《基于8051单片机全自动洗衣机的设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于8051单片机全自动洗衣机的设计（17页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、基于基于 80518051 单片机的全自动洗衣机的设单片机的全自动洗衣机的设 计计1基于 8051 单片机的全自动洗衣机的设计【摘要摘要】：本文介绍模糊控制在全自动洗衣机中的应用，包括模糊全自动洗衣机的模糊推理、物理量检测以及它的洗衣过程和控制电路。其中控制电路是以宏晶科技生产的高速/低功耗/超强抗干扰的新一代 8051 系列的 STC12C5A60S2单片机为控制电路核心，其主要由电源电路、状态检测电路、显示电路和输出控制电路组成，分别介绍了各控制电路的工作原理和控制元件的组成，在教学设计训练方面具有较好的实用价值。【关键词关键词】：模糊控制 单片机 传感器 全自动洗衣机一、前言一、前言模糊
2、控制是以模糊集理论、模糊语言变量和模糊逻辑推理为基础的一种智能控制方法，它从行为上模仿人的模糊推理和决策过程。该方法首先将操作人员或专家经验编成模糊规则，然后将来自传感器的实时信号模糊化，将模糊化的信号作为模糊规则的输入，完成模糊推理，将推理后的输出量加到执行器上。模糊控制的基本原理如图一所示，它的核心部分是模糊控制器，模糊控制器的模糊规律由计算机的程序实现的。与传统控制理论相比，模糊控制有两大不可比拟的优点：第一模糊控制在许多应用中可以有效且便捷地实现人的控制策略和经验；第二，模糊控制可以不需要被控对象的数学模型即可实现较好的控制，这是因为被控对象的动态特性已隐含在模糊控制器输入、输出模糊集
3、及模糊规则中。模糊控制原理框图如图一所示。图一 模糊控制原理框图从传统控制角度看，传统全自动洗衣机实际上是一台按事先设定好的参数进行顺序控制的机器。从这个意义上说，其“全自动”并不具有任何功能，它2不能根据情况和条件的变化来改变参数；而模糊逻辑控制的全自动洗衣机向真正的智能化的全自动迈进了一大步，它的目标则是要求根据所洗衣服的数量、种类和脏的程度来决定水的多少、水流的强度和洗衣的时间，并可以动态的改变参数，以达到在洗干净衣服的情况下还要尽量不伤衣服、省电、省水、省时的目的；另外，要求操作简单，任何人都可以轻松地使用，且能够把工作情况和过程显示出来。二二 模糊洗衣机的物理量检测模糊洗衣机的物理量
4、检测要对洗衣机进行控制，首先要用各种传感器不断地检测相关的状态，以作为控制的依据。下面介绍在模糊控制洗衣机中所用各种参数的检测原理和技术，在检测中要用到光电传感器、布量传感器、水温和水位传感器等。1.衣物污染量和污染性质检测衣物的肮脏量、肮脏性质和洗净程度等都需要检测，以便进行工作过程的整定和控制，污染量和污染性质的检测是采用红外光传感器完成的。利用红外线在水中的透光和时间的关系，通过模糊推理，以得出检测结果，而这个结果就可以用于控制推理。由于直接检测衣物的污染状况是困难的，因此模糊洗衣机是通过检测洗涤液污染程度，而间接检测出衣物的污染量和污染性质，因此洗涤液的浑浊程度与衣物污染情况密切相关。
5、光传感器由相对设于排水阀两旁的红外发光二极管和光敏晶体管构成的。发光二极管透过洗涤液向光敏晶体二极管发光，由光敏晶体管转换成电压，再由微电脑读取该数值，由此测出洗涤液的污染状况。浑浊度检测器构造如图二所示。图二 浑浊度检测器构造（A）光传感器构造 （B）浑浊度较低时信号情况 （C）浑浊度较高时信号情况33 3.kR192.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和条件下使主电动机进行间断旋转则不同布阻抗就会使主电动机制动的性能不同，利用主电动机在不同阻抗时的制动特性，就可以推断出布质和布
