基于模糊控制的全自动洗衣机的设计

沈华刚　吕刚磊　张军

摘要：文章设计了一种全自动洗衣机，该洗衣机利用MC6805R3单片机模糊控制，能够实现自动对衣服的数量、质地和污染程度进行识别，通过模糊控制原理决定清洗衣服的过程，合理投入适量的洗衣剂，从而大大提高洗衣质量，也大大提高洗衣机的全自动化程度。

关键词：MC6805R3单片机；自动识别；模糊推理；洗涤程序

目前市场上有两种全自动化洗衣机，其一是利用机械结构传递动力进行控制，另一种是利用单片机电路控制电机进行控制。这两种方式的缺点是都需要进行人为选择清洗衣服的程序，然后洗衣机才能投入洗衣工作，所以，这两种洗衣机还称不上严格意义的全自动洗衣机，只能被称作半自动洗衣机。本文研究的洗衣机是一种模糊控制的全自动洗衣机，是一种全新的家用洗衣机。

传统的洗衣机与利用MC6805R3单片机控制的全新智能模糊控制洗衣机区别很大，智能洗衣机能够实现自动对衣服的数量、质地和污染程度进行识别，通过模糊控制原理决定清洗衣服的过程，合理投入适量的洗衣剂，整个洗衣过程实现了自动化。清洗衣物的控制程序是通过模糊理论来编写的，洗涤功效比较高，因此对于提高该种洗衣机的自动化程度和清洗衣物的质量，帮助很大。

1.控制电路设计

基于MC6805R3单片机的智能洗衣机的控制电路有检测洗衣机目前所处状态的检验电路、为洗衣机提供电源的电源电路、显示洗衣机各种参数的电路。

该智能洗衣机的电源电路由稳压电源、变压器、电容型整流器、滤波电路构成。电路中的二极管，用于隔离桥式整流电路与滤波电容，对信号进行过零检测。

该智能洗衣机检测状态的电路有7个。分别是：检测智能洗衣机的内桶是否平衡的电路，被清洗衣物的质地、数量检测电路，电路是否过零的检测电路，智能洗衣的电源电压检验电路，智能洗衣机清洗衣物时水温检测电路，水位高低是否合理的检测电路和清洗过程中水浑浊度检验电路。智能洗衣机的内桶是否平衡的电路由开关s和电阻R35接至单片机PA3口实现。衣质，衣量检测电路由电动机M2，二极管VD4，VD5，电阻R21，光敏三极管VT9、电阻R19和反相器7404组成。衣质、衣量检测电路接于单片机PA2口，模糊控制智能洗衣机电路系统中的主电动机M2中的线圈输出电压经检测之后，再经过光电隔离，进而形成锯齿脉冲信号，洗衣机的MC6805R3单片机计算出该脉冲信号的个数就可确定衣服的阻抗，从而确定要洗涤衣服的多少。信号经整流器的处理被全波整流，整流后的信号经电阻R1送到三极管VT1的基极，当被整流器处理的信号电压为正时，三极管VT1被导通；当该信号的电压为零时，三极管处于截止状态。三极管VT1的输出信号经反相处理，输入到MC6805R3单片机的TNT端。模糊控制洗衣机的电源电压检测电路由电位器RP1、二极管VD2和具有信号滤波作用的电容C5构成。当模糊智能洗衣机的电源电压下降时，滑动变阻器RP1的会检测出洗衣机电源电压下降的情况。模糊智能洗衣机的水温检测电路有两级组成，第一级中的双运算放大器LM358用于电阻阻抗隔离，第二级电路中的双运算放大器LM358用于放大。模糊智能洗衣机的水位变化情况使电位计RP3的线圈抽头产生位置变化，同时引起MC6805R3单片机的AN2端变化。模糊智能洗衣机清洗衣物过程中水从二极管VD3和三极管VT3流过，根据红外线信号的变化即可反映水的浑浊度。该信号接至单片机AN3端。

显示电路由晶体管VT10，VT11，VT12，VT13，发光管VD6-VD12，发光二极管LED1、LED2、LED3和与之连接的相应电阻构成。模糊智能洗衣机控制电路中的LED1-LED3用作显示洗衣机清洗衣物时的定时时间；VD6-VD12用来显示模糊智能洗衣机目前所处的工作状态。

模糊智能洗衣机的输出电路由5路电路组成。其中L1是洗衣机的进水电磁阀，L2是清洗衣物后的排水电磁阀，电动机M1用于控制投入清洗剂的多少，M2是清洗衣物的旋转主电动机。清洗衣物时，主电动机M2的正反转运动由晶闸管VTA1，VTA2控制；洗涤剂的投入量由VTA3控制；VTA4，VTA5分别控制模糊智能洗衣机的进水电磁阀和排水电磁阀。

模糊智能洗衣机的启动与停止由按钮SB1控制；洗衣机从一种状态到另一种功能由功能选择按钮SB2完成。

2.模糊智能洗衣机检测原理

被清洗衣服的布质、数量、水的浑浊程度、清洗过程中水温高低4种物理量是智能洗衣机在清洗过程中要检测的物理量，检测完这些信号后，经单片机接收处理，执行模糊推理。

利用红外光电传感器来检测清洗洗衣物过程中水的浑浊程度。红外光电传感器的原理是：红外发射管发射一定强度的红外线，然后利用红外接收管接收该红外线，根据传递时间，通过智能模糊推理，得到水的浑浊程度。

在清洗衣物前，可以检验要清洗衣物的质地和数量，当水的高低位置一定时，洗衣物的质地和数量的差异会产生不同的阻抗。检测时，首先往智能洗衣机中注入一定的水，然后启动智能洗衣机主电动机，接着断电，让主电动机继续旋转直到主电动机停止。在断电的过程中，智能洗衣机的主电动机处于发电状态，由感应电动势输出。清洗衣物的质地和数量不同，其发电时间不同。衣物越多，發电时间越短，衣物越少，发电时间越长。

温度检测器MTS102用来检测水温。MTS102对温度很敏感，很适合常温检测。

3.模糊全自动洗衣机模糊推理

模糊洗衣机的工作程序是通过模糊推理决定的。工作时，单片机通过检测装置将待洗衣物的浑浊度、布质、布量、水温等参数检测出来，并以此作为模糊推理的输入条件。模糊推理的输出结果有：洗涤剂投放数量、洗涤衣物时间、清洗衣物的方式、水位高低、水流大小等，这些信号是智能洗衣机的主要控制对象。需要投入洗涤剂量和清洗衣物的时间由水温和水的清洁度来决定。被清洗衣物的质地和数量确定脱水时间长短、水位高低等。

4.软件系统设计

控制系统由各种洗衣功能的子程序、主程序和中断程序组成。当程序被启动之后，首先进行一系列的检测和推理，然后才开始洗涤过程。在洗涤过程中产生故障，系统执行报警。

从图1可以看出，随着衣物中的脏物逐步溶解于水中，水的清洁程度降低。洗涤剂投入后，衣物中的污物逐渐溶解于水，水的清洁度进一步降低，达到最低值。随着漂洗的进行，水质又逐步变干净，最后达到初始值，此时，衣物洗涤干净。