基于模糊控制的洗衣机控制系统的设计

1、1 .绪论1.1 洗衣机的介绍洗衣机目前作为一种在家庭中必不可少的家用用电器,开展的十分迅猛,备受使用者青睐的莫过于智能型模糊洗衣机,它能自动判断洗涤物的质地和重量, 自动选择最正确洗涤程序,自动完成进水、洗涤、漂洗、甩干等一系列的过程.1.11 洗衣机的开展背景不管是在以前还是现在,衣服的洗涤都是不可防止的,洗衣机问世以前,它 还是一项体力活,需要反复的手搓、敲打、清洗,冬天的时候洗衣服就更受罪了, 有条件的可以加点热水,但是马上就冷了,还是只得在冰冷的水中搓洗衣服,总 之给人的感觉就是一点都不轻松.1958年,一个叫汉密尔顿史密斯的美国人在匹茨堡制成了世界上第一台 洗衣机.1874年,同样

2、也是一个美国人叫比尔布莱克斯,创造了世界上第一 台由人工搅拌的洗衣机,随后,“手洗时代受到挑战. 1911年,还是聪明的 美国人,又发现了世界上第一台电动洗衣机.1920年,洗衣机的材质开始发现变化,美国的玛伊塔格公司将其木制桶改成铝制, 第二年又改变了它的结构,有 单层改为外层铝、内层铜的双层结构.1936年,他们又将洗衣机的筒体改为搪 瓷.与此同时,洗衣机开始在世界各地相继问世. 这时出现喷流式和滚筒式两种 洗衣机.1932年后,一家美国公司成功研制了第一台前装式滚筒洗衣机,洗涤、漂 洗、脱水全部在一个滚筒内自动完成,洗衣机的开展进入了一个崭新的时代.这 种滚筒洗衣机,很快在欧洲和美洲得到

3、广泛应用.第一台自动洗衣机于1937年问世.这是一种“前置式自动洗衣机.靠一 根水平的轴带动的缸可容纳4000克衣服.衣服在注满水的缸内不停地上下翻滚, 使之去污除垢.到了 40年代便出现了现代的“上置式自动洗衣机.随着工业 化的加速,世界各国也加快了洗衣机研制的步伐. 首先由英国研制并推出了一种 喷流式洗衣机,它是靠筒体一侧的运转波轮产生的强烈涡流, 使衣物和洗涤液一 起在筒内不断翻滚,洗净衣物.1955年,在引进英国喷流式洗衣机的根底之上, 日本研制出独具风格、并流行至今的波轮式洗衣机.至此,波轮式、滚筒式、搅拌式在洗衣机生产领域三分天下的局面初步形成.60年代的日本出现了带干桶的双桶洗衣

4、机,人们称之为“半自动型洗衣机.70年代,生产出波轮式套桶全自动洗衣机.70年代后期,以电脑实际上微处理器限制的全自动洗衣机 在日本问世,开创了洗衣机开展史的新阶段.80年代,“模糊限制的应用使得洗衣机操作更简便,功能更完备,洗衣程序更随人意,外观造型更为时尚.90年代,由于电机调速技术的提升,洗衣机实现了宽范围的转速变换与调 节,诞生了许多新水流洗衣机.此后,随着电机驱动技术的开展与提升,日本生 产出了电机直接驱动式洗衣机,省去了齿轮传动和变速机构,引发了洗衣机驱动 方式的巨大革命. 之后,随着科技的进一步开展,滚筒洗衣机已经成了大家耳 濡目染的产品.1.1.2洗衣机的开展前景模糊洗衣机的开

5、展首先表现在洗涤方式发生了很大的变化,原先主要是通过改变水流和加大动力,现在电解水、臭氧和蒸汽洗涤技术的运用,使得洗衣机的 去污水平从依靠洗衣粉、洗衣液的化学作用和水流强弱变化的机械作用, 向健康、 环保更高层次的洗涤方式转变.另外一个变化就是高度自动化、智能化、人性化. 从半自动、全自动到现在的人工智能、模糊限制,只需要轻轻动一下手指,按一 下按钮就行了.用户还可以自主选择洗涤时间和洗涤方式, 人性化还表现在使用 的方便和舒适,如可以将不同衣服分开洗的子母洗衣机.另外,对洗衣机的负载 水平要求也越来越高,以前洗衣机的容量多为4到5公斤,现在7到8公斤都很 普遍.1.2洗衣机的主要参数洗衣机作

