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1、题目：全自动洗衣机在洗涤过程中的全自动控制系统【摘要】模糊控制系统是模拟人智能的一种控制系统。它将人的经验、知识和判断力作为控制规则，根据诸多复杂的因素和条件做出逻辑推理去影响控制对象。模糊洗衣机,能自动判断衣物的数量、布料质地(粗糙、软硬)、肮脏程度，从而决定水位的高低、洗涤时间、搅拌与水流方式、脱水时间等，将洗涤控制在最佳状态。不但使洗衣机省电、省水、省洗涤剂，又能减少衣物磨损，请利用所学知识，设计一台全自动洗衣机在洗涤过程中的全自动控制系统。关键词：模糊控制、负载量传感器、液位传感器、布质传感器、洗涤粉传感器、水温传感器、光电传感器目 录1.模糊家电 1.1模糊控制洗衣机 1.2模糊控制
2、系统 1.2.1模糊控制器 1.2.2一种洗衣机模糊控制方法及其控制器 1.2.3模糊控制在全自动洗衣机中的应用 1.3模糊传感器 1.3.1模糊传感器的研究意义 1.3.2模糊传感器的理论基础 1.3.3模糊传感器的理论及实现方法2.全自动洗衣机2.1洗衣机的基本功能 2.2传感器应用3.传感器在家用电器中的应用 3.1液位传感器 3.1.1导电式水位传感器 3.1.2压差式液位传感器 3.2流量及流速传感器 3.2.1电磁式流量传感器 3.2.2电磁式流速传感器 3.2.3涡轮式流速传感器 3.3布质、布量传感器 3.4压力传感器 3.4.1应变片压力传感器原理及应用 3.4.2陶瓷压力传
3、感器原理及应用 3.4.3扩散硅压力传感器原理及应用 3.4.4蓝宝石压力传感器原理及应用 3.4.5压电压力传感器原理及应用1. 模糊家电1965年美国的扎德教授创立了模糊逻辑理论，到现在模糊技术已经被广泛地应用在各个领域。虽然起源于美国，但是模糊技术在中国和日本却得到了广泛的关注，并且在理论研究和实际应用方面走在了世界的前列。模糊控制技术在家用电器中得到了广泛的应用，形成了模糊家电系列产品。所谓模糊家电就是揉入人们对家电使用的先验知识，根据人的经验建立操作模式，在电脑的控制下可模仿人的思维进行判断的家用电器，可以说是人和电器的结合体。一个模糊家电就象是一个普通家电和一个熟练操作员的结合体，
4、这样用户对家电的操作会更加简单高效。现在已经投放市场的模糊家电有：模糊电视机、模糊空调器、模糊吸尘器、模糊电冰箱、模糊电动剃须刀等、模糊推理规则和输出量组成。系统根据不同的输入量采用对应的推理规则决定输出量的大小。1. 1 模糊控制洗衣机模糊控制洗衣机是在神经网络智能控制下，模仿人的思维进行判断操作的一种新型全自动洗衣机。普通微电脑洗衣机采用的是量化的固定程序，一经设定便不能更改；而模糊洗衣机则是应用模糊控制器代替人脑来“分析”“判断”。工作程序可以在一定程度上随时变化，因而具有人工智能，比普通微电脑更精确、更适用。模糊控制洗衣机通常采用如下的传感器来进行信息量的摄取：水位传感器：根据洗涤物的
5、多少自动感知，设定并自动控制用水量。布质传感器：通过自动感知衣物重量和吸水程序，感知衣物的质料，进而决定洗涤方式。水温传感器：可以根据环境温度和水温，自动决定洗涤时间。光电传感器：根据衣物洗涤过程中洗涤循环水的透光率（肮脏程度）、决定最佳洗衣程序。 这几个传感器收集到的信息，经过微电脑综合判定后，便自动选择出最适当的水位、洗涤时间和洗衣动作等工作参数，并按照衣物的大小及质地等信息，执行最佳洗涤程序。因此，有人戏称它为“傻瓜”洗衣机。即人们只需轻轻一按洗衣机的启动键，余下的事就都由洗衣机自动完成了。 在洗衣服的过程中，通常决定洗涤效果的主要因素为：衣服的种类、水的温度、洗涤剂和机械力。衣服种类主
