洗衣机模糊控制器的设计 带外文翻译

张闯：洗衣机模糊控制器的设计辽宁工程技术大学毕业设计（论文）PAGE48PAGE470引言随着科学技术的不断进步，模糊控制技术正向各个领域渗透，在家用电器方面的应用也在迅速的发展，从而使家用电器向智能化方向迈进，以洗衣机为例，早期人们洗衣时用洗衣板，进而用机械定时式洗衣机，是半机械半电子式。到后来是全自动洗衣机。现在，人们希望的是智能型的洗衣机。只要把衣服放进洗衣机，启动电源，洗衣机就能自动判别衣质、衣量、污浊度并自动确定洗涤时间，到最后出来的就是干净的衣服。模糊型洗衣机应用了模糊控制技术，它和传统的洗衣机相比，是一种全新的家用电器。它能自动识别布质、布量,自动识别脏污程度和脏污性质，自动决定进水量，自动投入恰当的洗涤剂，从而全部自动地完成整个洗涤过程。由于洗涤程序是通过模糊推理而决定的，故能达到最佳的洗涤效果，从而大大提高了洗衣机的自动化程度和洗衣质量。

概述1.1意义及来源随着现代社会生活节奏的不断加快和人民生活水平的不断提高，人民对各种方便、快捷的家用电器需求量越来越大，洗衣机作为人民提高生活效率，追求生活质量的基本条件，也愈来愈成为不可或缺的生活用具。在工业发达国家，洗衣机的普及率已经达到相当高的程度，但由于现阶段国情，洗衣机在我国的普及程度较低，农村更甚，随着生活质量的不断提高，人民对洗衣机的功能要求越来越高，使得洗衣机的更新较快，因此，洗衣机作为人民追求现代生活的一个基本要求在我国有着极大的市场。洗衣机技术发展日新月异，产品类型众多，但从总体来看，人们对洗衣机的基本要求应是：省时、省水、省电，磨损率小，操作方便，功能完善等。以上特点从技术的角度可由洗衣机的洗涤方式和控制方式这两个基本特性决定。目前存在的洗涤方式有波轮式、搅拌式、滚筒式、喷流式、喷射式和超声波式等多种，在我国比较普及的洗涤方式是波轮式。对洗衣机技术的发展使得人们期望在采用一种较洗涤方式的同时，希望洗衣机的控制部分能在洗涤过程中对衣物重量、胀度，洗涤剂的浓度，水的硬度、温度等影响洗涤效果的诸多因素进行检测，并能对这些检测结果做出合理的反应，从而得到比较理想的洗涤效果。现代科学技术的发展，特别是嵌入式技术的发展，使微电脑的功能日益强大，微电脑与传感器系统的结合，足以实现上述功能；另外，人们对洗衣机使用方便的要求使得洗衣机的全自动化成为另一个发展方向。因此，从世界范围内来说，洗衣机总的发展趋势是向微电脑，传感系统，智能化、全自动化的方向发展。本课题的目的就是设计一种比较合理的全自动洗衣机模糊控制器，这种采用模糊控制的全自动洗衣机能够自动判断被洗衣物的重量轻重、质料软硬，自动检测洗衣桶内的赃污程度和污渍性质（油污或泥污），能自动预选水位、水流强度和洗涤时间，并能进行衣物偏置的自动纠正等，也应该能在整个洗涤过程中实施监控，并适时调整这些运行参数，以达到最佳的洗涤效果。1.2模糊控制技术及其在洗衣机中的作用1.2.1模糊控制技术概述1965年，美国的自动控制理论专家扎德(L.A.Zadeh)在加州大学提出的模糊集合理论标志着模糊逻辑的诞生。1974年，伦敦的QueenMary学院的马丹尼(E.H.Mamdani)首次用模糊逻辑和模糊推理实现了第一个实验性的蒸汽机控制，并取得了比传统控制更好的效果，从而宣告了模糊控制的问世[1]。模糊控制是一种以模糊集合论、模糊语言以及模糊推理为数学基础的控制方法，它是对人的思维方式和控制经验的模仿，在一定程度上可以认为，模糊控制方法是一种实现了用电脑“推理”代替人脑思维的控制方法。模糊控制之所以能模仿人的思维和经验，是因为人在描述控制规则时，大量使用模糊概念，如在洗衣机的控制中，可能有规则，衣服脏，则洗衣时间长，洗衣粉投放量多，规则中的“脏”、“长”、“多”都具有一定的模糊性。通常意义上的模糊控制系统结构包括给定输入、模糊控制器。被控对象，反馈信号与给定输入的相加环节等，其系统结构和一般的模拟调节系统或数字控制系统没有大的区别。模糊控制系统只是用模糊控制器取代模拟调节系统或数字控制系统没有大的区别。模糊控制系统只是用迷糊控制器取代模拟控制系统中的模拟调节器，或取代数字控制系统中的数字控制器。模拟调节器是连续型的控制器，数字控制器是一种离散型的控制器。从理论上讲迷糊控制器应是连续的控制器，但在工程实现上模糊控制是采用数字计算机的，所以在实际应用时模糊控制器又是一种离散型控制器。照是否存在反馈，模糊控制还可分为开环控制和闭环控制。1.2.2模糊控制技术在洗衣机中的应用洗衣机通过对被洗衣物的重量、污染程度和洗涤液温度进行识别，在经过综合分析和判断之后以最佳的洗涤方案，自动地完成洗衣的全过程。模糊控制洗衣机的主要功能有：自动进水且自动选择水位的高低；自动选择洗衣时间和水流强度，并在洗涤过程中根据被洗衣物的污染程度，适当增加或减少洗衣时间；自动选择漂洗次数；自动选择脱水时间和脱水速度；自动排水；也可人工设定洗衣程序、加热温度和预约定时间等；对洗衣机各种故障自动报警并提示；自动断电保护，若洗衣期间发生断电，能在上电时自动在断点继续运行。控制系统主要实现整个洗衣过程中洗衣参数的确定和洗衣过程的自动完成。

