机电一体化系统设计CH本科

1、第七章 机电(jdin)一体化产品实例7.1 模糊控制洗衣机 传统的洗衣机分为手动的和(全)自动的两种；需要手动操作。 模糊控制洗衣机是一种智能型的洗衣机，和传统的洗衣机相比，它是一种全新的家用电器，也是一种典型的机电一体化产品。 模糊控制洗衣机的基本设计思想是模拟人脑的思维方法, 通过对被洗衣物的重量、质地以及污染的程度和性质进行识别, 在经过综合分析和判断之后以最佳的洗涤方案，自动的完成“进水”、“洗涤”、“排水”和“脱水(tu shu)”等全部过程,洗涤程序是通过模糊推理决定的，具有很高的洗涤质量。1共二十页7.1.1 模糊控制洗衣机控制系统硬件设计1. 单片机的选用 模糊控制洗衣机的控

2、制系统核心采用了摩托罗拉公司的产品MC6805R3单片机,其主要(zhyo)技术参数如下：8位的单片机192Byte数据存储器3840Byte程序存储器1个8位定时计数器1路8位逐次逼近式A/D转换器1个8路模拟多路开关，其中4路可供用户使用3个8位I/O口。 MC68系列单片机广泛用于家电产品中，如洗衣机、空调等。2共二十页3图7-1 MC6805R3单片机组成(z chn)框图共二十页2. 单片机控制系统设计 洗衣机控制系统包括电源电路、洗衣机状态检测电路、显示电路和输出(shch)控制电路四部分。4图7-2 单片机控制系统(kn zh x tn)的逻辑结构共二十页2. 单片机控制系统设计

3、(1) 电源电路 电源电路由变压器TF、桥式整流电路、滤波电容和集成(j chn)稳压电路7805组成。图7-3 电源电路5共二十页(2) 洗衣机状态检测电路 状态检测电路共6个。分别是内桶平衡(pnghng)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、温度检测电路、水位检测电路和浑浊度检测电路。1）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。图7-4内桶平衡检测电路6共二十页2）衣质衣量检测电路由电机M2、二极管VD4、VD5,电阻R21, 以及光敏三极管VT5、电阻R19和反相器7404组成(z chn)。其中VD4是发光二极管,

4、它和VT5组成光电耦合器,用于隔离交直流信号的以及产生衣质和衣量信号。图 7-5 衣质衣量检测电路7共二十页3）电源电压检测电路由整流二极管VD2, 滤波电容C3和调整电位器W1组成。由于VD2只是进行(jnxng)半波整流, 所以, 当电源电压下降时,电位器的抽头也会较灵敏反映电源电压下降的情况。电源电压的变化情况由单片机的AN0端进行检测。图7-6电源电压检测电路8共二十页4）温度检测电路由MTS102、LM358和有关电阻电容(dinrng)组成。其中MTS102为温度传感器，第一级LM358作为阻抗隔离器，第二级LM358作为放大器，输出信号接入AN1端。图7-7温度检测电路9共二十页

5、5）水位检测电路由电位器W3和相应的机械部件组成，当水为变化时会使W3的中心抽头产生位移，故接入到An2端的(dund)电压大小也随之变化。图7-8水位检测电路10共二十页6）浑浊度检测电路由红外发光二极管VD3,红外接收管VTr3和有关电路组成，被检测的水流从VD3和VTr3间流过，当浑浊度不同的水流过时，使VTr3接收到的红外信号强弱发生变化，VTr3的输出(shch)信号随之变化，送到AN3端的信号大小反映了衣服的肮脏程度。图7-9浑浊度检测电路11共二十页3. 显示电路 由晶体管VT10VT13、发光二极管VD6VD12,7段LED13组成，用于显示洗衣机工作状态(zhungti)和定

6、时时间。图7-10显示电路12共二十页4. 输出控制电路 输出控制电路由触发电路和相应的双向晶闸管组成，L1、L2分别为进、排水电磁阀，M1为洗涤剂投入电机，M2为主电机。 VTA8和VTA10用于控制M2正反转，VTA6控制M1,VTA1,VTA4分别控制L1、L2电磁阀。 其他电路还包括N1是洗衣机全自动工作的起/停按钮，N2是功能(gngnng)选择按键，它可以设定洗衣机从某个程序开始工作。图7-11输出控制电路 13共二十页7.1.2 模糊洗衣机的物理量检测方法(fngf) (1)浑浊度的检测 采用红外光光电传感器14图7-12 浑浊度检测原理共二十页图7-13 洗涤(xd)过程中透光

7、度变化的情况15共二十页(2)衣量和衣质的检测 衣量和衣质的检测是在洗涤之前进行的。在水位一定的情况下，衣量和衣质的不同会产生不同的布阻抗。检测布质和布量时, 首先注入一定的水位, 然后起动主电机旋转, 接着断电让主电机以惯性继续运转直到停止.在主电机断电惯性旋转时间内, 主电机处于发电状态, 会产生感应电动势输出。 显然, 随着布阻抗大小的不同, 主电机处于发电机状态的时间长短也不同。因此, 只要检测出主电机处于发电机状态的时间长短,就可以反过来推理出布阻抗的大小. 主电机发电时间愈长, 布阻抗就愈小； 反之布阻抗就愈高。 主电机发电时间可直接通过检测起动电容两端输出电势, 并将此电势半波整

8、流后, 由光电隔离后放大整形(zhng xng)为一矩形脉冲系列的脉冲数而定. 脉冲个数反映布阻抗的大小, 脉冲个数多, 布阻抗小, 反之亦然。 16图7-14 衣量和衣质与布阻抗的关系(3)水温的检测(jin c) 由MTS102传感器完成。共二十页177.1.3 模糊洗衣机的模糊推理 分析洗衣机的运行过程可以看出, 其主要被控参量是洗涤时间和水流强度即电机转速, 影响输出参量的主要因素是被洗衣物的脏污程度、脏污性质、衣量和衣质等。实际分析证明洗衣机的输入和输出之间很难用一定的数学模型来描述, 系统的具体条件具有较大的不确定性, 其控制(kngzh)过程在很大程度上依赖于操作者的经验, 用常

9、规的控制方法难以达到理想的效果。应用模糊控制技术可以较容易解决这个问题。 在模糊洗衣机中，衣质、衣量、脏污程度等都是通过现行状态检测，再经过模糊推理得出的。 模糊推理布质衣量水温浑浊度洗涤时间水流漂洗方式脱水时间水位图7-15 模糊(m hu)洗衣机的模糊(m hu)推理共二十页182. 输入量的模糊化图7-16 模糊(m hu)控制器及其控制过程1. 模糊控制过程(guchng)图7-17 水温、衣量和时间的模糊量共二十页193. 洗衣模糊推理 模糊控制是在总结人们生产实践经验的基础上,通过对输入量模糊化后,根据制定的模糊控制(推理)规则,决定(judng)对被控对象采用相应的控制策略. 模糊控制的优势在于它不需要知道被控对象或过程的数学模型。下表给出了洗衣模糊推理规则洗衣推理规则例如： 如果衣量多，布质以棉布偏多、而且水温高；则水流强、洗涤时间中 如果浑浊度高，则洗涤剂投入量大；共二十页内容摘要第七章 机电一体化产品实例。7.1.1 模糊控制洗衣机控制系统硬件设计。模糊控制洗衣机的控制系统核心采用了摩托罗拉公司的产品MC6805R3单片机,其主要技术参数如下：。1个8路模拟多路开关，其中4路可供用户使用。图7-1 MC6805R3单片机组成框图。图7-3 电源电路。