全自動洗衣機控制器設計

田挺

摘要：普通的洗衣機控制器功能單一，容易損壞，定時不準確。隨著現代科技的發展，管理水平的完善，普通洗衣機已不能滿足人們的要求。本設計就是對普通洗衣機控制器運用模糊控制原理進行自動化改造，使普通洗衣機具備智能控制功能，提高洗衣質量，節約能源。

關鍵詞：傳感器，模糊控制，智能化

一、全自動洗衣機介紹

傳統的洗衣機控制器很多都是采用發條機械式控制，功能單一、容易損壞、定時時間不準確等，真正的全自動洗衣機是用單片機制成的控制器有定時時間準確、時間顯示醒目、可以根據要求靈活的利用程序來控制各種衣物的洗滌。全自動洗衣機與傳統的洗衣機相比具體有以下幾個變化：首先，洗滌方式由以前大多側重于水流的改變、動力的加大變成現在的運用超音波、電解水、臭氧和蒸汽洗滌等，使洗衣機的去污能力從單純依靠洗滌劑的化學作用和水流快慢的作用向健康、環保洗滌方式轉變。其次，洗衣機高度自動化、智能化、人性化。從半自動、全自動到現在的人工智能、模糊控制等。再次，更加人性化的設計使用起來更加方便和舒適，如放取衣服不用彎腰;自動做到不同衣物分開洗;具有蒸汽烘干功能及噪音更低等。最后，洗衣機的容量也越來越大，很符合未來的消費趨勢。

模糊智能型全自動洗衣機是目前自動化程序最好的洗衣機，用戶只需要投入衣物， 按下啟動按鈕， 則一切由洗衣機自動完成。模糊智能型全自動洗衣機是應用模糊邏輯控制，模糊邏輯控制簡稱模糊控制，是一種基于模糊數學理論的新型控制方法。模糊控制中的模糊量描述是以模糊集合為基礎的，模糊控制的核心在于模糊控制器。模糊控制器在模糊控制中起十分關鍵的作用。模糊洗衣機則是應用模糊控制器代替人腦來“分析”“判斷”。工作程序可以在一定程度上隨時變化，因而具有人工智能，比普通微電腦更精確，更適用。模糊控制洗衣機通常采用如下的傳感器來進行信息量的攝取：

水位傳感器：根據洗滌物的多少自動感知，設定并自動控制用水量。

布質傳感器：通過自動感知衣物重量和吸水程度，感知衣物的質料，進而決定洗滌方式。

水溫傳感器：可以根據環境溫度和水溫，自動決定洗滌時間。

濁度傳感器：根據衣物洗滌過程中洗滌循環水的透光率，決定最佳洗衣程序[2]。

這幾個傳感器收集到的信息，經過微電腦綜合判定后，便自動選擇出最適當的水位、洗滌時間和洗衣動作等工作參數，并按照衣物的大小及質地等信息，執行最佳洗滌程序。即人們只需輕輕一按洗衣機的啟動鍵，余下的事就都由洗衣機自動完成了。

二、系統整體設計

全自動洗衣機之所以能模仿人的智能，主要是靠多種傳感器感知收集各種信息數據。如：有自動感知衣料臟污程度的濁度傳感器，由此來決定洗衣粉的投放量;有自動感知水位高低的水位傳感器，由此來確定洗滌衣料的水量。傳感器將各種感知收集的信息數據，輸入模糊控制芯片進行綜合處理判斷后，發出指令，指揮洗衣機自動選擇相應的洗滌程序，并能根據洗衣中隨時變化的因素進行相應調整，以達到最佳洗滌效果。

本設計將洗衣機分為六大模塊進行設計：

控制模塊：控制模塊是整個全自動洗衣機的關鍵部分，由89C51單片機承擔處理工作。傳感器將檢測的數據信息經處理后傳給控制器，CPU將得到數據與標準數據進行比較，得出控制結果，并將處理的結果輸出至執行電路。

