毕业设计（论文）--全自动洗衣机的时控数显系统.doc

毕业设计（论文） 题目: 全自动洗衣机的时控数显系统专业: 班级: 学号: 姓名: 指导老师: 成都电子机械高等专科学校二一一年五月III摘 要基于模糊控制的全自动洗衣机自动控制系统, 所有的电路都是在单片机的控制下工作的，目前通常采用的是Motorola公司的MC6805系列的单片机，而本设计中采用了ATMEL公司的AT89C51作为控制核心，以单片机89C51为核心结合接口芯片及外围电路以实现洗衣机的智能控制。其中模糊控制器的设计是关键环节，采用传感器检测洗衣过程必需的物理量，进入模糊控制器，通过模糊推理，实现对洗衣机自动识别衣质、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的控制。本设计在洗涤过程中采用了实时模糊控制，提高洗衣质量,节约能源。硬件结构框图及软件流程图是该系统的重要组成部分,在整个控制过程中，模糊控制软件起了决定性的作用。关键词： 模糊控制；单片机；全自动洗衣机AbstractBased on fuzzy control completely automatic washer automatic control system, All electric circuits are worked under the monolithic integrated circuit control, at present, usually uses monolithic integrated circuit is Motorola Corporations MC6805 series , but in this design ,it used ATMEL Corporations 8051 to take the control core, 8051 realizes the washer intelligent control, take the monolithic integrated circuit as the core unioning connection chip and the periphery electric circuit. Fuzzy controllers design is the essential link. It uses the sensor to examine the essential physical quantity of the wash clothes process, they enter the fuzzy controller, through the fuzzy reasoning, realizes of the washer automatic diagnosing clothes nature, the clothes quantity, the automatic diagnosing dirty degree, automatically deciding the water volume, function , automatic investing appropriate detergent, and so on. In this design , the process of washing uses the real-time fuzzy control, enhanced the quality of washing clothes ,Saves the energy. The hardware architecture diagram and the software flow chart are the important constituent of this system , In entire controlled process, Fuzzily controlled software plays the decisive role. Keywords：fuzzy control；single-chip; full automatic washer目录摘 要IAbstractII第一章 绪 论11.1全自动洗衣机的介绍11.1.1全自动洗衣机的发展背景11.1.2全自动洗衣机的发展前景11.1.3全自动洗衣机的设计目的21.1.4模糊控制理论简介21.2全自动洗衣机的设计方案31.2.1按键和指示31.2.2洗衣机自检31.2.3洗衣程序31.2.4显示41.2.5参数处理4第二章硬件设计52.1主要元器件的介绍52.1.1CPU选型52.1.2 