智能控制课程设计洗衣机的模糊控制设计

1、智能控制课程设计 洗衣机的模糊控制设计 院系：人武学院信息工程系 专业：电子信息科学与技术 年级：11电科 学号： 指导老师：王艳红 日期：2012-12-7摘要洗衣机现在已经是千家万户所必备的家用电器，然而洗衣机的种类与品牌也有很多种类，不同的生产厂家采用不同的原理来设计与生产洗衣机。模糊洗衣机是一种智能型的洗衣机，它和传统的洗衣机相比，是一种全新的家用电器。传统的全自动化洗衣机有两种，一种是机械控制式，一种是单片机控制式。无论采用什么方式，它们都需要进行人为的洗涤程序选择，衣质和衣量选择，然后才能投入工作。在本质上讲，这种洗衣机还称不上是全自动的，最多只能称为半自动的。用MC6805R3控

2、制的模糊洗衣机和传统的洗衣机有很大的区别，它能自动化识别衣质、衣量、自动识别肮脏程度，自动化决定水量、自动投入恰当的洗涤剂，从而全部自动地完成整个洗染过程。由于洗涤程序是通过模糊推理而决定的，帮有着极高的洗涤效能，从而不但大大提高洗衣机的全自动化程度，也大大提高了洗衣的质量。同时也节约了人们的宝贵时间，在洗衣的同时也能做其它家务。用MC6805R3控制的模糊洗衣机可以说是真正的全自动洗衣机。在整个控制过程中，单片机MC6805R3和模糊控制软件起了决定作用。关键词：洗衣机分类、智能型、单片机、自动化AbstractWashing machine is now tens of thousands

3、 of households for household appliances, however washing machine types and brand also has a lot of kinds, different manufacturers use different principle to design and production of washing machine. Out the washing machine is a wit washing machine, and traditional the washing machine, is a new house

4、hold appliances. The traditional full automation washing machine has two, the mechanical control, which are monolithic integrated circuits to control type. No matter what, all of them will require artificial washing procedure, the quality and the quantity, then committed to work. in essence, the was

5、hing machine is no automatic, semi-automatic, most can be clothing words：Cam、high deputy、automationMc6805r3 blurred with the washing machine and traditional the washing machine, a major difference, it can automatically identify clothes, clothes, dirty automatically identify and automation to decide

6、automatically on water and proper that automatically remove all the process. The washing process by obscure reason, and help with the washing, but efficiency will not significantly improve the washing machine of automation, has greatly improved the quality, Also greatly improved the quality of the l

7、aundry. At the same time also save people's precious time, in the laundry can also do other chores.Mc6805r3 blurred with the washing machine can say is really an automatic washing machine. In the control, control software mc6805r3 monolithic integrated circuits and vague a decisive role.Keywords

8、 ： the washing machine, classifying, Intelligent, monolithic integrated circuits, automated目录 第一章 绪论.1第二章 模糊洗衣机控制系统逻辑结构.2 第一节 电源电路.2第二节 洗衣机的状态电路.3第三节 输出控制电路.3第三章 模糊洗衣机的模糊推理.5第四章 洗衣机物理量检测方法.9第一节 浑浊度的检测.9 第二节 布量和布质的检测12第四节 水温检测13第五章 布质布量的模糊推理13第一节 布量的检测和推理13 第二节 布质的检测和推理16参考文献21模糊控制的洗衣机第一章 绪论 模糊洗衣机是一种

9、智能型的 洗衣机，它和传统的洗衣机相比，是一种全新的家用电器。传统的全自动化洗衣机有两种，一种是机械控制式，一种是单片机控制式。无论采用什么方式，它们都需要进行人为的洗涤程序选择，衣质和衣量选择，然后才能投入工作在本质上讲，这种洗衣机还称不上是全自动的，最多只能称为半自动的。 用MC6805R3控制的模糊洗衣机和传统的洗衣机有很大的区别，它能自动化识别衣质、衣量、自动识别肮脏程度，自动化决定水量、自动投入恰当的洗涤剂，从而全部自动地完成整个洗染过程。由于洗涤程序是通过模糊推理而决定的，帮有着极高的洗涤效能，从而不但大大提高洗衣机的全自动化程度，也大大提高了洗衣的质量。 用MC6805R3控制的