6、为一种家电产品,需要到达这样几项性能指标：洗净、漂洗、脱水、 甩干、排水、磨损等,其主要性能指标的实现最终依赖于洗衣过程中的各限制参 数,洗衣机的主要限制参数有：1.2.1 水位水本身作为一种洗涤剂,具有一定的去污功能,水量并不是与去污水平成正 比的,我们需根据衣物量来确定水量,虽然目前还不能做到这一点,只能从衣物 量对水位进行大致的分级.1.2.2 水流静止的洗涤剂洗涤效果并不十分理想,要想把污渍从衣服的外表去除,并对 衣物施加清洗动力,就需要洗衣机能够完成搅拌、摩擦、翻滚等一系列的动作.洗衣机输出的动能越大,去污水平也相对越明显,但同时对衣物也有一定的磨损, 因此对不同质地、不同重量的衣物

7、输出的动能也不同, 从限制的角度即表现为水 流方式的不同.1.2.3 洗涤时间很明显洗涤时间越长对衣物的磨损程度也越大,因此我们要根据衣服的质地 和重量来选择洗涤时间.1.2.4 漂洗方式漂洗的作用在于去污和去除残留的洗涤剂,漂洗方式我们也要根据具体衣物 确定.1.2.5 脱水时间脱水作为自动洗衣机洗衣操作的最后一个过程, 一般脱水时间越长,衣服也 就甩的越干,但有些衣物中的残留水分无法通过脱水的方式来去掉, 同样残留的 水分也与衣物的质地和重量有关,因此对脱水时间也要进行分级.2 .硬件电路介绍模糊洗衣机是以MC68HC05SR3片机为核心组成智能模糊程控器以及相关 元器件组成的洗衣机整机电

8、路.2.1 电源电路220V、50HZ市电经电源变压器T降压、桥式整流器 U整流、电容C1和C2 滤波、7805集成三端稳压器稳压,再经过电容C3和C4滤波,获得+5V电源作为 MC68HC05SR3片机的电源电压.二极管 VD1起隔离作用,使限制电路进行过零 检测.2.2 状态检测电路洗衣机的状态检测电路主要包括内桶平衡检测、衣物质地和重量检测、电源电压过零检测、电源电压变化检测、洗涤温度检测、水位监测以及洗涤液的混浊 度检测等电路.(1)内桶平衡检测电路：内桶平衡检测电路是由平衡开关 S与电阻R35等 元件组成,用于检测脱水程序内桶运转是否平衡(即桶内衣物是否均匀) ,其检 测原理与普通全

9、自动洗衣机大致相同.(2)衣物质地和重量检测电路：衣物质地和重量检测电路只要是由电动机 M2二极管VD3和VL1、电阻R21、光敏晶体管VT9等器件组成光耦合电路,用 于隔离交、直流信号以及产生衣物质地和重量信号.洗涤物重量的检测,是通过检测洗涤电动机 M2断电后的惯性运转数来判定 的.洗衣机工作时,当进水到达负载测定水位后,模糊成限制器限制洗涤电动问 歇运转,通过光耦合电路对电动机反复转停的惯性转数进行脉冲计数,以此判定电动机的负载量(洗衣量).也就是通过洗涤电动机断电后,依靠惯性运转时间 的长短,来判定负载量的大小.当洗衣量较大时,洗涤电动机的能量消耗也就大, 电动机依靠惯性运转的时间就短

10、； 相反,当洗衣量较少时,电动机依靠惯性运转 的时间相对就长.在限制电路中,通过二极管VD3和VL1对电动机依靠惯性运转 所产生的电压信号(相当于电动机发电),进行全波整流检出,再通过耦合使光 敏晶体管VT9工作,由反相器7404 (D2)输出信号加至MC68HC05SR3片机的 PA2端,形成衣量检测信号.在智能性模糊洗衣机中,是依据洗涤物重量来进行水位限制的. 通常根据洗 衣量的不同,水位有高、中、低以及少量等多档.在洗涤物重量检测之后,在进行以物质地的检测.所谓衣物质地的检测,主 要包括对衣物进行棉质与化纤的判定以及棉质衣物软、硬的检测等两项内容.对衣物质地进行检测的方法与对衣物重量检测

