模糊控制洗衣机

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1、摘要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

2、洗衣的质量。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AbstractOut the washing machine is a wit washing machine, and traditional the washing machine, is a new household appliances. The traditional full automation washing machine has two, the mechanical contr

3、ol, 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 washing machine is no automatic, semi-automatic, most can be clothing words：Cam、high deputy、 auto

4、mationMc6805r3 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 automatically on water and proper that automatically remove all the process. The washing proc

5、ess by obscure reason, and help with the washing, but efficiency will not significantly improve the washing machine of automation, has greatly improved the quality.Mc6805r3 blurred with the washing machine can say is really an automatic washing machine. In the control, control software mc6805r3 mono

6、lithic integrated circuits and vague a decisive role.Keywords ： the washing machine, classifying, Intelligent, monolithic integrated circuits, automated目录第一章 模糊洗衣机控制系统逻辑结构 1第一节 电源电路 1第二节 洗衣机状态检测电路 1第三节 显示电路 2第四节 输出控制电路 2第二章 模糊洗衣机的模糊推理 5第三章 洗衣机物理量量检测方法 9第一节 浑浊度的检测 9第二节 布量和布质的检测 11第三节 水温检测 12第四章 布质布量的

7、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 14谢辞 18参考文献 19第一章 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1-1 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

8、的方法求取。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+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。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

9、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。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Tri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Tri基极，当整流信 号为正是地，则Tri导通，整流信号为零时，则Tri截止，Tri截止，Tr 1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

10、产生中断请求信号。电源电压检测电路由整流二极管D 2,滤波电容C 5和调整电位器W1组成。 由于D2只是进行半波整流，所以，当电源下降时，电位器W1的抽头也会较灵 敏反映电源下降的情况。电源电压的变化情况由 MC6805R3 的 AN0 端才检测。温度检测电路由MTS102、LM358和有关电阻电容组成。其中MTS102是温 检测器，第一级LM358用作阻抗隔离器，第二级LM358用作放大器。检测结果 送入到 MC6805R3 的 AN1 端。水位检测由电位器W3和相应 的机械部件组成，当水位变化时会使W3的 中心抽头产生位移，帮送入到MC6805R3的AN2端的信号大小也产生变化。浑浊度检测

11、电路由红处发光二极管D3和红外接收管Tr3和有关电阻组成， 被检测的水从D3和Tr3之间流过，不同浑浊度的水从中流过时，使红外信号的 强弱变化不同，帮送到MC6805R3的AN3端的信号大小反映了衣服的肮脏程度。第三节 显示电路显示电路由晶体管TR10,TR11,TR12,TR13,发光二极管D6D12,7段发光二 极管显示器;LED1,LED2,LED3和相应的电阻组成。其中晶体管TR10TR13是作 为扫描开关管，用于选择D6D7,LED1,LED2或LED3;而 LED1LED3用于显示定 时时间;D6D7用于显示洗衣机的现行工作状态。第四节 输出控制电路输出控制电路由触发电力和相应的双

12、向晶闸管组成；控制电路一共有5 路.L1是进水电磁阀，L1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TAI，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11,111象限触发。wzm *=uIZIfs oraK 丙 壬 玉 壬玉 玉壬陌占 g 石石石百 玉 壬-.-JJ02-O- -D ZJ 3 3.U-rnriri图1-1单片机控制的逻辑结构除了上述电路之外，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

13、开始进 行工作。所有的电路都在单片机MC6805R3控制下工作.由于MC 6 8 0 5 R3有 较多的I/O端口，对洗衣机着种需要检测和控制的功能较多的家用电器是十分 合适的；它可以使系统的逻辑结构达到十分简洁的形式。第二草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2-1所示。图2-1模糊洗衣机的模糊推理

14、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2-1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

15、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：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；在洗衣推理中，推理规则 如下：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； 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

16、特长；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2-1所示，表2-1洗衣机的模糊推理-也贞棉布偏李棉布与牝纤各半化纤偏垄E温中f氐中高I氐中咼水流特強強強強強中中I1时间特任中中中I1中水流中中中中中中弱时间长中短长中中中中短水流弱弱弱弱弱弱弱弱特弱时间中中短中短短中短他给出了洗衣机推理的所有规则。很明显这些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

17、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 2-2所示。U1U1U1图2-2水温、布量和时间的模糊量在图2-2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。对于主要因素推理和顺序因素推理这两种

18、推理，它们之间是有这隐含的推理 关系的。主要因素推理是以采用人的思维中的主要因素起到决定作用原理执行 的。在这种原理中，抛弃各种次要因素，以见米欧那个的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前 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：如果浑浊度搞，洗涤剂投入量大；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；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

19、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。第三章洗衣机物理量量检测方法洗衣机在洗衣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义务的脏度，和洗净程度等都要需要检测，以便惊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

20、果就可以用于控制推理。图3-1浑浊度检测原理浑浊度检测器的结构和安装情况如图3-1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3-1中，(a)(b)(c)分别表示浑浊度检测原理的有关情况。图3-1 (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3-