10、模糊洗衣机可以说是真正的全自动洗衣机。在整个控制过程中，单片机MC6805R3和模糊控制软件起了决定作用。第二章 模糊洗衣机控制系统逻辑结构单片机MC6805R3对洗衣机的控制系统逻辑结构如图2-1所示。这个系统中包括电源电路，洗衣机状态检测电路，显示电路和输出控制电路。以单片机组成的逻辑系统是模糊洗衣机的硬件控制系统，以及模糊推理的物理基础。单片机系统对洗衣机的状态检测，为的是取得进行糊推理的一些前件状态，从而能得到用于推断后件结果的先前条件。用于进行模糊推理的前件模糊量有布质、布量、污脏度、水温等式有关的语言值。在实际中，布质、布量是无法通过直接检测得出的。这两种物理都是通过间接的方法求取

11、。它们在实际中是通过有关电路，以及有关洗衣机的动态过程；并从这个动态过程在电路中反映出来的有关电信号去进行分析，最终得出布量和布质的有关相应质和量。布量和布质的求取，在实际中也会有区别，采用模糊推理可以得出正确的结论。第一节 电源电路电源电路由变压器TF、桥式整流器、滤波电容和集成稳压电路7805组成。电源电路中还有二极管D1，它的作用于隔离滤波电容与桥式整流电路，以便进行过零检测。7805输出的+V电压和交流电源的一端相接，以组成双向晶闸管的直接触发电路。第二节 洗衣机状态检测电路状态检测电路一共有7个。它们分别是内桶平衡检测电路、衣质衣量检测电路、过零检测电路、电源电压检测电路、温度检测电

12、路、水位检测电路和浑浊度检测电路。内桶平衡电路由平衡开关K和电阻R35组成，它用于检测内桶运行时的状态是否平衡稳定。衣质衣量检测电路由电机M2、二极管D4、D5电阻R21，以及光敏三极管Tr9组成光电耦合管，用于隔离交直流信号以及产行质和衣量信号。过零检测电路由电机R1,R2，晶体管Tr和反相器7404组成。当桥式整流器产生全波整流信号输出时，则马上通过R1送到晶体管Tr基极，当整流信号为正是地，则Tr导通，整流信号为零时，则Tr截止，Tr截止，Tr输出的信号再由7404反相之后送到单片机MC6805R3的INT端。很明显，蛤要电源过零就会产生中断请求信号。第三节 输出控制电路 输出控制电路由

13、触发电力和相应的双向晶闸管组成；控制电路一共有5路L1是进水电磁阀，L2是排水电磁阀，M1是自动洗涤剂投入电机，M2是主电机其中双向晶闸管TA1，TA2用于控制主电机M2，TA2用于控制洗涤剂投入电机；TA3用于用于控制进水电磁阀；TA4用于控制排水电磁阀所有的双向晶闸管都采用第II，III象限触发。图2-1 单片机控制的逻辑电路除了上述电路之外，还有工作起停和状态设定电路N1是洗衣机全自动工作的起停按键；N2是功能选择按键，它可以设定洗衣机从某个程序开始进行工作。所有的电路都在单片机MC6805R3控制下工作由于MC6805R3有较多的I/O端口，对洗衣机这种需要检测和控制的功能较多的家用电

14、器是十分合适的；它可以使系统的逻辑结构达到十分简洁的形式。第三章 模糊洗衣机的模糊推理在模糊洗衣机中，浑浊度，布质，布量等都是通过对现行状态的检测，在通过模糊推理得出的。在模糊推理中，需要考虑推理的前件和后件，也就是推理的输入条件和输出结果在模糊洗衣机中，主要是考虑布质，布量，水温和肮脏程度着几个条件，而从这些条件求取水位，洗涤时间和水流，漂洗方式和脱水时间等故而，模糊洗衣机的推理如图3-1所示。图3-1模糊洗衣机的模糊推理在模糊洗衣机中,布质和布量是无法通过物理传感器测出的;所以,它们的求取都是采用间接的方法。布质，布量和洗涤的过程有很大的关系。从一般人们的经验知道,布质是绵质,则洗涤会困难