11、的方法大致相同, 也是限制洗 涤电动机间歇运转,并通过管沟和电路对电动机的惯性运转进行脉冲计数. 然后 再与衣量检测的脉冲数相比拟,根据两者的差值就可判别衣物质地. 假设两者的差 值较大,那么可判定义务的棉质成分较大；反之,为化纤成分较大.衣物棉质软、硬的检测是通过水位传感器在衣物质地检测的同时进行的.具体方法是在进行质地检测之前测出水位值,在判定是棉质衣物后,再测其水位值, 根据前后两次水位差值的大小来判定棉质衣物的软硬.假设差值较大(前水位高于 后水位),那么可判定衣物较硬；反之,为软质衣物.只是由于棉质衣物硬度不同, 其吸水快慢也不相同.通常较硬的棉质衣物比之较软的棉质衣物吸饱水所需的时

12、 间爱你更长些,在进行衣量检测过程中,较软的棉质衣物根本已吸饱水,而较硬 的棉质衣物那么吸水相对较少.故在进行衣质检测过程中,较软的棉质衣物根本上 不再吸水,所以前后水位差值不大；而较硬的棉质衣物吸水相对较多, 所以前后 水位差值较大.(3)过零检测电路：过零检测电路是由电阻 R1和R2、晶体管VT1以及7404 反相器(D1)等器件组成.由桥式整流器U输出的全波整流的电压信号,经电阻 R1加至晶体管VT1的基极,当全波整流电压信号过零时,晶体管 VT1截止,集 电极输出高电平；当全波整流电压信号大于零,晶体管VT1导通,集电极输出低 电平.晶体管VT1集电极输出的脉冲信号再经7404反相器整

13、形和反向后,加至 MC68HC05SR3片机的INT端,以产生电源电压过零中断信号.(4)电源电压变化检测电路：电源电压变化检测电路是由半波整流二极管 VD2滤波电容C5以及调整电位器RP1等元器件组成.由电源变压器T二次输出 的50HZ电压信号,经二极管 VD2半波整流以及RP1 C5的滤波,在电位器RP1 两端获得直流电压信号.这一个反映220V、50HZ电源电压变化的直流电压信号, 再经电位器RP1分压加至MC68HC05SR3片机的AN0端,作为电源电压变化检测 信号.5水温检测电路：水温检测电路是由温度传感器热敏电阻、LM358集 成电路第一级作为阻抗隔离器,第二级为放大器以及相关的

14、阻容元件组成. 由LM358B输出的温度检测信号,加至 MC68HCSR片机的AN1端.6水位检测电路：水位检测电路是由水位传感器以及电位器 RP3等元件组 成.水位检测信号加至 MC68HC05SR3片机的AN2端.7浑浊度衣物赃物度检测电路：混浊度检测电路是由红外发光二极管 VL2和红外光敏晶体管VT3两者构成光电传感器以及相关元件组成.红外发 光二极管VL2和红外光敏晶体管VT3分别安装在洗衣机排水管两侧,在红外发光 二极管VL2中通有恒定电流,使之发射出一定强度的红外线.当洗衣机排水时, 洗涤桶内的水从红外发光二极管 VL2与红外光敏晶体管VT3之间流过,不同浊度 会使透过的红红外信号

15、强弱发生变化. 这一反响浑浊度大小的红外信号, 被红外 光敏晶体管VT3接受并转换为电信号,加至MC68HC05SR3片机的AN3端,模糊 限制器以此进行洗涤程序限制.2.3 显示电路显示电路是由扫描开关管 VT10-VT13发光二极管VL3-VL9七段发光二极 管显示器LED1-LED及相关元件组成.VT10-VT13用于选择VL3-VL4 LED1 LED2和LED3工作；LED1-LED3S于显示定时时间；VL3-VL4用于显示洗衣机的 现行工作状态.2.4 输出限制电路输出限制电路是由触发电路和双向晶闸管VTR1-VTR5等元器件组成.MC68HC05SFB片机的PC3端输出限制信号,触发双向晶闸关 VTR限之导通, 排水电磁阀得电而开启阀体,洗衣机开始执行排水程序；MC68HC05SR3片机的PC4端输出限制信号,触发双向晶闸关 VT