21、1 (b)表示水较浑浊时红外线透光率的情况。图3-1 (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3-2 (a)所示。图3-2透光率和有关因素在图3-2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3-2(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，义务中 的污垢物溶解于水，使透光率下降；同时随着洗涤

22、剂的投入，义务中的污垢进一 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，义务变干净，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，说摩纳哥义务洗涤干净，这是可以 停止漂洗。图3-2(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3-2 (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3-2 (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3-2给出了透光率曲线，就可以根据洗衣

23、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3-3布量布质的布阻抗从图3-3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13kg时,硬质布的布阻抗较高，软质布的布 阻较低

24、。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 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，

25、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1-1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。第四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

26、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，她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

27、，检测出的脉冲数和布量的关系如图4-1所示。从图可以看出，她们的关系上有 一定的线性关系;且脉冲数多，则布量少，反之亦然。图4-1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4-2所示。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:Ifm=VLthen w=SIfm=MLthen w=MSIfm=Mth

28、en w=MIfm=MMthen w=MBIfm=VMthen 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。并吧推断出的布量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

29、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 PO； PO=P1-P2考虑脉冲差P0的模糊量，可以取“大”、“中” “小”这三种。图4-3布量、布质和检测脉冲数所得的脉冲差模糊量如图4-4所示。图4-4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4-4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

30、间的推理了If PO=SthenQ=CHIf P0=MthenQ=MIXIf P0=LthenQ=COT对上述推理规则采用Max-Min原则，采到的结果进行反复模糊化。绵质的布料有多种纺织品，它们的软硬程度都不同。所以，洗涤的过程也不尽 相同。棉质检测的时候，利用脉冲差识别出纤维，混纺和棉纤之后;接着对水位进行 检测,以确定棉质衣料是属于软质还是硬质棉布。它们的吸水情况如图11示。水位硬质棉衣物布质测运前布质测运后图4-5软、硬棉衣物吸水情况用W1表示布质测定前水位，用W2表示布质测定后的水位，则有水位差W0:WO=W1-W2。对于水位差W0可以取3种模糊量，它们分别是大,中,小;这些模糊量的

31、 隶属函数如图4-6中所示。对于棉衣服的质地类型可以取3种模糊量，它们分别是软质，中质，硬质;这些 模糊量也如图4-6示。从水位和棉布质地的相应情况，可以得到从水位差W0推断 出棉布质地CQ的推断规则；If P0=St henQ=SQIf P0=Mt henQ=MQIf P0=Lt henQ=HQ从上面推理规则得到的棉布质地,可采用Max-Min方法进行实际求取，而结 果则可用重心法进行反模糊化,从而得出具体的软硬程度。在洗衣机中,实际是不可能过细去针对布质和布量进行区分;因为洗涤过程不 可能因为衣物重多而有所改变，所以，对布质和布量的识别可以模糊一些。根据推理得到的布质和布量模糊量，就可以去

32、推理出相应的洗涤过程，表1给 出的推理就是采用布质和布量的模糊量作为推理前件,从而得出推理结果。谢辞为期两周的微机原理课程设计结束了，这次我的课题是“模糊控制的洗衣 机”，刚开始确实不怎么有头绪，在老师细心的指导下和同学们的帮助下，如期 完成了设计任务。这期间感触颇多。刚接触这个题目时仅仅只有一个感性的认识，后来通过查阅资料，渐渐地有 了一个思路。接下来就是方案论证了。这期间我有了几套方案，经过老师的审核 和同学们的讨论，最后确定了这个最终的方案。本以为方案论证一完成就成功了 一半，但是在实际过程中，总会遇到各种问题。包括各种芯片的选择匹配问题， 以及算法的设计，本以为自己的算法很完美，但是最

33、后却发现没有考虑硬件的限 制，只得重新再来。还有就是模型的建立，因为以前这方面的经验比较缺乏，所 以很困难，只能去请教老师和其他有经验的学长，在他们的帮助下，我自己也到 处查资料，模型终于建立起来了。还有就是画 CAD 图，因为长时间没使用的缘故， 开始时用的不怎么熟练，后来就游刃有余了。两周时间很快就过去了，这期间我 学会了很多东西，对于控制系统的认识也有了一个升华。感谢侯老师的悉心指导和同学们的帮助，正是因为你们的奉献，我才顺利的 完成了本次课程设计。参考文献1. 黄布毅，刘献心.模糊控制技术在家用电冰箱上的应用J。家用电器科技， 1996，（5）：31-33。2. 周 泽.洗衣机的模糊控制技术J。家用电器科技1997, （4）： 39-42。3. 黄布毅，崔光照.模糊控制技术在家用电器中的应用M。北京：北京轻工业 出版社，1998，180-200。4. 余永权，曾碧.单片机模糊逻辑控制M。北京：北京航空航天大学出版社， 1995，145-175。5. 窦振中.模糊逻辑控制技术及其应用M。北京：北京航空航天大学出版社， 1995，98-106。