全自动洗衣机控制器设计

田挺

摘要：普通的洗衣机控制器功能单一，容易损坏，定时不准确。随着现代科技的发展，管理水平的完善，普通洗衣机已不能满足人们的要求。本设计就是对普通洗衣机控制器运用模糊控制原理进行自动化改造，使普通洗衣机具备智能控制功能，提高洗衣质量，节约能源。

关键词：传感器;模糊控制;智能化

一、全自动洗衣机介绍

传统的洗衣机控制器很多都是采用发条机械式控制，功能单一、容易损坏、定时时间不准确等，真正的全自动洗衣机是用单片机制成的控制器有定时时间准确、时间显示醒目、可以根据要求灵活的利用程序来控制各种衣物的洗涤。全自动洗衣机与传统的洗衣机相比具体有以下几个变化：首先，洗涤方式由以前大多侧重于水流的改变、动力的加大变成现在的运用超音波、电解水、臭氧和蒸汽洗涤等，使洗衣机的去污能力从单纯依靠洗涤剂的化学作用和水流快慢的作用向健康、环保洗涤方式转变。其次，洗衣机高度自动化、智能化、人性化。从半自动、全自动到现在的人工智能、模糊控制等。再次，更加人性化的设计使用起来更加方便和舒适，如放取衣服不用弯腰;自动做到不同衣物分开洗;具有蒸汽烘干功能及噪音更低等。最后，洗衣机的容量也越来越大，很符合未来的消费趋势。

模糊智能型全自动洗衣机是目前自动化程序最好的洗衣机，用户只需要投入衣物，按下启动按钮，则一切由洗衣机自动完成。模糊智能型全自动洗衣机是应用模糊逻辑控制，模糊逻辑控制简称模糊控制，是一种基于模糊数学理论的新型控制方法。模糊控制中的模糊量描述是以模糊集合为基础的，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关键的作用。模糊洗衣机则是应用模糊控制器代替人脑来“分析”“判断”。工作程序可以在一定程度上随时变化，因而具有人工智能，比普通微电脑更精确，更适用。模糊控制洗衣机通常采用如下的传感器来进行信息量的摄取：

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：通过自动感知衣物重量和吸水程度，感知衣物的质料，进而决定洗涤方式。

水温传感器：可以根据环境温度和水温，自动决定洗涤时间。

浊度传感器：根据衣物洗涤过程中洗涤循环水的透光率，决定最佳洗衣程序[2]。

这几个传感器收集到的信息，经过微电脑综合判定后，便自动选择出最适当的水位、洗涤时间和洗衣动作等工作参数，并按照衣物的大小及质地等信息，执行最佳洗涤程序。即人们只需轻轻一按洗衣机的启动键，余下的事就都由洗衣机自动完成了。

二、系统整体设计

全自动洗衣机之所以能模仿人的智能，主要是靠多种传感器感知收集各种信息數据。如：有自动感知衣料脏污程度的浊度传感器，由此来决定洗衣粉的投放量;有自动感知水位高低的水位传感器，由此来确定洗涤衣料的水量。传感器将各种感知收集的信息数据，输入模糊控制芯片进行综合处理判断后，发出指令，指挥洗衣机自动选择相应的洗涤程序，并能根据洗衣中随时变化的因素进行相应调整，以达到最佳洗涤效果。

本设计将洗衣机分为六大模块进行设计：

控制模块：控制模块是整个全自动洗衣机的关键部分，由89C51单片机承担处理工作。传感器将检测的数据信息经处理后传给控制器，CPU将得到数据与标准数据进行比较，得出控制结果，并将处理的结果输出至执行电路。

检测模块：检测部分主要由各传感器和A/D转换器实现，传感器检测结果通过A/D转换器进入单片机CPU中进行处理分析。本次设计模拟中仅对水位和浊度进行检测。

电源模块：将220V的交流电转换成单片机用的DC—5V直流电供给单片机。

显示模块：显示部分是一组LED数码显示以及几组发光二极管组成的显示部分，用来显示洗涤的时间以及洗涤的工序。

按键控制模块：通过按键设置洗衣时间、形式、方式。

电机驱动模块：主要由机械部分电动机以及驱动电机电路构成，通过CPU控制的电机正反转以及转速完成各种洗涤动作。

本系统实现了对洗衣机整个洗衣过程的控制，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51单片机、三位共阴数码管、按键、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、浊度检测器、电动机传动系统部件和电源电路等组成。

三、系统硬件设计

本设计是全自动洗衣机的控制器，它主要采用单片机，由水位传感器、混浊度传感器送来的推理参数信号送到控制器的输入端口，控制器根据模糊推理规则确定进水量、洗涤时间等。单片机输出相应的显示信号和驱动信号，其是整个系统的核心部分。经选择采用89C51单片机可以实现本设计任务书的全部要求，此种单片机软件编程自由度大，可用编程实现各种控制算法和逻辑控制。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，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[5]。它具有乘法和除法指令，这给编程也带来了便利。

89C51单片机的I/O脚的设置和使用简单，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。89C51是一种40引脚双列直播式芯片。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。有P0、P1、P2和P3四个具有8个I/O端口，其中P3口也可以作为一个特殊功能口。

本设计控制电路的核心是89C51单片机，电源电路给单片机提供+5V的电压与Vcc引脚;浊度检测电路中的A/DC0809转换器的D0-D7引脚与单片机P0.0-P0.7对应连接，把检测到得数据转换成数字信号输入给单片机;P2.0-P2.7引脚与显示电路的A、B、C、D、E、F、G和dp分别对应连接P1.5、P1.6、P1.7与显示电路连接以实现三个LED的位选;按键控制电路的K1-K5分别与单片机P1.0-P1.4对应连接，实现按键控制功能;P3.0和P3.1引脚与电机驱动电路连接，以控制电动机的正传反转;P3.2具有终断功能与水位检测电路连接，以接受水位检测电路的信号，来控制水位高低;RST/VPD引脚进行控制器复位;XTAL1和XTAL2引脚与时钟电路连接。

四、软件设计

本设计是分模块进行设计的，由一个主程序和若干子程序组成。真正的全自动洗衣机功能很多，子程序也很多很繁琐，如：显示子程序、键盘扫描子程序、程序设置子程序、洗衣方式选择子程序、水量设置子程序、时间设置子程序、自检子程序、检测子程序、温度检测子程序、进水子程序流程、水位检测子程序、污浊度检测子程序、电机运转子程序、洗涤子程序流程、脱水子程序、排水子程序等等。本设计仅对主程序流程图及部分主要模块模块的子程序流程图及其代码进行说明。