全自动洗衣机模糊控制系统研究与设计说明书.doc

1、摘 要模糊技术是智能化技术的一个重要组成部分。模糊逻辑有别于传统逻辑和数理逻辑，它通过隶属函数恰当地描述事物的模糊性，并把具有模糊现象和模糊概念的事物处理成精确的东西。将模糊逻辑与单片机控制技术结合起来是智能控制技术的一个重要发展方向。本文将模糊技术与微电脑技术结合起来应用于洗衣机控制系统的开发，目的在于开发出性价比较高的控制系统，提高产品市场竞争力。文中主要描述模糊型全自动智能洗衣机控制系统的开发过程，根据实际需求来设计洗衣机的功能，整个过程包括硬件电路布局和设计、软件设计和整体调试三个方面。设计出的控制系统具有液晶显示、语音提示等功能，可以在多种模式下操作，控制起来十分方便。关键词：模糊控

2、制； 洗衣机； 单片机； 软硬件设计IIIAbstractFuzzy technology is an integral part of intelligent technology. Different from traditional logic and symbolic logic, the fuzzy logic describes the fuzzy quality by membership function, and processed the fuzzy conception and phenomena into precise data. It is an important

3、 direction of the intelligent control technology to combine the fuzzy logic with the MCU control technology. Applying the combined technology of fuzzy logic and microcomputer to the development of the washing machines program control board, this dissertation is to develop a program control board wit

4、h better competitive edge in quality, price and market. The design of the control board, which is mainly described in this paper, is concerned with the following three aspects: hardware circuit layout, software function and overall debugging. Equipped with an LCD and an voice module, the final desig

5、n model have more functions and can be operated conveniently in multiple modes. Keywords: fuzzy control; washing machine; Single chip microcomputer；software and hardware debugging目 录1 绪 论11.1 控制理论发展11.2 智能控制的发展与现状21.3 洗衣机的主要参数21.3.1 水位21.3.2 水流31.3.3 洗衣时间41.3.4 漂洗方式41.3.5 脱水时间41.4 本文的内容与结构42 洗衣机控制系统

6、的模糊控制理论52.1 概论52.2 模糊集合52.2.1 模糊集合52.2.2 隶属函数52.3 模糊关系和模糊矩阵62.4 模糊语言和模糊条件句62.4.1 模糊语言62.4.2模糊控制规则72.5模糊控制规则和控制算法72.6 基于模糊控制的全自动洗衣机控制系统的设计82.6.1 系统的结构设计92.6.2 系统模糊化设计92.6.3 系统模糊化决策设计102.6.4 系统清晰化设计112.7 小结123 全自动洗衣机模糊控制系统的硬件设计133.1 全自动洗衣机模糊控制系统硬件总体设计133.1.1 控制系统的硬件框图133.1.2 控制系统的功能模块概述133.2 功能模块电路的具体

7、设计143.2.1 处理器的选型和模块电路设计143.2.2 电源模块电路设计163.2.3 传感器模块电路设计173.2.4 硬币检测模块电路设计203.2.5 语音与显示模块电路设计223.2.6 键盘输入模块电路设计253.2.7 晶闸管驱动电路设计253.2.8 A/D转换器模块电路设计293.3 保护电路设计303.3.1 电磁干扰原因分析303.3.2 硬件保护具体措施313.4 小结354 全自动洗衣机模糊控制系统的软件设计374.1 软件平台与编程语言374.1.1 KEIL软件介绍374.1.2 C51特点与应用384.2 系统主程序与主要应用模块子程序流程图384.2.1

8、主程序控制流程图394.2.2 主要模块子程序流程图404.3 小结455 系统软硬件调试465.1 硬件调试465.1.1 硬件调试方法465.1.2 硬件调试出现的问题及解决办法475.2 软件调试475.2.1 软件调试方法475.2.2 软件调试出现的问题及解决办法475.3 联调后的控制系统使用说明485.3.1 拨码开关说明485.3.2 按键说明495.3.3 手动工作模式下的三种洗涤模式495.3.4 液晶显示内容说明495.3.5 洗衣机控制系统全自动工作模式的使用步骤495.3.6 洗衣机控制系统手动工作模式的使用步骤505.4 小结50结束语51致 谢52参考文献53附

9、录 A洗衣机控制系统实物图54附 录 B 部分模块电路实物图55附 录 C 洗衣机控制箱及模拟洗衣机56附 录 D部分源程序57附 录 E 全自动洗衣机模糊控制系统总图701 绪 论随着现代社会生活节奏的不断加快和人们生活水平的不断提高，人们对各种方便、快捷的家用电器需求量越来越大，洗衣机作为人们提高生活效率，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。随着人民生活水平(特别是乡村生活水平)的不断提高，社会上对洗衣机的需求量越来越大，而且随着生活质量的不断提高，人们对洗衣机的功