15、一些;布质如果是化学纤维,则困难会小一些。布量多一些,则洗涤过程要长一些,反之短一些。所以,除了肮脏度之外,模糊推理还考虑布质和布量。从图3-1中可以看出,模糊洗衣机是一个多输入多输出的模糊推理和控制系统。在实际中,模糊推理的前件和后件之间的相关关系对于不同的因素而有所不同。例如，肮脏程度和水温可以确定洗涤剂投放的量剂和洗涤时间，而布量、布质等可以确定水位和水流、脱水时间等。因此，在推理中把有关前件和后件进行处理。这种处理分成主要因素推理和顺序因素推理两种。通过这两种推理处理，不但使推理变得较为简单，而且可以在众多因素中清晰的区别出连锁关系的因素。考虑到洗衣过程中的两种情况，一种是静态的，即洗

16、涤剂浓度；另一种是动态的，即洗衣水流及时间。故而推理分两大部分，这也就是洗涤剂浓度推理和洗衣推理。在洗涤剂浓度推理中，其规则如下：（1）如果浑浊度高，则洗涤剂投入量大；（2）如果浑浊度偏高，则洗涤剂投入量偏大；（3）如果浑浊度低，则洗涤剂投入量小；在洗衣推理中，推理规则 如下：（1）如果布量少，布质以化纤偏多，而且水温高；则水流为特弱，洗涤时间特短；（2）如果布量多，布质以棉布偏多，而且水温低；则吧水流定义为特弱，洗涤时间定为特长；（3）如果布量多，布质以棉布偏多，而且水温低；则把水流定为特弱，洗涤时间定为特长；洗衣推理如表1所示，表1洗衣机的模糊推理 它给出了洗衣机推理的所有规则。很明显这些

17、规则的前见有三个因素，后件有两个因素。故它们也是一种多输入多输出的推理。对于输入量，即前件，各个因素的模糊量定义不同。布量的模糊量为多中少；水温的模糊量为高中低；而布质的模糊量为棉布偏多，棉布化纤各半，化纤偏多；而输出量，即后件中，水流的模糊量取特强，强，中，弱，特弱；时间的模糊量取特长，长，中，短，特短；在上述的模糊量中各自的隶属函数都不同。水温，布质和时间的模糊量如图3所示。图3水温、布量和时间的模糊量 在图3中，水温的模糊量是采用梯形隶属函数的；同样，布量的模糊量也是用梯形隶属函数；对于时间而言，其模糊量则是采用三角形隶属函数。在模糊推理中，模糊量的其范围选取起到很大的作用，而其形状所起

18、的作用和范围相比就小的很多。不过，从模糊逻辑的角度讲，梯形隶属函数在推理中对特定的元素做得到的隶属度就会较多的机会为1或者较大；而三角形隶属函数的隶属度就会较小。而在表1中也看出另一种主要因素推理有：如果布量多，布质以棉布偏多；而且水温高；则水流为强，洗涤时间为中；但实际上，洗涤投入量大时，要求洗涤时间较长才能较长才能洗的干净。故还需考虑顺序因素推理：如果洗涤剂投入量大，则洗涤时间长；如果洗涤剂投入量中，则洗涤时间中；当顺序推理和主要因素推理推出的某一个后件因素的隶属度不同时，则采用Max原则处理；而得到某个后件的模糊量不同时，则采用大者优先的原则处理。第四章 洗衣机物理量检测方法洗衣机在洗衣

19、过程中起到决定作用的物理量有布质，布量，浑浊度，水温等四种。这些物理量都需要采用一定的方法检测出来，并且转换成单片机MC6805R3能接受的形式送入单片机中，才能进行处理和执行模糊推理。第一节 浑浊度的检测衣物的脏度和洗净程度等都要需要检测，以便提醒工作过程的整定和控制。浑浊度检测是采用红外光电传感器来完成的。利用红外线在水中的透光率和时间的关系，通过模拟推理，以得出检测的结果，而这个结果就可以用于控制推理。图4-1浑浊度检测原理浑浊度检测器的结构和安装情况如图4-1所示。红外线发射管和红外接收管分别安装在排水管的两侧；在红外发射管中通过定量的稳定电流，使红外线以一定的强度系去昂外发射。红外线

