单片机第一堂课.ppt

,机电产品实例模糊控制洗衣机,AnexampleofmechatronicproductFuzzycontrolwashingmachine,产生的背景,普通的洗衣机虽然省力、省时，但是对于不同的衣物，放多少洗衣粉和多少水？一般人们是按照经验来确定的。至于洗的干净与否，是等到洗衣结束确定的。基于上述不便，模糊控制洗衣机是在神经网络智能控制下，模仿人的思维进行判断操作的一种新型的智能洗衣机，普通微电脑洗衣机采用的是量化的固定程序，一经设定，便不能更改；而模糊控制洗衣机可以在一定程度上随时变化，因而具有人工智能。,控制过程,模糊控制洗衣机可以通过各种传感器自动检测所要洗的衣料布质、质量、水温、污垢程度以及洗衣水的浑浊程度等，通过模糊控制器（主芯片为单片机）对收到的信息进行判断，以决定洗衣粉的用量、水量的多少、洗涤时间、洗涤方法和漂洗遍数等。据估算：一台容量为5Kg的模糊控制洗衣机的用水量要比双杠洗衣机节水一半，节电三分之一。,控制原理：一个控制系统通常是由输入量、模糊推理规则和输出量组成。系统根据不同的输入量采用对应的推理规则决定输出的大小。,水温传感器,水温度,负载传感器,布质传感器,洗涤剂传感器,水流大小,洗涤时间,洗涤物质,单片机按推理规则进行控制,衣物的量,模糊控制是首先对控制对象按照人们的经验总结出模糊规则，然后由单片机对这些信息按照模糊规则作出决策来完成自动控制。所谓推理规则就是把人洗衣服的模糊经验数字化。例如如果负载小，洗涤化纤衣服，且水温高，人们就用小的力量，洗涤时间短。将很多类似的经验规则化，就形成了推理规则。在用的时候，根据不同的输入组合，采用不同的规则就可以了。,模糊洗衣机的结构,模糊控制洗衣机主要是靠传感器感知收集各种信息数据，如有自动感知水温度高低、水量多少、衣料脏的程度的光电传感器，以此决定洗衣粉的多少；有自动检测衣料重量、布质的传感器。用来选择洗涤程序；有自动感知水位的传感器，来确定水位；有感知衣服脏程度、性质、漂洗浑浊的光电传感器，确定水温高低、洗涤时间和漂洗次数。,传感器及其他主要的系统,衣服种类主要有棉纤维和化纤之分，化纤的衣服要比棉纤维的衣服好洗。水温越高，洗涤效果越好。洗涤剂主要是由各种酶决定洗涤效果。机械力也就是洗衣机通过水流来模拟揉、搓等各种人的动作，模糊控制洗衣机通常采用以下的传感器来进行信息量的提取。模糊控制洗衣机的主要传感器：水位传感器根据洗涤物的多少自动感知，设定并自动控制用水量。,布质传感器根据自动感知衣物重量和吸水程度，感知衣物的布质，确定洗涤方法。水温传感器可以根据环境温度和水温，自动决定洗涤时间。光电传感器根据衣物洗涤过程中洗涤循环水的透光率（脏程度），决定最佳洗衣程序。负载量传感器主要用于洗涤衣服的多少。,布质传感器,为了测出布质布量，先加人一定的水并让电机转动,突然切断电源,由于惯性作用电机会维持短时间旋转。此时电机处于发电机状态,会产生一定感应电势并逐渐衰减到零。由于衰减速率与布阻抗成一定的线性关系,通过对定子绕组两端电势进行整流和检测,经光电隔离后形成脉冲信号。脉冲信号多则布阻抗小,反之亦然。经过几次测量就可以判断出布阻抗,通过模糊推理得出布质及布量。,浑浊度检测系统由于受洗涤剂、洗涤方式等因素的影响，在检测过程中，被洗衣物的污染程度难以准确的测定，其污染性质的检测更难以进行，采用浑浊度传感器，通过动态检测浑浊度和洗涤液的导电率的变化，可确定洗涤时间、漂洗次数和时间。,工作原理：在进行浑浊度检测时，单片机先通过继电器打开电磁阀，等待20s，待洗衣机内的洗涤液进入排水泵后，单片机通过继电器启动排水泵，30s后，断开电磁阀和排水泵，这样洗涤液进入浑浊度传感器的测量槽，洗涤液静止30S后进行浑浊度测量,排水泵,继电器,继电器,电磁阀,洗衣机,单片机,浑浊度传感器,洗涤液,原理：检测洗涤剂浑浊度时，洗涤液中有大量的气泡，故静止一段时间后检测浑浊度，在一定时间内洗涤液浑浊度增长率变化不大时，可结束洗涤。