智能洗衣機控制系統(tǒng)設(shè)計

摘要洗衣機是現(xiàn)代家庭必備電器之一。隨著科學(xué)技術(shù)的開展，人工智能技術(shù)逐漸應(yīng)用于家用電器中。人們對洗衣機的要求在不斷地提高，傳統(tǒng)的全自動洗衣機已經(jīng)不能完全滿足人們的需求。智能洗衣機應(yīng)運而生。

本設(shè)計為基于模糊控制理論的微電腦程控式的智能洗衣機設(shè)計。應(yīng)用模糊控制可以實現(xiàn)對洗滌過程中的水位和洗滌時間的合理控制。洗滌過程中，洗衣機能自動檢測出布量和布質(zhì)，自動地確定水位和洗滌時間，使衣物能夠到達最正確的洗滌效果。

系統(tǒng)的硬件主要包括主控芯片，電源電路，驅(qū)動電路，傳感器電路，顯示電路，鍵盤輸入電路等。由于本次設(shè)計采用了功能強大的AT89C52單片機為主控制芯片，因此系統(tǒng)具有控制能力強，硬件簡單，工作可靠等優(yōu)點。關(guān)鍵詞：AT89C52單片機；智能洗衣機；模糊控制AbstractThewashingmachineisoneoftheessentialelectricalappliancesofthemodernfamily.Withthedevelopmentofscienceandtechnology，artificialintelligencetechnologyisgraduallyappliedinhouseholdappliances.Astherequirementsforwashingmachineisconstantlyimproving，thetraditionalautomaticwashingmachinecannotmeettheneedsofpeople.Intelligentwashingmachinescametobeing.

Thispaperdescribesthesystemdesignofmicrocomputerprogrammedintelligentwashingmachinesbasedonthefuzzycontroltheory.Theapplicationoffuzzycontrolcanreasonablycontrolthewaterlevelandwashingtimeinwashingprocess.Intheprocessofwashing，Intelligentwashingmachinecanautomaticallydetecttheamountofclothandthetypeoffabric，automaticallymakesurewaterlevelandwashingtime，makeclothingsreachthebestcleaningeffect.

Systemhardwaremainlyincludesthemaincontrolchip，thepowersupplycircuit，drivecircuit，sensorcircuit，displaycircuit，thekeyboardinputcircuit，etc.Becauseitequippedwiththepowerfulsinglechipmicro-computernamedAT89C52，thiswashingmachinehasmanyadvantagesoveritsstrongcontrollingability，simplehardwarestructureandsoon.

Keywords:AT89C52singlechip;Intelligentwashingmachine;fuzzycontrol目錄TOC\o"1-3"\h\u摘要IAbstractII1緒論11.1洗衣機的開展?fàn)顩r概述11.2模糊控制理論簡述21.3智能洗衣機的設(shè)計方案32系統(tǒng)概述52.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)介紹52.2主要芯片及元器件介紹63系統(tǒng)硬件電路設(shè)計153.1系統(tǒng)電源電路153.2溫度檢測電路153.3水位檢測電路153.4濁度檢測電路163.5液晶顯示電路163.6迅響電路173.7鍵盤輸入電路173.8驅(qū)動電路183.9負載檢測電路184系統(tǒng)軟件設(shè)計204.1智能洗衣機實現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)204.2系統(tǒng)主要流程圖244.3系統(tǒng)程序代碼295結(jié)論36參考文獻37附錄：38致謝391緒論1.1洗衣機的開展?fàn)顩r概述1．洗衣機的開展史洗衣服是每個家庭都無法逃避的家庭勞動。洗衣機的出現(xiàn)給人們的生活帶來了相當(dāng)大的方便，它的普及大大降低了大多數(shù)家庭的體力勞作。1858年，美國人漢密爾頓·史密斯制成了第一臺洗衣機。1874年，美國人比爾·布萊克斯創(chuàng)造了第一臺人工攪動式洗衣機，使得“手洗時代”受到了挑戰(zhàn)。1910年美國人研制出了第一臺電動式洗衣機。1922年美國瑪塔依格公司生產(chǎn)出了第一臺攪拌式洗衣機。1932年美德克斯航空公司研制成功了第一臺前裝式滾筒式洗衣機，這臺機衣機能夠使洗滌、漂洗、脫水三個步驟在同一個滾中操作。與此同時，世界各地也相繼出現(xiàn)了洗衣機。洗衣機工業(yè)快速迅猛地開展起來。1937年第一臺自動洗衣機問世。1955年日本研制出波輪式洗衣機。60年代日本出現(xiàn)了半自動洗衣機。70年代生產(chǎn)出了波輪式套桶全自動洗衣機。70年代后期以電腦控制的全自動洗衣機在日本問世。80年代“模糊控制”開始應(yīng)用于洗衣機中，使得洗衣機能夠通過模糊控制使洗衣機操作更加簡單，實現(xiàn)智能化。近半個多世紀里，在工業(yè)興旺國家，全自動洗衣機技術(shù)得到廣范的應(yīng)用，其年總產(chǎn)量及社會普及率均以到達相當(dāng)高的水平。