基于模糊控制的全自動洗衣機的設計

沈華剛　呂剛磊　張軍

摘要：文章設計了一種全自動洗衣機，該洗衣機利用MC6805R3單片機模糊控制，能夠實現(xiàn)自動對衣服的數(shù)量、質(zhì)地和污染程度進行識別，通過模糊控制原理決定清洗衣服的過程，合理投入適量的洗衣劑，從而大大提高洗衣質(zhì)量，也大大提高洗衣機的全自動化程度。

關鍵詞：MC6805R3單片機；自動識別；模糊推理；洗滌程序

目前市場上有兩種全自動化洗衣機，其一是利用機械結構傳遞動力進行控制，另一種是利用單片機電路控制電機進行控制。這兩種方式的缺點是都需要進行人為選擇清洗衣服的程序，然后洗衣機才能投入洗衣工作，所以，這兩種洗衣機還稱不上嚴格意義的全自動洗衣機，只能被稱作半自動洗衣機。本文研究的洗衣機是一種模糊控制的全自動洗衣機，是一種全新的家用洗衣機。

傳統(tǒng)的洗衣機與利用MC6805R3單片機控制的全新智能模糊控制洗衣機區(qū)別很大，智能洗衣機能夠實現(xiàn)自動對衣服的數(shù)量、質(zhì)地和污染程度進行識別，通過模糊控制原理決定清洗衣服的過程，合理投入適量的洗衣劑，整個洗衣過程實現(xiàn)了自動化。清洗衣物的控制程序是通過模糊理論來編寫的，洗滌功效比較高，因此對于提高該種洗衣機的自動化程度和清洗衣物的質(zhì)量，幫助很大。

1.控制電路設計

基于MC6805R3單片機的智能洗衣機的控制電路有檢測洗衣機目前所處狀態(tài)的檢驗電路、為洗衣機提供電源的電源電路、顯示洗衣機各種參數(shù)的電路。

該智能洗衣機的電源電路由穩(wěn)壓電源、變壓器、電容型整流器、濾波電路構成。電路中的二極管，用于隔離橋式整流電路與濾波電容，對信號進行過零檢測。

該智能洗衣機檢測狀態(tài)的電路有7個。分別是：檢測智能洗衣機的內(nèi)桶是否平衡的電路，被清洗衣物的質(zhì)地、數(shù)量檢測電路，電路是否過零的檢測電路，智能洗衣的電源電壓檢驗電路，智能洗衣機清洗衣物時水溫檢測電路，水位高低是否合理的檢測電路和清洗過程中水渾濁度檢驗電路。智能洗衣機的內(nèi)桶是否平衡的電路由開關s和電阻R35接至單片機PA3口實現(xiàn)。衣質(zhì)，衣量檢測電路由電動機M2，二極管VD4，VD5，電阻R21，光敏三極管VT9、電阻R19和反相器7404組成。衣質(zhì)、衣量檢測電路接于單片機PA2口，模糊控制智能洗衣機電路系統(tǒng)中的主電動機M2中的線圈輸出電壓經(jīng)檢測之后，再經(jīng)過光電隔離，進而形成鋸齒脈沖信號，洗衣機的MC6805R3單片機計算出該脈沖信號的個數(shù)就可確定衣服的阻抗，從而確定要洗滌衣服的多少。信號經(jīng)整流器的處理被全波整流，整流后的信號經(jīng)電阻R1送到三極管VT1的基極，當被整流器處理的信號電壓為正時，三極管VT1被導通；當該信號的電壓為零時，三極管處于截止狀態(tài)。三極管VT1的輸出信號經(jīng)反相處理，輸入到MC6805R3單片機的TNT端。模糊控制洗衣機的電源電壓檢測電路由電位器RP1、二極管VD2和具有信號濾波作用的電容C5構成。當模糊智能洗衣機的電源電壓下降時，滑動變阻器RP1的會檢測出洗衣機電源電壓下降的情況。模糊智能洗衣機的水溫檢測電路有兩級組成，第一級中的雙運算放大器LM358用于電阻阻抗隔離，第二級電路中的雙運算放大器LM358用于放大。模糊智能洗衣機的水位變化情況使電位計RP3的線圈抽頭產(chǎn)生位置變化，同時引起MC6805R3單片機的AN2端變化。模糊智能洗衣機清洗衣物過程中水從二極管VD3和三極管VT3流過，根據(jù)紅外線信號的變化即可反映水的渾濁度。該信號接至單片機AN3端。

