基于模糊控制單片機的全自動洗衣機自動控制系統(tǒng)(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡介】 能 (相當于有三組 DPTR)，而且還能作后增量或先減量等的運行。 ⑶ 51 系列 51 系列優(yōu)點之一是它從內(nèi)部的硬件到軟件有一套完整的按位操作系統(tǒng)，稱作位處理器，或布爾處理器。它的處理對象不是字或字節(jié)而是位。它不僅能對片內(nèi)某些特殊功能寄存器的某位進行處理，如傳送、置位、清零、測試等，還能進行位的邏輯運算，其功能十分完備，使用起來得心應手。雖然其他種類的單片機也具有位處理功能，但能進行位邏輯運算的實屬少見。 51 系列在片內(nèi) RAM 區(qū)間還特別開辟了一個雙重功能的地址區(qū)間，十六個字節(jié)，單元地址 20H～ 2FH，它既可作字節(jié)處理，也可作位處理（作位處理時，合 128個位，相應位地址為 00H～ 7FH），使用極為靈活。這一功能無疑給使用者提供了極大的方便，因為一個較復雜的程序在運行過程中會遇到很多分支，因而需建立很多標志位，在運行過程中，需要對有關的標志 位進行置位、清零或檢測，以確定程序的運行方向。而實施這一處理（包括前面所有的位功能），只需用一條位操作指令即可。 有的單片機并不能直接對 RAM 單元中的位進行操作，如 AVR 系列單片機中，若想對RAM中的某位置位時，必須通過狀態(tài)寄存器 SREG 的 T位進行中轉。 51 系列的另一個優(yōu)點是乘法和除法指令，這給編程也帶來了便利。八位除以八位的除法指令，商為八位，精度嫌不夠，用得不多。而八位乘八位的乘法指令，其積為十六位，精度還是能滿足要求的，用的較多。作乘法時，只需一條指令就行了，即 MULAB(兩個乘數(shù)分別在累加器 A和 寄存器 B中。積的低位字節(jié)在累加器 A中，高位字節(jié)在寄存器B 中 )。很多的八位單片機都不具備乘法功能，作乘法時還得編上一段子程序調用，十分不便。 51 系列的 I/O 腳的設置和使用非常簡單，當該腳作輸入腳使用時，只須將該腳設置為高電平（復位時，各 I/O 口均置高電平）。當該腳作輸出腳使用時，則為高電平或低電平均可。低電平時，吸入電流可達 20mA，具有一定的驅動能力；而為高電平時，輸出電流僅數(shù)十μ A 甚至更小（電流實際上是由腳的上拉電流形成的），基本上沒有驅動能力。其原因是高電平時該腳也同時作輸入腳使用，而輸入腳必須具有高 的輸入阻抗，因而上拉的電流必須很小才行。作輸出腳使用，欲進行高電平驅動時，得利用外電路來實現(xiàn)， I/O 腳不通，電流經(jīng) R 驅動 LED 發(fā)光；低電平時， I/O 腳導通，電流由該腳入地，LED滅（ I/O 腳導通時對地的電壓降小于 1V， LED 的域值 ～ ）。 綜上所述，我們本次設計采用 51 系列，而 51系列的典型產(chǎn)品是 8051。 8051 是一種 40 引腳雙列直播式芯片。它含有 4KB 可反復燒錄及擦除內(nèi)存和 128 字節(jié)的 RAM，有32條可編程控制的 I/O 線， 5個中斷發(fā)源，指令與 MCS51系列完全兼容。選用它作為河北工程大學畢業(yè)設計說明書 7 核心控制新片， 可使電路極大地簡化，而且程序的編寫及固化也相當方便、靈活。選用它設計制作全自動洗衣機控制電路，該電路的組成相對簡單，工作原理清晰，易于理解。 89C51 引腳圖如圖 21所示。 圖 2189C51引腳圖 的存儲器與寄存器 89C51 單片機存儲器才用的是哈佛（ Harvard）即程序存儲器空間和數(shù)據(jù)存儲器空間是各自獨立的，兩種存儲器各自有自己的尋址方式和尋址空間。 這種結構對于單片機“面向控制”的實際應用極為方便、有利。 89C51 單片機程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器 的擴展能力分別可達 64KB，尋址和操作簡單方便。 89C51 的存儲器空間可劃分為 5 類：程序存儲器、內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器、特殊功能寄存器、為地址空間和外部數(shù)據(jù)寄存器。 A/D 轉換器種類很多，按及人口方案來分，可分為并行接口和串行接口兩類。