2．我國洗衣機的開展現(xiàn)狀洗衣機在中國起步較晚，1978年才開始正式生產(chǎn)家用洗衣機。隨著改革開放的不斷深入，經(jīng)濟的持續(xù)增長，人民生活水平的普遍提高，人們對于洗衣機的認識也在不斷開展，進入80年代后，中國洗衣機行業(yè)一直保持著旺盛的開展形勢。目前，洗衣機在我國城市甚至廣闊農(nóng)村已得到大范圍的普及。中國洗衣機市場正處于快速更新?lián)Q代階段，市場潛力巨大，隨著家用電器的自動化、智能化開展，人們對于洗衣機的期望也越來越高。1983年，中國洗衣機產(chǎn)量由1978年的400臺增至365萬臺。此后全國各處都大規(guī)模的引進國外先進洗衣機技術(shù)。中國的洗衣機開展突飛猛進，先進技術(shù)的引進、吸收和創(chuàng)新，極大地促進了中國洗衣機的生產(chǎn)能力和產(chǎn)業(yè)質(zhì)量。經(jīng)過三十年的開展，我國的洗衣機年產(chǎn)量已位于世界第一，將近為世界總年產(chǎn)量的四分之一。3．智能洗衣機的開展前景洗衣機是一個家庭中不可或缺的家用電器，其開展速度十分迅速，傳統(tǒng)洗衣機由于功能的需要和技術(shù)的局限，手動控制按紐越來越多。而洗衣機的使用操作者一般是家庭婦女、老人、保姆等，相對而言這些人的文化程度較低，很難掌握正確用法，造成多功能洗衣機功能上的浪費，不能做到盡可能的節(jié)水、節(jié)電、省時。不但中國如此，據(jù)美國消費者協(xié)會亦調(diào)查到：“在家用電器中，一般的美國人常用的功能鍵只有20%～30%，有80%的家庭婦女不能掌握其全部用法?！彼钥刂坪唵味夜δ芡晟频募矣秒娖骶驮絹碓绞軞g送。因此傳統(tǒng)的洗衣機已經(jīng)遠不能滿足人們追求現(xiàn)代化的要求。新型的智能洗衣機應(yīng)運而生。所謂智能洗衣機是微處理器和模糊控制技術(shù)引入到傳統(tǒng)自動洗衣機中的產(chǎn)物。它擁有高度自動化、智能化、人性化的特點，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)進水、洗滌、漂洗、脫水等一系列過程的自動完成，還能夠模擬傳統(tǒng)人工手洗的操作方式，總結(jié)人工手洗的操作經(jīng)驗，通過模糊推理和模糊控制來實現(xiàn)洗衣機的全自動化和智能化。由于智能洗衣機采用了微電腦控制，擁有較大的程序存儲能力，在洗衣機內(nèi)部存儲了很多種洗滌模式，可由用戶任意選擇，能夠最大限度的節(jié)約水、電、洗滌劑，使衣物能夠在盡可能短的時間內(nèi)用最不磨損衣物的方式將衣物洗到盡量的干凈。智能洗衣機的出現(xiàn)可以進一步改變?nèi)藗兊姆绞?，讓人們的生活更加簡單，更少煩雜。在生活水平高度上升的今天，人們將時間越來越少的分配在不必要的機械操作中，智能洗衣機的市場需求十分巨大。有業(yè)內(nèi)人士表示，尖端洗滌技術(shù)的革新所表現(xiàn)出的洗衣方式更加注重健康和個性化，已在市場開展中倍受歡送。1.2模糊控制理論簡述“模糊”是人類感知萬物、獲取知識、思維推理、決策實施的重要特征。1965年，“模糊控制理論”由美國學(xué)者加利福尼亞大學(xué)著名教授L.A.Zadeh首度提出。模糊控制是一種以數(shù)學(xué)為根底，運用語言規(guī)那么表示方法和先進的計算機技術(shù)，由模糊推理進行判決的高級控制策略。模糊控制屬于智能控制范疇，現(xiàn)已開展成人工智能領(lǐng)域中的一個重要分支，其理論開展迅速，應(yīng)用領(lǐng)域廣范，控制效果顯著。與傳統(tǒng)控制理論相比，模糊控制有兩大不可比較的優(yōu)點：第一，模糊控制在許多應(yīng)用中可以有效且便捷的實現(xiàn)人的控制策略和經(jīng)驗，這一優(yōu)點自從模糊控制誕生以來就一直受到人們密切的關(guān)注；第二，模糊控制不需要被控對象的數(shù)學(xué)模型即可實現(xiàn)較好的控制，這是因為被控對象的動態(tài)特性已隱含在模糊控制器輸入、輸出模糊集及模糊規(guī)那么中。如今模糊控制被越來越多的應(yīng)用于各個領(lǐng)域，尤其是被廣泛應(yīng)用于家電系列中，基于模糊控制的洗衣機就是其中的一個典型實例。智能洗衣機整個工作過程的控制是由單片機控制系統(tǒng)實現(xiàn)的，由單片機、穩(wěn)壓電源、信號檢測模塊、振蕩器、蜂鳴器、功能鍵、顯示電路、驅(qū)動電路等組成。智能洗衣機利用數(shù)字單片機組成硬件結(jié)構(gòu)，由軟件進行模糊化，模糊推理和反模糊化作業(yè)。1.3智能洗衣機的設(shè)計方案1．洗衣機控制面板本次設(shè)計的智能洗衣機定義為基于模糊控制的微電腦程控式套桶波輪型洗衣機。其控制面板分為兩個局部：按鍵局部和顯示局部。按鍵局部包括了三個按鍵：電源鍵、程序鍵、啟動/暫停鍵?！?〕電源鍵：手動按下電源鍵，即將電源接入至洗衣機系統(tǒng)?！?〕程序健：選擇工作模式。〔3〕啟動暫停鍵：用于選擇啟動或暫時停止兩種工作狀態(tài)。顯示局部由一個發(fā)光二極管和一個LCD12864液晶顯示器組成，其中發(fā)光二極管指示電源是否接通，液晶顯示器顯示洗滌模式、洗滌狀態(tài)及剩余時間。2．智能檢測待洗衣物的智能檢測是智能洗衣機能夠?qū)崿F(xiàn)智能的關(guān)鍵技術(shù)之一。智能檢測利用了模糊控制原理，根據(jù)各類傳感器提供的洗滌物狀態(tài)和洗衣機運行參數(shù)進行模糊推理。通過對布量、布質(zhì)、溫度、濁度的檢測來確定洗滌過程中的洗滌水位，洗滌時間，漂洗次數(shù)，排水時間，脫水時間等等。3．智能洗衣機工作流程人工放入待洗衣物和洗滌劑后，接通電源，選擇好洗滌模式，按下“啟動/暫?！辨I。此時洗衣機進入智檢過程。首先波輪正轉(zhuǎn)3s，斷電，初步確定水位。