A/D转换器92.1.3传感器102.1.4显示器122.2硬件系统结构设计132.3硬件设计142.3.1 单片机的复位电路142.3.2单片机的时钟电路与时序142.3.3电源电路162.3.4 A/D转换162.1.5 其它电路17第三章软件设计183.1全自动洗衣机中的模糊控制183.1.1模糊控制器183.1.2模糊控制实现方法183.2软件流程图203.3源程序27第四章软件访真38结 论39致 谢40参考文献41附 录原理图42第一章 绪 论1.1全自动洗衣机的介绍洗衣机是一种在家庭中不可缺少的家用电器,发展非常快,而全自动式洗衣机因使用方便更加得到大家的青睐,全自动即进水、洗涤、漂洗、甩干等一系列过程自动完成,控制器通常设有几种洗涤程序,对不同的衣物可选择不同的洗涤方式。1.1.1全自动洗衣机的发展背景从古到今，洗衣服都是一项难于逃避的家务劳动，而在洗衣机出现以前，对于许多人而言，它并不像田园诗描绘的那样充满乐趣，手搓、棒击、冲刷、甩打这些不断重复的简单的体力劳动，留给人的感受常常是：辛苦劳累。1858年，汉密尔顿史密斯制成了世界上第一台洗衣机。1874年,“手洗时代”受到了前所未有的挑战，美国人比尔布莱克斯发明了世界上第一台人工搅动洗衣机。1911年美国人又研制了世界上第一台电动洗衣机。1920年美国的玛依塔格公司又把洗衣机的木制桶改为铝制桶体，第二年又把铝制桶体改为外层铸铝、内层为铜板的双层结构。1936年，他们又将搪瓷用于洗衣机桶体。与此同时，世界各地也相继出现了洗衣机。欧洲国家研究成功了喷流式洗衣机和滚筒式洗衣机。1932年后，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，洗涤、漂洗和脱水都在同一个滚筒内自动完成，使洗衣机的发展跃上了一个新台阶。这种滚筒洗衣机，目前在欧洲、美洲等地得到了广泛的应用。第二次世界大战结束后，洗衣机得到了迅速的发展，研制出具有独特风格的波轮式洗衣机。这种洗衣机由于其波轮安装在洗衣桶底，又称涡卷式洗衣机。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。1.1.2全自动洗衣机的发展前景全自动洗衣机的发展首先表现在洗涤方式发生巨大变化。原先大多侧重于水流的改变、动力的加大。现在，超音波、电解水、臭氧和蒸汽洗涤的运用，使洗衣机的去污能力从单纯依靠洗衣粉、洗涤剂的化学作用和强弱变化的水流机械作用，向更高层次的健康、环保洗涤方式转变，特别是电解水、超音波技术在洗衣机行业的运用几乎改变了洗衣机的历史洗衣不用或少用洗衣粉、洗涤剂，减少化学品对皮肤的损害和对环境的污染。电解水、臭氧、蒸汽的杀菌除味及消毒功能倍受青睐，引发了洗衣机消费健康潮。另一变化就是高度自动化、智能化、人性化。从半自动、全自动到现在流行的人工智能、模糊控制，只需按一下按钮一切搞定！同时，用户可以按照自己的洗衣习惯，自主选择时间和方式，自编和记忆程序让用户真正做到随心所欲。人性化还表现在使用的方便和舒适，如子母分洗洗衣机可以做到不同衣物分开洗；斜桶和顶开滚筒可以做到取放衣物方便不需深弯腰；蒸汽烘干功能使得晾晒更加方便，DD直驱电机在节能降噪方面效果更加突出，等等。另外，大容量成为不变的消费趋势。前几年，洗衣机容量多为4-5公斤，6公斤的大容量尚很少见。现在，7公斤的容量已经很普遍，8公斤也正常。现代人居空间不断扩大，对宽敞、舒适、方便要求更多，大能容小，大容量洗衣机一台可顶一套。业内人士表示，尖端洗涤技术的革新，所表现出的洗衣方式更加注重健康和个性化，已在市场发展中倍受欢迎。1.1.3全自动洗衣机的设计目的目前中国洗衣机市场正进入更新换代期，市场潜力巨大，人们对于洗衣机的要求也越来越高，目前的洗衣机主要有强弱洗涤功能、进排水系统故障自动诊断功能、暂停等七大功能，在许多方面还不能达到人们的需求。这就要求设计者们有更高的专业和技术水平，能够提出更多好的建议和新的课题，将人们的需要变成现实，设计出更节能、功能更全面、更人性化的全自动洗衣机。目前的洗衣机都没有实现全方面的兼容，大多洗衣的厂家都注重各自品牌的洗衣机的特长，突出一两个与别的洗衣机不同的个性化的功能，洗衣机的各项功能是由单片机控制实现的，单片机的体积小，控制功能灵活，因此，设计出基于单片机的全自动洗衣机控制电路系统具有很强的实用性。1.1.4模糊控制理论简介模糊控制是近代控制理论中建立在模糊集合轮上基础上的一种基于语言规则与模糊推理的控制理论，它是智能控制的一个重要分支。与传统控制理论相比，模糊控制有两大不可比拟的优点：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。