2洗衣机模糊控制系统的原理2.1概述一般的全自动洗衣机是由用户根据自己的直观判断衣物的多少、脏污程度和衣物的布质，人为按键设置好水位、水流方式、洗涤时间、漂洗时间和脱水时间后，再按启动键运行的。这就要求用户有丰富的经验，才能使洗衣机处于最佳工作状态。这种“全自动”缺少对洗涤过程的检测判断，缺少更多的智能程度。洗衣机中被控对象的运动规律极其复杂，很难用数学语言的形式来表达。由于模糊控制无需建立被控对象的数学模型，因此，它在洗衣机中获得了成功应用。模糊型洗衣机无需人为按键设置水位、水流方式、洗涤时间、漂洗时间和脱水时间，用户只需放进待洗衣物，再按启动键，洗衣机便能自动完成洗涤过程，实现了真正的“全自动”。模糊控制是首先对控制对象按照人们的经验总结模糊规则，采用的数量是模糊量，由单片机对这些信息按照模糊规则做出决策来完成自动控制。在洗涤衣物过程中，衣物的多少，面料的软硬等都是模糊量，所以首先做大量的实验，总结出人为洗涤方式，从而形成模糊控制规则。根据传感器接收的信息，洗衣机判断出衣物多少，面料软硬和脏污程度、脏污性质，推理做出模糊决策。从而完成注水量、洗涤时间、水流强弱、洗涤方式、脱水时间、排水等所有功能。具体工作方式如下：分析洗衣机运行过程可以看出，其主要被控参量是洗涤时间和水流强度，影响这一输出参量的主要因素是被洗衣物的脏污程度和脏污性质。这2个量可以用水的浑浊度和浑浊度变化率来表示，在洗涤过程中，油性脏污的浑浊度变化率小，泥性脏污的浑浊度变化率大。实际分析证明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，其控制过程在很大程度上依赖于操作者的经验，用常规的控制方法难以达到理想的效果，应用模糊控制技术就能容易解决这个问题。根据上述分析和模糊控制技术的基本原理，可以做出洗衣机的模糊控制图，如图2-1所示。在图2-1中，X为输入精确量(浑浊度及其变化率)，Y为输出精确量(洗涤时间)，U(X)为输入模糊量，U(Y)为输出模糊量。定义输入量浑浊度模糊词集为：清、较浊、浊、很浊。定义输入量浑浊度变化率模糊词集：零、小、中、大。定义输出量洗涤时间模糊词集为：短、较短、标准、长。图2-1洗衣机模糊控制框图Fig.2-1Washingmachinesfuzzycontroldiagram2.2模糊推理在模糊控制的洗衣机中，衣量、衣质、污浊度等都是通过对现行状态的检测，再通过模糊推理得出的。在模糊推理中，需要推理的前件和后件，也即是推理的输入条件和输出结果。在模糊洗衣机中，主要是要考虑布质、布量、水温和肮脏程度这几项条件，而从这些条件求取水位、洗涤时间和水位、漂洗方式和脱水时间等。模糊洗衣机的推理如图2-2所示。图2-2模糊推理过程Fig.2-2Theprocessoffuzzyreason由图可以看出：模糊洗衣机时一个多输入多输出的模糊推理和控制对象。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，衣物的脏污程度和水温可以确定洗涤剂的投放量和洗涤时间，而布质、布量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地区别出连锁关系的因素。2.2.1模糊推理规则的建立洗衣机的工作过程可以分为两种情况，一种是静态的，即洗涤浓度；另一种是动态的，即洗衣水流及时间，故而推理分为洗涤剂浓度推理和洗衣推理两大部分[2]。1)洗涤剂浓度推理洗涤剂浓度推理中，其规则如下：如果浑浊度高，则洗涤剂投入量大；如果浑浊度偏高，则洗涤剂投入量偏大；……如果浑浊度低，则洗涤剂投入量小。2)洗衣模糊推理模糊控制是一种经验驱动型控制，控制模型为人工经验归纳的一组控制规则。下面介绍模糊洗衣机中几组经典的推理规则。a)水流推理在水流推理规则中，把水流按电机开停时间的长度分为“弱”、“标准”和“强”三种方式，它们分为时间论域上的模糊集合，其控制规则为：如果布量少，布质软，则水流弱；如果布量一般，布质软，则水流弱；……如果布量多，面料硬，则水流强。b)脱水推理将脱水时间分为“短”、“中”、“长”三种模糊方式，脱水时间的控制规则为：如果布量少，则时间短；如果布量一般，则时间中；如果布量多，则时间长。c)洗涤时间推理洗涤时间推理时模糊洗衣机中主要的推理，其规则为：如果布量少，布质以化纤偏多，且水温偏高，则水流为特弱，洗涤时间特短；如果布量少，布质以棉布偏多，且水温偏高，则水流为弱，洗涤时间短；……如果布量多，布质以棉布偏多，且水温中，则水流为强，洗涤时间长；如果布量多，布质以棉布偏多，且水温低，则水流为特强，洗涤时间为特长。2.2.2模糊推理的原则目前，国际上较高水平洗衣机的模糊控制器，决策仍采用模糊控制表方法。即采用分级离散化的控制方法，如表2-1所示。表2-1洗衣的模糊推理Tab.2-1Laundryfuzzyinference布质棉布偏多棉布与化纤各半化纤偏多布量水温低中高低中高低中高多水流特强强强强强中中中中时间特长长中长长中长中中中水流强中中中中中中强弱时间长中短长中中中中短少水流弱弱弱弱弱弱弱弱特弱时间中中短中短短中短特短表2-1中给出了洗衣推理的所有规则。很显然，这些规则的前件由三个因素，后件有两个因素。因此，时一种多输入多输出推理。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”或“软”、“中”、“硬”。而输出量，即后件中，水流模糊量取“特强”、“强”、“中”、“弱”；时间的模糊量取“特长”、“长”、“中”、“短”和“特短”。在上述的模糊量中，各自的隶属函数都不同。水温、布量和时间的模糊量如图2-3所示。图2-3水温、布量、时间模糊化Fig.2-3Watertemperatureandvolumeofcloth,thetimeofthefuzzy对于主要因素推理和顺序因素推理这两种推理，它们之间是有着隐含的推理关系的。主要因素推理是以采用人思维中的“主要因素起决定作用”原理执行的。在这种原理中，抛弃各种次要因素，以简明形式产生因素少的推理规则，便于进行处理。顺序因素推理则是把前一种推理的结果作为本次推理的事件，从而推理出新的结果。在洗衣机中，如果考虑浑浊度、洗涤剂投入量、水流、洗涤时间等因素的推理，作为主要因素推理，显然有：如果浑浊度高，则洗涤剂投入量大；……表2-1中还可以看到另一种主要因素推理：如果布量多，而且水温高，则水流为强，洗涤时间为中；……但实际上，洗涤剂投入量大时，要求洗涤时间较长才能洗得干净，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；……因此，当顺序推理和主要因素推理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。