然后開進水閥，進水至檢測水位，波輪正轉(zhuǎn)30s，斷電，進行布量分析判斷，確定洗滌水位。繼續(xù)進水至已確定的水位，波輪轉(zhuǎn)動15s，斷電，進行布質(zhì)分析判斷，溫度檢測。通過測得的數(shù)據(jù)初步得出洗滌時間，進入“洗滌”過程。洗滌有三種模式：標準洗滌模式、快速洗滌模式、脫水模式?！?〕標準洗滌模式：首先將衣物浸泡至規(guī)定的時間，然后通過電機的正反轉(zhuǎn)對衣物進行洗滌，并通過對洗滌劑濁度的分析來修正洗滌時間。洗滌完畢，電機停止轉(zhuǎn)動，接通排水閥電機，翻開排水閥，開始排水。當(dāng)水位到達0水位時，進行漂洗前的脫水過程。電機通電，進行脫水。到達預(yù)約時間后，電機斷電，稍后關(guān)閉排水閥。翻開進水閥，進水至規(guī)定水位，起動電機，進行衣物的漂洗。漂洗時間到，電機停止轉(zhuǎn)動，翻開排水閥進行排水，檢測水的濁度，假設(shè)濁度不達標需重復(fù)漂洗程序〔重復(fù)漂洗程序時要先進行脫水〕，漂洗程序最多重復(fù)兩次。漂洗結(jié)束之后，進行最后的脫水程序。開啟排水閥，排水至0水位，電機間斷和連續(xù)順時針轉(zhuǎn)動，到達規(guī)定時間后，電機停止轉(zhuǎn)動，關(guān)閉排水閥，蜂鳴器提示洗滌結(jié)束，軟件切斷電源?！?〕快速洗滌模式：電機正反轉(zhuǎn)對衣物進行洗滌，至預(yù)約時間，進入漂洗程序。第一次漂洗完后，排水時檢測水的濁度，待脫水完畢，假設(shè)測得的濁度不達標那么進行二次漂洗，二次漂洗之后進行最后脫水。脫水完畢，蜂鳴器提示洗滌結(jié)束，軟件切斷電源?！?〕脫水模式：翻開排水閥進行排水，待水位為0水位，啟動電機，進行脫水，至預(yù)約脫水時間，蜂鳴器提示脫水結(jié)束，軟件切斷電源。2系統(tǒng)概述2.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)介紹如圖1所示為智能洗衣機控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。智能洗衣機控制系統(tǒng)采用AT89C52單片機為主控制芯片。外圍電路包括電源電路，振蕩電路，復(fù)位電路，驅(qū)動電路，蜂鳴器電路，負載傳感器模塊，水位傳感器模塊，溫度傳感器模塊，濁度傳感器模塊，LCD顯示模塊，鍵盤輸入模塊等。電源電路電源電路振蕩電路復(fù)位電路鍵盤輸入溫度傳感器水位傳感器負載傳感器溫度傳感器驅(qū)動電路排水閥開關(guān)線圈進水閥電機LCD顯示蜂鳴器電路AT89C52單片機圖1 智能洗衣機結(jié)構(gòu)框圖〔1〕電源電路本次設(shè)計中電源電路用于將220V的市交流電轉(zhuǎn)為所需要的直流電壓。220V市電先經(jīng)變壓器降壓，然后經(jīng)過二極管橋式整流，電容濾波后送入集成穩(wěn)壓器進行穩(wěn)壓，然后將穩(wěn)定的直流電壓輸送給智能洗衣機控制系統(tǒng)電路的其他用電模塊?！?〕驅(qū)動電路洗衣機所用的電動機，電源開關(guān)線圈，進水電磁閥，排水電磁閥均為需要220V市電來帶動的負載，而單片機不能直接控制市電，因此驅(qū)動電動在本次設(shè)計中相當(dāng)重要。本設(shè)計中采用的驅(qū)動電路由光電耦合器MOC3041和大功率晶閘管構(gòu)成。MOC3041是常用的雙向晶閘管輸出的光電耦合器，帶過零觸發(fā)電路，輸入端的控制電流為15mA，輸出端額定電壓為400V，最大重復(fù)浪電流為1A，輸入輸出端隔離電壓為7500V，有很好的隔離性。單片機將控制信號傳遞給MOC3041的輸入端，經(jīng)MOC3041的輸出端來控制大功率晶閘管的控制端，從而由大功率晶閘管來控制相應(yīng)的負載。這種設(shè)計方式可以使系統(tǒng)強弱電之間具有很好的隔離效果，控制方便，性能穩(wěn)定?！?〕傳感器模塊傳感器模塊包括溫度傳感器模塊，水位傳感器模塊，負載傳感器模塊和濁度傳感器模塊。傳感器模塊主要是用來將相應(yīng)傳感器檢測的信號送入AT89C52單片機中。實現(xiàn)系統(tǒng)對特定信號的檢測，使洗衣機得以實現(xiàn)智能控制?！?〕鍵盤輸入模塊本次設(shè)計中鍵盤輸入電路的設(shè)計是方便用戶來自行選擇洗滌模式和控制洗滌程序的啟動/暫停的。由于本次設(shè)計力求使洗衣機使用更為簡單，高度實現(xiàn)智能化，鍵盤按鍵僅有兩個，設(shè)計簡單，采用獨立鍵盤形式?！?〕蜂鳴器電路用蜂鳴器作為發(fā)聲元件，可以在需要的時候發(fā)出聲響，在洗衣機系統(tǒng)中可用于提示洗衣過程結(jié)束及對洗滌過程中出現(xiàn)的故障進行報警。2.2主要芯片及元器件介紹1．AT89C52單片機本設(shè)計采用的主控芯片為AT89C52單片機。AT89C52單片機由ATMEL公司生產(chǎn)，屬于51系列單片機的一種，是一種低電壓、高性能的8位CMOS單片機，片內(nèi)置有通用8位中央處理器和FLASH單元，兼容MCS-51指令系統(tǒng)。AT89C52單片機存儲器采用哈佛結(jié)構(gòu)，程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器空間是相互獨立，分別是含有8K可反復(fù)擦寫的Flash只讀程序存儲器和256B的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器，兩種存儲器都有各自獨立的尋址方式和尋址空間。如圖2所示為AT89C52單片機的引腳示意圖。AT89C52單片機共40個引腳，有32個雙向輸入/輸出〔I/O〕端口，內(nèi)含2個外部中斷口，3個16位可編程定時/計數(shù)器，2個全雙工串行通信口，2個讀寫口線。圖2 AT89C52單片機引腳示意圖其引腳功能如下：〔1〕主電源引腳〔2根〕VCC(Pin40)：電源輸入，接＋5V電源GND(Pin20)：接地線〔2〕外接晶振引腳〔2根〕XTAL1(Pin19)：片內(nèi)振蕩電路的輸入端。