所以模糊控制被越来越多的应用于各个领域，尤其是被广泛应用于家电系列中，基于模糊控制的洗衣机就是其中的一个典型实例。1.2全自动洗衣机的设计方案本系统实现了对洗衣机整个洗衣过程的控制，包括用户参数输入、洗衣、漂洗、排水和脱水等阶段。控制系统主要由电源电路、数字控制电路和机械控制电路三大模块构成。电源采用三端集成固定稳压器7805提供+5V电源，数字控制电路负责控制洗衣机的工作过程，主要由AT89C51单片机、三位共阴数码管、按键、蜂鸣器、LED指示灯组成；机械控制电路实现传感器检测、电机驱动、进水、排水等功能，主要由水位检测器、电动机、传动系统部件、进水排水电磁阀组成。1.2.1按键和指示洗衣机面板上有5个按钮K1、K2、K3、K4、K5K1为启动暂停键：按奇数次视为启动，偶数次视为暂停。启动时指示灯亮，暂停灭。K2用于洗衣程序选择：按一下选择洗涤、洗涤灯亮，按两下选择漂洗、漂洗灯亮，按三下选择脱水、脱水灯亮，按四下返回初始状态。K3用于洗衣方式选择：按一下选择轻柔洗方式、轻柔洗灯亮，按两下选择快速洗方式、快洗灯亮，按三下返回初始状态，标准洗方式。K4用于水位选择：按一下进水至低水位、低水位灯亮，按两下进水至高水位、高水位灯亮，按三下返回初始状态程序自动决定进水。K5用于时间选择：按一下洗衣时间短、短时间灯亮，按两下洗衣时间长、长时间灯亮，按三下返回初始状态，洗衣时间适中。其中1占用一个中断口，其它按键只在程序待命和暂停时扫描1.2.2洗衣机自检洗衣机上电后，先进行自检，包括检查安全开关，排水阀状态，进水阀工作过程，电机的运转等，若发现异常现象则蜂鸣器响，报警灯亮。1.2.3洗衣程序洗涤过程通电后，若不选择洗衣周期，则洗衣机从洗涤过程开始。进入洗涤过程，首先进水阀接通，开始向洗衣机供水，当到达要求水位时，进水阀断电关闭，停止进水；电机接通，带动波轮旋转，形成洗衣水流。电机是一个正反转电机，可以形成往返水流，有利于洗涤衣物。漂洗过程与洗涤过程操作相同，只是时间短一些。脱水过程洗涤或漂洗过程结束后，电机停止转动，开始排水，排完水后，电机和离和器也接通，电机开始正转，带动内桶高速旋转，甩干衣物。1.2.4显示洗涤、漂洗及脱水时间都通过倒计时的方式显示在3个LED上，依次为分位，秒十位和秒个位。此外，LED显示为动态扫描显示而程序周期过长所以显示在定时1中进行。1.2.5参数处理要对洗衣机进行控制，首先要用各种传感器不断地检测相关的状态，以作为控制的依据。污浊度传感器，温度传感器和负载传感器，水位传感器都是模拟信号，需要经过A/D转换变成数字信号，单片机接受到这些传感器的信号以后，经过一系列处理作出反应，从而控制洗衣机的工作。第二章硬件设计针对上文的功能，硬件电路应包括七个部分：微处理器控制电路、显示电路、采样电路、电机控制电路、进水阀控制电路、排水阀控制电路和按键报警电路。通过这几个部分电路的协调工作，洗衣机能模拟人脑进行操作。2.1主要元器件的介绍2.1.1CPU选型PIC系列PIC单片机系列是美国微芯公司（Microchip）的产品，它的CPU采用RISC结构，分别有33、35、58条指令，属精简指令集。采用Harvard双总线结构，运行速度快，它能使程序存储器的访问和数据存储器的访问并行处理，这种指令流水线结构，在一个周期内完成两部分工作，一是执行指令，二是从程序存储器取出下一条指令，这样总的看来每条指令只需一个周期，这也是高效率运行的原因之一。此外，它还具有低工作电压、低功耗、驱动能力强等特点。PIC系列单片机共分三个级别，即基本级、中级、高级。PIC系列单片机的I/O口是双向的，其输出电路为CMOS互补推挽输出电路。I/O脚增加了用于设置输入或输出状态的方向寄存器，当置位1时为输入状态，且不管该脚呈高电平或低电平，对外均呈高阻状态；置位0时为输出状态，不管该脚为何种电平，均呈低阻状态，有相当的驱动能力，低电平吸入电流达25mA，高电平输出电流可达20mA。该系列单片机的专用寄存器（SFR）并不像51系列那样都集中在一个固定的地址区间内(80FFH)，而是分散在四个地址区间内。只有5个专用寄存器，得反复地选择对应的存储体，这多少给编程带来了一些麻烦。AVR系列AVR单片机是Atmel公司推出的较为新颖的单片机，其显著的特点为高性能、高速度、低功耗。它取消机器周期，以时钟周期为指令周期，实行流水作业。AVR单片机指令以字为单位，且大部分指令都为单周期指令。而单周期既可执行本指令功能，同时完成下一条指令的读取。通常时钟频率用48MHz，故最短指令执行时间为250125ns。该系列的型号较多，但可用下面三种为代表：AT90S2313(简装型)、AT90S8515、AT90S8535(带A/D转换)。