串行接口又分為三線式接口和兩線式接口兩種。由于 89C51 串行口有限，而本此設計也用到了很多串口，而且我們需要一個多通道的轉換器，而 MAX192 正是滿足這種要求，其轉河北工程大學畢業(yè)設計說明書 8 換精度也高，所以本次設計我們采用 MAX192。 MAX192 是一種低功耗、單電源、 8 通道、串行的 10 位 A/D 轉換器。由于該芯片在片外已有采樣跟蹤保持電路，內(nèi)部時鐘電路和內(nèi)部參考電壓源，所以在應用時，所需外圍原件極少，與單片機連接也只占用 45 條口線，因此，用 MAX192 構成的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)具有硬件結構簡單、體積小和功耗低的優(yōu)點。 MAX192 是美國美信公司設計的一個 10 位 A/D 轉換器，它的信號輸入有兩種方式： 8 通道單端輸入或 4 通道差分輸入，具有極高轉換速度。其 4 線串行接口與 SPI、 QSPI、 MicroWire 等串行總線兼容，具有內(nèi)部時鐘方式和外部時鐘方式，內(nèi)帶 ，也可用外部基準電壓。 ⑴ MAX192 的引腳圖如圖 21 所示。 圖 21MAX192的引腳圖 ⑵ MAX192 的控制字 ① MAX192 控制字占一個字節(jié)，其格式見表 21。 表 21 控制字節(jié)的定義 Bit7(MSB) Bit6 Bit5 Bit4 Bit3 Bit2 Bit1 Bit0 START SEL2 SEL1 SEL0 UIN/BIP SGL/DIF PD1 PD0 注 ：轉換開始位。邏輯“ 1”有效。 ：通道選擇位。選擇所需轉換信號所連接 的通道（見表 3和表 4）。 ：單 /雙極性信號轉換模式選擇位。 1=單極性信號； 0=雙極性信號。對于單極性信號，模擬輸入中 0V～ VREF的電壓被轉換；對于雙極性信號， VREF/2～ +VREF/2的新號被轉換。 ：輸入信號形式選擇位。“ 1”為單端信號輸入，“ 0”為差分信號輸入。 5. PD0～ PD1：時鐘模式及省電模式選擇位。 ② MAX192 單端方式（ SGL/DIF=1）通道選擇如表 23 所示。 ③ MAX192 查分方式（ SGL/DIF=0）通道選擇如表 24 所示。 ④ MAX192 的 時鐘和掉電選擇如表 25 所示。 ⑶ MAX192 的工作原理 MAX192器件采用逐次逼近轉換技術及輸入采樣 /保持電路把模擬信號轉換成 10位的數(shù)字信號輸出，模擬信號有單端輸入和差分輸入兩種輸入方式，輸入電壓范圍分單極河北工程大學畢業(yè)設計說明書 9 性（ ）和雙極性（ ）兩種，每做完一次 A/D 轉換，需從串行數(shù)據(jù)輸入端輸入以“ 1”開始的 8 位控制字對器件初始化，內(nèi)部控制邏輯控制 A/D 轉換。 當 MAX192 的 CS 端有效時，在時鐘 SCLK 的每一個上升沿把一個最高 位為“ 1”的控制字節(jié)的各位送入輸入移位寄存器，控制器收到控制字節(jié)后，選擇控制字節(jié)中給定的模擬通道，并在 SCLK 的下降沿啟動轉換。在啟動轉換后， MAX192 可以使用外部串行時鐘或內(nèi)部時鐘來完成逐次逼近轉換。在兩種時鐘方式中，數(shù)據(jù)的移入 /輸出都由外部時鐘來完成。 轉換結束后的數(shù)據(jù)是由 DOUT 端讀出的。應該注意，數(shù)據(jù)的輸出是高位在先，低位在后，有效位為 10 位。在單極性輸入方式下，輸出的是標準二進制碼，對于差分方式下的雙極性輸入，其輸出是莫二補碼。 需要注意的是，在單極性輸入方式下，轉換完成后的 10 位數(shù)據(jù)在移位寄存 器中存放時，在數(shù)據(jù)的首部添了一個“ 0”，在尾部添加了 5 個“ 0”，這樣，要得到最終的正確結果，需要把這 16 位數(shù)（包括 10 位有效數(shù)據(jù)）右移 5位。在編寫采樣程序時，送完一字節(jié)控制字，何時讀轉換結果 ，有兩種判斷方法：一是看 SSTRB 信號是否變高，二是延時多少 us(最大位 10us)。 