當(dāng)使用片內(nèi)振蕩器時，此引腳接微調(diào)電容和石英晶體；當(dāng)采用外接時鐘源時，引腳接振蕩器信號。XTAL2(Pin20)：片內(nèi)振蕩電路的輸出端。當(dāng)使用片內(nèi)振蕩器時，和Pin19的接法一樣；當(dāng)采用外部時鐘源時，此引腳懸空?！?〕控制引腳〔4根〕RST/VPP(Pin9)：復(fù)位引腳，引腳上出現(xiàn)2個機器周期的高電平將使單片機復(fù)位。Vpp為第二引腳功能，當(dāng)對片內(nèi)Flash進行編程時，此引腳接入編程電壓。ALE/PROG(Pin30)：地址鎖存允許信號。假設(shè)訪問外部程序存儲器〔ROM〕和數(shù)據(jù)存儲器〔RAM〕，ALE將用于鎖存低8位的地址。此時，ALE仍會以時鐘振蕩頻率的1/6輸出一個固定的脈沖信號，可用于對外輸出時鐘或定時。此外，可通過對特殊功能存放器〔SFR〕中的8EH單元的D0位置位，可以禁止ALE操作。該位置位后，只有MOVX和MOVC指令才能把ALE激活。PSEN(Pin29)：外部存儲器讀選通信號，當(dāng)為低電平時外部存儲器讀選通。EA/VPP(Pin31)：程序存儲器的內(nèi)外部選通信號，接低電平時從外部程序存儲器讀指令，接高電平那么從內(nèi)部程序存儲器讀指令?！?〕可編程輸入/輸出引腳〔32根〕AT89C52單片機有4組8位的可編程I/O口，分別位P0、P1、P2、P3口，每個口有8位〔8根引腳〕，共32根。P0口〔P0.0～P0.7〕：8位雙向I/O口線。P0口是一個漏極開路的I/O口。作為輸出口，每一位均可以驅(qū)動8個TTL負載。當(dāng)對某個P0端口寫入“1”時，該引腳可以用作高阻抗輸入。當(dāng)訪問外部程序存儲器或者數(shù)據(jù)存儲器時，P0口也被作為地址總線〔低8位〕和數(shù)據(jù)分時復(fù)用。在這種模式下，P0不需要外加上拉電阻。P0口也可以作為I/O口使用，也可以用來接收指令字節(jié)；在程序校驗時，輸出指令字節(jié)，此時需要加10K-4.7K的外部上拉電阻。P1口〔P1.0～P1.7〕：8位準雙向I/O口線。P1口內(nèi)部具有上拉電阻，P1口輸出緩沖器能夠驅(qū)動4個TTL負載。假設(shè)對P1口寫入“1”的時候，內(nèi)部上拉電阻就會把端口拉高，此時可以用作輸入口。當(dāng)作為輸入口使用時，被外部拉低的引腳因為其內(nèi)部電阻，將輸出電流。此外，P1.0和P1.2分別可以作定時器/計數(shù)器2的外部計數(shù)輸入和定時器/計數(shù)器2的觸發(fā)輸入。P2口〔P2.0～P2.7〕：8位準雙向I/O口線。P2輸出緩沖器能夠驅(qū)動4個TTL負載。當(dāng)對P2端口寫入“1”的時候，內(nèi)部上拉電阻就會把端口拉高，此時就可以作為輸入口使用。當(dāng)作為輸入使用時，被外部拉低的引腳因為其內(nèi)部電阻，將會輸出電流。在訪問其外部ROM或用16位地址讀取外部RAM時，P2口就會送出高八位地址。此時，P2口利用內(nèi)部上拉發(fā)送“1”。當(dāng)使用8位地址，訪問其外部數(shù)據(jù)存儲器〔RAM〕時，P2口將會輸出P2鎖存器的內(nèi)容。在Flash編程或者校驗時，P2口也用于接收高8位地址和某些控制信號。P3口〔P3.0～P3.7〕：8位準雙向I/O口線。P3口其內(nèi)部具有上拉電阻，P2口輸出緩沖器能夠驅(qū)動4個TTL負載。當(dāng)對P3口寫入“1”的時候，內(nèi)部上拉電阻就會把端口拉高，此時就可以作為輸入口使用。當(dāng)作為輸入使用時，被外部拉低的引腳因為其內(nèi)部電阻，將會輸出電流。P3口也作為STC8C52具有第二功能的引腳使用，如表1所示。表1P3口第二功能引腳圖引腳第二功能說明P3.0RXD串行輸入口P3.1TXD串行輸出口P3.2INT0外中斷0P3.3INT1外中斷1P3.4T0定時/計數(shù)器0P3.5T1定時/計數(shù)器1P3.6WR外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通P3.7RD外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通2．點陣型LCD2864簡介12864是一種圖形點陣液晶顯示器，它主要由行驅(qū)動器/列驅(qū)動器及128×64全點陣液晶顯示器組成?？赏瓿蓤D形顯示，也可以顯示8×4個(16×16點陣)漢字。表2為12864的引腳功能表。表212864引腳功能表引腳號引腳名稱LEVER管腳功能1VSS0電源地2VDD+5.0V電源電壓3V0——液晶顯示器驅(qū)動電壓4D/I(RS)H/LD/I=“H”，表示DB7~DB0為顯示數(shù)據(jù)D/I=“L”，表示DB7~DB0為顯示指令數(shù)據(jù)5R/WH/LR/W=“H”，E=“H”數(shù)據(jù)被讀到DB7~DB0R/W=“L”，E=“H→L”數(shù)據(jù)被寫到IR或DR6EH/LR/W=“L”，E信號下降沿鎖存DB7~DB0R/W=“H”，E=“H”DDRAM數(shù)據(jù)讀到DB7~DB07DB0H/L數(shù)據(jù)線8DB1H/L數(shù)據(jù)線9DB2H/L數(shù)據(jù)線10DB3H/L數(shù)據(jù)線11DB4H/L數(shù)據(jù)線12DB5H/L數(shù)據(jù)線13DB6H/L數(shù)據(jù)線14DB7H/L數(shù)據(jù)線15CS1H/LCS1＝H，選擇芯片右半屏信號16CS2H/LCS2＝H，選擇芯片左半屏信號17RETH/L復(fù)位信號，RET＝L復(fù)位18VOUT-10VLCD驅(qū)動負電壓19LED+——LED背光板電源20LED-——LED背光板電源12864LCD的指令系統(tǒng)及時序。