6、量。硬布质的布阻抗较高，软质布的布阻抗较低。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。在主电动机断电时间内，由于惯性，所以它处于发电机状态，并且会产生感应电势输出。随着布阻抗的大小不同，主电动机处于发电机状态的时间长短不同，只要检测出主电动机处于发电机状态的时间长短，就可以反过来推理出布阻抗的大小。当然，主电动机发电时间长，布阻抗就小，主电动机发电时间短，布阻抗就高。在得出布阻抗之后，通过模糊推理就可以产生相应的布质和布量。布量传感器电路如图三所示。 图三 布量传感器电路3.水温检测水温检测由温度传感器来完成，温度传感器安装在洗
7、衣桶的底部，通过这个传感器可以在任何时候检测水温。常见的温度传感器有半导体、热敏电阻两大类。水的洗净力和水温有很大的关系，当水温高时，由于有溶解油类脏污和增加脏污活力及提高洗涤剂的去污能力等复杂的影响，洗涤能力会提高。4.水位检测水位检测是用一种专用水位传感器实现的。这种水位传感器是一根与缸体等高的空管，它与缸体构成一个连通器，空管的上端有一个用压力膜隔开的差动电感器，当缸中有水注入时，管内的空气被压缩使压力膜上压力增大，继而推动与它联动的铁心移动，引起线圈的电感量变化。用此电感器构成的 LC 振荡器的频率就能反映水位的高低。用这个传感器既可用于配合以上布料软硬度的检测，同时也作为水位控制依据
8、的检测装置。4三、模糊全自动洗衣机的模糊推理三、模糊全自动洗衣机的模糊推理模糊全自动洗衣机是利用负载、质料、水位、水温和气温以及洗涤剂类型等检测所得到的信息，进行分段评估计算，使其模糊化，再根据模糊规则进行推理，最后根据所激活的规则进行模糊判决，以决定最适当的水流、水位、洗涤时间、清洗方法及脱水时间。模糊洗衣机的控制结构如图四所示。图四 模糊洗衣机的控制结构1.模糊规则（1）输入变量（分三级）由负载：多、中等、少原料：棉制品多、棉和化纤品各一半、化纤品多水温：偏高、中等、偏低（2）输出变量（分四级）水流强度：很强、强、中、弱洗涤时间：很长、长、中、短（3）模糊规则：根据输入变量和输出变量的分级
9、组合，对于水流强度和洗涤时间有 27 条模糊规表示。规则 1：如果负载小，质料中化纤制品偏多，且水温偏高，那么就水流调弱，洗涤时间调短。规则 2：如果负载大，质料中棉制品偏多，且水温偏低，那么就将水流调强，洗涤时间调长。以此类推，可写出其他规则，输出变量与输入变量之间关系的模糊规则表如下表 1 所示。负载传感器光电传感器 感器水温负载量衣物质料污垢程度污垢类型温度传感器模 糊 推 论水流脱水时间水位洗涤时间 水流清洗时间 水流水位传感器电动机惯性 响应5棉制品偏多棉和化纤品各半化纤制品偏多偏低中等偏高偏低中等偏高偏低中等偏高水流特强强强强强中中中中 偏大 时间特长长长长长中长中中水流中中中中中
10、中中弱弱 中等 时间长中短长中中中中短水流弱弱弱弱弱弱弱弱特弱 偏小 时间中中短中短短中短特短表 1 模糊控制规则表2.模糊控制的隶属函数模糊控制的隶属函数采用最简单的三角形隶属函数表示，包括输入变量和输出变量。负载量和质料是通过光耦合电路对电动机反复转停的惯性转数进行脉冲计数，以此判断电动机的负载量和质料。输入输出变量的隶属函数如图五、图六所示。（1）输入变量：图五所示为输入变量负载、质量和水温的隶属函数。图五 输入变量的隶属函数 A)负载量 B)水温 C）质料（2）输出变量：图六 A、B 分别表示输出变量水流强度和洗涤时间的隶属函数。图六 输出变量的隶属函数A）水流强度 B)洗涤时间布料水
11、温负载输出6四、控制电路设计四、控制电路设计控制软件由主程序、各种子程序和中断服务程序组成。所有模糊推理在洗涤之前都基本执行完毕，所以在程序判别出是启动并且是自动程序后，就开始进行一系列的检测工作。在推理工作完成之后，开始进行洗涤工作。在洗涤过程中若产生故障，则系统会自动报警。软件主程序流程图如图七所示。衣物洗涤过程：开启洗衣机，选择自动或者手动方式，若为手动则设定洗衣参数，否则进入自动方式。检测衣物清洗前状态，进而自动选择相应的洗衣参数，调用相应的洗涤程序，完成模糊规则对衣物洗涤的控制。洗涤程序流程图如图八所示。开始关中断、初始化是否自动？、调用手动洗衣参数设 定程序水温检测水位检测布量和布