20、穿透排水管中的水，并传送到红外接收管中。当水浑浊程度不同时，红外线穿透水的程度也有所不同。这样，红外接收管所收到的红外线强度就反映了水的浑浊程度。在图4-1中，(a)(b)(c)分别表示浑浊度检测原理的有关情况。图4-1（a）给出的是浑浊度检测器在排水管两侧的安装示意图，在排水阀关闭时，则红外发射管和接收管说对应的排水管中的水和洗衣桶中的水相连，并感应了水的浑浊度。图4-1（b）表示水较浑浊时红外线透光率的情况。图4-1（c）表示水较净透光率高的情况。按照红外线管所接收到的红外线强度，则可以相应得出水的浑浊度。通过大量的不同实验情况，从而得到在不同的洗涤过程中水的浑浊情况，影响水的浑浊度的有关

21、因素，以及水的红外透光率的变化情况之间的关系。这种关系如图4-2（a）所示。图4-2透光率和有关因素在图4-2中，给出了洗涤过程，轻重不同污垢程度的义务洗涤时有关过程，不同类型污垢，不同洗涤剂时的透光率情况。在图4-2（a)中给出了洗涤开始到漂洗结束的整个过程透光率的变化曲线。从曲线看出，随着洗涤的开始，衣物中的污垢物溶解于水，使透光率下降；同时随着洗涤剂的投入，衣物中的污垢进一步溶解和脱落于水，故透光率进一步下降；并到达一个最低值；然后，随着漂洗的进行，衣物变干净，水质也变清，从而使红外透光率渐渐升高，最后达到初始值。一般而言，当透光率再次达到初始值时，说明衣物洗涤干净，这是可以停止漂洗。图

22、4-2(b)表示了衣物轻度污脏时，进行洗涤时红外线透光率的变化曲线。重污时，透光率较差；轻污时，透光率较高；利用这种特别可以判别衣物的污脏程度。图4-2（c）表示了衣物的污脏性质。油污时透光率较高，泥污时透光率较低。图4-2（d）表示了洗涤剂的类型。液体洗涤剂透光率较高，粉剂洗涤剂透光率较低。按图4-2给出了透光率曲线，就可以根据洗衣机中水的透光率来判别衣物的污脏程度，污脏性质以及洗涤剂的种类。从而可以按此去进行洗涤过程的控制。第二节 布量和布质的检测布量和布质的检测是在洗涤之前进行的。在水位为一定的时候，布量和布质的不同就会产生不同的布阻抗。通过给定一定的水位，然后在这个给定水位的条件下使主

23、电机进行间断旋转，则不同布阻抗就会使主电机制动的性能不同，利用主电机在不同布阻抗时的制动特性就可以推断出布质和布量。不同的布质和布量的布阻如图3-3所示。图4-3布量布质的布阻抗从图4-3中可知,硬质布和软质的布阻有较大的区别在布量相同时，硬质布的布阻抗比软质布的高在布质为kg时,硬质布的布阻抗较高,软质布的布阻较低。一般而言,在布量相同时,硬质布的阻抗约比软质布高一倍。在进行布质和布量检测时,首先注入一定的水位,然后启动主电动机旋转,接着断电让主电动机以惯性继续运转直到停止。在主电机断电的时间内,由于主电机的惯性,所以它处于发电机的状态,并且会产生感应电势输出。随着布阻抗的大小不同,主电机处

24、于发电机的状态时间长短不同。当然,主电机发电时间长,布阻抗就小,主电机发电时间就短,布阻抗就高。通过对主电机的正反转控制绕组输出电势的整流和检测,由光电隔离后形成脉冲信号送入单片机;而单片机只要计算出主电机在停电时产生的计数脉冲个数就可以知道布阻抗的大小。脉冲个数多,布阻抗小,反之亦然。在德出布阻抗后,通过模糊推理就可以产生相应的布质及布量。布质布量检测电路见图2-1的PA2端口所接电路。第三节 水温检测水温检测由温度检测器MTS102执行。由于MTS102有线性度好,对温度敏感等特点,故采用它对常温检测有较大的优点。在电路中,采用二个运算放大器对MTA102的输出信号进行处理,一个用于隔离阻