12864液晶顯示模塊〔即KS0108B及其兼容控制驅(qū)動器〕的指令系統(tǒng)比較簡單，總共只有七種。其指令表如表3所示：表312864指令表指令名稱控制信號控制代碼R/WRSDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0顯示開關(guān)0000111111/0顯示起始行設(shè)置0011XXXXXX頁設(shè)置0010111XXX列地址設(shè)置0001XXXXXX讀狀態(tài)10BUSY0ON/OFFRST0000寫數(shù)據(jù)11寫數(shù)據(jù)讀數(shù)據(jù)11讀數(shù)據(jù)3．負載傳感器負載傳感器由電動機的反電動勢檢測電路，光耦合器和濾波電路組成?？梢詼y得電動機在不同階段的反電動勢.應(yīng)用于洗衣機中可以通過模糊推論得出布量和布質(zhì)的信息.其電路示意圖如圖3所示：圖3 負載傳感器電路示意圖起動主電機旋轉(zhuǎn)，等電機轉(zhuǎn)速穩(wěn)定后切斷電源，主電機由于慣性繼續(xù)轉(zhuǎn)動直到停止.在主電機斷電慣性旋轉(zhuǎn)時，主電機處于發(fā)電狀態(tài)，會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢輸出.如果負載較大主電機處于發(fā)電狀態(tài)的時間就長，如果負載較小那么主電機處于發(fā)電狀態(tài)的時間就相對較短。如圖4所示：整形脈沖整形脈沖時間斷電后電機轉(zhuǎn)速穩(wěn)定 圖4(a) 負載小整形脈沖整形脈沖時間斷電后電機轉(zhuǎn)速穩(wěn)定 圖4(b) 負載大圖4電機斷電后負載與整形脈沖的關(guān)系圖將負載傳感器應(yīng)用于洗衣機中就可以以通過屢次測量負載的方式來判斷衣物的布質(zhì)和布量。4．溫度傳感器DS18B20溫度傳感器是美國DALLAS公司生產(chǎn)的一款超小體積，超低硬件開銷的溫度傳感器。DS18B20采用先進的單總路線數(shù)據(jù)通信，能夠進行全數(shù)字的溫度轉(zhuǎn)換及輸出，其分辨率最小的公作周期為750毫秒，可檢測溫度范圍為-55℃～+125℃。它可以提供9位(二進制)溫度讀數(shù)，指示器件的溫度信息經(jīng)過單線接口送入DSl8B20或從DSl8B20送出，因此從主機CPU到DSl8B20僅需一條線(和地線)，不需要用戶自行去進行模數(shù)轉(zhuǎn)換。圖5為溫度傳感器DS18B20。 圖5 DS18B20DS18B20共三個引腳，引腳1接電壓地，引腳2接單數(shù)據(jù)總線，引腳3接高電平電源。5．諧振式水位傳感器諧振式水位傳感器，采用了新型的傳感原理，把水位的上下轉(zhuǎn)化成水位與頻率的對應(yīng)關(guān)系，主要用于在洗衣機中作為洗衣機特定的水位傳感器使用。如圖6所示是諧振式水位傳感器的結(jié)構(gòu)圖。洗衣機的水位H轉(zhuǎn)換成導(dǎo)管口中的氣壓，導(dǎo)管中的水通過通過入嘴進入氣室。由于氣室上面是封閉的，與水位H成正比的氣壓被傳到隔膜上。隔膜上嵌裝有導(dǎo)板，當(dāng)水位H上升時，氣壓增大，導(dǎo)板向上移動，當(dāng)水位下降時，氣壓降低，在彈簧的作用下，導(dǎo)板向下移動。導(dǎo)板中心有導(dǎo)向軸，受外殼的支撐點限位，使導(dǎo)板上下平行移動，不致偏移。導(dǎo)板上有固定支架，裝有磁性元件，在導(dǎo)管內(nèi)氣壓作用下導(dǎo)板上下平行移動時，帶動磁性元件使其與線圈之間的相對位置發(fā)生變化，因此線圈的電感量發(fā)生變化。該電感與電容組成三點式振蕩電路，振蕩的固有頻率隨水位的變化而變化，因此我們只要測得振蕩頻率就可以測知水位。圖6 諧振式水位傳感器的結(jié)構(gòu)圖圖7為水位與振蕩頻率的對應(yīng)關(guān)系圖。由圖可以看出諧振式水們傳感器的輸出特性曲線根本上呈線性變化。在洗衣機進水和排水過程中，水位從50～450mm任意一頻率的誤差可忽略不計。調(diào)試后的水位傳感器的測量氣壓的范圍為0～5.5kPa，電感的變化范圍為3.3～5.40mH。當(dāng)水位〔0～450mm〕高度一定時，與其對應(yīng)的傳感器輸出頻率在〔26.8～23.04kHz〕范圍內(nèi)可以任意設(shè)定。圖7水位與振蕩頻率的對應(yīng)關(guān)系圖6．濁度傳感器TS濁度傳感器是GE公司專門為了用于家電產(chǎn)品中的檢測水濁度的低本錢傳感器，主要用于洗衣機、洗碗機等產(chǎn)品的水污濁程度的測量。通過測量水的污濁程度來判斷所洗物品潔凈程度，從而確定最正確的洗滌時間。TS濁度傳感器采用一定的紅外發(fā)光二極管作為檢測光源，穿透洗滌劑，檢測其透光強度。當(dāng)光線穿過一定量的水時，光線的透過量取決于該水的污濁程度，水越污濁，透過的光就越少。光接收端把透過的光強度轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的電流大小，透過的光多，電流大，反之透過的光少，電流小。通過測量接收端電流的大小，就可以計算出水的污濁程度。其原理圖如圖8所示：濁度電流信號經(jīng)過電阻R1轉(zhuǎn)換為0V～5V電壓信號，利用A/D轉(zhuǎn)換器進行采樣處理，單片機就可以獲知當(dāng)前水的污濁度。圖8 濁度傳感器電路圖3系統(tǒng)硬件電路設(shè)計3.1系統(tǒng)電源電路如圖9所示，電源電路由變壓器，橋式整流電路，電容，集成穩(wěn)壓器7815和集成穩(wěn)壓器7805組成。從集成穩(wěn)壓器7815輸出端輸出的15V電壓直接用于給V/F轉(zhuǎn)換器供電，從集成穩(wěn)壓器7805輸出端輸出的5V電壓用于給其他直流低壓局部提供電源。