通用寄存器一共32个（R0R31），前16个寄存器（R0R15）都不能直接与立即数打交道，因而通用性有所下降。AVR系列没有类似累加器A的结构，它主要是通过R16R31寄存器来实现A的功能。在AVR中，没有像51系列的数据指针DPTR，而是由X（由R26、R27组成）、Y（由R28、R29组成）、Z（由R30、R31组成）三个16位的寄存器来完成数据指针的功能(相当于有三组DPTR)，而且还能作后增量或先减量等的运行。51系列51系列优点之一是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，或布尔处理器。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，使用起来得心应手。虽然其他种类的单片机也具有位处理功能，但能进行位逻辑运算的实属少见。51系列在片内RAM区间还特别开辟了一个双重功能的地址区间，十六个字节，单元地址20H2FH，它既可作字节处理，也可作位处理（作位处理时，合128个位，相应位地址为00H7FH），使用极为灵活。这一功能无疑给使用者提供了极大的方便，因为一个较复杂的程序在运行过程中会遇到很多分支，因而需建立很多标志位，在运行过程中，需要对有关的标志位进行置位、清零或检测，以确定程序的运行方向。而实施这一处理（包括前面所有的位功能），只需用一条位操作指令即可。有的单片机并不能直接对RAM单元中的位进行操作，如AVR系列单片机中，若想对RAM中的某位置位时，必须通过状态寄存器SREG的T位进行中转。51系列的I/O脚的设置和使用非常简单，当该脚作输入脚使用时，只须将该脚设置为高电平（复位时，各I/O口均置高电平）。当该脚作输出脚使用时，则为高电平或低电平均可。低电平时，吸入电流可达20mA，具有一定的驱动能力；而为高电平时，输出电流仅数十A甚至更小（电流实际上是由脚的上拉电流形成的），基本上没有驱动能力。其原因是高电平时該脚也同时作输入脚使用，而输入脚必须具有高的输入阻抗，因而上拉的电流必须很小才行。作输出脚使用，欲进行高电平驱动时，得利用外电路来实现，I/O脚不通，电流经R驱动LED发光；低电平时，I/O脚导通，电流由该脚入地，LED灭（I/O脚导通时对地的电压降小于1V，LED的域值1.51.8V）。综上所述，我们本次设计采用51系列，而51系列的典型产品是8051。采用的是ATMEL公司生产的AT89C51，它是一种40引脚双列直播式芯片。它含有4KB可反复烧录及擦除内存和128字节的RAM，有32条可编程控制的I/O线，5个中断发源，指令与MCS-51系列完全兼容。选用它作为核心控制新片，可使电路极大地简化，而且程序的编写及固化也相当方便、灵活。选用它设计制作全自动洗衣机控制电路，该电路的组成相对简单，工作原理清晰，易于理解。主要性能参数：与MCS-51产品指令系统完全兼容4k字节可重擦写Flash闪速存储器1000次擦写周期全静态操作：0Hz24MHz三级加密程序存储器1288字节内部RAM32个可编程IO口线2个16位定时计数器6个中断源可编程串行UART通道低功耗空闲和掉电模式功能特性概述：AT89C51 提供以下标准功能：4k 字节Flash 闪速存储器，128字节内部RAM，32 个IO 口线，两个16位定时计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89C51可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。89C51引脚图如图2-1所示。80C51是典型的40管脚双列直插式集成电路芯片，其中各个引脚的功能如下所示：(1) 信号引脚的功能介绍图2-189C51引脚图 输入/输出口线P0.0P0.7 P0口的8位双向口线；P1.0P1.7 P1口的8位双向口线；P2.0P2.7 P2口的8位双向口线；P3.0P3.7 P3口的8位双向口线。、ALE 地址锁存控制信号在系统扩展时，ALE用于控制把P0口输出的低8位地址送入锁存器锁存起来，以实现低位地址和数据的分时传送，此外由于ALE是以六分之一的晶振频率的固定频率输出正脉冲，因此可作为外部时钟或外部定时脉冲使用。 外部程序存储器选通信号在读外部的ROM时有效（低电平），以实现外部ROM单元的读操作。 访问程序存储器控制信号当信号为低电平时，对ROM的读操作限定在外部程序存储器；而当信号为高电平的时候，则对于ROM的读操作是从内部程序存储器开始，并可以延续至外部程序存储器。 RST 复位信号当输入的复位信号延续2个机器周期以上高电平时即为有效，用以完成单片机的复位操作。 