2.3模糊控制算法模糊控制要建立在一系列模糊控制规则的基础上，模糊控制规则是对系统控制经验的总结，所以模糊控制规则的产生是相当重要的。在实际控制中，通常把有关控制规则加以处理产生相应的控制算法，模糊控制器就是以相应的算法去控制被控对象工作的。模糊控制是对系统控制经验的总结，它们用模糊条件语句来表述。模糊控制规则的生成主要有四种途径：根据专家经验或过程控制知识生成；根据过程的模糊模型生成;根据对手工控制操作的系统观察和测量生成：根据学习算法生成。这些方法并不互相排斥，它们的有效综合可以生成规则基(所有控制规则的全体称为模糊控制器的规则基)[3]。在模糊控制器中所需考虑的所有数据(包括输入量和输出量的论域，论域中模糊变量值的范围，论域的归一化或整数化，模糊变量的隶属度等)的总体称为模糊控制的数据基。数据基和规则基合起来称为模糊控制器的知识基。数字计算机要实现模糊控制必须执行一定的算法。这些算法的目的就是从输入的连续精确量中，通过模糊推理过程，求出相应的精确控制值。模糊控制算法包括多种形式，主要有关系矩阵法，查表法，解析式法和计算法。2.3.1定义输入及输出变量布量、温度、脏污程度，定义在论域上的语言值为“少”“中”“多”，“低”“中”“高”，“轻”“中”“重”，与其对应的模糊子集隶属度函数曲线分别如图2-4(a)(b)(c)所示。图2-4隶属函数曲线Fig.2-4Membershipfunctioncurve定义在论域上的语言值，水位为“低”“中”“高”，水流强度为“弱”“中”“强”，洗衣设定时间为“短”“较短”“中”“较长”“长”“很长”，洗衣修正时间为“负”“零”“正”，漂洗次数修正为“-1”“0”“+1”。与其对应的模糊子集隶属度函数曲线分别如图2-5(a)(b)(c)(d)(e)所示。2.3.2隶属函数在模糊理论中，对模糊性的描述是通过隶属函数实现的。也就是说，为了描述元素对模糊集合的从属贴近程度，在普通集合特征函数的基础上，引入了隶属函数的概念。隶属函数是模糊数学中最基本和最重要的概念[4]。图2-5隶属函数曲线Fig.2-5Membershipfunctioncurve对于给定论域U的子集A，映射X：U→{0，1}。定义为：X（U）=1(U属于A)，0(U不属于A)。则称X为集合A的特征函数，它说明论域U中的每个二值函数x对应于一个集合A。隶属函数的定义：用于描述模糊集合，并在[0,1]闭区间可以连续取值的特征函数叫做隶属函数。隶属函数用U（X）表示，其中（A）表示模糊集合A，而x是的（A）元素。隶属函数满足大于0小于1。隶属函数的确定并没有统一的方法，用不同的方法所确定的隶属函数并不同，一个隶属函数的准确与否主要是看它与实际是否相一致。隶属函数的确定方法有很多种，在实际应用中，较多采用统计法，它是对模糊性事物的可能性程度进行统计的一种方法.比如给出20人的高度(以cm为单位)，它们分别是150，155，156，160，161，164，165，169，170，171，173，175，177，178，180，184，190，191，194，198。求出“中等身材”的集合（A）以及164属于（A）的隶属度。首先把“中等身材”看作一个普通集合A`，再由20个人自动确定A`的元素，假定这20个人所确定的A`分别是：160~169165~172160~171167~178163~170165~175164~173160~169163~173165~178160~170168~178156~170169~175161~172161~173162~173169~178164~172162~172上面20个A`中，最大元素为178，最小元素为156，在20个人的高度中，对应于A`的最大元素和最小元素之间的数值有12个，它们的隶属度分别如下：U（156）=1/20=0.05U（170）=18/20=0.9U（171）=15/20=0.75U（160）=5/20=0.25U（161）=7/20=0.35U（173）=10/20=0.5U（175）=6/20=0.3U（164）=13/20=0.65U（177）=4/20=0.2U（165）=16/20=0.8U（178）=4/20=0.2U（169）=20/20=1所以，“中等身材”集合（A）可表示为：(A)=0.05/156+0.25/160+0.35/161+0.65/164+0.8/165+1/169+0.9/170+0.75/171+0.5/173+0.3/175+0.2/177+0.2/178。并且从式子中可直接得出，U(164)=0.65，即164cm身高的人隶属于“中等身材”这个模糊集合的程度为0.65。2.3.3确定控制推理规则在定义了输入输出变量之后，即可根据有关经验和实验数据设计出相应的控制规则，实现全自动的洗衣过程。输入和输出变量只能以自然语言来描述，它们之间的关系又极为复杂，而且包含的因素较多，如果用单一的规则来表示，则相应的规则数太多，这就对单片机资源要求较高而且给推理过程带来困难。因此，需要采用多知识库技术，把规则分为了3个；通过检测被洗衣物的布量，利用模糊推理的方法自动确定水位的高低和水流的强度；根据布量和温度的检测，利用模糊推理确定初始的洗涤时间；根据洗涤过程中的浑浊度信息来修正实际的洗涤时间长短和漂洗次数的多少。相应的规则表分别见表2-2，表2-3和表2-4。表2-2水位和水流强度控制规则表Tab.2-2Thewaterlevelandflowcontrolrulessheetstrength布量 水位水流强度少低弱中中中多高强表2-3洗衣设定时间控制规则表Tab.2-3Laundrysetthetimetablecontrolrules布量温度高中低少短短中中较短中长多长长很长表2-4洗涤修正时间和漂洗次数修正控制规则表Tab.2-4Washingandrinsingtimethatthenumberoftablesthatcontrolrules脏污程度修正时间漂洗次数轻负-1中零0重正+12.3.4描述输入、输出变量的词集都是模糊量，可以用模糊集合来表示，用模糊推理来运算。因此，问题d的关键在于求取模糊集合隶属函数。图2-6隶属函数曲线Fig.2-6Membershipfunctioncurve相应的3个输入/输出量隶属函数曲线如图2-6。对应的主要模糊控制规则如表2-5。表2-5模糊控制规则Tab.2-5Fuzzycontrolrules变换率/浑浊度清较浊浊很浊零短较短标准标准很小标准标准标准标准中标准长长长大标准长长长