6、要有棉纤维和化纤之分，化纤的衣服要比棉纤维的衣服好洗，水温越高，洗涤效果越好。洗涤剂主要是各种酶决定洗涤效果。机械力也就是洗衣机通过水流来模拟揉、搓等各种人的动作。模糊洗衣机中具有检测各种状态的传感器，主要有负载量传感器、水位传感器、水温传感器、布质传感器、洗涤粉传感器。负载量传感器：主要用于检测洗涤衣服的多少。水位传感器：用来确定水位的高低和衣服吸水能力的大小。布质传感器：用来测定所洗衣物属于棉纤类还是化纤类。洗涤粉传感器：主要测定洗涤粉的种类。 图1 模糊洗衣机的控制原理图 根据从各种传感器中得到的信号，进行模糊控制，以确定洗涤方法。模糊洗衣机的控制结构如图1所示。首先将从各种传感器中得到
7、的数据按照数值的不同分成各种不同的档次，如水温分高、中、低，衣服分少、一般、多等档次，数据所分的档次越多，洗涤的精度越好。但是就会增加推理规则，然后把这些不同的档次作为输入量送入模糊控制推理器中，根据推理规则来决定洗涤时间和水流强度。模糊控制推理器一般是一个智能芯片，具有储存和计算能力，推理规则就储存在这个芯片中，怎样确定推理规则呢？实际上推理规则就是把人洗衣服的模糊经验数字化。例如：如果负载小，洗涤化纤衣服，且水温高，人们就会用小的力量，洗涤短时间。将很多类似的经验规则化，就形成了推理规则。在用的时候，根据不同的输入组合采用不同的规则就可以了。衣物的脏污程度是通过水的透明度来判断的。在洗衣桶
8、的排水口处加一红外光电传感器，是红外光通过水而进入另一侧的接收管。若水的透明度低，接收管获得的光能小，说明衣物较脏。脱水时采用压电传感器。当脱水桶高度旋转时，从脱水桶喷射出来的水作用于压电传感器上，根据这个压力变化，自动停止脱水运转。例如松下NA-FSOY5型全自动洗衣机采用了光传感器、水位传感器和布量传感器。除能测定水位和布量外，可判断脏污的性质和程度，还可读出所用洗衣粉的种类。该洗衣机共有六条模糊规则，可推理出几种状况下的最佳洗涤方法。推理规则的制定和参数的选择不限于实验室，还把PC带到各家各户，收集一年四季各种衣物的实际洗净结果，再根据这些庞大的数据和熟练洗涤工的诀窍进行制作和调整。把三
9、个传感器的输出送入微电脑，进行数据处理。根据脏污的性质（达到饱和状态所需要的时间T）和脏污的程度（这是输出的电压V），确定此时最佳水位、水流强度、洗涤时间、漂洗次数和脱水时间。1.2模糊控制系统 模糊控制是指洗衣机通过传感器来判别衣物的重量、质地以及污染的程度来自动确定水位的高低、洗涤剂的用量，并确定最家洗涤程序。模糊控制是以模糊数学为基础发展起来的一种新的非线形的控制方法，对那些无法取得数学模型或数学模型相当粗糙的系统可以取得较满意的控制效果，解决了一些用传统方法无法解决的问题。近年来，模糊控制在家用电器控制中得到较广泛的应用，采用模糊控制技术的洗衣机具有自动识别衣质、衣量，自动识别肮脏程度
10、、自动决定水量、自动投入适当的洗涤剂等功能，不仅实现了洗衣机的全面自动化，也大大提高了洗衣的质量，具有很强的实用性和较好的发展前景。1.2.1模糊控制器（图2 模糊控制器的内部结构）模糊控制器能够对外部系统进行监控，其输入包括外部系统状态信息，对这些信息进行预处理、转换成模糊隶属函数的形式，而模糊输入再经过规则估值，得到精确的输出，即规则强度，最后规则强度和隶属函数通过精确化过程，给出精确的输出。因此，模糊控制器的推理过程主要包括如下4个步骤：（1）模糊化：接受输入变量的当前值，并最终把它们变换到合适的范围中，如-1，1。另外，可以把所测得的值变换为语言项或模糊集。准确值X0通常变换为模糊集合
