機，而本設計中采用了Intel 公司的 89C51 作為控制核心，以單片機 89C51 為核心結合接口芯片及外圍電路以實現洗衣機的智能控制。其中模糊控制器的設計是關鍵環節，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，實現對洗衣機自動識別衣質、衣量，自動識別骯臟程度，自動決定水量，自動投入恰當的洗滌劑等功能的控制。本設計在洗滌過程中采用了實時模糊控制，提高洗衣質量 ,節約能源。硬件結構框圖及軟件流程圖是該系統的重要組成部分 ,在整個控制過程中，模糊控制軟件 起了決定性的作用。 關鍵詞： 模糊控制；單片機；全自動洗衣機 河北工程大學畢業設計說明書 1 1 緒 論 全自動洗衣機的介紹 洗衣機是一種在家庭中不可缺少的家用電器 ,發展非常快 ,而全自動式洗衣機因使用方便更加得到大家的青睞 ,全自動即進水、洗滌、漂洗、甩干等一系列過程自動完成 ,控制器通常設有幾種洗滌程序 ,對不同的衣物可選擇不同的洗滌方式。 全自動洗衣機的發展背景 從古到今，洗衣服都是一項難于逃避的家務勞動，而在洗衣機出現以前，對于許多人而言，它并不像田園詩描繪的那樣充滿樂趣，手搓、棒擊、沖刷、甩打??這些不斷重復的簡單 的體力勞動，留給人的感受常常是：辛苦勞累。 1858 年，漢密爾頓史密斯制成了世界上第一臺洗衣機。 1874 年 ,“手洗時代”受到了前所未有的挑戰，美國人比爾布萊克斯發明了世界上第一臺人工攪動洗衣機。 1911年美國人又研制了世界上第一臺電動洗衣機。 1920 年美國的瑪依塔格公司又把洗衣機的木制桶改為鋁制桶體，第二年又把鋁制桶體改為外層鑄鋁、內層為銅板的雙層結構。1936 年，他們又將搪瓷用于洗衣機桶體。與此同時，世界各地也相繼出現了洗衣機。歐洲國家研究成功了噴流式洗衣機和滾筒式洗衣機。 1932 年后，美國一家公司 研制成功了第一臺前裝式滾筒全自動洗衣機，洗滌、漂洗和脫水都在同一個滾筒內自動完成，使洗衣機的發展躍上了一個新臺階。這種滾筒洗衣機，目前在歐洲、美洲等地得到了廣泛的應用。 第二次世界大戰結束后，洗衣機得到了迅速的發展，研制出具有獨特風格的波輪式洗衣機。這種洗衣機由于其波輪安裝在洗衣桶底，又稱渦卷式洗衣機。 近幾十年，在工業發達國家，全自動洗衣機制造技術又得到迅速發展，其年總產量及社會普及率均以達到相當高得水平。 全自動洗衣機的發展前景 全自動洗衣機的發展首先表現在洗滌方式發生巨大變化。原先大多側重于 水流的改變、動力的加大。現在，超音波、電解水、臭氧和蒸汽洗滌的運用，使洗衣機的去污能力從單純依靠洗衣粉、洗滌劑的化學作用和強弱變化的水流機械作用，向更高層次的健康、環保洗滌方式轉變，特別是電解水、超音波技術在洗衣機行業的運用幾乎改變了洗河北工程大學畢業設計說明書 2 衣機的歷史 —— 洗衣不用或少用洗衣粉、洗滌劑，減少化學品對皮膚的損害和對環境的污染。電解水、臭氧、蒸汽的殺菌除味及消毒功能倍受青睞，引發了洗衣機消費健康潮。 另一變化就是高度自動化、智能化、人性化。從半自動、全自動到現在流行的人工智能、模糊控制，只需按一下按鈕一切搞定！同時，用 戶可以按照自己的洗衣習慣，自主選擇時間和方式，自編和記憶程序讓用戶真正做到隨心所欲。人性化還表現在使用的方便和舒適，如子母分洗洗衣機可以做到不同衣物分開洗；斜桶和頂開滾筒可以做到取放衣物方便不需深彎腰；蒸汽烘干功能使得晾曬更加方便， DD 直驅電機在節能降噪方面效果更加突出，等等。 