3模糊洗衣机物理量的检测及工作过程洗衣机洗衣过程是含有洗涤剂的水作用于衣物使脏污脱去的过程。它的作用可以分为机械的和化学的。水是实施机械力气的载体。在给定的机型下，水流方式和洗涤时间控制着施加机械力的大小和持续时间，必须在洗涤效果和磨损度之间权衡，选择最佳系数[5]。水是有溶解赃物的载体，水容性的脏污容易溶于水而脱落；油性脏污则比较难于溶解，而水温对此则有明显的影响。洗涤剂是以表面活性剂为主的附加剂，使脏物易于脱落。洗涤剂量的投放量，显然与被洗衣物的量和水量有关。这些都和布质有关。布质大体上说是棉织物和化纤织物，二者对脏污的吸附和渗透程度是不一样的，它显著地影响到洗衣物的效果。这就是说，它会影响到被控制的量，比如；水流方式，洗涤时间等等。洗衣机的洗涤过程是受到以布质为核心，以水，洗涤剂，机械力三个要素为主的因素的影响。模糊控制洗衣机的控制策略，就是对这样一个因素多而且交叉影响，难于甚至无法建立精确模型的对象，寻求一个效果最好的控制方法。为此，应该重点解决三个问题。1)感应量的确定，也就是自动检测那些影响和决定洗涤衣服过程的量；2)控制量的确定，也就是实现全自动洗衣过程的主要差数；3)控制知识库，也就是前者和后者之间的关系。就是建立以模糊数学为工具的知识库和运用以模糊逻辑为基础的模糊推理。影响洗涤性能的因素主要有水温，浑浊度，布量，布质等。控制量有洗涤时间，水流，脱水时间等。它们往往要根据水温，浑浊度，布量，布质等分档后确定相应的大小。比如：布量多（3千克以上）水温高（20度以上）3.1模糊洗衣机物理量的检测3.1.1水位检测的精度直接影响洗净度、水流强度、洗涤时间等参数。对于模糊控制的洗衣机，要求水位的检测必须是连续的，故常采用谐振式水位传感器。谐振式水位传感器是利用电磁谐振电路LC作为传感器的敏感元件，将被测物体的变化转变为LC参数的变化，最终以频率参数输出。其工作原理是：将水位的高低通过导管转换成一个测试内腔气体变化的压力，驱动内腔上方的一块隔膜移动,带动隔膜中心的磁芯在某线圈内移动，从而线圈电感发生变化。由此引起谐振电路的固有频率随水位变化。水位测量电路如图3-1所示，为便于与单片机接口，水位传感器采用数字振荡电路，电感与电容组成的三点式振荡电路经C2耦合接入数字式谐振放大器A1，随着水位变化，谐振频率作相应变化，放大器在a点输出，经A2整形，由c点输出，此时即可将数字量接到单片机。图3-1水位传感器测量电路Fig.3-1Thewaterlevelsensorcircuit3.1.2布质和布量的检测是在洗涤之前进行的。在水位一定时，不同的布质和布量的产生的布阻抗是不同的。如图：图3-2布阻抗的不同Figure3-2Dissimilaritiesoftheclothresistance而且从图中我们可以知道，不同布质的布阻抗有着比较大的区别。在布量相同的时候，硬质布的布阻抗比软质布的高。一般而言，硬质布的阻抗比软质布的高一倍。布质和布量检测电路如图3-3所示。具体检测布质和布量时，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，并将此电势半波整流后，由光电隔离后放大整形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。图3-3反电势法测量布质、布量电路Fig.3-3Anti-electricpotentialmeasurementofcloth,theclothofcircuit3.1.3浑浊度综合反映了衣物的脏污程度、脏污性质和洗净程度。它是采用红外光电传感器，利用红外线在水中的透射率和时间的关系，通过模糊推理,获得检测结果。其检测电路如图3-4所示，红外发光二极管LED由恒流源供电，由单片机脉宽调制PWM信号控制LED发出调制红外光，穿过动态的洗涤液，到达光电三极管VT，使VT的射级输出电压随洗涤液的浑浊程度而线性变化。红外线传感器的发射管和接受管分别在洗衣桶排水管的两侧。当红外发射以稳定的工作电流时，则向外发射一定强度的红外线。红外线透过排水管中的水，传送到红外线接受管中。水的浑浊程度不同时，红外线穿透水的程度不同。这样，红外线接受管所接收到的红外线强度反映水的浑浊度，即输入A/D转换器信号的大小反映了衣服的肮脏程度。图3-4浑浊度红外光电检测电路Fig.3-4Turbidityinfraredphotodetectorcircuit图3-5给出了洗涤过程当中，水的红外透射率的变化情况，从而得到了不同洗涤过程中水的浑浊情况，影响水的浑浊度的有关因素。图3-5透射率的变化及其影响因素Fig.3-5Shootthevarietyoftheratedeeplyanditsaffectsthefactor图3-5(1)为洗涤开始到漂洗过程结束全过程透射率的变化曲线。从曲线中，我们可以看出，随着洗涤开始，衣物中的污物溶于水，水变浑浊，透射率逐渐下降，最后达到一个最低值；然后，随着漂洗进行，衣物变的干净，水变清，透射率逐渐回升，最后接近这个渐进程度可以检测衣物的洗净度，以确定漂洗结束。图3-5(2)(3)(4)分别表示了脏污程度，脏污性质和洗涤剂类型不同时候红外透射率的变化。这样，根据洗衣机水的透射率变化就可以辨别出来衣物的脏污程度，脏污性质已经洗涤剂的种类，从而控制洗涤过程。3.1.4水的洗涤能力与水温有相当的关系，图1是其关系曲线。从图中可看出水温高时，洗涤能力会提高，但水温和洗涤能力之间是非线形关系.在模糊推理过程中温度的论域范围为10'~35'C温度的测定主要是采用热敏电阻与其它电阻的分压电路。水本身就是一种洗涤剂，可以很容易驱除一些水溶性的污物，但是对不是水溶物质往往是无能为力。水的洗净力和水温有很大的关系，当水温高时，由于有了溶解油脂类和增加脏污活力已经提高洗涤剂的去污能力等复杂因素的影响，洗涤能力会得到提高。水温和水的洗涤能力的关系曲线如图3-6。图中以25度时水温洗净率指数是以线形下降。当水温高于25度时，洗净力进一步提高，但是洗净率指数呈非线形，上升率稍微有降低。图3-6水温和水的洗涤能力的关系Fig.3-6Relationsoftherinseabilityofthewaterandwatertemperatures水温的检测可以用MTS102半导体温度检测器（三极管）。洗衣机水温一般为4~40度之间，在该常温范围内此半导体温度检测器的线性好，温度敏感，水温检测常用它[6]。3.2模糊洗衣机的工作过程3.2.1注水过程的水位自动控制模糊洗衣机在操作时通常只需要启动一次，故注水过程控制时整个洗涤过程的关键环节之一。在该过程中，不仅要完成合适水位的选择，还要对注水管路故障如堵塞、停水以及洗涤物超量等进行报警提示。同时，在注水阶段还要通过传感器和微电脑完成对洗涤物的数量和面料的软硬进行识别，并根据这些信息经推理算法得出洗涤水流强弱、漂洗水流方式和脱水时间长度与速度。1)水位控制。当启动操作按钮以后，机器打开注水阀门并开始注水（假定此时器内无水），水位传感器检测桶内水位并输出连续电信号。为控制方便，将输出信号离散化，分别记vy，v0，v1……v2。其中v=vy表示“空水位”，“v=v0”，表示某一约定的“少水位”，“v=v2”表示“高水位2)注水故障检测。为能较早地发现注水故障，可确定达到“少水位”时的最长注水时限t=t0。若时间超过t3)衣量超限检测。在“少水位”v=v0时，马达反电势脉冲衰减间隔时间S（0）的大小与衣量成正比，通过试验确定一个时间常数Tm，若S（0）≥4)面料软硬检测。洗涤衣物面料软硬的检测也是在注水过程中完成。其检测方法是在测量衣量的前提下，记下衰减时间S（0），然后再注水，第二次测量衰减时间S（1），根据两者之间的差值即S（0）-S（1）的大小进行判断。当布料硬时差值大；布料软时差值小。3.2.2洗涤过程控制在注水过程中，已经确定衣量的多少，并用a表示，布料的软硬用b表示，利用a、b，在由推理算法得到符合人工经验的洗涤方式（水流的强弱），在注水过程结束后，洗衣机即按上述推理结论方式运行，并开始洗涤计时。同时，光电传感器开始记录液体污浊度信号P（i），i=1，2，……。并不断按既定算法检测污浊度序列{P（i）︳i=1，2，……}的平稳程度。当序列达到平稳性指标时，则认为污浊度达到饱和，记饱和污浊度为P（T），T是饱和时间。显然，测得的污浊度越大，P（T）值就越大，即表明衣物越脏，饱和时间T越大，衣物就越难洗涤（油污严重）。利用P（T）和T，经模糊推理可计算出尚需延长的洗涤时间tL3.2.3排水过程控制洗衣机洗涤过程结束后，进入排水控制过程。打开排水阀门，同时进行排水计时和水位测量，若在规定时间内水位无变化或变化很小，则发出排水故障指示，否则，继续排水，直至排水过程结束。3.2.4洗衣机脱水之前须进行平衡调整，因为，在桶内的衣物放置并不规则。其方法如下：微电脑首先检测衣物是否平衡，如果平衡则进入脱水阶段。如果不平衡，则微电脑对洗衣机马达进行正转几秒种，然后停止几秒钟，再反转几秒钟、停止几秒钟的多次控制，最后检测是否平衡，如果平衡则停止，进入下一步，反之，再度进行平衡调整。一般地说，平衡过程不需要反复调整。洗衣机脱水平衡调整结束后就进入脱水控制。应当说这一过程非常简单，微电脑给出洗衣机马达正转的指令即可执行。脱水的时间和速度分别由衣量的多少和面料的软硬加以决定，同时，在脱水过程中，微电脑不断检测洗衣机上盖时候正常，如果开盖则立即停止脱水，盖上之后又继续进行脱水控制。3.2.5漂洗过程控制漂洗水流可与洗涤水流相同。漂洗开始，微电脑自动记录液体污浊度P（i），i=1，2，……，当序列{P（i）︳i=1，2，……}平稳后（即污浊度达到饱和）即可进行判断。若饱和污浊度P小于某设定值Px，则经排水、脱水洗涤全部结束，否则重新返回注水、漂洗程序[7]

