智能型全自动洗衣机控制系统_山科毕业论文(编辑修改稿)

智能型全自动洗衣机控制系统_山科毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

推理 , 自动确定洗衣水位和水流强度。 其次 , 应用洗涤液浑浊度检测结果 , 通过模糊推理法则 , 确定和修正洗涤时间与洗涤剂量。 第三 , 具有自动断电、报警保护、故障检测显示等功能。 最后 , 具有外形美观、功能强、操作使用方便等优点。 本文着重介绍如何将模糊控制技术应用于洗衣机的检测、控制及具体的实现方案。 洗衣机的自动控制系统为一多输入多输出系统 ,输入量为衣质、衣量、脏污程度(即水的浑浊度 ) 、脏污性质 (浑浊度变化率 )。 输出量为洗涤剂量、水位、水流、脱水时间、洗涤时间、漂洗方式等。 从洗衣机的运行过 程可以看出 ,洗涤剂量、水位、水流、脱水时间都可以通过输入量推理求得 ,而洗涤时间与漂洗方式为实时控制量 ,影响其主要因素是被洗物品的脏污程度 ,这两个量可以用水的浑浊度和浑浊度变化率来表示 ,油性脏污的浑浊度变化率小 ,泥性脏污的浑浊度变化率大。 实际分析证明 :输入与输出之间很难用一定的数学模型来描述 ,系统的具体条件具有较大的不确定性 ,其控制过程在很大程度上依赖于操作者的经验 ,用常规的控制方法难以达到理想的效果。 而采用模糊控制技术就能很容易解决问题。 因而采用了模糊控制器设计全自动洗衣机。 在洗涤衣物的过程中 ,衣物的多少、 面料的软硬、衣物的脏污程度等都是模糊量 ,所以必须经过大量的实验 ,总结出人为的洗涤方式 ,从而形成模糊控制规则。 再根据检测系统检测到的信息 ,判断出衣物多少、面料软硬、脏污程度、脏污性质等 ,计算出控制量 ,从而完成注水量、洗涤时间、水流强弱、洗涤方式、脱水时间、排水等一系列的设置。 根据上述分析和模糊控制技术的基本原理 ,可可以确定洗衣机的模糊控制框图如图 11 图 11 X为输入精确量； y为输出精确量； U (x) 为输入模糊量 ； U (y) 为输出模糊量。 本课题的意义及来源 随着现代社会生活节奏的不断加快和人们生活水平的不断提高，人们对各种方便、快捷的家用电器需求量越来越大，洗衣机作为人们提高生活效率，追求生活质量的基本条件，也愈来愈成为不可或缺的生活用具 . 在工业发达国家，洗衣机的普及率已达到相当高的程度，但由于现阶段国情，洗衣机在我国的普及程度较低，农村更甚。 随着人民生活水平 (特别是乡村生活模糊化 模糊控制器 解模糊 被控对象 检测设备 模糊规则库 X Y U（ x） U（ y） 水平 )的不断提高，社会上对洗衣机的需求量越来越大，而且随着生活质量的不断提高，人们对洗衣机的功能要求越来越高，使得洗衣机的更新较快，因此，洗衣机做为人 们追求现代生活的一个基本要求在我国有着极大的市场。 洗衣机技术发展日新月异，产品类型众多，但从总体来看，人们对洗衣机的基本要求应是 :省时、省水、省电，磨损率小，操作方便，功能完善等。 以上特点从技术的角度可由洗衣机的洗涤方式和控制方式这两个基本特性决定。 目前存在的洗涤方式有波轮式 (又称涡卷式 )、搅拌式、滚筒式、喷流式、喷射式和超声波式等多种，在我国比较普及的洗涤方式是波轮式，超声波式洗涤方式则代表着国际上的发展方向。 对洗衣机技术的发展使得人们期望在采用一种较好洗涤方式的同时，希望洗衣机的控制部分能在洗 涤过程中对衣物重量、脏度，洗涤剂的浓度，水的硬度、温度等影响洗涤效果的诸多因素进行检测，并能对这些检测结果做出合理反应，从而得到比较理想的洗涤效果。 现代科学技术的发展，特别是嵌入式技术的发展，使微电脑的功能日益强大，微电脑与传感器系统的结合，足以实现上述功能。 另外，人们对洗衣机使用方便的要求使得洗衣机的全自动化成为另一个发展方向 .