圖9電源電路3.2溫度檢測電路如圖10所示，溫度檢測電路主要由溫度傳感器DS18B20來實現(xiàn)，輸出端DQ與單片機P2.1口相連，將由DS18B20檢測到的溫度信號由P2.1口送到單片機中。圖10 溫度檢測電路3.3水位檢測電路如圖11所示為水位檢測電路。為了使計算機直接讀數(shù)，傳感器采用敏感元件，L為傳感器內(nèi)部線圈，匝數(shù)為480匝，電感量在(3.30～5.40mH)，初始電感量為3.30mH。電容C1、C3選用0.22uF/63V。R5為1k，R8為4.7k。L、C1、C3組成的諧振電路與數(shù)字反向器7404連接輸出標準方波，隨著水位的變化，諧振頻率作相應(yīng)的改變。圖11 水位檢測電路3.4濁度檢測電路如圖12所示，濁度檢測電路由濁度傳感器和壓頻轉(zhuǎn)換電路組成。濁度傳感器輸出端Q的電壓信號送到壓頻轉(zhuǎn)換LMX31的7號引腳，LMX31將電壓信號轉(zhuǎn)換成頻率信號經(jīng)3號引腳送入到單片機中進行運算，從而判斷出洗滌劑的濁度及其變化率。圖12 濁度檢測電路3.5液晶顯示電路LCD12864是一種常用的液晶顯示器，內(nèi)含有國標一級、二級簡體中文字庫。通過使用LCD12864可以實現(xiàn)本設(shè)計所需要的顯示效果。如圖13所示，12864的數(shù)據(jù)口與單片機的P0口相連，通過控制P0口的輸出即可調(diào)整液晶顯示的字符。RS、RW、EN為LCD與單片機之間的讀寫控制信號，通過對其控制可以實現(xiàn)對LCD的讀寫控制。圖13 液晶顯示電路3.6迅響電路如圖14所示，AT89C52的P1.3與9012的基極相連。當(dāng)P1.3輸出高電平時，9012截止，蜂鳴器不發(fā)生；當(dāng)P1.3輸出低電平時，9012導(dǎo)通，蜂鳴器發(fā)出蜂鳴聲。圖14 訊響電路3.7鍵盤輸入電路本設(shè)計采用獨立鍵盤進行手動控制。如圖15所示，獨立鍵盤共有兩個按鍵，其中一個按鍵用于選擇洗滌模式，另一個用于控制洗衣機的啟動和暫停。圖15 鍵盤輸入電路3.8驅(qū)動電路本設(shè)計中驅(qū)動電路由光電耦合器MOC3041和大功率晶閘管構(gòu)成。如圖16所示，當(dāng)MOC3041的2號引腳為高電平時，5號和6號引腳之間不導(dǎo)通，大功率晶閘管不導(dǎo)通，相應(yīng)負載斷電；當(dāng)MOC3041的2號引腳為低電平時，其5號和6號引腳之間導(dǎo)通，大功率晶閘管導(dǎo)通，相應(yīng)的負載處于啟動狀態(tài)，驅(qū)動負載工作。圖16 驅(qū)動電路3.9負載檢測電路負載檢測電路是本次設(shè)計中洗衣機能實現(xiàn)智能檢測的關(guān)鍵電路。其電路圖如圖17所示。經(jīng)電動機兩端輸出的感應(yīng)電動勢先后經(jīng)過半波整流，光耦，濾波送入到單片機的P2.7口進行分析檢測出負載信息。圖17負載檢測電路圖4系統(tǒng)軟件設(shè)計4.1智能洗衣機實現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)1．布質(zhì)布量及濁度的檢測〔1〕布量檢測洗衣機的額定洗凈率是按額定容量設(shè)計的。當(dāng)衣物量減少時，由于衣物間的摩擦和翻滾都發(fā)生了變化，其洗凈率也會發(fā)生變化，特別是衣物量與額定洗滌容量相差較大時，這個變化尤為明顯。根據(jù)模糊控制的要求，我們專門研究了衣物量變化時，洗凈率與水位、洗滌時間的關(guān)系。洗滌電機帶動負載運轉(zhuǎn)時，突然切斷電源，由于慣性作用，會維持短時間旋轉(zhuǎn)，這時轉(zhuǎn)子剩磁切割定子繞組而產(chǎn)生感應(yīng)電勢，該電勢可以從定子繞組兩端檢出。由于衣物的阻尼作用，電機轉(zhuǎn)速迅速下降，感應(yīng)電勢相應(yīng)衰減，其衰減時間與衣物量成一定比例。由于測反電勢的方法不需增加專用傳感器，只需從電機起動電容兩端取出信號，經(jīng)過隔離、放大、整形后，由計算機檢測出反電勢的脈沖個數(shù)，即可得到衣物量的信息。布量與整形脈沖數(shù)的關(guān)系如圖18所示。(a)布量多整形脈沖(a)布量多整形脈沖斷電后電機轉(zhuǎn)速穩(wěn)定時間整形脈沖時間電機轉(zhuǎn)速穩(wěn)定(b)布量少圖18布量與整形脈沖數(shù)的關(guān)系圖〔2〕布質(zhì)檢測衣物纖維根本上可以分為棉質(zhì)和化纖兩大類。對棉質(zhì)衣物，由于污質(zhì)易于滲入纖維里，因此洗滌較為困難，同時，棉質(zhì)衣物易于吸水變沉，使衣物在洗滌過程中翻滾困難。對于化纖衣物，污質(zhì)一般只會粘附于衣物外表，而不會滲于纖維內(nèi)部，因而較易洗滌。因此，對于不同衣質(zhì)類型其洗滌方式有所不同。棉質(zhì)衣物和化纖衣物在不同水位有不同的阻尼，反響在電機停轉(zhuǎn)時感應(yīng)電勢的脈沖個數(shù)的特性如圖19。脈沖數(shù)n脈沖數(shù)n水位高時水位低時棉布混紡化纖圖19棉質(zhì)衣物和化纖衣物的阻尼特性從圖中可以看出，當(dāng)衣物是化纖時，兩種測定過程中得到的脈沖數(shù)差值較小，而衣物是棉質(zhì)時，兩種測定過程中得到的脈沖數(shù)差值較大?！?〕濁度的檢測衣物的臟污(包括臟污程度和臟污性質(zhì))檢測是由紅外光電傳感器，通過分析透光率的變化關(guān)系，從而檢測臟污程度和臟污性質(zhì)。圖20為洗滌過程中，紅外光電傳感器透光率的變化曲線。從圖20〔a〕可以看出，臟污程度較重的，在洗滌一段時間后，透光率變化較大;臟污程度較輕的，在洗滌一段時間后，透光率變化較小。圖20(b)中的兩條曲線在洗滌一段時間后比較接近，但其變化速率不一樣。對于油污性質(zhì)的臟污，由于其溶解速度慢，因而透光率的變化率較小;反之，對于泥性臟污，由于易于脫落，因而透光率的變化較大。因此，可通過檢測紅外光電傳感透光率變化的絕對量和相對量，檢測衣物的臟污程度和臟污性質(zhì)。