基于模糊控制的全自動洗衣機的設計

沈華剛　呂剛磊　張軍

摘要：文章設計了一種全自動洗衣機，該洗衣機利用MC6805R3單片機模糊控制，能夠實現自動對衣服的數量、質地和污染程度進行識別，通過模糊控制原理決定清洗衣服的過程，合理投入適量的洗衣劑，從而大大提高洗衣質量，也大大提高洗衣機的全自動化程度。

關鍵詞：MC6805R3單片機；自動識別；模糊推理；洗滌程序

目前市場上有兩種全自動化洗衣機，其一是利用機械結構傳遞動力進行控制，另一種是利用單片機電路控制電機進行控制。這兩種方式的缺點是都需要進行人為選擇清洗衣服的程序，然后洗衣機才能投入洗衣工作，所以，這兩種洗衣機還稱不上嚴格意義的全自動洗衣機，只能被稱作半自動洗衣機。本文研究的洗衣機是一種模糊控制的全自動洗衣機，是一種全新的家用洗衣機。

傳統的洗衣機與利用MC6805R3單片機控制的全新智能模糊控制洗衣機區別很大，智能洗衣機能夠實現自動對衣服的數量、質地和污染程度進行識別，通過模糊控制原理決定清洗衣服的過程，合理投入適量的洗衣劑，整個洗衣過程實現了自動化。清洗衣物的控制程序是通過模糊理論來編寫的，洗滌功效比較高，因此對于提高該種洗衣機的自動化程度和清洗衣物的質量，幫助很大。

1.控制電路設計

基于MC6805R3單片機的智能洗衣機的控制電路有檢測洗衣機目前所處狀態的檢驗電路、為洗衣機提供電源的電源電路、顯示洗衣機各種參數的電路。

該智能洗衣機的電源電路由穩壓電源、變壓器、電容型整流器、濾波電路構成。電路中的二極管，用于隔離橋式整流電路與濾波電容，對信號進行過零檢測。

該智能洗衣機檢測狀態的電路有7個。分別是：檢測智能洗衣機的內桶是否平衡的電路，被清洗衣物的質地、數量檢測電路，電路是否過零的檢測電路，智能洗衣的電源電壓檢驗電路，智能洗衣機清洗衣物時水溫檢測電路，水位高低是否合理的檢測電路和清洗過程中水渾濁度檢驗電路。智能洗衣機的內桶是否平衡的電路由開關s和電阻R35接至單片機PA3口實現。衣質，衣量檢測電路由電動機M2，二極管VD4，VD5，電阻R21，光敏三極管VT9、電阻R19和反相器7404組成。衣質、衣量檢測電路接于單片機PA2口，模糊控制智能洗衣機電路系統中的主電動機M2中的線圈輸出電壓經檢測之后，再經過光電隔離，進而形成鋸齒脈沖信號，洗衣機的MC6805R3單片機計算出該脈沖信號的個數就可確定衣服的阻抗，從而確定要洗滌衣服的多少。信號經整流器的處理被全波整流，整流后的信號經電阻R1送到三極管VT1的基極，當被整流器處理的信號電壓為正時，三極管VT1被導通；當該信號的電壓為零時，三極管處于截止狀態。三極管VT1的輸出信號經反相處理，輸入到MC6805R3單片機的TNT端。模糊控制洗衣機的電源電壓檢測電路由電位器RP1、二極管VD2和具有信號濾波作用的電容C5構成。當模糊智能洗衣機的電源電壓下降時，滑動變阻器RP1的會檢測出洗衣機電源電壓下降的情況。模糊智能洗衣機的水溫檢測電路有兩級組成，第一級中的雙運算放大器LM358用于電阻阻抗隔離，第二級電路中的雙運算放大器LM358用于放大。模糊智能洗衣機的水位變化情況使電位計RP3的線圈抽頭產生位置變化，同時引起MC6805R3單片機的AN2端變化。模糊智能洗衣機清洗衣物過程中水從二極管VD3和三極管VT3流過，根據紅外線信號的變化即可反映水的渾濁度。該信號接至單片機AN3端。

顯示電路由晶體管VT10，VT11，VT12，VT13，發光管VD6-VD12，發光二極管LED1、LED2、LED3和與之連接的相應電阻構成。模糊智能洗衣機控制電路中的LED1-LED3用作顯示洗衣機清洗衣物時的定時時間；VD6-VD12用來顯示模糊智能洗衣機目前所處的工作狀態。

模糊智能洗衣機的輸出電路由5路電路組成。其中L1是洗衣機的進水電磁閥，L2是清洗衣物后的排水電磁閥，電動機M1用于控制投入清洗劑的多少，M2是清洗衣物的旋轉主電動機。清洗衣物時，主電動機M2的正反轉運動由晶閘管VTA1，VTA2控制；洗滌劑的投入量由VTA3控制；VTA4，VTA5分別控制模糊智能洗衣機的進水電磁閥和排水電磁閥。

模糊智能洗衣機的啟動與停止由按鈕SB1控制；洗衣機從一種狀態到另一種功能由功能選擇按鈕SB2完成。

2.模糊智能洗衣機檢測原理

被清洗衣服的布質、數量、水的渾濁程度、清洗過程中水溫高低4種物理量是智能洗衣機在清洗過程中要檢測的物理量，檢測完這些信號后，經單片機接收處理，執行模糊推理。

利用紅外光電傳感器來檢測清洗洗衣物過程中水的渾濁程度。紅外光電傳感器的原理是：紅外發射管發射一定強度的紅外線，然后利用紅外接收管接收該紅外線，根據傳遞時間，通過智能模糊推理，得到水的渾濁程度。

在清洗衣物前，可以檢驗要清洗衣物的質地和數量，當水的高低位置一定時，洗衣物的質地和數量的差異會產生不同的阻抗。檢測時，首先往智能洗衣機中注入一定的水，然后啟動智能洗衣機主電動機，接著斷電，讓主電動機繼續旋轉直到主電動機停止。在斷電的過程中，智能洗衣機的主電動機處于發電狀態，由感應電動勢輸出。清洗衣物的質地和數量不同，其發電時間不同。衣物越多，發電時間越短，衣物越少，發電時間越長。

溫度檢測器MTS102用來檢測水溫。MTS102對溫度很敏感，很適合常溫檢測。

3.模糊全自動洗衣機模糊推理

模糊洗衣機的工作程序是通過模糊推理決定的。工作時，單片機通過檢測裝置將待洗衣物的渾濁度、布質、布量、水溫等參數檢測出來，并以此作為模糊推理的輸入條件。模糊推理的輸出結果有：洗滌劑投放數量、洗滌衣物時間、清洗衣物的方式、水位高低、水流大小等，這些信號是智能洗衣機的主要控制對象。需要投入洗滌劑量和清洗衣物的時間由水溫和水的清潔度來決定。被清洗衣物的質地和數量確定脫水時間長短、水位高低等。

4.軟件系統設計

控制系統由各種洗衣功能的子程序、主程序和中斷程序組成。當程序被啟動之后，首先進行一系列的檢測和推理，然后才開始洗滌過程。在洗滌過程中產生故障，系統執行報警。

從圖1可以看出，隨著衣物中的臟物逐步溶解于水中，水的清潔程度降低。洗滌劑投入后，衣物中的污物逐漸溶解于水，水的清潔度進一步降低，達到最低值。隨著漂洗的進行，水質又逐步變干凈，最后達到初始值，此時，衣物洗滌干凈。