表 23 單端方式（ SGL/DIF=1）通道選擇 SEL2 SEL1 SEL0 CH0 CH1 CH2 CH3 CH4 CH5 CH6 CH7 AGND 0 0 0 + 1 0 0 + 0 0 1 + 1 0 1 + 0 1 0 + 1 1 0 + 0 1 1 + 1 1 1 + 表 24 查分方式（ SGL/DIF=0）通道選擇 SEL2 SEL1 SEL0 CH0 CH1 CH2 CH3 CH4 CH5 CH6 CH7 0 0 0 + 0 0 1 + 0 1 0 + 0 1 1 + 1 0 0 + 1 0 1 + 1 1 0 + 1 1 1 + 河北工程大學畢業(yè)設計說明書 10 表 25 時鐘和掉電選擇 PD0 PD1 器件模式 1 1 外部時鐘方式 1 0 內(nèi)部時鐘方式 0 1 速掉電模式（ Fast PowerDown Mode） 0 0 全掉點模式 ( Full PowerDown Mode) 傳感器 本次設計中用到 4 個傳感器，分別為： TS 污濁度傳感器、溫度傳感器、負載傳感器和水位傳感器。其中污濁度、溫度和負載傳感器輸出的都是模擬信號，需 要通過 A/D轉換才能作為單片機的控制信號，而水位傳感器本身輸出的就是數(shù)字信號，所以不需要通過 A/D 轉換，直接可用做單片機的控制信號。 ⑴ TS 污濁度傳感器 內(nèi)部原理圖 如圖 22所示。 渾濁度檢測傳感器的主要原理是光電耦合器，而普通的光電耦合器不能有效的檢測洗衣機水的渾濁度。光電耦合器的光源必須是紅外光才能準確的檢測渾濁度。 TS 濁度傳感器是 GE 公司開發(fā)的一種專門用于家電產(chǎn)品的低成本傳感器，主要用于洗衣機、洗碗機等產(chǎn)品的水污濁程度的測量。 圖 22濁度傳感器內(nèi)部原理圖 ⑵溫度傳感器 溫度傳感器有四種主要類型： 熱 電偶 、 熱敏電阻 、電阻溫度檢測器 (RTD)和 IC 溫度傳感器下 )。 IC 溫度傳感器又包括模擬輸出和數(shù)字輸出兩種類型。 熱電偶應用很廣泛，因為它們非常堅固而且不太貴。熱電偶有多種類型，它們覆蓋非常寬的溫度范圍，從 200℃ 到 2021℃ 。它們的特點是：低靈敏度、低穩(wěn)定性、中等精度、響應速度慢、高溫下容易老化和有漂移，以及非線性。另外，熱電偶需要外部參考端。 我們常用溫度傳感器有 DS18B AD590 等，它們都是集成溫度傳感器。 DS18B20河北工程大學畢業(yè)設計說明書 11 輸出是數(shù)字信號可以直接和單片機相連，而且硬件連接電路少，但需要對其進行復 雜的軟件編程。 AD590 是美國模擬器件公司生產(chǎn)的單片集成兩端感溫電流源。它的主要特性如下： ?流過器件的電流（ mA）等于器件所處環(huán)境的熱力學溫度（開爾文）度數(shù)。 ?AD590 的測溫范圍為 55℃～ +150℃。 ?AD590 的電源電壓范圍為 4V～ 30V。電源電壓可在 4V~6V 范圍變化，電流變化 1mA，相當于溫度變化 1K。 AD590 可以承受 44V 正向電壓和 20V 反向電壓，因而器件反接也不會被損壞。 ?輸出電阻為 710MW。 ?精度高。 AD590 共有 I、 J、 K、 L、 M五檔，其中 M檔精度最高，在 55℃～ +150℃范圍內(nèi)，非線性誤差為177。 ℃。 本設計我們選用 AD590 作為溫度傳感器。 AD590 比 DS18B20 精度更高、線性度誤差小，且不需要溫度報警和復雜的程序編程，非常適合用于洗衣機的溫度檢測傳感器 ⑶負載傳感器 根據(jù)模糊控制要求，負載檢測時通過檢測電動機的反電動勢來實現(xiàn)的，而電動機的反電動勢比單片機所用電壓大的多，不能直接采樣，必須經(jīng)過隔離。采用線性光電耦合器既能隔離高電壓和干擾，又能得到滿意的檢測信號。 ⑷水位傳感器原理圖如圖 25所示。 諧振式水位傳感器 ,采用了新型的傳感原理 ,把水位的高低 ,通過水位傳 感器直接變成水位與頻率的對應關系。衣物的洗凈度、水流強度、洗滌時間等參數(shù)的檢測 ,對模糊控制洗衣機在節(jié)水、節(jié)能、減少洗滌時間方面起決定性的作用。 圖 25水位傳感器原理圖 顯示器 顯示器有 LED 和 LCD 兩種。 LCD(Liquid crystal Display)是液晶顯示器英文名稱的縮寫，液晶顯示器是一種被動式的顯示器，即液晶本身并不發(fā)光，而是利用液晶經(jīng)過處理后能改變光線通過方向的特河北工程大學畢業(yè)設計說明書 12 征，達到白底黑字或黑底白字顯示的目的。 LED（ Light Emiting Diode）是發(fā)光二極管英文名稱的縮寫。 