全自動(dòng)洗衣機(jī)控制器設(shè)計(jì)

田挺

摘要：普通的洗衣機(jī)控制器功能單一，容易損壞，定時(shí)不準(zhǔn)確。隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，管理水平的完善，普通洗衣機(jī)已不能滿(mǎn)足人們的要求。本設(shè)計(jì)就是對(duì)普通洗衣機(jī)控制器運(yùn)用模糊控制原理進(jìn)行自動(dòng)化改造，使普通洗衣機(jī)具備智能控制功能，提高洗衣質(zhì)量，節(jié)約能源。

關(guān)鍵詞：傳感器;模糊控制;智能化

一、全自動(dòng)洗衣機(jī)介紹

傳統(tǒng)的洗衣機(jī)控制器很多都是采用發(fā)條機(jī)械式控制，功能單一、容易損壞、定時(shí)時(shí)間不準(zhǔn)確等，真正的全自動(dòng)洗衣機(jī)是用單片機(jī)制成的控制器有定時(shí)時(shí)間準(zhǔn)確、時(shí)間顯示醒目、可以根據(jù)要求靈活的利用程序來(lái)控制各種衣物的洗滌。全自動(dòng)洗衣機(jī)與傳統(tǒng)的洗衣機(jī)相比具體有以下幾個(gè)變化：首先，洗滌方式由以前大多側(cè)重于水流的改變、動(dòng)力的加大變成現(xiàn)在的運(yùn)用超音波、電解水、臭氧和蒸汽洗滌等，使洗衣機(jī)的去污能力從單純依靠洗滌劑的化學(xué)作用和水流快慢的作用向健康、環(huán)保洗滌方式轉(zhuǎn)變。其次，洗衣機(jī)高度自動(dòng)化、智能化、人性化。從半自動(dòng)、全自動(dòng)到現(xiàn)在的人工智能、模糊控制等。再次，更加人性化的設(shè)計(jì)使用起來(lái)更加方便和舒適，如放取衣服不用彎腰;自動(dòng)做到不同衣物分開(kāi)洗;具有蒸汽烘干功能及噪音更低等。最后，洗衣機(jī)的容量也越來(lái)越大，很符合未來(lái)的消費(fèi)趨勢(shì)。

模糊智能型全自動(dòng)洗衣機(jī)是目前自動(dòng)化程序最好的洗衣機(jī)，用戶(hù)只需要投入衣物，按下啟動(dòng)按鈕，則一切由洗衣機(jī)自動(dòng)完成。模糊智能型全自動(dòng)洗衣機(jī)是應(yīng)用模糊邏輯控制，模糊邏輯控制簡(jiǎn)稱(chēng)模糊控制，是一種基于模糊數(shù)學(xué)理論的新型控制方法。模糊控制中的模糊量描述是以模糊集合為基礎(chǔ)的，模糊控制的核心在于模糊控制器。模糊控制器在模糊控制中起十分關(guān)鍵的作用。模糊洗衣機(jī)則是應(yīng)用模糊控制器代替人腦來(lái)“分析”“判斷”。工作程序可以在一定程度上隨時(shí)變化，因而具有人工智能，比普通微電腦更精確，更適用。模糊控制洗衣機(jī)通常采用如下的傳感器來(lái)進(jìn)行信息量的攝取：

水位傳感器：根據(jù)洗滌物的多少自動(dòng)感知，設(shè)定并自動(dòng)控制用水量。

布質(zhì)傳感器：通過(guò)自動(dòng)感知衣物重量和吸水程度，感知衣物的質(zhì)料，進(jìn)而決定洗滌方式。

水溫傳感器：可以根據(jù)環(huán)境溫度和水溫，自動(dòng)決定洗滌時(shí)間。

濁度傳感器：根據(jù)衣物洗滌過(guò)程中洗滌循環(huán)水的透光率，決定最佳洗衣程序[2]。

這幾個(gè)傳感器收集到的信息，經(jīng)過(guò)微電腦綜合判定后，便自動(dòng)選擇出最適當(dāng)?shù)乃弧⑾礈鞎r(shí)間和洗衣動(dòng)作等工作參數(shù)，并按照衣物的大小及質(zhì)地等信息，執(zhí)行最佳洗滌程序。即人們只需輕輕一按洗衣機(jī)的啟動(dòng)鍵，余下的事就都由洗衣機(jī)自動(dòng)完成了。

二、系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

全自動(dòng)洗衣機(jī)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(shù)據(jù)。如：有自動(dòng)感知衣料臟污程度的濁度傳感器，由此來(lái)決定洗衣粉的投放量;有自動(dòng)感知水位高低的水位傳感器，由此來(lái)確定洗滌衣料的水量。傳感器將各種感知收集的信息數(shù)據(jù)，輸入模糊控制芯片進(jìn)行綜合處理判斷后，發(fā)出指令，指揮洗衣機(jī)自動(dòng)選擇相應(yīng)的洗滌程序，并能根據(jù)洗衣中隨時(shí)變化的因素進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，以達(dá)到最佳洗滌效果。

本設(shè)計(jì)將洗衣機(jī)分為六大模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)：

控制模塊：控制模塊是整個(gè)全自動(dòng)洗衣機(jī)的關(guān)鍵部分，由89C51單片機(jī)承擔(dān)處理工作。傳感器將檢測(cè)的數(shù)據(jù)信息經(jīng)處理后傳給控制器，CPU將得到數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，得出控制結(jié)果，并將處理的結(jié)果輸出至執(zhí)行電路。