XYAL1和XTAL2 外接晶体引线端当使用芯片内部时钟时，此二引线端用于外接石英晶体和微调电容；但是当使用外部时钟脉冲信号。 VSS 地线 VCC +5V电源以上就是80C51单片机芯片的40条引脚的定义及简单说明。(2) 信号引脚的第二功能由于工艺及标准化等原因，芯片的引脚数目是有限的，例如MCS-51系列芯片引脚数目40条，但单片机为实现其功能所需要的信号数目却远远超过此数，因此就出现了供需矛盾。 EPROM存储器程序固化所需要的信号有内部EPROM的单片机芯片，如87C51，为写入程序需提供专门的编程脉冲和编程电源，它们是由信号引脚的第二功能的形式提供的，即：编程脉冲： 30脚（ALE/PROG）编程电源：（25V）31脚（/VPP） 备用电源的引入MCS-51单片机的备用电源也是以信号引脚的第二功能方式由9脚（RST/VPD）引入的。当电源发生故障的时候，电源下降到下限值时，备用电源经此端向内部的RAM提供电压，以保护内部RAM信息不会丢失。P3口线的第二功能口线 第二功能 信号名称P3.0RXD串行数据接收P3.1 TXD串行数据发送P3.2 外部中断0的申请P3.3 外部中断1的申请P3.4 T0定时器/计数器0计数输入P3.5 T1定时器/计数器1计数输入P3.6 外部RAM的写通道P3.7 外部RAM的读通道(3) 最后，引脚的第一、第二功能是不会在用的时候混淆的，因为： 对于各种型号的芯片，所有管脚的第一功能信号是相同的，所不同的是引脚的第二功能信号上。 对于9、30和31各个引脚，由于第一功能信号与第二功能信号是单片机在不同的工作方式下的信号，因此不会发生使用上的矛盾。 P3口线的情况却有所不同，它的第二功能信号都是单片机上的重要控制信号，因此，在实际使用的时候，总是先按照需要优先选用它的第二功能，剩下不用的再考虑作为口线使用。2.1.2 A/D转换器A/D转换器种类很多，本设计用ADC0809。ADC0809是M美国国家半导体公司生产的CMOS工艺8通道，8位逐次逼近式A/D转换器。其内部有一个8通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通8路模拟输入信号中的一个进行A/D转换1主要特性1）8路输入通道，8位AD转换器，即分辨率为8位。2）具有转换起停控制端。3）转换时间为100s(时钟为640kHz时)，130s（时钟为500kHz时）4）单个5V电源供电5）模拟输入电压范围05V，不需零点和满刻度校准。6）工作温度范围为-4085摄氏度7）低功耗，约15mW。2内部结构ADC0809是CMOS单片型逐次逼近式AD转换器，内部结构如图1322所示，它由8路模拟开关、地址锁存与译码器、比较器、8位开关树型A/D转换器、逐次逼近3外部特性（引脚功能）ADC0809芯片有28条引脚，采用双列直插式封装，如图1323所示。下面说明各引脚功能。IN0IN7：8路模拟量输入端。2-12-8：8位数字量输出端。ADDA、ADDB、ADDC：3位地址输入线，用于选通8路模拟输入中的一路ALE：地址锁存允许信号，输入，高电平有效。START： AD转换启动脉冲输入端，输入一个正脉冲（至少100ns宽）使其启动（脉冲上升沿使0809复位，下降沿启动A/D转换）。EOC： AD转换结束信号，输出，当AD转换结束时，此端输出一个高电平（转换期间一直为低电平）。OE：数据输出允许信号，输入，高电平有效。当AD转换结束时，此端输入一个高电平，才能打开输出三态门，输出数字量。CLK：时钟脉冲输入端。要求时钟频率不高于640KHZ。REF（+）、REF（-）：基准电压。Vcc：电源，单一5V。GND：地。4.ADC0809的工作过程首先输入3位地址，并使ALE=1，将地址存入地址锁存器中。此地址经译码选通8路模拟输入之一到比较器。START上升沿将逐次逼近寄存器复位。下降沿启动 AD转换，之后EOC输出信号变低，指示转换正在进行。直到AD转换完成，EOC变为高电平，指示AD转换结束，结果数据已存入锁存器，这个信号可用作中断申请。当OE输入高电平 时，输出三态门打开，转换结果的数字量输出到数据总线上。转换数据的传送 A/D转换后得到的数据应及时传送给单片机进行处理。数据传送的关键问题是如何确认A/D转换的完成，因为只有确认完成后，才能进行传送。2.1.3传感器本次设计中用到4个传感器，分别为：TS污浊度传感器、温度传感器、负载传感器和水位传感器。它们产生的信号都是模拟信号，需要通过A/D转换才能作为单片机的控制信号。TS污浊度传感器内部原理图如图2-2所示。电路如图2-2所示,浑浊度传感器安装在排水阀上端附近出口管上。