LED 顯示器是由發(fā)光二極管構成的，所以在顯示器前面冠以“ LED”。本次設計只是顯示時間，所以采用 LED就可以達到目的了。 ⑴ LED 顯示器的結構 LED 常用的 LED 為 8段或 7段。每一個段對應一個發(fā)光二極管。這種顯示器有共陽極和共陰極 2 種。共陰極 LED 顯示器的發(fā)光二極管的陰極連在一起，通常此公共陰極接地。當某個發(fā)光二極管的陽極為高電平時，發(fā)光二極管點亮，相應的段被顯示。同樣，共陽極 LED 顯示器的發(fā)光二極管的陽極連接在一起，通常此公共陽極接正電壓，當某個發(fā)光二極管接低電平時， 發(fā)光二極管被點亮，相應的段被顯示。 為了使 LED 顯示器顯示不同的符號或數(shù)字，就要把不同段的發(fā)光二極管點亮，這樣就要為 LED 顯示器提供代碼，因為這些代碼可使 LED 相應的段發(fā)光，從而顯示不同字型，因此該代碼稱之為段碼（或稱為字型碼）。 ⑵ LED 顯示器工作原理 LED 顯示器有靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示 2種方式。 LED 顯示器工作于靜態(tài)顯示方式時，各位的共陰極（共陽極）連接在一起并接地（或+5V）；每位的段碼線（ adp）分別與一個 8 位的鎖存器輸出相連。之所以稱之為靜態(tài)顯示，是因為各個 LED 的顯示字符一經(jīng)確定，相應鎖存器鎖 存的段碼輸出將維持不變，直到送入另一個的段碼為止。正因為如此，靜態(tài)顯示器的亮度都較高，但靜態(tài)現(xiàn)實的缺點是占用口線太多，如果顯示器的位數(shù)太多，則需要加鎖存器，因此一般情況下采用動態(tài)顯示。 在多位 LED 顯示時，為簡化硬件電路，通常將所有位的段碼線相應段并聯(lián)在一起，由 1 個 8 位 I/O 口控制，形成段碼線的多路復用，而各位的共陰極或共陽極分別由相應的 I/O 線控制，形成各位的分時選通。 本次設計中我們采用的是 3位共陰極數(shù)碼管，其中段碼線占用 1個 8位 I/O 口，而位選占用 3位 I/O口。由于各位的段碼線并聯(lián)， 8位 I/O 口輸出的 段碼對各個顯示位來說都是相同的。因此，在同一時刻，如果各位位選都處于選通狀態(tài)的話， 3 位 LED 將顯示相同的字符。若要各位 LED 能夠顯示出與本位相應的顯示字符，就必須采用動態(tài)顯示，即在某一時刻，只讓一位的位選線處于選通狀態(tài)，而其他各位的位選處于關閉狀態(tài)，同時，段碼線上輸出相應位要顯示的字符段碼。這樣，在同一時刻， 3位 LED 中只有選通的那位顯示字符，而其他 2位則是熄滅的。同樣，在下一時刻，只讓下一位的位選處于選通狀態(tài)，而其他各位的位選線處于關閉狀態(tài)，在段碼線上輸出將要顯示字符的段碼，則同一時刻，只有選通位顯示出相 應的字符，而其他各位都是熄滅的。如此循環(huán)下去，就可以使各位顯示出將要顯示的字符。雖然這些字符是在不同時刻出現(xiàn)的，而在同一時河北工程大學畢業(yè)設計說明書 13 刻，只有一位顯示，其他各位熄滅，但由于 LED 顯示器的余輝和人眼的視覺暫留作用，只要每位顯示間隔足夠短，則可以造成多位 同時亮的假象，達到同時顯示的效果。 LED 不同位顯示的時間間隔應根據(jù)實際情況而定。發(fā)光二極管從導通到發(fā)光有一定的延時，導通時間太短，則發(fā)光太弱，人眼無法看清，但也不能太長，因為要受限于臨界閃爍頻率，而且時間越長，占用 CPU 時間也越多，本次設計我們采用 1ms 延時。 河北工程大學畢業(yè)設計說明書 14 3 軟 件設計 本次設計是基于模糊控制理論上的全自動洗衣機，用戶只需要將衣物放進洗衣機，按下啟動鍵，洗衣機就能自動完成洗滌 漂洗 脫水等一系列操作，當然本次設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將要進行什么工作，這一點是通過按鍵來實現(xiàn)的。 全自動洗衣機中的模糊控制 模糊控制器 洗衣機控制器是洗衣機的大腦，洗衣機的洗滌、漂洗、脫水等動作均由控制器加以控制，目前的全自動洗衣機采用控制器有模糊控制器和普通控制器兩種，二者之間既有共同之處，又存在著差別。 洗衣機模糊控制器與普 通控制器的相同點就在