25、抗,一个用于信号的放大。着个电路结构如图1-1的AN1端所接的电路。水温一般为440度;在一些特殊的洗衣机中有时会加入热水,则水温较高。但水温不会超过60度。因为水的温度太高对衣服有很大的影响。第五章 布质布量的模糊推理布质和布量都是通过间接方法检测之后再由模糊推理推断出来的。布质和布量在检测电路检测时会反映出不同的布阻抗;布质不同时,布阻抗随布量多少的变化不同。对于布质和布量,它们的检测是采用同一检测电路的,但是,检测的处理方式不同。第一节 布量的检测和推理 在模糊洗衣机推理中,布量的检测和判定是一个极其重要的功能,它对洗涤过程有极大的影响。在检测电路中,布量是通过是通过对洗衣机停电时其电机

26、的惯性转动来判定的,通常检测的就是洗衣机在被洗衣物时,进行恒定转动后在停机,随后检测出电机惯性转动时的产生的发电机效应的电压周波数;并以这个周波去判定布量的多少。检测电路对洗衣机电机惯性转动产生的电压周波进行门槛鉴别和整形和产生脉冲信号,单片机就是根据这些脉冲数来判别布量的多少,检测出的脉冲数和布量的关系如图5-1所示。从图可以看出,它们的关系上有一定的线性关系;且脉冲数多,则布量少,反之亦然。图5-1脉冲数和布量的关系实际中,由于洗衣机的生产工艺,使用时间,使用环境等因数上有很大的不同所以不容易保证洗衣机的性能和工作完全一致。所以是无法用一个简单的线性方程表示脉冲数和布量的关系。因此,布量的

27、判断还需要进行模糊推理。在模糊推理中,对脉冲数和布量分别取5种模糊量。脉冲数取"很多"()。"中多"()。"中"()。"小"()。它们的隶属函数如图5-2所示。图5-2布量与脉冲数模糊量根据布量和脉冲数所取的模糊量,则可以的到模糊推理如下:If m=VL then w=SIf m=ML then w=MSIf m=M then w=MIf m=MM then w=MBIf m=VM then w=B在实际中,一旦检测出脉冲数,则可以从对于的模糊量和模糊规则,采用Max-Min推理原则最后推断出布量。并把推断出的布量

28、用于进行洗涤过程的推理。第二节 布质的检测和推理 布质分为化学纤维,化学纤维和棉混纺,软质棉布,硬质棉布4个不同的质地。在进行布质检测时,其检测原理和布量检测一样;不过布质检测的进水较多,因为要考虑布对水的吸收情况。在布质检测时,洗衣机先执行进水操作,这时洗衣机所进的水是比布量识别要多。友谊进水较多,所以电机在停电之后的只动性比较强;检测电路得脉冲数也较少。在布质检测和布质检测时，不同布质所得到的脉冲数如图4-3所示。从图中可知,两种过程中说得的脉冲数差值化学纤维最小，混纺纤维居中，棉布最大。用P1表示布量检测时的脉冲数，P2表示布质检测时的脉冲数，只有脉冲数差值P0；P0=P1-P2考虑脉冲差P0的模糊量，可以取“大”、“中”、“小”这三种。图5-3布量、布质的检测脉冲数所得的脉冲差模糊量如图5-4所示。图5-4 脉冲差和布质模糊量对于布质，从布的结构来说，从纯化学纤维开始，混纺纤维中化学纤维和棉纤维的比例从多到少，最后过度到纯棉纤维。这种布置分布情况可以取三种模糊量，即化学纤维，混纺纤维，棉纤维。这些模糊量也如图5-4所示。根据脉冲差P0和布质模糊量，可以得到脉冲差P0和布质Q之间的推理了规则；If P0=S then Q=CHIf P0=M