12、质检测浑浊度检测调用洗衣程序调用洗衣完毕报 警子程序调用手动洗衣程序是否结 束图七 主程序状态流程图8模糊洗衣机的模糊控制框图如图九所示，典型控制电路如图十所示，它是由 STC12C5A60S2 系列单片机为核心组成智能模糊控制器以及相关元器件组成的洗衣机整机电路。STC12C5A60S2 系列单片机是宏晶科技生产的单时钟/机洗涤程序洗涤？第一次洗涤？第一次洗涤程序第二次洗涤程序漂洗？脱水？结束脱水程序漂洗程序是是否否是否是否图八 洗涤子程序状态流程图9器周期（1T）的单片机，是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代 8051 单片机，指令代码完全兼容传统的 8051，但速度快 8-12 倍。内部集
13、成 MAX810 专用复位电路，2 路 PWM，8 路高速 10 位 A/D 转换（250K/S） ，针对电动机控制，强干扰场合。1.电源电路220V、50Hz 市电经变压器T 降压、桥式整流器U 整流、电容 C1 和 C2 滤波、7805 集成三端稳压器稳压，再经电容C3 和 C4 滤波，获得+5V 电源作为STC12C5A60S2 单片机的 VDD。二极管 VD1 起隔离作用，使控制电路进行过零检测。2.状态检测电路洗衣机的状态检测电路主要包括内桶平衡检测、衣物质地和重量检测、电源电压过零检测、电源电压变化检测、洗涤温度检测、水位检测以及洗涤液（或水）的浑浊度检测等电路。(1) 内桶平衡检
14、测电路：内桶平衡检测电路是由平衡开关（安全开关、盖开关）S 与电阻 R35 等元件组成，用于检测脱水程序内桶运转是否平衡（即桶内衣物分布是否均匀） ，其检测原理与普通全自动洗衣机大致相同。(2)衣物质地和重量检测电路衣物质地和重量检测电路主要是由电动机M2、二极管VD3和VL1、电阻R21、光敏晶体管VT9以及7404反相器（ D2）等元器件组成。发光二极管 VL1与光敏晶体管VT9等温度传感器水位传感器负载传感器污度传感器水温水量布量布质污浊度模 糊 推 论模 糊 控 制电动机速度洗涤时间 正反转控制洗涤剂投量水位图九 模糊洗衣机的模糊控制框图10器件组成光耦合电路，用于隔离交、直流信号以及
15、产生衣物质地和重量信号。洗涤物重量（即洗涤电动机的负载量）的检测，是通过检测洗涤电动机 M2断电后的惯性运 转数来判定的。1112（3）过零检测电路：过零检测电路是由电阻 R1 和R2、晶体管VT1 以及7404反相器（D1）等元器件组成。由桥式整流器U 输出的全波整流电压信号，经电阻 R1加至晶体管VT1 的基极，当全波整流电压信号过零（也即 220V、50Hz 的电源电压过零）时，晶体管VT1 截止，集电极输出高电平；当全波整流电压信号大于零， 晶体管VT1 导通，集电极输出低电平；晶体管 VT1 集电极输出的脉冲信号再7404 反相器（D1）整形和反相后，加至STC12C5A60S2 单
16、片机的P3.2 端，以产生电源电 压过零中断信号。（4）电源电压变化检测电路：电源电压变化检测电路是由半波整流二极管 VD2、滤波电容 C5 以及调整电位器 RP1 等元器件组成。由电源变压器 T 二次输出的 50Hz 电压信号，经二极管 VD2 半波整流以及 RP1、C5 的滤波，在电位器 RP1 两端获得直流电压信号。这一个反映 220V、50Hz 电源电压变化的直流电压信号，再经电位器 RP1 分压加至 STC12C5A60S2 单片机的 P1.4 端。作为电源电压变化检测信号。（5）水温检测电路：水温检测电路是由温度传感器（热敏电阻） 、LM358集成电路（第一级作为阻抗隔离器，第二级为放大器）以及相关的阻容元件组成。由 LM358 （B）输出的温度检测信号，加至 STC12C5A60S2 单片机上的P1.3 端。（6）水位检测电路：水位检测电路是由水位传感器以及电位器 RP3 等元件组成。水位检测信号加至 STC12C5A60S2 单片机的 P4.2 端。（7）浑浊度（衣物脏污度）检测电路：浑浊检