原理:利用二极管的光透过洗涤液射到光敏三极管,洗涤液的污浊程度影响光透度,洗涤液越污浊,光透度越小,而光透的大小影响光敏三极管输出电压V ,一般光透度越大,V 的值越大。因此通过检测V 值可知光透度的大小。2-2浑浊度传感器的电路温度传感器温度传感器有四种主要类型：热电偶、热敏电阻、电阻温度检测器(RTD)和IC温度传感器下)。IC温度传感器又包括模拟输出和数字输出两种类型。热电偶应用很广泛，因为它们非常坚固而且不太贵。热电偶有多种类型，它们覆盖非常宽的温度范围，从-200到2000。它们的特点是：低灵敏度、低稳定性、中等精度、响应速度慢、高温下容易老化和有漂移，以及非线性。另外，热电偶需要外部参考端。 我们常用温度传感器有DS18B20、AD590等，它们都是集成温度传感器。DS18B20输出是数字信号可以直接和单片机相连，而且硬件连接电路少，但需要对其进行复杂的软件编程。AD590是美国模拟器件公司生产的单片集成两端感温电流源。它的主要特性如下：流过器件的电流（mA）等于器件所处环境的热力学温度（开尔文）度数。AD590的测温范围为-55+150。AD590的电源电压范围为4V30V。电源电压可在4V6V范围变化，电流变化1mA，相当于温度变化1K。AD590可以承受44V正向电压和20V反向电压，因而器件反接也不会被损坏。输出电阻为710MW。精度高。AD590共有I、J、K、L、M五档，其中M档精度最高，在-55+150范围内，非线性误差为0.3。本设计我们选用AD590作为温度传感器。AD590比DS18B20精度更高、线性度误差小，且不需要温度报警和复杂的程序编程，非常适合用于洗衣机的温度检测传感器负载传感器根据模糊控制要求，负载检测时通过检测电动机的反电动势来实现的，而电动机的反电动势比单片机所用电压大的多，不能直接采样，必须经过隔离。采用线性光电耦合器既能隔离高电压和干扰，又能得到满意的检测信号。水位传感器原理图如图2-3所示。谐振式水位传感器,采用了新型的传感原理 ,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。图2-3水位传感器原理图2.1.4显示器本次设计中我们采用的是3位共阴极数码管，其中段码线占用1个8位I/O口，而位选占用3位I/O口。由于各位的段码线并联，8位I/O口输出的段码对各个显示位来说都是相同的。因此，在同一时刻，如果各位位选都处于选通状态的话，3位LED将显示相同的字符。若要各位LED能够显示出与本位相应的显示字符，就必须采用动态显示，即在某一时刻，只让一位的位选线处于选通状态，而其他各位的位选处于关闭状态，同时，段码线上输出相应位要显示的字符段码。这样，在同一时刻，3位LED中只有选通的那位显示字符，而其他2位则是熄灭的。同样，在下一时刻，只让下一位的位选处于选通状态，而其他各位的位选线处于关闭状态，在段码线上输出将要显示字符的段码，则同一时刻，只有选通位显示出相应的字符，而其他各位都是熄灭的。如此循环下去，就可以使各位显示出将要显示的字符。虽然这些字符是在不同时刻出现的，而在同一时刻，只有一位显示，其他各位熄灭，但由于LED显示器的余辉和人眼的视觉暂留作用，只要每位显示间隔足够短，则可以造成多位 同时亮的假象，达到同时显示的效果。LED不同位显示的时间间隔应根据实际情况而定。发光二极管从导通到发光有一定的延时，导通时间太短，则发光太弱，人眼无法看清，但也不能太长，因为要受限于临界闪烁频率，而且时间越长，占用CPU时间也越多，本次设计我们采用1ms延时。2.2硬件系统结构设计89c51温度传感器污浊度传感器水位传感器负载传感器AD转换电源电机驱动电机转动安全开关显示、指示，蜂鸣器，按键系统结构图P2.7为ADC0809地址选择端，P0为数据口，转换结通过P3.2来查询；P3.0和P3.1用于控制电机正反转，01为正转，10为反转；P3.4和P3.5用于控制进水阀和排水阀的开关；P2.6用于控制离和器；P2.5用于控制洗涤济投放；P2.4用于控制蜂鸣器；P1.0用于检测安全开关、水阀状态；P1.1P1.5分别控制启动、洗涤、漂洗、脱水、报警这5指示灯；P1.6为快洗、高水位、长时的指示；P1.7为轻柔洗、低水位、短时的指示；P2.0P2.2为动态LED位选口，P0口为数据口；P2.0P2.3用于K2K5按键查询。注：P2.0P2.2采用分时占用，当暂停和待命状态时用于按键查询，其余时间用于显示。2.3硬件设计硬件有为单片机提供5v的电源的电路、复位电路、振荡电路，还有A/D转换电路，键盘显示，蜂鸣器、水阀、电机的驱动电路。2.3.1 单片机的复位电路根据应用的要求，用到单片机，为了可靠的复位要外加一个复位电路。