全自动洗衣机控制器的设计

李良明

摘要：普通的洗衣机控制器功能单一，容易损坏，定时不准确。随着现代科技的发展，管理水平的完善，普通洗衣机已不能满足人们的要求。本设计就是对普通洗衣机控制器运用模糊控制原理进行自动化改造，使普通洗衣机具备智能控制功能，提高洗衣质量，节约能源。

关键词：传感器；模糊控制；智能化

1. 概述

洗衣服一直都是一项难于逃避的很辛苦的家务劳动，1858年，世界上第一台洗衣机问世，1874年，世界上第一台人工搅动洗衣机出现，1911年第一台电动洗衣机发明成功。特别是1932年，美国一家公司研制成功了第一台前装式滚筒全自动洗衣机，使洗衣机的发展跃上了一个新台阶。第二次世界大战结束后，洗衣机得到了迅速的发展。近几十年，在工业发达国家，全自动洗衣机制造技术又得到迅速发展，其年总产量及社会普及率均以达到相当高得水平。

2. 全自动洗衣机介绍

传统的洗衣机控制器很多都是采用发条机械式控制，功能单一、容易损坏、定时时间不准确等，真正的全自动洗衣机是用单片机制成的控制器有定时时间准确、时间显示醒目、可以根据要求灵活的利用程序来控制各种衣物的洗涤。全自动洗衣机与传统的洗衣机相比具体有以下几个变化：首先，洗涤方式由以前大多侧重于水流的改变、动力的加大变成现在的运用超音波、电解水、臭氧和蒸汽洗涤等，使洗衣机的去污能力从单纯依靠洗涤剂的化学作用和水流快慢的作用向健康、环保洗涤方式转变。其次，洗衣机高度自动化、智能化、人性化。从半自动、全自动到现在的人工智能、模糊控制等。再次，更加人性化的设计使用起来更加方便和舒适，如放取衣服不用弯腰；自动做到不同衣物分开洗；具有蒸汽烘干功能及噪音更低等。最后，洗衣机的容量也越来越大，很符合未来的消费趋势。

3. 系统整体设计

（1）设计思路

全自动洗衣机之所以能模仿人的智能，主要是靠多种传感器感知收集各种信息数据。如：有自动感知衣料脏污程度的浊度传感器，由此来决定洗衣粉的投放量；有自动感知水位高低的水位傳感器，由此来确定洗涤衣料的水量。传感器将各种感知收集的信息数据，输入模糊控制芯片进行综合处理判断后，发出指令，指挥洗衣机自动选择相应的洗涤程序，并能根据洗衣中随时变化的因素进行相应调整，以达到最佳洗涤效果。

（2）模糊控制

全自动洗衣机的核心是单片机控制板，它具有检测和控制功能。检测功能是指通过一系列传感器来检测衣量、衣质、脏污程度、脏污性质等指标；控制功能是指根据所检测到的信息来决定洗涤水位、水流方式、洗涤剂投放量和洗涤时间等。设计全自动洗衣机的关键就是如何根据检测到的各项指标来决定洗涤的方式。由于洗衣过程的控制对象难以用精确的数学模型来描述，所以采用传统的控制方法难以取得理想的洗涤效果。而模糊控制方法却能很好地解决这个问题，因为这种方法具有不必建立精确模型、易于实现、与人的思维方式相一致的特点，它为洗衣机全自动功能的实现提供了一条有效的途径。与传统控制理论相比，模糊控制有两大优点：第一，模糊控制在许多应用中可以有效且便捷的实现人的控制策略和经验，这一优点自从模糊控制诞生以来就一直受到人们密切的关注。第二，模糊控制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、输出模糊集及模糊规则中。

4. 系统硬件设计

本设计是全自动洗衣机的控制器，它主要采用单片机，由水位传感器、混浊度传感器送来的推理参数信号送到控制器的输入端口，控制器根据模糊推理规则确定进水量、洗涤时间等。单片机输出相应的显示信号和驱动信号，其是整个系统的核心部分。经选择采用89C51单片机可以实现本设计任务书的全部要求，此种单片机软件编程自由度大，可用编程实现各种控制算法和逻辑控制。它从内部的硬件到软件有一套完整的按位操作系统，称作位处理器，它的处理对象不是字或字节而是位。它不仅能对片内某些特殊功能寄存器的某位进行处理，如传送、置位、清零、测试等，还能进行位的逻辑运算，其功能十分完备。它具有乘法和除法指令，这给编程也带来了便利。

（1）控制电路设计

本设计是全自动洗衣机的控制器，它主要采用单片机，由水位传感器、混浊度传感器送来的推理参数信号送到控制器的输入端口，控制器根据模糊推理规则确定进水量、洗涤时间等。

（2）显示电路设计

显示器有LED和LCD两种。LCD即是液晶显示器，是一种被动式的显示器，即液晶本身并不发光，而是利用液晶经过处理后能改变光线通过方向的特征，达到白底黑字或黑底白字显示的目的。

（3）电机驱动电路设计

电机的驱动采用双向PWM脉宽调制方式控制。采用这种控制方式通过对两个端口高低电平的相互变化可以方便地实现电机的正反转和转速变化。

（4）水位传感器设计

谐振式水位传感器，采用了新型的传感原理来进行检测，把水位的高低，通过水位传感器直接变成水位与频率的对应关系。衣物的洗净度、水流强度、洗涤时间等参数的检测 ，对模糊控制洗衣机在节水、节能、减少洗涤时间方面起决定性的作用。

（5）浊度传感器设计

浊度传感器安装在排水阀上端附近出口管上。浑浊度检测传感器的主要原理是光电耦合器，而普通的光电耦合器不能有效的检测洗衣机水的浑浊度。光电耦合器的光源必须是红外光才能准确的检测浑浊度。

（6）电源电路的设计

在此硬件电路中，我们需要电压稳定的直流供电系统。本系统是将220V的交流的电压变为+5V电压，在小功率整流电路中（1 kW以下），常见的几种整流电路有单相半波、全波、桥式和倍压整流电路。这里采用的是单向桥式整流电路。整流电路的任务是将交流电变换成直流电。完成这一任务主要是靠二极管的单向导电作用，因此二极管是构成整流电路的关键元件。滤波电路用于滤去整流输出电压中的纹波，一般由电抗元件组成，如在负载电阻两端并联电容器C，或在负载上串联电感器，以及由电容、电感组合而成的各种复式滤波电路。在此选用的是在负载两端并联电容器C。

5.软件设计

本设计是分模块进行设计的，由一个主程序和若干子程序组成。真正的全自动洗衣机功能很多，子程序也很多很繁琐，如：显示子程序、键盘扫描子程序、程序设置子程序、洗衣方式选择子程序、水量设置子程序、时间设置子程序、自检子程序、检测子程序、温度检测子程序、进水子程序流程、水位检测子程序、污浊度检测子程序、电机运转子程序、洗涤子程序流程、脱水子程序、排水子程序等等。本设计仅对主程序流程图及部分主要模块模块的子程序流程图及其代码进行说明。endprint