全自動洗衣機控制器的設計

李良明

摘要：普通的洗衣機控制器功能單一，容易損壞，定時不準確。隨著現代科技的發展，管理水平的完善，普通洗衣機已不能滿足人們的要求。本設計就是對普通洗衣機控制器運用模糊控制原理進行自動化改造，使普通洗衣機具備智能控制功能，提高洗衣質量，節約能源。

關鍵詞：傳感器；模糊控制；智能化

1. 概述

洗衣服一直都是一項難于逃避的很辛苦的家務勞動，1858年，世界上第一臺洗衣機問世，1874年，世界上第一臺人工攪動洗衣機出現，1911年第一臺電動洗衣機發明成功。特別是1932年，美國一家公司研制成功了第一臺前裝式滾筒全自動洗衣機，使洗衣機的發展躍上了一個新臺階。第二次世界大戰結束后，洗衣機得到了迅速的發展。近幾十年，在工業發達國家，全自動洗衣機制造技術又得到迅速發展，其年總產量及社會普及率均以達到相當高得水平。

2. 全自動洗衣機介紹

傳統的洗衣機控制器很多都是采用發條機械式控制，功能單一、容易損壞、定時時間不準確等，真正的全自動洗衣機是用單片機制成的控制器有定時時間準確、時間顯示醒目、可以根據要求靈活的利用程序來控制各種衣物的洗滌。全自動洗衣機與傳統的洗衣機相比具體有以下幾個變化：首先，洗滌方式由以前大多側重于水流的改變、動力的加大變成現在的運用超音波、電解水、臭氧和蒸汽洗滌等，使洗衣機的去污能力從單純依靠洗滌劑的化學作用和水流快慢的作用向健康、環保洗滌方式轉變。其次，洗衣機高度自動化、智能化、人性化。從半自動、全自動到現在的人工智能、模糊控制等。再次，更加人性化的設計使用起來更加方便和舒適，如放取衣服不用彎腰；自動做到不同衣物分開洗；具有蒸汽烘干功能及噪音更低等。最后，洗衣機的容量也越來越大，很符合未來的消費趨勢。

3. 系統整體設計

（1）設計思路

全自動洗衣機之所以能模仿人的智能，主要是靠多種傳感器感知收集各種信息數據。如：有自動感知衣料臟污程度的濁度傳感器，由此來決定洗衣粉的投放量；有自動感知水位高低的水位傳感器，由此來確定洗滌衣料的水量。傳感器將各種感知收集的信息數據，輸入模糊控制芯片進行綜合處理判斷后，發出指令，指揮洗衣機自動選擇相應的洗滌程序，并能根據洗衣中隨時變化的因素進行相應調整，以達到最佳洗滌效果。

（2）模糊控制

全自動洗衣機的核心是單片機控制板，它具有檢測和控制功能。檢測功能是指通過一系列傳感器來檢測衣量、衣質、臟污程度、臟污性質等指標；控制功能是指根據所檢測到的信息來決定洗滌水位、水流方式、洗滌劑投放量和洗滌時間等。設計全自動洗衣機的關鍵就是如何根據檢測到的各項指標來決定洗滌的方式。由于洗衣過程的控制對象難以用精確的數學模型來描述，所以采用傳統的控制方法難以取得理想的洗滌效果。而模糊控制方法卻能很好地解決這個問題，因為這種方法具有不必建立精確模型、易于實現、與人的思維方式相一致的特點，它為洗衣機全自動功能的實現提供了一條有效的途徑。與傳統控制理論相比，模糊控制有兩大優點：第一，模糊控制在許多應用中可以有效且便捷的實現人的控制策略和經驗，這一優點自從模糊控制誕生以來就一直受到人們密切的關注。第二，模糊控制不需要被控對象的數學模型即可實現較好的控制，這是因為被控對象的動態特性已隱含在模糊控制器輸入、輸出模糊集及模糊規則中。

4. 系統硬件設計

本設計是全自動洗衣機的控制器，它主要采用單片機，由水位傳感器、混濁度傳感器送來的推理參數信號送到控制器的輸入端口，控制器根據模糊推理規則確定進水量、洗滌時間等。單片機輸出相應的顯示信號和驅動信號，其是整個系統的核心部分。經選擇采用89C51單片機可以實現本設計任務書的全部要求，此種單片機軟件編程自由度大，可用編程實現各種控制算法和邏輯控制。它從內部的硬件到軟件有一套完整的按位操作系統，稱作位處理器，它的處理對象不是字或字節而是位。它不僅能對片內某些特殊功能寄存器的某位進行處理，如傳送、置位、清零、測試等，還能進行位的邏輯運算，其功能十分完備。它具有乘法和除法指令，這給編程也帶來了便利。

（1）控制電路設計

本設計是全自動洗衣機的控制器，它主要采用單片機，由水位傳感器、混濁度傳感器送來的推理參數信號送到控制器的輸入端口，控制器根據模糊推理規則確定進水量、洗滌時間等。

（2）顯示電路設計

顯示器有LED和LCD兩種。LCD即是液晶顯示器，是一種被動式的顯示器，即液晶本身并不發光，而是利用液晶經過處理后能改變光線通過方向的特征，達到白底黑字或黑底白字顯示的目的。

（3）電機驅動電路設計

電機的驅動采用雙向PWM脈寬調制方式控制。采用這種控制方式通過對兩個端口高低電平的相互變化可以方便地實現電機的正反轉和轉速變化。

（4）水位傳感器設計

諧振式水位傳感器，采用了新型的傳感原理來進行檢測，把水位的高低，通過水位傳感器直接變成水位與頻率的對應關系。衣物的洗凈度、水流強度、洗滌時間等參數的檢測 ，對模糊控制洗衣機在節水、節能、減少洗滌時間方面起決定性的作用。

（5）濁度傳感器設計

濁度傳感器安裝在排水閥上端附近出口管上。渾濁度檢測傳感器的主要原理是光電耦合器，而普通的光電耦合器不能有效的檢測洗衣機水的渾濁度。光電耦合器的光源必須是紅外光才能準確的檢測渾濁度。

（6）電源電路的設計

在此硬件電路中，我們需要電壓穩定的直流供電系統。本系統是將220V的交流的電壓變為+5V電壓，在小功率整流電路中（1 kW以下），常見的幾種整流電路有單相半波、全波、橋式和倍壓整流電路。這里采用的是單向橋式整流電路。整流電路的任務是將交流電變換成直流電。完成這一任務主要是靠二極管的單向導電作用，因此二極管是構成整流電路的關鍵元件。濾波電路用于濾去整流輸出電壓中的紋波，一般由電抗元件組成，如在負載電阻兩端并聯電容器C，或在負載上串聯電感器，以及由電容、電感組合而成的各種復式濾波電路。在此選用的是在負載兩端并聯電容器C。

5.軟件設計

本設計是分模塊進行設計的，由一個主程序和若干子程序組成。真正的全自動洗衣機功能很多，子程序也很多很繁瑣，如：顯示子程序、鍵盤掃描子程序、程序設置子程序、洗衣方式選擇子程序、水量設置子程序、時間設置子程序、自檢子程序、檢測子程序、溫度檢測子程序、進水子程序流程、水位檢測子程序、污濁度檢測子程序、電機運轉子程序、洗滌子程序流程、脫水子程序、排水子程序等等。本設計僅對主程序流程圖及部分主要模塊模塊的子程序流程圖及其代碼進行說明。endprint