复位操作通常有：上电复位和上电或开关复位。工作原理是通电时，电容两端相当于是短路，于是RST引脚上为高电平，然后电源通过电阻对电容充电，RST端电压慢慢下降，降到一定程度，即为低电平，单片机开始正常工作。上电复位的时间常数要在10ms以上，才能保证上电，一般可以取电容的大小为10F，电阻为8.8K。图2-3-1 80C51 的复位电路2.3.2单片机的时钟电路与时序时钟电路用于产生单片机工作时需要的时钟信号，单片机本身就是一个复杂的同步时序电路，为了保证同步方式的实现，电路应该在唯一的时钟信号控制下严格地按时序进行工作。而时序所研究的则是指令执行中各信号之间的相互时间关系。(1)、MCS-51系列芯片的内部有一个高增益的反相放大器，其输入端为芯片引脚XTAL1，输出端引脚为XTAL2，在芯片的外部通过这两个引脚跨接晶体振荡器和微调电容，形成反馈电路，就构成了一个稳定的自激振荡器，如图所示。电路中的电容C1和C2一般取30pF左右，而晶体的振荡频率范围通常是1.2MHz12MHz，晶体的振荡频率高，则系统的时钟频率也高，单片机运行速度也就快。MCS-51在通常的情况下，使用振荡频率为6MHz的石英晶体，而12MHz主要是在高速串行通信的情况下才使用。振荡电路产生的振荡脉冲并不是直接使用，而是经分频后在为系统所用。如图2-3-2所示。振荡脉冲经二分频后作为系统的时钟信号，在二分频基础上再三分频产生ALE信号，这就是之前说的ALE是以晶振六分之一的固定频率输出的正脉冲，在二分频的基础上再六分频得到机器周期信号。(2)、在由多片单片机组成的系统中，为了各单片机之间的时钟信号的同步，应当引入唯一的公用外部脉冲信号作为各单片机的振荡脉冲，这时的外部脉冲信号是经过XTAL1引脚注入，XTAL2悬空。且外接脉冲信号应当是高低电平持续时间大于20ns的方波，脉冲频率应低于12MHz。其连接图如图2-3-3所示。 图2-3-2 单片机的晶振电路图2-3-3 80C51外部脉冲源接法最后选择第一种提供时钟脉冲的方式，选择6MHz的晶振，经过十二分频后产生周期信号0.5MHz,也就是时钟脉冲的周期是2S。2.3.3电源电路市电220V经过变压器T变压为12V 交流电压，通过4只二极管1N4004全桥整流后， 再经过电容C滤波后得到光滑的直流电压， 经过三端稳压器7805稳压后得到稳定的+5V电压给各器件供电。图2-3-4电源电路2.3.4 A/D转换图2-3-5 A/D电源电路ADC0809的启动信号START由自选线P2.7与写信号的“或非”产生。这要求一条向ADC0809写操作指令来启动。ALE与START相连，即按打入的通道地址接通模拟量并启动转换。输出允许信号OE由读信号与片选线P2.7“或非”产生，即一条ADC0809的读操作使数据检出。传感器的信号通过ADC0809的04模拟通道进入，它们的地址为7ff8H7ffcH。2.1.5 其它电路键盘采用独立式键盘接口电路端口通过电阻接高电平，当按键按下时把端口置成低电平，程序通过判断端口是否为低电平。洗衣机的电机使用单相异步电机如图2-3-6所示。图2-3-6电机主副绕组、完全相同，开关接1电机正转，开关接2电机反转。单片机通过驱动器控制K1和K2开关，实现电机的正反转、暂停。蜂鸣器由于单片机驱动电流不足加入放大电流的驱动。第三章软件设计本次设计是基于模糊控制理论上的全自动洗衣机，用户只需要将衣物放进洗衣机，按下启动键，洗衣机就能自动完成洗涤-漂洗-脱水等一系列操作，当然本次设计中还考虑到半自动时的情况，用户可以根据自己的需求自由选择洗衣机将要进行什么工作，这一点是通过按键来实现的。3.1全自动洗衣机中的模糊控制3.1.1模糊控制器洗衣机控制器是洗衣机的大脑，洗衣机的洗涤、漂洗、脱水等动作均由控制器加以控制，目前的全自动洗衣机采用控制器有模糊控制器和普通控制器两种，二者之间既有共同之处，又存在着差别。洗衣机模糊控制器与普通控制器的相同点就在于二者均采用微电脑技术，各自根据洗衣机的控制原理编制出程序，对洗衣机实施控制。洗衣机模糊控制器与普通控制器的主要区别在于二者控制思想不同。普通程序控制器虽然使洗衣机在功能较普通洗衣机增强许多，但就其控制思想而言，仍谈不上“先进”它只是根据时间原则去设定洗衣机的洗涤、漂洗和脱水的运行时间，然后连续运行，完全不考虑其他因素。例如：洗衣服的多少、面料的软硬、衣服的肮脏程度等，均未加以考虑。而模糊控制器则是根据衣量的多少确定洗涤水量；根据面料软硬和肮脏程度确定洗涤时间等，这些都是控制规则，这些规则是人工经验的积累。一般的说，模糊控制器是利用人工智能方式，建立一组控制规则，编织成程序由微电脑执行。这样，就形成了人工智能控制模式。