4主要元件的选择4.1芯片的选用以单片机8051为核心。MCS-51单片机具有64KB的程序存储器空间，其中8051片内有4KB的程序存储器，当采用8051而程序超过4KB需要进行扩展。另外，MCS-51系列单片机的程序存储器空间与数据存储器空间相互独立，其中片外数据存储器可达64KB，而片内的数据存储器有128字节，MCS-51单片机对外没有专用的地址总线（AB）、数据总线（DB）和控制总线（CB），那么在进行系统扩展时，首先需要扩展系统的三总线[8]。MCS-51单片机扩展的外部三总线示意图。图4-1单片机示意图Fig.4-1Machinesketchmapsoffigure4.1.1MCS-51单片机的结构单片机内部结构示意图如下图所示。图4-2单片机内部结构示意图Fig.4-2TheinternalstructureofSCM

1)一个8位的CPU，是单片机的核心，完成运算和控制功能。2)128字节内部数据存储器（内部RAM）。3)8051共有4KB掩膜ROM，用于存放程序、原始数据或表格，因此，称之为程序存储器，简称内部ROM。

4)8051共有两个16位的定时/计数器，以实现定时或计数功能。

5)MCS-51共有4个8位的I/O口（P0、P1、P2、P3），以实现数据的并行输入/输出。

6)8051有一个全双工的串行口，以实现单片机和其它设备之间的串行数据传送。

7)8051共有5个中断源，即外中断两个，定时/计数中断两个，串行中断一个。中断分为高级和低级共两个优先级别。

8)时钟电路为单片机产生时钟脉冲序列。系统允许的晶振频率一般为6MHz和12MHz。4.1.28051单片机的引脚描述及片外总线结构1)芯片的引脚描述8051单片机采用40引脚的双列直插封装，图为引脚图，其逻辑等符号图为下图3-2，图3-2是8051的逻辑符号图，在单片机的40条引脚中有2条专用于主电源的引脚，2条外接晶体的引脚，4条控制或与其它电源复用的引脚，32条输入/输出（I/O）引脚。图4-38051引脚图Fig.4-3Theleadfeetdiagramof80518051单片机是标准的40引脚集成电路芯片。各引脚功能简要说明如下：1)外接晶体引脚XTAL1和XTAL2：XTAL2：（19脚）：接外部晶体的一个引脚，在单片机内部，它是一个反相放大器的输入端，这个放大器构成了片内振荡器，当采用外部振荡器时，HMOS单片机，此引脚应接地，对CHMOS单片机，此引脚作为驱动端。XTAL1：（18脚）接下部晶体的另一端，在单片机内部接至上述振荡器的反相放大器的输出端，采用外部振荡器时，对HMOS单片机，该引脚接外部振荡器的信号即把外部振荡器的信号直接接到内部时钟发生器的输入端，对CHMOS，此引脚应悬浮。2)主电源引脚VCC和VSS：VCC-（40脚）接+5V电压，VSS-（20脚）接地。3)控制或与其它电源复用引脚RST/VPD、、和。4)RST/VDD（9脚）：当振荡器运行时，在此引脚上出现两个机器周期的高电平将使单片机复位，推荐在此引脚与VSS引脚之间连接一个约8.2ke的下拉电阻，与VCC引脚之间连接一个约10MF的电容，以保证可靠的复位。VCC掉电期间，此引脚可接上角用电源，以保持内部RAM的数据不丢失。当VCC主电源下掉到低于规定的电平，而VDD在其规定的电压范围（5±0.5V）内，VDD就向内部RAM提供备用电源。5)（30脚）：当访问外部存储器时，ALE（允许地址锁存）的输出用于锁存地址的低位字节，即使不访问外部存储器，ALE端级以不变的频率周期性地出现正脉冲信号，此频率为振荡器频率的，因此，它可用作对外输出的时钟，或用于定时目的，然而要注意的是，每当访问外部数据存储器时，将跳到一个ALE脉冲，ALE端可驱动8个LS型的TTL输入电路。6)（29脚）：此脚的输出是外部程序存储器的读选通信号，在从外部程序存储取指令（或常数）期间每个机器周期两次有效，但在此期间，每当访问外部数据存储器时，这两次有效的信号将不出现，同样可驱动8个LS型的TTL输入。7)（39引脚）：当端保持高电平时，访问内部程序存储器，当保持低电平时，则只访问外部程序存储器，不管是否有内部程序存储器，对于常用的8031来说，无内部程序存储器，所以脚必须常接地，这样才能只选择外部程序存储器。输入/输出（I/O）引脚P0、P1、P2、P3、（共32根）8)P0口（39-32脚）：是双向8位三套I/O口，在外部存储器，与地址总线的低8位及数据总线复用，能以吸引电流的方式驱动，8个LSTTL负载。9)P1口（1-8脚）：是8位准双向I/O口，由于这种接口输出没有高阻状态，输入边不能锁存，故不是真正的双向I/O口，P1口能驱动4个LSTTL负载。10)P2口（21-28脚）：是8位准双向I/O口，在访问外部存储器时，它可以作为扩展电路高8位地址总线送出高8位地址，P2口可驱动4个LSTTL负载11)P3口（10-17脚）：是8位准双向I/O口，在MCS-51中，这8个引脚还用于专门功能，是复用双功能口，P3能驱动4个lSTTL负载。8051单片机的引脚除了电源，复位，时钟接入用户I/O口外，其余管脚都是为实现系统扩展而设置的，这些引脚构成单片机片外三总线结构即：1)地址总线（48）：地址总线宽度为16位，因此，其外部存储器直接寻址为64字节，16位地址总线由P0口经地址锁存器提供低8位地址（Ao-An），P2口直接提供8位地址（A8-A15）。2)数据总线（DB）：数据总线宽度为8位，由P0口提供。3)控制总线（CB）：由P3口的第二功能状态和4根独立线RESET、、ALE、组成。4.2传感器选用4.2.1红外线光电传感器实际上，测定浑浊度可以安装浑浊度传感器来实现，但是其结构比较复杂，质量要求又很高，一般不宜使用。而利用红外线传感器就可以很好实现以上目的。浑浊度综合反映了衣物的脏污程度，脏污性质和洗净程度。它是采用红外光电传感器，利用红外线在水中的透射率和时间的关系。通过模糊推理，获得检测结果。这是一种硬件，软件相互结合的间接测量方法，又称软传感器。4.2.2布量传感器和布质传感器布量传感器和布质传感器不能由单一的一个元件构成，它们都是由电机和一系列的二极管，三极管组成的，其中发光二极管和光敏三极管组成光电耦合器，用于隔离交直流信号以及产生布量和布质的信号。4.2.3水位传感器采取将水位转换为气压的可靠方法。将水位传感器安装于箱体上部，洗衣机外筒下部装橡胶管，然后由导气管将橡胶管和水位传感器密封连接。采用三水位继电器(又称三水位开关)作为水位检测元件。向洗衣机外筒内注入水，外筒内的水位达到一定高度后，橡胶管被水密封，外筒内水位逐渐上升，封闭在橡胶管内的空气压强同水位成比例增大。此时，水位继电器本身气室内的压力也在增大，橡胶膜片受压膨起，推动顶杆运动。当压力达到设定值时，在橡胶膜片的推动下，水位继电器内的电气触点动作，常闭触点断开，常开触点闭合，控制器检测到信号，关闭进水阀，停止进水；当滚筒内水位下降时，水位继电器气室内压力减小，橡胶膜片复位，电气触点也随之复位[9]。4.3模数转换器的选用A/D转换器大致有三类：一是双积分A/D转换器，优点是精度高，抗干扰性好；价格便宜，但速度慢；二是逐次逼近A/D转换器，精度，速度，价格适中；三是并行A/D转换器，速度快，价格也昂贵。本设计中选用的就是属于第二种的ADC0809[8]。ADC0809主要部分是一个8位逐次比较型A/D转换器。为了实现8路模拟信号的分时采集，片内设置了带有锁存功能的8路模拟选通开关，以及相应的通道地址锁存和译码电路，可对8路0~5V的输入模拟电压进行分时转换，转换后的数据送入三态输出数据锁存器。4.31)主要特性：