因此，从世界范围内来说，洗衣机总的发展趋势是向微电脑，传感系统，智能化、全自动化的方向发展。 本课题的目的就是设计一种比较合理的全自动洗衣机模糊控制器，这种采用模糊控制 的全自动洗衣机能够自动判断被洗衣物的重量轻重、质料软硬，自动检测洗衣桶内水的脏污程度和污渍性质 (油污或泥污 )；能自动预选水位、水流强度和洗涤时间，并能进行衣物偏置的自动纠正等，也应该能在整个洗涤过程中实施监控，并适时调整这些运行参数，以达到最佳的洗涤效果。 2 洗衣条件 洗衣机做为一种家电产品，需要达到的性能指标包括洗净性能、漂洗性能、脱水、性能、排水性能和磨损性能等，其各主要性能指标的实现最终要依赖于洗衣过程中的各控制参数，洗衣机的主要控制参数有 : 衣服的质料 要把衣服洗干净，去除污垢，与如下一些 因素有关：衣服的质料、水的硬度、水的多少和水的温度、洗涤剂的性能和多少、机械力的大小和作用时间。 一般衣服质料纤维可分为两大类：自然纤维的棉织品和人造化学纤维织品。 棉制品的污垢不仅在表面，而且还渗透纤维内，所以，棉制品要比化学纤维难洗。 且面制品的吸水性比化纤制品强，因此，同样多的衣物、同样的污垢程度和污染性质，洗面制品时要水多放一点、洗的时间长一点。 水可以带走一般的灰尘和水溶性污垢，所以，不用洗涤剂也可以洗去部分污垢。 水的硬度用肥皂时也会影响洗涤效果，但影响最大的还是水的温度， 在一定的 水温范围内，水温越高，洗涤效果越好。 然而水温也不宜太高，否则，高温会把附着在衣服上的蛋白质凝固，反而影响洗涤效果。 衣物能否洗干净，与用水量的多少关系很大。 如果衣物很少，且吸水性不太强，此时放水太多，不但浪费洗涤剂，浪费水，还会使洗涤时间加长，衣物的磨损加重，并且不易洗干净。 水温对洗涤效果的影响也是很大的，水温升高，洗涤效果会有所提高。 洗涤剂的主要成分是表面活性剂，表面活性剂是分子结构中含有亲水基和亲油基两部分的有机化合物。 一般是根据表面活性剂在水溶液中能否分解为离子，又将其分为离子型表面活性剂和非离子型 表面活性剂的两大类。 离子型表面活性剂和两性离子表面活性剂三种。 不同的洗涤剂还会添加各种不同的辅助剂、酵素、荧光增白剂、香料等。 静止的洗涤剂不能产生良好的洗涤效果，要把污溃从衣物表面洗除掉，并对衣物施加清洗动力，就需要洗衣机能够执行搅拌，搓，揉，摩擦，卷搅，翻滚等动作。 洗衣机对衣物输出的能量大，去污效果明显，但在某种程度上会造成衣物的损伤，因此应对不同质地，不同重量的衣物采用不同的能量输出方式，从控制的角度就表现为水流方式的不同。 实践证明，在织物的水洗中只有阴离子表面活性剂和非离子型表面活性剂，对 织物去污能够起到正面有效的作用。 因此这两种表面活性剂就成了衣物洗涤剂的主要材料。 水的温度对洗涤剂的影响也非常大。 温度过低时，洗涤剂发挥不出很好的功效；温度过高时，会杀死洗涤剂的活性。 洗涤剂要具备良好的润湿性、渗透性、乳化性、分散性、增溶性及发泡与消泡等性能这些性能的综合就是洗涤剂的洗涤性能。 洗涤剂的产品种类很多，基本上可分为肥皂、合成洗衣粉、液体洗涤剂、固体状洗涤剂及膏状洗涤剂几大类。 洗衣时间和脱水时间 洗衣时间： 衣物在洗衣机中洗涤时间过长会使衣物受到较大磨损，因此，应针对不同质地和不同衣物 量 来确定洗衣时间。 脱水时间： 全自动洗衣机中，脱水过程是洗衣操作的最后一个过程。 一般情况下，脱水时间愈长，衣物甩干程度愈强，但织物中与纤维相吸附而残留的水分无法通过脱水方式去掉，这种类型的残留水分的多少与衣物质地有关，同样质地下又与重量有关，因此也应对脱水时间分档。 3 控制系统的硬件设计 衣量衣质检测 要对洗衣机进行控制，首先要用各种传感器不断的检测相关的状态，以作为控制的依据。 