全自动洗衣机的模糊控制

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三、洗衣机物理量检测
三、洗衣机物理量检测 洗衣机在洗衣过程中起决定作用的物理量有布质、 布量、浑浊度、水温等四种。物理量都需要采用一定的 方法检测出来，并且转换成MC6805R3单片机能接受的 形式送入单片机中，才能进行处理和执行模糊推理。 1、浑浊度检测 衣物的肮脏程度、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，浑浊度的检测是 采用红外光电传感器完成的。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。
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二、模糊全自动洗衣机的模糊推理
洗涤剂浓度推理规则如下: 如果浑浊度高，则洗涤剂投入量大； 如果浑浊度偏高，则洗涤剂投入量偏大； 如果浑浊度低，则洗涤剂投入量小。 洗衣推理规则如下: 如果布量少，布质以化纤偏多，而且水温高，则水流为 特弱，洗涤时间特短； 如果布量、布质以棉布偏多，而且水温低，则把水流定 为特强，洗涤时间定为特短；
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一、全自动洗衣机单片机控制系统逻辑结构
3、显示电路 显示电路由晶体管Tr10、Tr11、Tr12、 Tr13、发光二极管D6~D12、7段发光二极管显示器LED1、 LED2、LED3和相应的电阻组成。其中晶体管Tr10~Tr13 是作为扫描开关管，用于选择D6~D7、 LED1、LED2、 或LED3；而LED1~LED3用于显示定时时间； D6~D7用 于显示洗衣机的现行工作状态。 4、输出控制电路 输出控制电路由触发电路和相应 的双向晶闸管组成，控制电路共有五路。L1是进水电磁 阀，L2是排水电磁阀. M1是自动洗涤剂投入电动机，M2 是主电动机。其中双向晶闸管TA1、TA2用于控制主电动 机M2的正反转；TA2用于控制洗涤剂投入电动机；TA3用 于控制进水电磁阀；TA3用于控制排水电磁阀。所有的双 向晶闸管都采用第Ⅱ、Ⅲ象限触发。
全自动洗衣机的模糊控制
全自动洗衣机的模糊控制
单片机模糊控制洗衣机具有自动识别衣质、衣量，自 动识别肮脏程度，自动决定水量，自动投入恰当的洗涤剂 等功能，从而全部自动地完成整个洗涤过程。由于洗涤程 序是通过模糊推理决定的，故有着极高的洗涤效能，从而 不但大大提高洗衣机的全自动化程度，也大大提高了洗衣 的质量。 用MC6805R3控制的模糊控制洗衣机可以说是真正的 全自动洗衣机。在整个控制过程中，单片机MC6805R3和 模糊控制软件起了决定性的作用。 MC6805R3对洗衣机的 控制系统逻辑结构如图1所示。这个系统中包括电源电路、 洗衣机状态检测电路、显示电路和输出控制电路。
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一、全自动洗衣机单片机控制系统逻辑结构
除了上述电路以外，还有工作起/停和状态设定电 路。N1是洗衣机全自动工作的起/停按钮；N2是功能选 择按钮，它可以设定洗衣机从某个程序开始进行工作。 所有的电路都在MC6805R3单片机的控制下工作。 由于MC6805R3有较多I/O的端口，对洗衣机这种需要 检测和控制功能较多的家用电器是十分合适的，它可 以使系统的逻辑结构达到十分简洁的形式。
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二、模糊全自动洗衣机的模糊推理
表6-1 洗衣的模糊推理
洗衣推理如表6-1所示，它给出了洗衣推理的所有规则。 很明显这些规则的前件有三个因素，后件有两个因素，故它 们也是一种多输入多输出推理。
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二、模糊全自动洗衣机的模糊推理
图3 水温、布量和时间的模糊量
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二、模糊全自动洗衣机的模糊推理
对于主要因素推理和顺序因素推理这两种推理，它们之 间有着隐含的推理关系。主要因素推理是以采用人的思维中 的“主要因素起决定作用”原理执行的，在这种原理中，抛 弃各种次要因素，以简明的形式产生因素少的推理原则，便 于进行处理。顺序推理则是把前一种推理的结果作为本次推 理的前件，从而推理出新的结果。在洗衣机中，如果考虑浑 浊度、洗涤剂投人量、水流、洗涤时间等因素的推理，作为 主要因素推理显然有： 如果浑浊度高，洗涤剂投入量大； ……