另外，大容量成為不變的消費趨勢。前幾年，洗衣機容量多為 45 公斤， 6 公斤的大容量尚很少見。現在， 7 公斤的容量已經很普遍， 8 公斤也正常。現代人居空間不斷擴大，對寬敞、舒適、方便要求更多，大能容小，大容量洗衣機一臺可頂一套。 業 內人士表示，尖端洗滌技術的革新，所表現出的洗衣方式更加注重健康和個性化，已在市場發展中倍受歡迎。 全自動洗衣機的設計目的 目前中國洗衣機市場正進入更新換代期，市場潛力巨大，人們對于洗衣機的要求也越來越高，目前的洗衣機主要有強弱洗滌功能、進排水系統故障自動診斷功能、暫停等七大功能，在許多方面還不能達到人們的需求。這就要求設計者們有更高的專業和技術水平，能夠提出更多好的建議和新的課題，將人們的需要變成現實，設計出更節能、功能更全面、更人性化的全自動洗衣機。目前的洗衣機都沒有實現全方面的兼容，大多洗衣的 廠家都注重各自品牌的洗衣機的特長，突出一兩個與別的洗衣機不同的個性化的功能，洗衣機的各項功能是由單片機控制實現的，單片機的體積小，控制功能靈活，因此，設計出基于單片機的全自動洗衣機控制電路系統具有很強的實用性。 模糊控制理論簡介 模糊控制是近代控制理論中建立在模糊集合輪上基礎上的一種基于語言規則與模糊推理的控制理論，它是智能控制的一個重要分支。 與傳統控制理論相比，模糊控制有兩大不可比擬的優點：第一，模糊控制在許多應用中可以有效且便捷的實現人的控制策略和經驗，這一優點自從模糊控制誕生以來就一直受到 人們密切的關注；第二，模糊控制不需要被控對象的數學模型即可實現較好的控制，這是因為被控對象的動態特性已隱含在模糊控制器輸入、輸出模糊集及模糊規則中。所以模糊控制被越來越多的應用于各個領域，尤其是被廣泛應用于家電系列中，基于模糊控制的洗衣機就是其中的一個典型實例。 河北工程大學畢業設計說明書 3 全自動洗衣機的設計方案 本系統實現了對洗衣機整個洗衣過程的控制，包括用戶參數輸入、洗衣、漂洗、排水和脫水等階段。控制系統主要由電源電路、數字控制電路和機械控制電路三大模塊構成。電源采用三端集成固定穩壓器 7805 提供 +5V 電源，數字控制電路負責 控制洗衣機的工作過程，主要由 AT89S51 單片機、三位共陰數碼管、按鍵、蜂鳴器、 LED 指示燈組成；機械控制電路實現傳感器檢測、電機驅動、進水、排水等功能，主要由水位檢測器、電動機、傳動系統部件、進水排水電磁閥組成。 按鍵 洗衣機面板上有 6個按鈕 K K K K K5 和 K6 K1為啟動／暫停鍵：按奇數次視為啟動，偶數次視為暫停。 K2用于洗衣程序選擇：按一下選擇洗滌，按兩下選擇漂洗，按三下選擇脫水。 K3 用于洗衣方式選擇：按一下選擇標準洗方式，按兩下選擇快速洗方式，按三下選擇輕柔洗方式。 K4 用于水位選擇：按一下進水至低水位，按兩下進水至中水位，按三下進水至高水位。 K5用于時間選擇：按一下洗衣時間短，按兩下洗衣時間適中，按三下洗衣時間長。 洗衣機自檢 洗衣機上電后，先進行自檢，包括檢查安全開關，排水閥狀態，進水閥工作過程，電機的運轉等，若發現異常現象則蜂鳴器響，報警燈亮。 洗衣程序 ⑴洗滌過程 通電后，若不選擇洗衣周期，則洗衣機從洗滌過程開始。進入洗滌過程，首先進水閥接通，開始向洗衣機供水，當到達要求水位時，進水閥斷電關閉，停止進水；電機 M接通，帶動波輪旋轉，形成洗衣水流。 電機 M是一個正反轉電機，可以形成往返水流，有利于洗滌衣物。 ⑵漂洗過程 與洗滌過程操作相同，只是時間短一些。 ⑶脫水過程 洗滌或漂洗過程結束后，電機 M停止轉動，排水閥 M 接通，開始排水。排水閥動作河北工程大學畢業設計說明書 4 的同時，電機 M也接通，使電機可以帶動內桶轉動。當水位低到一定值，再經過一段時間后，電機開始正轉，帶動內桶高速旋轉，甩干衣物。 顯示 洗滌、漂洗及脫水時間都通過倒計時的方式顯示在 3 個 LED 上，依次為分位，秒十位和秒個位，此外，還有發現異常現象時錯誤信息的顯示。 參數處理 要對洗衣機進行控制，首先要用 各種傳感器不斷地檢測相關的狀態，以作為控制的依據。其中，污濁度傳感器，溫度傳感器和負載傳感器是模擬信號，需要經過 A/D 轉換變成數字信號，而水位傳感器本身就是數字信號，單片機接受到這些傳感器的信號以后，經過一系列處理作出反應，從而控制洗衣機的工作。河北工程大學畢業設計說明書 5 2 硬件電路介紹 針對上文的功能，硬件電路應包括七個部分：微處理器控制電路、顯示電路、采樣電路、電機控制電路、進水閥控制電路、排水閥控制電路和按鍵報警電路。通過這幾個部分電路的協調工作，洗衣機能模擬人腦進行操作。 選型 ⑴ PIC 系列 PIC 單片機系列是 美國微芯公司（ Microchip）的產品，它的 CPU 采用 RISC 結構，分別有 3 3 58 條指令，屬精簡指令集。采用 Harvard 雙總線結構，運行速度快，它能使程序存儲器的訪問和數據存儲器的訪問并行處理，這種指令流水線結構，在一個周期內完成兩部分工作，一是執行指令，二是從程序存儲器取出下一條指令，這樣總的看來每條指令只需一個周期，這也是高效率運行的原因之一。此外，它還具有低工作電壓、低功耗、驅動能力強等特點。 PIC 系列單片機共分三個級別，即基本級、中級、高級。 PIC 系列單片機的 I/O 口是雙向的，其輸出電 路為 CMOS 互補推挽輸出電路。 I/O 腳增加了用于設置輸入或輸出狀態的方向寄存器，當置位 1 時為輸入狀態，且不管該腳呈高電平或低電平，對外均呈高阻狀態；置位 0時為輸出狀態，不管該腳為何種電平，均呈低阻狀態，有相當的驅動能力，低電平吸入電流達 25mA，高電平輸出電流可達 20mA。 該系列單片機的專用寄存器（ SFR）并不像 51系列那樣都集中在一個固定的地址區間內 (80～ FFH)，而是分散在四個地址區間內。只有 5 個專用寄存器，得反復地選擇對應的存儲體，這多少給編程帶來了一些麻煩。 ⑵ AVR 系列 AVR 單片機是 Atmel 公司推出的較為新穎的單片機，其顯著的特點為高性能、高速度、低功耗。它取消機器周期，以時鐘周期為指令周期，實行流水作業。 AVR 單片機指令以字為單位，且大部分指令都為單周期指令。而單周期既可執行本指令功能，同時完成下一條指令的讀取。通常時鐘頻率用 4～ 8MHz，故最短指令執行時間為 250～ 125ns。該系列的型號較多，但可用下面三種為代表： AT90S2313(簡裝型 )、 AT90S851AT90S8535(帶 A/D轉換 )。 通用寄存器一共 32 個（ R0～ R31），前 16 個寄存器（ R0～ R15）都不能直接與 立即數打交道，因而通用性有所下降。 河北工程大學畢業設計說明書 6 AVR 系列沒有類似累加器 A 的結構，它主要是通過 R16～ R31 寄存器來實現 A 的功能。在 AVR 中，沒有像 51系列的數據指針 DPTR，而是由 X（由 R2 R27 組成）、 Y（由R2 R29 組成）、 Z（由 R R31 組成）三個 16 位的寄存器來完成數據指針的功