檢測模塊：檢測部分主要由各傳感器和A/D轉換器實現，傳感器檢測結果通過A/D轉換器進入單片機CPU中進行處理分析。本次設計模擬中僅對水位和濁度進行檢測。

電源模塊：將220V的交流電轉換成單片機用的DC—5V直流電供給單片機。

顯示模塊：顯示部分是一組LED數碼顯示以及幾組發光二極管組成的顯示部分，用來顯示洗滌的時間以及洗滌的工序。

按鍵控制模塊：通過按鍵設置洗衣時間、形式、方式。

電機驅動模塊：主要由機械部分電動機以及驅動電機電路構成，通過CPU控制的電機正反轉以及轉速完成各種洗滌動作。

本系統實現了對洗衣機整個洗衣過程的控制，主要由電源電路、數字控制電路和機械控制電路三大模塊構成。電源采用三端集成固定穩壓器7805提供+5V電源;數字控制電路負責控制洗衣機的工作過程，主要由51單片機、三位共陰數碼管、按鍵、LED指示燈組成;機械控制電路實現傳感器檢測、電機驅動、進水、排水等功能，主要由水位檢測器、濁度檢測器、電動機傳動系統部件和電源電路等組成。

三、系統硬件設計

本設計是全自動洗衣機的控制器，它主要采用單片機，由水位傳感器、混濁度傳感器送來的推理參數信號送到控制器的輸入端口，控制器根據模糊推理規則確定進水量、洗滌時間等。單片機輸出相應的顯示信號和驅動信號，其是整個系統的核心部分。經選擇采用89C51單片機可以實現本設計任務書的全部要求，此種單片機軟件編程自由度大，可用編程實現各種控制算法和邏輯控制。它從內部的硬件到軟件有一套完整的按位操作系統，稱作位處理器，它的處理對象不是字或字節而是位。它不僅能對片內某些特殊功能寄存器的某位進行處理，如傳送、置位、清零、測試等，還能進行位的邏輯運算，其功能十分完備[5]。它具有乘法和除法指令，這給編程也帶來了便利。

89C51單片機的I/O腳的設置和使用簡單，當該腳作輸入腳使用時，只須將該腳設置為高電平（復位時，各I/O口均置高電平）。當該腳作輸出腳使用時，則為高電平或低電平均可。89C51是一種40引腳雙列直播式芯片。含有4KB可反復燒錄及擦除內存和128字節的RAM，有32條可編程控制的I/O線，5個中斷發源，指令與MCS-51系列完全兼容。有P0、P1、P2和P3四個具有8個I/O端口，其中P3口也可以作為一個特殊功能口。

本設計控制電路的核心是89C51單片機，電源電路給單片機提供+5V的電壓與Vcc引腳;濁度檢測電路中的A/DC0809轉換器的D0-D7引腳與單片機P0.0-P0.7對應連接，把檢測到得數據轉換成數字信號輸入給單片機;P2.0-P2.7引腳與顯示電路的A、B、C、D、E、F、G和dp分別對應連接P1.5、P1.6、P1.7與顯示電路連接以實現三個LED的位選;按鍵控制電路的K1-K5分別與單片機P1.0-P1.4對應連接，實現按鍵控制功能;P3.0和P3.1引腳與電機驅動電路連接，以控制電動機的正傳反轉;P3.2具有終斷功能與水位檢測電路連接，以接受水位檢測電路的信號，來控制水位高低;RST/VPD引腳進行控制器復位;XTAL1和XTAL2引腳與時鐘電路連接。

四、軟件設計

本設計是分模塊進行設計的，由一個主程序和若干子程序組成。真正的全自動洗衣機功能很多，子程序也很多很繁瑣，如：顯示子程序、鍵盤掃描子程序、程序設置子程序、洗衣方式選擇子程序、水量設置子程序、時間設置子程序、自檢子程序、檢測子程序、溫度檢測子程序、進水子程序流程、水位檢測子程序、污濁度檢測子程序、電機運轉子程序、洗滌子程序流程、脫水子程序、排水子程序等等。本設計僅對主程序流程圖及部分主要模塊模塊的子程序流程圖及其代碼進行說明。