因此，在控制思想上大大优于普通程序控制器的控制思想。3.1.2模糊控制实现方法基本结构和控制过程模糊控制是利用负载、衣质、浊度、水温等检测所得到信息，进行分段评估计算使其模糊化，再根据模糊规则进行推理，最后根据所激活的规则进行解模糊判决，以决定最适当和明确的水位、洗涤时间、洗涤方式以及脱水时间等。模糊控制洗衣机控制结构如图3-所示。温度传感器污浊度传感器水位传感器负载传感器时间水流洗涤剂投量水位模糊推论模糊控制水温水量布量布质污浊度图3-1模糊控制洗衣机控制结构模糊规则 洗涤量和水量的确定：如果检测到衣物量很多，则洗涤量多，水位高；如果检测到衣物量较多，则洗涤量较多，水位适中；如果检测到衣物量很少，则洗涤量少，水位低。 脱水时间的确定：如果检测到衣物很多，则脱水时间长；如果检测到衣物较多，则脱水时间适中；如果检测到衣物很少，则脱水时间短。洗涤时间的确定：如果检测到衣物很多，布质以棉布偏多且水温低，则洗衣时间长；如果检测到衣物较多，布质以化纤偏多且水温偏高，则洗衣时间适中；如果检测到衣物较少，布质以棉布偏多且水温偏高，则洗衣时间适中；如果检测到衣物很少，布质以化纤偏多且水温高，则洗衣时间短。 漂洗时间的确定：如果检测到洗涤水很脏，则漂洗时间长；如果检测到洗涤水较脏，则漂洗时间适中；如果检测到洗涤水不脏，则漂洗时间短。洗涤水流的确定：布质以棉布偏多，则水流弱；布质化纤棉布差不多，则水流适中；布质以化纤偏多，则水流强；3.2软件流程图3.2.1主函数系统采用上电自动复位设计，一上电首先自检,包括安全开关水阀状态，有错误报警，直到无错后进行初始化初始化，包括对定时，中断，变量端口的初始化，最后一直进行按键扫描。图3-2-1主函数3.2.2定时定时器T0做一秒中断的标志位，当程序中需要有定时时通过这标志位来记时。定时器T1做动态显示，因系统程序周期过才，只有通过定时器来实现多任务。3.2.3键盘程序洗衣程序都是通过外中断1进入的，外断1是启动和暂停键，键盘程序通过过扫描各按键设置各标志位，当是启动时中断1会调启动程序。3.2.4启动程序启动程序通过对各键值进行判断而调用什么程序3.2.5暂停程序暂停程序让程序停在那，进行键盘扫描。3.2.6洗涤程序3.2.7电机程序3.2.8漂洗程序3.2.9脱水程序3.2.10检测程序3.3源程序#include#include#define uchar unsigned char#define IN0 XBYTE0x7ff8#define IN1 XBYTE0x7ff9#define IN2 XBYTE0x7ffa#define IN3 XBYTE0x7ffb#define IN4 XBYTE0x7ffc/*端口定义*/sbit key2=P20;sbit key3=P21;sbit key4=P22;sbit key5=P23;sbit safe=P10; /安全开关、水阀状态sbit beet=P24; /蜂鸣器sbit lhj=P26; /离和器控制端sbit motor1=P30; /电机控制端sbit motor2=P31;sbit in_water=P34;sbit out_water=P35;sbit xtj=P25; /洗涤济投放sbit led1=P11;sbit led2=P12;sbit led3=P13;sbit led4=P14;sbit led5=P15;sbit led6=P16;sbit led7=P17;sbit ad_busy=P33;sbit P3.2=P32; /*全局变量定义*/uchar end; /电机运转结束时间uchar motor_time; /电机运转开始时间uchar motor_1; /电机正反转时间uchar motor_2; /电机暂停时间uchar motor_b; /电机状态标志位uchar water_b; /水位uchar time_x; /洗涤济放的时间uchar time_t; /洗涤的时间uchar time_p; /漂洗的时间uchar time_l; /脱水的时间uchar IN0_count; /AD转换各通道转换值uchar IN1_count;uchar IN2_count;uchar IN3_count;uchar IN4_count;uchar key1_count; /键值uchar key2_count;uchar key3_count;uchar key4_count;uchar key5_count;uchar time_count; /50毫秒计数位uchar dispy_c; /显示标志位uchar time1; /时间秒个位uchar time2;