11、（X0）。如果测量到的值本身就是不精确的，则就需要其他的模糊集合。（2）知识库：包含有关变量域的信息，各种归一化方法与语言变量相关的模糊集合，语言控制规则形式的规则库也存储在知识库中。（3）决策逻辑/规则估值：根据所得到的输入值和知识库确定有关控制变量的信息。（4）清晰化：通过使用合适的变换，从决策逻辑控制变量的信息中得到精确的控制值。1.2.2一种洗衣机模糊控制方法及其控制器模糊控制方法是用洗衣机电机作为重量、布质、脱水传感器，并用光传感器作为脏度传感器，根据实测堵转点电压、电机电流及其相应差角，由单片微机计算待洗衣物的重量、柔软度、脱水程度和脏度以及进水速度，进而确定洗涤剂用量、进水量、进
12、水时间、洗涤时间、脱水时间等以实现模糊全自动控制，其电路包括主回路、控制回路、检测回路、抗干扰网络，输出电路、直流电源等。本控制器体积小、重量轻、易安装、节电显著、成本低、并具有完善的保护功能。一种洗衣机模糊控制方法，其特征在于它是利用洗衣机的电机本身作为待洗衣服的重量传感器，衣服布质柔软度传感器和衣服脱水度传感器，并设计有一种光传感器作为待洗衣物的脏度传感器，电机对不同的负载有不同的特点，测算出相应负载下的堵转点参数，即堵转时电机的端压及电流，便可确定负载量的大小，当测算洗衣机自重后，再测算新的堵转点对应的重量，这重量减去洗衣机自重，即为待洗衣物的重量；衣物有各自不同的吸水率，其测量方法是根
13、据待洗衣物重量和进水速度，按300500%最大可能吸水率确定补进水量并补进水一定时间后排水，再一次测算堵转点所对应的重量，这重量减去洗衣机自重和待洗衣物重量，即为待洗衣物的吸水量，从而可计算出待洗衣物的吸水率，即可确定待洗衣物的布质柔软度；根据已确定的待洗衣物重量及其吸水率，即可确定洗涤周期的进水量，当预洗一定时间后排水的同时，利用洗衣水很脏其透光度差，洗衣水不脏其透光度就好的原理便可测算出待洗衣物的脏度；当漂洗干净排水后进行脱水，在脱水过程中实时检测脱水程度。当达到要求的脱水度时，即停止脱水。1.2.3模糊控制在全自动洗衣机中的应用洗衣机在我国城市甚至在广大农村已得到广泛的普及。随着就职妇女
14、增加，以及不少妇女热衷于参加文化娱乐，体育健美锻炼等，要求洗衣操作便捷，过程全自动化、合理化，并且洗衣时段可任意选择。（1）模糊控制洗衣机结构和系统组成通常，模糊控制全自动洗衣机的系统由系统控制部分和电动机驱动部分组成。系统控制部分：它包括控制用微机、给排水阀及其控制、测量传感器、LED显示和电源与盖子开关、按键等六部件（图3a 系统控制部分）。电动机驱动部分：包括直流电动机、整流二极管组件、电动机驱动器及其控制器（内含电动机驱动控制专用微机和D/A转换接口）、电动机电流检测正反向传感器等（图3b 电动机驱动部分）（2）功能选择由“操作面板功能”的模糊控制洗衣机操作部分可知，它具有过程选择、程
15、序选择、洗衣粉用量选择和水位高度选择等功能。此外，还有预约洗涤、时间显示和进行过程显示等多种辅助功能。A 过程选择：由“过程选择”键，可以任意选择“全自动洗法”或选“洗涤”、“洗涤漂洗”、“洗涤脱水”、“漂洗脱水”、“脱水”等组合过程。当桶内水满时，“漂洗脱水”和“脱水”过程将从“排水”开始进行，若桶内无水时，则从“脱水”开始。当选择“洗涤”或“洗涤漂洗”等单个行程组合时，按压“过程选择”按钮。如果桶内有一定积水时，仅在“洗涤脱水”程序中才会排水，否则脱水将在10s以后开始。在按“启动/暂停”按钮后，只能在“洗涤”程序中改变过程。在其他程序执行中需改变过程，只有切断电源后，再接通电源，进行选择。B 程序选择：由“程序选择”按钮，可以根据洗衣量和衣服脏污程度，任意选择各种“洗涤程序组合”状态。它们是由“浸洗水位洗涤时间漂洗方法脱水时间”等因素的不同组合。给出“标准”、“快速”、“强力浸洗”、“大