為了檢測衣物的污濁程度，采用如下特殊處理過程：在洗滌的過程中檢測濁度，濁度的檢測點在電機停止的時隙中完成。此時洗滌劑較為平靜，水中氣泡揮發(fā)氣泡的影響較小，污濁度檢測的誤差較小。在排水過程中檢測濁度，要等排水管中排水狀態(tài)穩(wěn)定前方可檢測濁度。臟污程度重臟污程度重臟污程度低洗滌時間透光率圖20〔a〕臟污程度與洗滌時間的關(guān)系油污洗滌時間泥污透光率圖20〔a〕油污和泥污與洗滌時間的關(guān)系圖20 臟污洗滌時間與透光率的關(guān)系對濁度傳感器輸出信號的采樣和處理，就是連續(xù)采樣10個數(shù)據(jù)，累加取平均值，將得到數(shù)據(jù)作為結(jié)果。數(shù)據(jù)采樣處理過程可以在中斷中進行。洗滌過程中濁度的變化率檢測為兩次濁度測量結(jié)果的差值來判斷，當(dāng)差值在一定的范圍內(nèi)表示衣物洗凈，否那么洗滌加時；排水過程中對濁度的檢測要求判斷濁度的值，當(dāng)濁度值在一定范圍內(nèi)那么表示漂洗干凈，否那么要進行再次漂洗。2．模糊控制規(guī)那么在本次設(shè)計中，模糊控制即是利用檢測到的衣質(zhì)、衣量、水溫、濁度等信息進行分段就評估計算使其模糊化，再根據(jù)模糊規(guī)那么進行推理，然后根據(jù)推理的結(jié)果來進行模糊判決確定最適宜的水位、浸泡時間、洗滌時間、漂洗時間、脫水時間及進/排水時間。智能洗衣機的模糊控制結(jié)構(gòu)如圖21所示?！?〕水量確實定如果檢測到的衣量較多，那么水位為高；如果檢測到的衣量為中，那么水位為中；如果檢測到的衣量較少，那么水位為低。負載傳感器模糊推理溫度傳感器水位傳感器負載傳感器模糊推理溫度傳感器水位傳感器濁度傳感器漂洗時間脫水時間進水時間排水時間洗滌時間水位〔2〕浸泡時間確實定如果測得的溫度為室溫，那么浸泡時間短；如果測得的溫度為低溫，測浸泡時間長?！?〕進/排水時間確實定如果檢測到的衣量較多，進/排水時間較長；如果檢測到的衣量為中，進/排水時間為中；如果檢測到的衣量較少，進/排水時間較短。如果檢測到的衣量較少，排水時間較短?！?〕洗滌時間確實定如表4所示為洗滌時間確實定規(guī)那么。表4 洗滌時間確實定規(guī)那么表衣量時間水溫衣量較多衣量適中衣量較少棉多化纖多棉多化纖多棉多化纖多適溫長較長中較短短加短低溫加長長較長中較短短〔5〕漂洗時間確實定如表5所示為洗滌時間確實定規(guī)那么表5 漂洗時間確實定規(guī)那么表衣量時間水溫衣量較多衣量適中衣量較少棉多化纖多棉多化纖多棉多化纖多適溫長較長中較短短加短低溫加長長較長中較短短〔6〕脫水時間確實定如果檢測到的衣量較多，脫水時間較長；如果檢測到的衣量為中，脫水時間為中；如果檢測到的衣量較少，脫水時間較短?！?〕濁度對時間的影響為了能盡可能將衣物洗的干凈，在洗滌的過程中同時還會對洗滌劑的濁度進行測量，如果洗滌時間到了但是濁度的變化率不達標那么認定洗衣過程還沒有結(jié)束，需要調(diào)整洗滌時間，調(diào)整時間的次數(shù)最多為兩次；在每次漂洗結(jié)束之后也要對排出的洗滌劑進行濁度檢測，假設(shè)此時濁度不達標那么要增加漂洗次數(shù)，漂洗次數(shù)最多為3次。4.2系統(tǒng)主要流程圖1．系統(tǒng)主程序流程圖開始開始初始化12864初始化t0轉(zhuǎn)鍵盤掃描子程序圖22 主程序流程圖2．鍵盤掃描流程圖開始開始有鍵按下？否是是啟動鍵？按下次數(shù)為3x+1？是否轉(zhuǎn)向標準洗滌模式按下次數(shù)為3x+2？轉(zhuǎn)向快速洗滌模式轉(zhuǎn)向脫水模式是否否圖23鍵盤掃描流程圖3．洗衣機自檢流程圖開始開始電機正轉(zhuǎn)3s3s時間到了？是否初步確定水位，進水至檢測水位電機正轉(zhuǎn)30s30s時間到了？是否檢測布量，進水至標準水位電機正轉(zhuǎn)15s15s時間到了？否是檢測布質(zhì)，初步確定洗滌時間圖24洗衣機自檢流程圖4．標準洗滌模式流程圖開始洗衣機自檢浸泡到規(guī)定時間洗滌到規(guī)定時間開始洗衣機自檢浸泡到規(guī)定時間洗滌到規(guī)定時間檢測洗滌劑濁度濁度變化率達標？否是排水脫水第三次還不達標？洗滌加時否是進水至規(guī)定水位漂洗到規(guī)定時間排水，檢測洗滌劑濁度濁度達標？第三次不達標？脫水結(jié)束否是否是5．快速洗滌模式流程圖開始開始洗衣機自檢洗滌到規(guī)定時間排水脫水進水至規(guī)定水位漂洗到規(guī)定時間排水，檢測洗滌劑濁度濁度達標了？是第三次漂洗？脫水結(jié)束否是是否圖26 快速洗滌模式流程圖6.脫水模式流程圖開始開始洗衣機自檢排水脫水到規(guī)定時間圖27 脫水模式流程圖4.3系統(tǒng)程序代碼源程序//====================================================================// //洗衣機控制模型--C程序////=================================AT89S52============================// //晶振頻率為24MHz////====================================================================//#ifndef__KEYSCAN_H__#define__KEYSCAN_H__#include<reg52.h>#include"lcd_12864.h"#include"wash.h"#include"delay.h"sbitmode=P1^4; //設(shè)置按鍵sbitstart_pause=P1^5;//啟動暫停按鍵voidkeyscan();#endif//====================================================================//#include"keyscan.h"uintmodenum;externxidimode;voidkeyscan(){ if(mode==0) { delay_ms(5); //延時消抖 if(mode==0) {while(!mode); //松手檢測 modenum++; if(modenum==1) { photodisplay(0，1，5); }//反白顯示 if(modenum==2) { photodisplay(0，2，5); } if(modenum==3) {photodisplay(0，3，5); } if(modenum==4) { modenum=1; photodisplay(0，1，5); } } } if(start_pause==0) { delay_ms(5); if(start_pause==0) { while(!start_pause); //松手檢測 if(modenum==1) { biaozhun(); xidimode=0; //標準洗滌 } if(modenum==2) { fast(); xidimode=2; //快速洗滌 } if(modenum==3) { tuoshui(); xidimode=3; //脫水 } } }}//====================================================================//#ifndef__DS18B20_H__#define__DS18B20_H__#include<reg52.h>#include"delay.h"sbitDQ=P2^0;bitInit_DS18B20();voidWriteOneChar(uchardat);ucharReadOneChar();uintReadTemp();#endif//====================================================================//#include"DS18B20.h"bitInit_DS18B20(){ bitdat=0; DQ=1;//DQ復(fù)位 DelayUs2x(5);//稍做延時 DQ=0;//單片機將DQ拉低 DelayUs2x(200);//精確延時大于480us小于960us DelayUs2x(200); DQ=1;//拉高總線 DelayUs2x(50);//15~60us后接收60-240us的存在脈沖 dat=DQ;//如果x=0那么初始化成功，x=1那么初始化失敗 DelayUs2x(25);//稍作延時返回 returndat;}voidWriteOneChar(uchardat){ uchari; for(i=8;i>0;i--) { DQ=0; DQ=dat&0x01; //按位與 DelayUs2x(25); DQ=1; dat>>=1; } DelayUs2x(25);}ucharReadOneChar(){ chari; uchardat=0; for(i=8;i>0;i--) { DQ=0;//給脈沖信號 dat>>=1; //稍微延時 DQ=1;//給脈沖信號 if(DQ==1) dat|=0x80; DelayUs2x(25); } return(dat);}uintReadTemp()/*讀取溫度值并轉(zhuǎn)換*/{ uintt，LSB，MSB; Init_DS18B20(); WriteOneChar(0xcc);//跳過讀序列號的操作 WriteOneChar(0x44);//*啟動溫度轉(zhuǎn)換*/ delay_ms(10); Init_DS18B20(); WriteOneChar(0xcc);//跳過讀序列號的操作 WriteOneChar(0xbe);//*讀取溫度*/ LSB=ReadOneChar();//低位 MSB=ReadOneChar();//高位 Init_DS18B20(); //中止讀取后面不需要的字節(jié)以減少讀取時間 t=(int)(((MSB<<8)|LSB)*0.0625); 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write_com(0x34);//寫數(shù)據(jù)時，關(guān)閉圖形顯示 for(i=0;i<32;i++) { write_com(0x80+i);//先寫入水平坐標值 write_com(0x80);//寫入垂直坐標值 for(j=0;j<16;j++)//再寫入兩個8位元的數(shù)據(jù) write_date(0x00); delay_ms(1); } for(i=0;i<32;i++) {write_com(0x80+i); write_com(0x88); for(j=0;j<16;j++) write_date(0x00); delay_ms(1); } write_com(0x36);//寫完數(shù)據(jù)，開圖形顯示}voidphotodisplay(ucharx，uchary，ucharwidth)//反白，X為0-7，Y為0-3，width為行反白格數(shù){ uchari，j，fanbaiflag=0x00; fanbai_ready(); if(y>1) {fanbaiflag=0x08; y=y-2; } write_com(0x34);//寫數(shù)據(jù)時，關(guān)閉圖形顯示，且翻開擴展指令集 for(i=0;i<16;i++) { write_com(0x80+(y<<4)+i); write_com(0x80+fanbaiflag+x); for(j=0;j<width;j++) { write_date(0xff); write_date(0xff); } delay_ms(1); } write_com(0x36);//寫完數(shù)據(jù)，開圖形顯示 write_com(0x30);//從擴展指令到根本指令}//================================