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三、洗衣机物理量检测
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。 通过对主电动机的正反转控制绕组输出电势的整流和 检测，由光电隔离后形成脉冲信号送入单片机，而单片机 只要计算出主电动机在停电时产生的计数脉冲个数就可以 知道布阻抗的大小。脉冲个数多，布阻抗小，反之亦然。 在得出布阻抗之后，通过模糊推理就可以产生相应的 布质及布量。布质和布量检测电路见图1的PA2端口所接电 路。
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二、模糊全自动洗衣机的模糊推理
图2 推理框图
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二、模糊全自动洗衣机的模糊推理
从图2中可以看出，模糊洗衣机是一个多输入多输 出的模糊推理和控制系统。在实际中，模糊推理的前件 和后件之间的相关关系对于不同的因素有所不同。浑浊 程度和水温可以确定洗涤剂投放的剂量和洗涤时间，而 布量、布质等可以确定水位和水流、脱水时间等。因此， 在推理中把有关前件和后件进行处理，这种处理分成主 要因素推理和顺序因素推理两种。通过这两种推理处理， 不但使推理变得较为简单，而且可以在众多因素中清晰 地区别出连锁关系的因素。 考虑到洗衣过程中的两种情况，一种是静态的，即 洗涤剂浓度；另一种是动态的，即洗衣水流及时间，故 推理分两大部分，也就是洗涤剂浓度推理和洗衣推理。
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三、洗衣机物理量检测
根据红外接受管所接受到的红外线强度，就可以得 出水的浑浊度。通过实验，可知在洗涤过程中红外线透光 率的变化情况，以及有关因素的关系，这种关系如图4所 示。在图6-4(a)中给出了洗涤开始到漂洗结束的整个过程 透光率的变化曲线。从曲线中可以看出，随着洗涤的开始， 衣物中的脏物溶解于水，使透光率下降；同时。随着洗涤 剂的加人，衣物中的污物进一步溶解和脱落于水，故透光 率进一步下降，并达到一个最低值，然后随着漂洗的进行， 衣物变干净，水质也变清，从而使红外透光率逐渐升高， 最后达到初值。一般而言，当透光率再次达到初始值时， 说明衣物洗涤干净，这时可以停止漂洗。
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一、全自动洗衣机单片机控制系统逻辑结构
(1) 内桶平衡电路由平衡开关K和R35电阻组成，它用于 检测内桶运行时的状态是否平衡稳定。 (2) 衣质、衣量检侧电路由电动机M2，二极管D4、D5， 电阻R21、光敏三极管Tr9，电阻R14和反相器7404组成。其 中D4是发光二极管，它和Tr组成光电耦合管，用于隔离交 直流信号以及产生衣质和衣量信号。 (3) 过零检测电路由电阻R1、R2、晶体管Tr1和反相器 7404组成。当桥式整流器产生全波整流信号输出时，马上 通过R1送到晶体管Tr1的基极，当整流信号为正时，Tr1导通， 整流信号为0时，Tr1截止； Tr1输出的信号再由7404反相之 后送到单片机MC6805R3的INT端。很明显，只要电源过 零就会产生中断请求信号。
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三、洗衣机物理量检测
图4(b)表示了衣物轻度污脏和重度污脏进行洗涤时红外 线透光率的变化曲线。重污时，透光率较差；轻污时，透光 率较高。利用这种特性可以判别衣物的污脏程度。 图4(c)表示了衣物的污脏性质。油污时透光率较高，泥 污时透光率较低。 图4(d)表示了洗涤剂的类型。液体洗涤剂透光率高，粉 末洗涤剂透光率较低。按照图4给出的透光曲线，就可以根 据洗衣机中的透光率来判别衣物的污脏程度、污脏性质，以 及洗涤剂的种类，从而可以按此法进行洗涤过程控制。
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二、模糊全自动洗衣机的模糊推理
从表6-1中也可以看出另一种主要因素推理有: 如果布量多，布质以棉布偏多，而且水温高，则水 流为强，洗涤时间为中； …… 但实际上，洗涤剂投入量大时，要求洗涤时间较长 才能洗得干净，故还需考虑顺序因素推理： 如果洗涤剂投入量大，则洗涤时间长； 如果洗涤剂投入量中，则洗涤时间中； 当顺序推理和主要因素推理推出的某一个后件因素 的隶属度不同时，则采用最大原则处理；而得到某个后 件的模糊量不同时，则采用“大者优先”的原则处理。