模糊控制器的控制算法包括以下两个部分:一个是模糊矩阵运算;另一个是将输入变量(浑浊度和浑浊度变化率)模糊化处理,查找查询表并作输出处理的程序。,变化率,时间,浑浊度,浑浊度查询表,加衣服和少量水,测出布质,修正洗衣时间,浑浊度及其变化率的变化,加水和洗涤剂,洗涤,浸泡,洗衣时间,排水,脱水,进水,清洗,排水,脱水,进水,清洗,干净,浑浊度检测,排水,脱水,干净,三清,洗衣结束提示,自动断电,yes,no,yes,no,yes,no,模糊控制洗衣机洗衣控制流程图,模糊控制洗衣机的发展前景,能源问题已成为制约当今社会发展的重要问题。模糊洗衣机在将衣服洗干净的前提下不仅能够节约电能，而且也能节约水资源，模糊洗衣机将会成为未来洗衣机发展的方向。,总结机电类自动化产品的一般共性,水温传感器,水温度,负载传感器,布质传感器,洗涤剂传感器,水流大小,洗涤时间,洗涤物质,单片机按推理规则进行控制,衣物的量,由检测和控制两大部分组成检测部分由传感器完成，控制部分由单片机实现,单片机的应用领域,智能仪器仪表,单片机用于各种仪器仪表，一方面提高了仪器仪表的使用功能和精度，使仪器仪表智能化，同时还简化了仪器仪表的硬件结构，从而可以方便地完成仪器仪表产品的升级换代。如各种智能电气测量仪表、智能传感器等。,机电一体化产品,机电一体化产品是集机械技术、微电子技术、自动化技术和计算机技术于一体，具有智能化特征的各种机电产品。单片机在机电一体化产品的开发中可以发挥巨大的作用。典型产品如机器人、数控机床、自动包装机、点钞机、医疗设备、打印机、传真机、复印机等。,实时工业控制,单片机还可以用于各种物理量的采集与控制。电流、电压、温度、液位、流量等物理参数的采集和控制均可以利用单片机方便地实现。在这类系统中，利用单片机作为系统控制器，可以根据被控对象的不同特征采用不同的智能算法，实现期望的控制指标，从而提高生产效率和产品质量。典型应用如电机转速控制、温度控制、自动生产线等。,分布式系统的前端模块,在较复杂的工业系统中，经常要采用分布式测控系统完成大量的分布参数的采集。在这类系统中，采用单片机作为分布式系统的前端采集模块，系统具有运行可靠，数据采集方便灵活，成本低廉等一系列优点。,家用电器,家用电器是单片机的又一重要应用领域，前景十分广阔。如空调器、电冰箱、洗衣机、电饭煲、高档洗浴设备、高档玩具等。,另外，在交通领域中，汽车、火车、飞机、航天器等均有单片机的广泛应用。如汽车自动驾驶系统、航天测控系统、黑匣子等。,单片机课程的学习方法,通过下面的例子，谈谈单片机的学习方法。,一、空调的控制电路,空调主要由制冷压缩机、室内外电扇、红外遥控、温度检测电路等组成。所有的电路都是在单片机的控制下运行。空调开机后，单片机根据预存的设定起动，在运行过程中不断检测温度，电压、电流等参数，与设定值进行比较，根据比较结果调整压缩机和风扇的工作，同时在显示器上显示当前的工作状态和温度值。空调在工作过程中还不断检测红外遥控或按键送来的信号，当作将新的设置保存起来，空调病按新的设置运行。,空调器的控制电路图,单片机,1.单片机应用系统不单包含单片机，普遍地还包含了许多类型的外围应用电路。掌握外围电路的设计及其与单片机的连接方式是单片机应用学习当中的难点。2.单片机的学习过程中，编程是一重要内容，不单为编写程序，还希望通过软件对硬件的控制，从而在编程过程中加深对硬件运行的理解。对这一点，汇编编程有极大地优势，这也是从多教材使用汇编编程的主要原因。因此，我们提倡在课程中先学好汇编编程，一般的控制程序能用汇编尽量用汇编。在综合实验当中，程序比较长，数据处理多的场合，则可以采用语言编程。3.单片机应用是一门实践性极强的课程，只有在调试电路、调试程序的过程中，才能真正理解书上的内容，发现很多你读书时