a)8路8位A/D转换器，即分辨率8位。b)具有转换起停控制端。

c)转换时间为100μs。d)单个＋5V电源供电。

e)模拟输入电压范围0～＋5V，不需零点和满刻度校准。

f)工作温度范围为-40～＋85摄氏度。

g)低功耗，约15mW。2)内部结构：ADC0809是CMOS单片型逐次逼近式A/D转换器，内部结构如图所示，它由8路模拟开关、地址锁存器和译码器，比较器，8位开关树型DA转换器，逐次逼近寄存器、三态输出锁存器等其它一些电路组成。因此，ADC0809可处理8路模拟量输入，且有三态输出能力，不但可以与各种微处理器相连，也可以单独工作，输入输出和TTL兼容。图4-4ADC0809内部结构框图Fig.4-4InternalstructureframediagramofthefigureADC0809s图4-5ADC0809引脚图Fig.4-5ThefeetdiagramofADC0809s4.3.21)外部特性（引脚功能）：

ADC0809芯片有28条引脚，采用双列直插式封装，如图所示。下面说明各引脚功能。

IN0～IN7：8路模拟量输入端。

2-1～2-8：8位数字量输出端。（D0～D7:八位数据输出线，A/D转换结果由这8根线传送给单片机）

A、B、C:3位地址输入，2个地址输入端的不同组合选择八路模拟量输入。也就是ADDA、ADDB、ADDC：3位地址输入线，用于选通8路模拟输入中的一路。比如：000对应的输入是IN0，001对应的是IN1，111(也就是7)对应的是IN7等。ALE：地址锁存允许信号，输入，高电平有效。即作为地址锁存启动信号,在ALE的上升沿,将A、B、C上的通道地址锁存到内部的地址锁存器。

START：A/D转换启动信号，输入，高电平有效。就是说START为正脉冲，其上升沿清除ADC0808的内部的各寄存器，其下降沿启动A/D开始转换。

EOC：A/D转换结束信号，输出，当A/D转换结束时，此端输出一个高电平（转换期间一直为低电平）。即当EOC上升为高电平时，表明内部A/D转换已完成。

OE：数据输出允许信号，输入高电平有效。允许输出锁存器输出数据。当A/D转换结束时，此端输入一个高电平，才能打开输出三态门，输出数字量。

CLK：时钟脉冲输入端。0809的时钟频率范围在10～1200kHz，典型值为640kHz要求时钟频率不高于640KHZ。

REF（+）、REF（-）：基准电压。

Vcc：电源，单一＋5V。

GND：地。

2)ADC0809的工作过程：首先输入3位地址，并使ALE=1，将地址存入地址锁存器中。此地址经译码选通8路模拟输入之一到比较器。START上升沿将逐次逼近寄存器复位。下降沿启动A/D转换，之后EOC输出信号变低，指示转换正在进行。直到A/D转换完成，EOC变为高电平，指示A/D转换结束，结果数据已存入锁存器，这个信号可用作中断申请。当OE输入高电平时，输出三态门打开，转换结果的数字量输出到数据总线上。实际上工作过程也可以描述成：首先由地址锁存信号ALE的上升沿将引脚ADDA、ADDB和ADDC上的信号锁存到地址寄存器内,用以选择模拟量输入通道；START信号的下降沿启动A/D转换器开始工作；当转换结束时，0809使EOC引脚由低电平变成高电平，程序可以通过查询的方式读取转换结果，也可以通过中断方式读取结果。CLOCK为转换时钟输入端，频率为100KHz-1.2MHz，推荐值为640KHz。4.4ADC0809与8051单片机的接口

ADC0809是价格适中的逐次比较式8位A\D转换器，可输入8路模拟信号。与单片机接口简单，是单片机应用系统中最广泛应用的A\D转换芯片之一。图4-6位0809与8051的典型接口电路。图4-6ADC0809与单片机8051接口电路Fig.4-6ADC0809interfacecircuitandSCM8051单片机8051通过地址线P2.0和读、写控制线RD，WR来控制转换器的模拟输入通道地址锁存、启动和输出允许。模拟输入通道地址的译码输入A、B、C由P0.0~P0.3提供，虽然0809具有通道地址锁存功能，但在图中由使用ALE锁存地址，故P0.0~P0.3须经锁存器接入A、B、C。根据P2.0和P0.0~P0.2的连接方法。8个模拟输入通道的地址，依IN0~IN7顺序为FEF0H~FEFFH。转换器的时钟可由8051的ALE取得，如果ALE信号频率过高，应分频后送入转换器。4.5显示器的选用显示器是最常用的输出设备。特别是发光二极管显示器（LED）和液晶显示器（LCD），还有目前比较先进的等离子显示器。但是后两种价格昂贵，并且利用软件布线的时候很复杂。而LED由于结构简单、价格廉价和接口容易，而得到广泛的应用。本设计利用发光二极管显示器（LED）。