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一、全自动洗衣机单片机控制系统逻辑结构
(4) 电源电压检测电路由整流二极管D2，滤波电容C5和 调整电位器W1组成。由于D2只是进行半波整流，所以当电 源下降时，W1的抽头也会较灵敏的反映出电源下降的情况。 电源电压的变化情况由MC6805R3的AN0端进行检测。 (5) 水位检测电路由电位器w3和相应的机械部件组成， 当水位变化时会使w3的中心抽头产生位移。故送入到 MC6805R3的AN0端的信号大小也产生变化。 (6) 浑浊度检测器电路由红外发光管D3 、红外接收管Tr3 和有关电阻组成。被检测的水从D3和Tr3之间流过，由于不同 浑浊度的水从中流过，使红外信号的强弱变化不同，故 MC6805R3送到的AN0端的信号大小反映了衣服的肮脏程度。 (7) 温度检测电路由MTS102、LM358和有关电阻、电容 组成。其中MTS102是水温检测器。第一级LM358用作阻抗 隔离器，第二级LM358用作放大器，检测结果送入到 MC6805R3的AN1端。
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全自动洗衣机的模糊控制
图1 控制系统逻辑结构图
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一、全自动洗衣机单片机控制系统逻辑结构
一、全自动洗衣机单片机控制系统逻辑结构 1、电源电路 电源电路由变压器TF、桥式整流器、滤波电容和集成 稳压电路7805组成。电源电路中还有二极管D1，它用于隔 离滤波电容与桥式整流电路，使之进行过零检测。7805输 出的±5V电压和交流电源的一端相接，以组成双向晶闸管 的直接触发电路。 2、洗衣机状态检侧电路 状态检测电路一共有7个。它们分别是内桶平衡检测 电路、衣质与衣量检侧电路、过零检测电路、电源电压检 测电路、温度检测电路、水位检测电路和浑浊度检测电路。
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三、洗衣机物理量检测
图4 洗涤全过程的透光率变化曲线 (a)一般过程 (b)轻度和重度污染 (c)5油污及污泥 (d)洗涤
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三、洗衣机物理量检测
2、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 图5 布阻抗曲线 就会使主电动机制动的性能不同， 利用主电动机在不同布阻抗时的制动特性，就可以推断出布 质和布量。不同布质和布量的布阻抗如图5所示。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
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三、洗衣机物理量检测
3、水温检测 水温检测由温度传感器MTS102执行。由于MTS102有 线性度好、对温度敏感等特点，故采用它对常温检测有较 大的优点。在电路中，采用两个运算放大器对MTS102的 输出信号进行处理，一个用于隔离阻抗，一个用于放大信 号。这个电路结构如图1的AN1端所接的电路。水温一般为 4~40℃，在一些特殊的洗衣机中，有时会加入热水，则水 温提高，但水温一般不会超过60℃，因为水温太高对衣服 有损坏。
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四、控制软件
四、控制软件 控制软件由主程序、各种子程序和中断服务程序组成。 主控程序如图6所示。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之后，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。
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二、模糊全自动洗衣机的模糊推理
二、模糊全自动洗衣机的模糊推理 在模糊洗衣机中，浑浊度、布质、布量等都是 通过对现行状态的检测，再通过模糊推理得出的。 在模糊推理中，需要考虑推理的前件和后件，也就 是推理的输入条件和输出结果。在模糊洗衣机中， 主要是考虑布质、布量、水温和肮脏程度这几个条 件，从这些条件求取水位、洗涤时间、水流漂洗方 式和脱水时间等。模糊洗衣机的推理如图2所示。