顯示電路由晶體管VT10，VT11，VT12，VT13，發(fā)光管VD6-VD12，發(fā)光二極管LED1、LED2、LED3和與之連接的相應電阻構成。模糊智能洗衣機控制電路中的LED1-LED3用作顯示洗衣機清洗衣物時的定時時間；VD6-VD12用來顯示模糊智能洗衣機目前所處的工作狀態(tài)。

模糊智能洗衣機的輸出電路由5路電路組成。其中L1是洗衣機的進水電磁閥，L2是清洗衣物后的排水電磁閥，電動機M1用于控制投入清洗劑的多少，M2是清洗衣物的旋轉主電動機。清洗衣物時，主電動機M2的正反轉運動由晶閘管VTA1，VTA2控制；洗滌劑的投入量由VTA3控制；VTA4，VTA5分別控制模糊智能洗衣機的進水電磁閥和排水電磁閥。

模糊智能洗衣機的啟動與停止由按鈕SB1控制；洗衣機從一種狀態(tài)到另一種功能由功能選擇按鈕SB2完成。

2.模糊智能洗衣機檢測原理

被清洗衣服的布質(zhì)、數(shù)量、水的渾濁程度、清洗過程中水溫高低4種物理量是智能洗衣機在清洗過程中要檢測的物理量，檢測完這些信號后，經(jīng)單片機接收處理，執(zhí)行模糊推理。

利用紅外光電傳感器來檢測清洗洗衣物過程中水的渾濁程度。紅外光電傳感器的原理是：紅外發(fā)射管發(fā)射一定強度的紅外線，然后利用紅外接收管接收該紅外線，根據(jù)傳遞時間，通過智能模糊推理，得到水的渾濁程度。

在清洗衣物前，可以檢驗要清洗衣物的質(zhì)地和數(shù)量，當水的高低位置一定時，洗衣物的質(zhì)地和數(shù)量的差異會產(chǎn)生不同的阻抗。檢測時，首先往智能洗衣機中注入一定的水，然后啟動智能洗衣機主電動機，接著斷電，讓主電動機繼續(xù)旋轉直到主電動機停止。在斷電的過程中，智能洗衣機的主電動機處于發(fā)電狀態(tài)，由感應電動勢輸出。清洗衣物的質(zhì)地和數(shù)量不同，其發(fā)電時間不同。衣物越多，發(fā)電時間越短，衣物越少，發(fā)電時間越長。

溫度檢測器MTS102用來檢測水溫。MTS102對溫度很敏感，很適合常溫檢測。

3.模糊全自動洗衣機模糊推理

模糊洗衣機的工作程序是通過模糊推理決定的。工作時，單片機通過檢測裝置將待洗衣物的渾濁度、布質(zhì)、布量、水溫等參數(shù)檢測出來，并以此作為模糊推理的輸入條件。模糊推理的輸出結果有：洗滌劑投放數(shù)量、洗滌衣物時間、清洗衣物的方式、水位高低、水流大小等，這些信號是智能洗衣機的主要控制對象。需要投入洗滌劑量和清洗衣物的時間由水溫和水的清潔度來決定。被清洗衣物的質(zhì)地和數(shù)量確定脫水時間長短、水位高低等。

4.軟件系統(tǒng)設計

控制系統(tǒng)由各種洗衣功能的子程序、主程序和中斷程序組成。當程序被啟動之后，首先進行一系列的檢測和推理，然后才開始洗滌過程。在洗滌過程中產(chǎn)生故障，系統(tǒng)執(zhí)行報警。

從圖1可以看出，隨著衣物中的臟物逐步溶解于水中，水的清潔程度降低。洗滌劑投入后，衣物中的污物逐漸溶解于水，水的清潔度進一步降低，達到最低值。隨著漂洗的進行，水質(zhì)又逐步變干凈，最后達到初始值，此時，衣物洗滌干凈。