5洗衣机模糊控制器硬件组成原理传统的全自动洗衣机有两种，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，它们都需要人为的洗涤程序选择，然后才能投入工作。所以，从本质上讲，这种洗衣机还称不上是全自动的，最多只能称之为半自动的。只有模糊洗衣机才能够自动的识别衣质、衣量，自动识别衣物的肮脏程度，自动决定水量，自动投入适量的洗涤剂，自动完成全部的洗涤过程，因而才能称之为名符其实的“全自动”洗衣机[10]。本文中设计的洗衣机不用在洗涤、漂洗和脱水各功能之间进行手工切换，而由程序控制器或单片机完全自动完成整个洗涤过程的洗衣机。在原有的全自动洗衣机电子程序控制器的基础上，扩充集成电路的容量，并且在洗衣机上安装了多种类型的传感器，使得洗衣机不仅可以按预定程序工作，而且还可根据不同传感器发出的有关所洗衣物的各种参数检测信号，自动调整水流的强弱，漂洗次数，洗涤方式，洗涤时间和脱水时间等控制参数，从而达到省时，省水，省电，提高洗涤效果的目的，此种类型的洗衣机被称为普通型智能洗衣机。为了提高洗衣机的智能性，使它对由传感器发来的各种信号做出更加合理的反应，在设计中引入了模糊理论，这种类型的洗衣机就是模糊型智能洗衣机。我所设计的就是基于模糊控制的洗衣机模糊控制器的控制器部分，由此可见，它包含了很多关键部分。整个系统的设计是以单片机8051为核心，同时硬件电路包括以下几个部分。5.1电源电路电源电路由变压器TF桥式整流器，滤波电容，稳压器7805组成，如图5-1。二极管D1-D4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+5V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。该部分的作用就是为数字和模拟器件提供稳定的电压和电流。工作过程可简述为：220V的交流电通过变压器变成所需要的电压值，然后通过桥式整流器将交流电压变成脉动直流电压，滤波电容的作用则是把脉动直流电压中的纹波去掉，使电压波形平滑；此种类型的电压会随电网电压波动、负载和温度的变化而变化，稳压电路的作用就是维持输出直流电压的稳定。另外，7805输出的+5v电压和交流电源的相线相接用来驱动双向晶闸管。为了防止电网过电压而对变压器造成损害，还在变压器的两个输入端子之间接入了一个压敏电阻。图5-1电源电路Fig.5-1Powercircuit5.2检测电路检测电路是整个系统输入的关键。它们分别是电源电压检测电路，过零检测电路，内桶平衡检测电路，温度检测电路，布量布质检测电路和浑浊度检测电路，水位检测电路。5.2.1电源电压检测电路由滤波电容C5和调整电位器W1组成，如图5-2当电源电压下降时，电位器W1抽头会灵敏地反映电源电压的变化，并由单片机的端口进行检测。图5-2电源电压检测电路Fig.5-2Powersupplyvoltagedetectioncircuit5.2.2过零检测电路由电阻R1，R2，晶体管TR1和反相器7404组成。当桥式整流器输出整流信号为正时，TR1截止。TR1输出的信号经7404反相后送单片机的端口。只要交流电源过零就会产生中断请求信号，这样单片机就可以在程序中把中断次数加以计数作为洗涤过程中的定时。图5-3过零检测电路Fig.5-3Zerodetectioncircuit5.2.3内桶平衡检测电路由平衡开关K和电阻R35组成，如图5-4.它检测内桶运行时候的平衡转台，当出现不平衡时，开关K被压闭合（开关接通时，内桶不平衡），单片机的端口输入低电平。内桶平衡电路实质上是一个开关，如果衣物在桶内偏离重心，在甩干时就会出现撞桶现象，撞捅时开关就会断开，一般规定撞桶三次即视为不平衡。另外，该开关还与洗衣桶桶盖相连，在洗衣过程中，捅盖打开就相当于开关断开，出于安全原因，洗衣过程中桶盖是不允许打开的，从此种角度来说，该电路又成为安全开关，只是撞桶过程与桶盖打开过程的开关断开时间不同，撞桶过程的时间较短。图5-4内桶平衡检测电路Fig.5-4DetectionCircuitbarrelsinthebalance5.2.4温度检测电路由温度传感器MTS102和两个运算放大器LM358以及有关电阻电容组成如图5-5。其中第一级LM358用作阻抗隔离器，第二级LM358为放大器。检测结果送入单片机的端口。5.2.5浑浊度检测电路由红外发光二极管D3和红外接收管TR3构成的红外线传感器和有关电阻组成，如图5-5所示。不同浑浊度的水从D3和TR3之间流过时，使红外信号的强弱变化不同，送入单片机的端口的信号大小反映衣物的脏污程度。5.2.6水位检测电路由电位器W3和相关机械部件组成，如图5-5所示。当水位变化使W3中心抽头产生位移时，送入单片机的端口的信号产生相应变化。水位传感器主要由空气室，膜片，调节螺丝的组成。空气室的出口和缸体连通，注入水以后，空气室和连通管道中的空气被压缩，压力变大，他又推动铁心运动，改变了线圈的电感量L。电感量的变化就反映了水位的变化。图5-5温度、水位、浑浊度检测电路Fig.5-5Temperature,waterlevels,turbiditydetectioncircuit5.2.7布量布质检测电路由电机M2，二极管D4，电阻R21以及光敏三极管TR9，电阻R19和反相器7404组成，如图5-6所示。其中发光二极管D4和TR9构成光电耦合管，用于隔离交直流信号以及产生布量和布质信号。图5-6布量布质检测电路Fig.5-6Clothofclothofdetectioncircuit5.3主机电路主机电路就是以单片机为核心。各种传感器等输入设备将检测出来的各种信号输入单片机，而单片机的主要功能就是将这些信号进行一系列的处理，最终得到各种输出信号，单片机的输出信号用来控制水位等变量。可以说，主机电路是整个系统设计的重点所在。5.4显示电路显示电路由晶体管，发光二极管，发光数码管和相应的电阻组成。具体如下电路图可知。图5-7键盘及显示电路Fig.5-7Thekeyboardanddisplaycircuit图5-8参数时间显示电路Fig.5-8Parametersofthetimedisplaycircuit5.5驱动电路以光电耦合器4N40为核心。它是常用的单向晶闸管输出型光电耦合器，也称固态继电器。当输入端有15～30mA电流时，输出端的晶闸管导通，输出端的额定电压为400V，额定电流为300mA。输入输出端隔离电压为1500V～7500V。4N40的第6脚是输出晶闸管控制端，不使用此端时，此端可对阴极接一个电阻。4N40接口电路如下：图5-9光电耦合器Fig.5-94N40上图中输出的电压可以直接加载到执行元件上，从而通过启动它们实现整个系统的最后控制。达到设计的目的。5.6报警电路蜂鸣器在洗衣机中主要有三个用途：1)响应有效按键，表明此次按键操作有效；2)洗衣过程结束时鸣叫提示；3)洗衣过程中出现故障时，系统通过蜂鸣器报警。电路如图5-10所示。报警电路以三极管为核心。三极管采用小功率三极管9013，这种三极管是种PNP管，当控制信号为高电平时，三极管导通，发出声音。当控制信号为低电平时，三级管截止，不发出声音。电容的主要作用是消除高频信号。蜂鸣器的额定电压为+5v，当控制信号为高电平时，发出声音报警。图5-10报警电路Fig.5-10AlarmCircuit5.7控制电路输出控制电路的作用就是将MCU的控制信号作用于执行器件上。采用双向晶闸管作为功率元件。晶闸管(SCR)是一种三端固态器件，一般只工作于导通和截止状态，由于使SCR导通所需要的驱动电流极小，它的输出负载电流和输入驱动电流之比大于1000，所以是较为理想的大功率开关器件；但由于SCR内部的反馈特性，一旦导通，既使门控电流消失它也不会截止，只有当SCR的外加电压降到零(此时SCR的阳极电流为零)时它才会截止。交流电每半个周期都会过零一次，开关截止不成问题，因此，它在交流功率开关电路中应用十分广泛。双向晶闸管就是将两个反并联的晶闸管集成在一起，使用同一个门极端子，这样，无论加在器件上的电压为正或为负，都可用门极信号使之导通。晶闸管作为一种功率元件，具有体积小，耐压高，容量大，效率高，维护简单，控制灵敏等优点，但它的过载和抗干扰能力较差，在设计过程中必须采取相应措施加以防范。图5-11控制电路Fig.5-11Controlcircuit控制电路共5路，由触发电路和相应的双向晶闸管组成。双向晶闸管TA1，TA2用来控制主电机M2；TA3用于控制洗涤剂投入电机M1；TA4控制进水电磁阀L1；TA5控制排水电磁阀L2。电路如图所示。此外，还有工作启/停和状态设定电路。N1是洗衣机全自动的启/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工作。