在洗衣过程中起决定作用的物理量有布量、布质、水温和浑浊度等四种 , 这些物理量都需要有适当的传感器来获取信息 , 并转换成单片机 能接收的电信号。 下面介绍在模糊控制洗衣机中所用各种参数的检测原理和技术，在检测中要用到负载传感器、水位传感器和光电传感器等。 衣 质和 衣 量的检测是在洗涤之前进行的 ，以决定水位。 这可用不同的方法实现。 最容易想到的方法是用静态的压力传感器直接测量，但结构稍复杂一些。 目前，一般是用动态的时间间接测量方法，这是通过检测电动机负载来实现的。 电动机的负载可以用正常运转时的驱动电流来计算，也可以用电动机断电后的反电动势的大小以及波形来计量。 在这里，以计量电动机断电后的反电动势的大小以及波形来测量。 在水位一定时 , 不同的 衣 质和 衣 量的产生的布阻抗不同。 衣 质和衣 量检测电路如图 2 所示。 具体检测 衣 质和 衣 量时 , 首先 ，衣服投入缸体中并 注入一定的水位 , 然后起动主电机旋转 若干圈 , 接着断电让主电机以惯性继续运转直到停止。 在主电机断电惯性旋转时间内 , 主电机处于发电状态 , 会产生感应电动势 输出。 显然 , 随着布阻抗大小的不同 , 主电机处于发电机状态的时间长短也不同。 因此 , 只要检测出主电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。 主电机发电时间愈长 , 布阻抗就愈小 ； 反之布阻抗就愈高。 图 31 反电势法测量 衣 质、 衣 量电路 主电机发电时间可直接通过检测起动电容两端输出电势 , 并将此电势半波整流后 , 由光电隔离后放大整形为一矩形脉冲系列的脉冲数而定。 脉冲个数反映布阻抗的大小 , 脉冲个数多 , 布阻抗小 , 反之亦然。 据此通过模糊推理即可得到布量。 如图 32所示 ， 衣量传感器能区分四档衣量 (多量、中多量、中少量、少量 )。 单片机 u ～ +5 R1 R2 VD C ～ 220V 图 32 (a) 衣 量 的检测方法 （衣量较多） 反电动势 电机送电 电机断电 整形脉冲 时间 t/s 图 32 (b) 衣 量 的检测方法（衣量较少） 质料检测 包括面制品与化纤制品的区分和柔软布料与粗厚布料的区分。 检测的具体方法如下。 反电动势 整形脉冲 电机送电 电机断电 时间 t/s 图 33 面制品与化纤制品辨别曲线 在放入要洗的衣物后，放水启动电动机，反复用开 、关 驱动电动机 32s，记下脉冲数为 N；若检测负载时的脉冲数是 M，根据 M— N的值就可以判断质料分布比例的大小情况。 面制品越多， M— N的值越大，反之则小。 图33表示面制品与化纤制品比例 不同时两次测量脉冲的关系曲线。 同样都是面制品，但对于像毛巾这样的柔软布料和 牛 仔布料这样的厚布料，其洗涤方法也是不同的，可用水位传感器来配合测量。 具体方法是： 在注入水进行脉冲驱动 32s后，比较启动前后水的变化量。 若变化量较小，说明布料容易吸水，倾向于毛巾类布料；反之，可能是牛仔类厚布料。 这是因为厚布料吸水慢，往往要搅动一段时间后才能充分吸水，这就会使水位变化量大。 图 34所示为在这两种情况下水位的变化曲线。 第二次测量 第一次测量 多 计数脉冲 少 化纤 图 34 柔软布料和硬厚布料的水位 变化 曲线 水位水温检测 水位检测的精度直接影响洗净度、水流强度、洗涤时间等参数。 对于模糊控制的洗衣机 , 要求水位的检测必须是连续的 , 故常采用谐振式水位传感器。 谐振式水位传感器是利用电磁谐振电路 LC 作为传感器的敏感元件 , 将被测物体的变化转变为 LC 参数的变化 , 最终以频率参数输出。 其工作原理是 : 将水位的高低通过导管转换成一个测试内腔气体变化的压力 , 驱动内腔上方的一块隔膜移动 , 带动隔膜中心的磁芯在某线圈内移动 , 从而线圈电感发生变化。 由此引起谐振电。