檢測(cè)模塊：檢測(cè)部分主要由各傳感器和A/D轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)，傳感器檢測(cè)結(jié)果通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)入單片機(jī)CPU中進(jìn)行處理分析。本次設(shè)計(jì)模擬中僅對(duì)水位和濁度進(jìn)行檢測(cè)。

電源模塊：將220V的交流電轉(zhuǎn)換成單片機(jī)用的DC—5V直流電供給單片機(jī)。

顯示模塊：顯示部分是一組LED數(shù)碼顯示以及幾組發(fā)光二極管組成的顯示部分，用來(lái)顯示洗滌的時(shí)間以及洗滌的工序。

按鍵控制模塊：通過(guò)按鍵設(shè)置洗衣時(shí)間、形式、方式。

電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊：主要由機(jī)械部分電動(dòng)機(jī)以及驅(qū)動(dòng)電機(jī)電路構(gòu)成，通過(guò)CPU控制的電機(jī)正反轉(zhuǎn)以及轉(zhuǎn)速完成各種洗滌動(dòng)作。

本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)洗衣機(jī)整個(gè)洗衣過(guò)程的控制，主要由電源電路、數(shù)字控制電路和機(jī)械控制電路三大模塊構(gòu)成。電源采用三端集成固定穩(wěn)壓器7805提供+5V電源;數(shù)字控制電路負(fù)責(zé)控制洗衣機(jī)的工作過(guò)程，主要由51單片機(jī)、三位共陰數(shù)碼管、按鍵、LED指示燈組成;機(jī)械控制電路實(shí)現(xiàn)傳感器檢測(cè)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)、進(jìn)水、排水等功能，主要由水位檢測(cè)器、濁度檢測(cè)器、電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)部件和電源電路等組成。

三、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)是全自動(dòng)洗衣機(jī)的控制器，它主要采用單片機(jī)，由水位傳感器、混濁度傳感器送來(lái)的推理參數(shù)信號(hào)送到控制器的輸入端口，控制器根據(jù)模糊推理規(guī)則確定進(jìn)水量、洗滌時(shí)間等。單片機(jī)輸出相應(yīng)的顯示信號(hào)和驅(qū)動(dòng)信號(hào)，其是整個(gè)系統(tǒng)的核心部分。經(jīng)選擇采用89C51單片機(jī)可以實(shí)現(xiàn)本設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)的全部要求，此種單片機(jī)軟件編程自由度大，可用編程實(shí)現(xiàn)各種控制算法和邏輯控制。它從內(nèi)部的硬件到軟件有一套完整的按位操作系統(tǒng)，稱(chēng)作位處理器，它的處理對(duì)象不是字或字節(jié)而是位。它不僅能對(duì)片內(nèi)某些特殊功能寄存器的某位進(jìn)行處理，如傳送、置位、清零、測(cè)試等，還能進(jìn)行位的邏輯運(yùn)算，其功能十分完備[5]。它具有乘法和除法指令，這給編程也帶來(lái)了便利。

89C51單片機(jī)的I/O腳的設(shè)置和使用簡(jiǎn)單，當(dāng)該腳作輸入腳使用時(shí)，只須將該腳設(shè)置為高電平（復(fù)位時(shí)，各I/O口均置高電平）。當(dāng)該腳作輸出腳使用時(shí)，則為高電平或低電平均可。89C51是一種40引腳雙列直播式芯片。含有4KB可反復(fù)燒錄及擦除內(nèi)存和128字節(jié)的RAM，有32條可編程控制的I/O線(xiàn)，5個(gè)中斷發(fā)源，指令與MCS-51系列完全兼容。有P0、P1、P2和P3四個(gè)具有8個(gè)I/O端口，其中P3口也可以作為一個(gè)特殊功能口。

本設(shè)計(jì)控制電路的核心是89C51單片機(jī)，電源電路給單片機(jī)提供+5V的電壓與Vcc引腳;濁度檢測(cè)電路中的A/DC0809轉(zhuǎn)換器的D0-D7引腳與單片機(jī)P0.0-P0.7對(duì)應(yīng)連接，把檢測(cè)到得數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)輸入給單片機(jī);P2.0-P2.7引腳與顯示電路的A、B、C、D、E、F、G和dp分別對(duì)應(yīng)連接P1.5、P1.6、P1.7與顯示電路連接以實(shí)現(xiàn)三個(gè)LED的位選;按鍵控制電路的K1-K5分別與單片機(jī)P1.0-P1.4對(duì)應(yīng)連接，實(shí)現(xiàn)按鍵控制功能;P3.0和P3.1引腳與電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路連接，以控制電動(dòng)機(jī)的正傳反轉(zhuǎn);P3.2具有終斷功能與水位檢測(cè)電路連接，以接受水位檢測(cè)電路的信號(hào)，來(lái)控制水位高低;RST/VPD引腳進(jìn)行控制器復(fù)位;XTAL1和XTAL2引腳與時(shí)鐘電路連接。

四、軟件設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)是分模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)的，由一個(gè)主程序和若干子程序組成。真正的全自動(dòng)洗衣機(jī)功能很多，子程序也很多很繁瑣，如：顯示子程序、鍵盤(pán)掃描子程序、程序設(shè)置子程序、洗衣方式選擇子程序、水量設(shè)置子程序、時(shí)間設(shè)置子程序、自檢子程序、檢測(cè)子程序、溫度檢測(cè)子程序、進(jìn)水子程序流程、水位檢測(cè)子程序、污濁度檢測(cè)子程序、電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)子程序、洗滌子程序流程、脫水子程序、排水子程序等等。本設(shè)計(jì)僅對(duì)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(jìn)行說(shuō)明。