6软件结构和程序设计6.1程序框图6.1.1模糊控制器软件设计由主程序，中断服务程序和各种子程序等组成。主程序如图6-1：图6-1洗衣机模糊控制器模糊控制主程序Fig.6-1Themainprocedureoffuzzycontrollerfaintnessofwashersescontrol图6.2中给出洗涤过程的程序框图。首先在不同水位（通常安排在1/4和1/2水位）下，先后完成布量，布质的检测。在通过排水的透射率检测衣物的脏污程度和脏污性质。在完成上述检测后，对这些量进行模糊推算，并以它们的模糊量作为前件进行模糊推理，从而获得最佳注水量（水位），洗涤剂投量，洗涤时间和水流，然后进入正式洗涤过程。图6-2洗涤过程的整体程序Fig.6-2Thewholeprocedureofthewashingprocess6.1.2在洗衣机模糊控制器中由单片机的中断口引入了定时中断请求，在交流电过零时产生，模糊控制器响应中断后，转入中断服务程序。在中断服务程序中，首先，保护寄存器中的各种数据，然后，进行各种判断处理，最后，判断工作状态，一旦进入模糊洗衣状态就进行相应的进水，测温，布量检测，洗涤，漂洗，排水，脱水等功能处理。同时，根据生活中经常要洗的衣物分为衬衫，牛仔服，棉衣，毛毯等，设定他们的洗涤模式，并且通过功能键可以选择不同模式。中断程序如图：图6-3定时中断服务程序流程图Fig.6-3Theflowchartofsettlementandbreaking6.1.3功能程序也就是各种功能子程序。主要有定时子程序，键盘处理子程序，显示处理子程序，水位测量子程序，浑浊度测量子程序，布量布质测量子程序，漂洗处理子程序，模糊运算子程序等等，它们主要供主程序和中断程序调用[11]。以下将分别介绍。图6-4显示子程序Fig.6-4Sub-proceduresofmanifestation6.2程序设计flag_mianyibit00h；棉衣flag_niuzaibit01hflag_chenshanbit02hflag_maotanbit03hflagequ30h；记录按键按下自检org00hajmpmainorg000bh；系统默认的T0中断服务程序入口地址ljmpT0org0013h；INT1的中断服务程序入口地址ljmpINT1main:；主程序movr0,#7fh；内部寄存器初始化，低128字节清零clraloop_1:mov@r0,adjnzr0,loop_1；低128字节清零movsp,#50h ；内部堆栈初始化setbit0；将INT0定义为下降沿触发中断setbit1movtmod,#06h；定义T0工作在计数器模式2movth0,#0ffh；给T0附初值movtl0,#0ffhsetbpx1；将INT1的优先级置为最高movie,#86h；开INT1和T0的中断loop_main:；循环查询jbflag_on,normal；判断开/启键是否按下，若按下则正常模糊洗涤jbflag_mianyi,func_mianyi；判断棉衣的功能键盘是否按下jbflag_niuzai,func_niuzaijbflag_chenshan,func_chenshanjbflag_maotan,func_maotansjmploop_mainnormal:；正常的模糊洗涤模式clrea；清除总中断，禁止所有按键按下callfunc_xidi；洗涤程序callfunc_piaoxicallfunc_tuoshuicallfunc_clear；清除所有的标志位setbea；开中断ajmploop_mainfunc_mianyi:clrea；模式只能为棉衣模式，无法更改calldata_mianyi；调用棉衣的设定数据并装入程序当中callfunc_xidi；调用洗涤程序callfunc_piaoxicallfunc_tuoshuisetbeaajmploop_mainfunc_niuzai:clreacalldata_niuzaicallfunc_xidicallfunc_piaoxicallfunc_tuoshuisetbeaajmploop_mainfunc_chenshan:calldata_chenshancallfunc_xidicallfunc_piaoxicallfunc_tuoshuisetbeaajmploop_mainfunc_maotan:clreacalldata_maotancallfunc_xidicallfunc_piaoxicallfunc_tuoshuisetbeaajmploop_mainorg2000h T0:；按键服务子程序pusha；现场保护，将A和PSW保护起来pushpswjbp2.5,go_1；判断开/启键是否按下，若为低电平则表示按下calldelay_10ms；调用10毫秒延迟程序，去除抖动jbp2.5,quit；继续判断开/启键是否按下，若为高平则表示有干扰jnbp2.5,$；等到键松开clrp1.5；使扬声器响calldelay_500ms；调用500毫秒延迟程序，使扬声器响500毫秒setbp1.5；关闭扬声器setbflag_on=1 ；置开/启标志位为1ajmpquit；退出中断go_1:；看功能键是否按下jbp2.6,quit；若功能键为高电平，则退出中断，不执行任何程序calldelay_10msjbp2.6,quitjnbp2.6,$clrp1.5calldelay_500mssetbp1.5incflag ；标志字节加1mova,flag；将标志字节放入A当中cjnea,#5,go_00；当A等于5的时候，将FLAG送入立即数1movflag,#1；将立即数1赋给FLAGgo_00:；看FLAG是否为1，若是则为棉衣模式mova,flagcjnea,#1,go_2；不相同的时候跳转到go_2setbflag_mianyi；置棉衣模式标志位ajmpquit ；中断退出go_2:mova,flagcjnea,#2,go_3setbflag_niuzaiajmpquitgo_3:mova,flagcjnea,#3,go_4setbflag_chenshanajmpquitgo_4:mova,flagcjnea,#4,quitsetbflag_maotanquit:；中断退出程序poppsw；现场恢复，恢复PSW和A的值popareti；中断返回语句delay_10ms:movr6,#10；给R6赋立即数10loop_m:movr7,#250loop_n:；循环标号nop；空指令nopdjnzr7,loop_n；循环R7中的次数，250次djnzr6,loop_mret；子程序返回send_data:；74LS164发送一个字节的子程序movr5,#8；一个字节循环的次数为8次，mova,dat；将要发送的数送到A当中loop_send:rlca；左移一位movsda,c；将C里面的值送到数据线上（74LS164上的A和B）setbscl；时钟线置1，提供一个上升沿clrscl；时钟线置0djnzr5,loop_send；循环8次ret；子程序返回delay_500ms:movr7,#50loop_500ms:calldelay_10msdjnzr7,loop_500msretxianshichengxu:；显示子程序movdat,shuju0callsend_data；把dat里面的数送到A中，进行显示movdat,shuju1callsend_datamovdat,shuju2callsend_dat