10、能要求越来越高，使得洗衣机的更新较快，因此，洗衣机做为人们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(又称涡卷式)、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，超声波式洗涤方式则代表着国际上的发展方向。对洗衣机技术的发展使得人们期望在采用一种较好洗涤方式的同时，希望洗衣机的控制部分能在洗涤过程中对衣物重量、脏度，洗涤剂的浓度，水

11、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。1.1 控制理论发展控制理论是与人类社会发展密切联系的一门学科，是控制科学的核心。控制理论作为一门科学，它的产生可追溯到18世纪中叶英国的第一次技术革命。现在，随着通讯技术及信息处理技术的迅速发展，更加推动了控制理论不

12、断地向前发展。控制理论的发展过程一般可以分为三个阶段1。第一阶段二十世纪40-60年代，称为“古典控制理论时期”；第二阶段二十世纪60称为“现代控制理论时期”；第三阶段二十世纪70年代末至今。70年代末，控制理论向着“大系统理论”和“智能控制”方向发展，前者是控制理论在广度上的开拓，后者是控制理论在深度上的挖掘。1.2 智能控制的发展与现状传统控制是经典控制和现代控制理论的统称，它们的主要特征是基于模型的控制。由于被控对象越来越复杂。其复杂性表现为高度的非线性，高噪声干扰、动态突变性以及分散的传感元件，分层和分散的决策机构、多时间尺度，复杂的信息结构等，这些复杂性都难以用精确的数学模型(微分方

13、程或差分方程)来描述。除了上述复杂性以外，往往还存在着某些不确定性，不确定性也难以用精确数学方法加以描述。然而，对这样复杂系统的控制性能的要求越来越高，这样一来，基于精确模型的传统控制就难以解决上述复杂对象的控制问题。在这样复杂对象的控制问题面前，人们将人工智能的方法和反馈控制相结合，解决复杂系统面临的复杂控制系统的难题。近几十年来，自动控制技术由于人工智能、控制理论和计算机科学的交叉取得了很大的进展，形成了新的一代控制理论智能控制理论。虽然，从不同的认识论和方法论出发的各类控制理论，诸如分层递阶自组织控制、模糊控制、专家控制、脑模型控制和手动控制等竟相发展，但它们都处于探索、开拓和发展的时期

14、，系统的理论体系还没有形成。表1-1给出了智能控制大事年2。洗衣机整个工作过程的控制是由程控器实现的，它一般分机械式和电子式(又称微电脑式)两种。机械式程控器由微型同步电机、减速机构、凸轮机构、簧片组及相应控制机构组成:微电脑程控器由MCU、稳压电源、监测信号开关、震荡器、蜂鸣器、功能键、显示电路、可控硅控制电路等组成，由于它采用了无触点控制，因此，比机械程控器的功能齐全，结构简单，且控制精度高，模糊逻辑在控制领域已取得了相当的进展，运行可靠。目前，利用单片机进行模糊控制只要是用数字单片机组成硬件结构，而以软件执行模糊化，模糊推理及反模糊化工作，这种方式价格低，灵活性高，通用性强，特别适于家用

15、消费类产品的应用。1.3 洗衣机的主要参数洗衣机做为一种家电产品，需要达到的性能指标包括洗净性能、漂洗性能、脱水性能、排水性能和磨损性能等，其各主要性能指标的实现最终要依赖于洗衣过程中的各控制量，洗衣机的主要控制量有以下五个方面。1.3.1 水位水本身是一种洗涤剂，具有除污功能，但并非水越多去污能力就越强约用水，不同的洗衣量所用的水量也不同，但目前还不能完全做到这一点，只能根据衣物量对水位大致分级。表1-1 智能控制大事年表时 间事 件1965年美国普渡大学的K.S.Fu教授于60年代中期提出的，他在1965年发表的论文中率先提出把人工智能的启发式推理规则用于学习系统，这篇开创性论文为自动控制迈向智能化揭开了崭新的一页1966年Mendel于1966年在空间飞行器的学习控制中应用了人工智能技术，并提出了“人工智能控制”的新概念;同年，Leondes和Mendel首次使用了“智能控制(Intelligent control)”一词1971年Fu发表了重要论文，提出了智能控制就是人工智能与自动控制的交叉的“二元论”思想1974年