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1、機(jī)電產(chǎn)品實(shí)例模糊控制洗衣機(jī)An example of mechatronic productFuzzy control washing machine 本文結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的背景控制過(guò)程模糊洗衣機(jī)的結(jié)構(gòu)傳感器及其他主要的系統(tǒng) 產(chǎn)生的背景v普通的洗衣機(jī)雖然省力、省時(shí)，但是對(duì)于不同的衣物，放多少洗衣粉和多少水？一般人們是按照經(jīng)驗(yàn)來(lái)確定的。至于洗的干凈與否，是等到洗衣結(jié)束確定的。v基于上述不便，模糊控制洗衣機(jī)是在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)智能控制下，模仿人的思維進(jìn)行判斷操作的一種新型的智能洗衣機(jī)，普通微電腦洗衣機(jī)采用的是量化的固定程序，一經(jīng)設(shè)定，便不能更改；而模糊控制洗衣機(jī)可以在一定程度上隨時(shí)變化，因而具有人工智能。 v模糊

2、控制洗衣機(jī) 控制過(guò)程v模糊控制洗衣機(jī)可以通過(guò)各種傳感器自動(dòng)檢測(cè)所要洗的衣料布質(zhì)、質(zhì)量、水溫、污垢程度以及洗衣水的渾濁程度等，然后通過(guò)模糊控制器對(duì)收到的信息進(jìn)行判斷，以決定洗衣粉的用量、水量的多少、洗滌時(shí)間、洗滌方法和漂洗遍數(shù)等。據(jù)估算：一臺(tái)容量為5Kg的模糊控制洗衣機(jī)的用水量要比雙杠洗衣機(jī)節(jié)水一半，節(jié)電三分之一。 v控制原理：一個(gè)控制系統(tǒng)通常是由輸入量、模糊推理規(guī)則和輸出量組成。系統(tǒng)根據(jù)不同的輸入量采用對(duì)應(yīng)的推理規(guī)則決定輸出的大小。水溫傳感器水溫度 負(fù)載傳感器布質(zhì)傳感器洗滌劑傳感器水流大小洗滌時(shí)間洗滌物質(zhì)推理規(guī)則衣物的量 v模糊控制是首先對(duì)控制對(duì)象按照人們的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)出模糊規(guī)則，然后由單片機(jī)對(duì)這

3、些信息按照模糊規(guī)則作出決策來(lái)完成自動(dòng)控制。v模糊控制器一般是一個(gè)智能芯片，具有存儲(chǔ)和計(jì)算能力，推理規(guī)則就存儲(chǔ)在這個(gè)芯片中。所謂推理規(guī)則就是把人洗衣服的模糊經(jīng)驗(yàn)數(shù)字化。例如如果負(fù)載小，洗滌化纖衣服，且水溫高，人們就用小的力量，洗滌時(shí)間短。將很多類似的經(jīng)驗(yàn)規(guī)則化，就形成了推理規(guī)則。在用的時(shí)候，根據(jù)不同的輸入組合，采用不同的規(guī)則就可以了。 模糊洗衣機(jī)的結(jié)構(gòu)v模糊控制洗衣機(jī)主要是靠傳感器感知收集各種信息數(shù)據(jù)，如有自動(dòng)感知水溫度高低、水量多少、衣料臟的程度的光電傳感器，以此決定洗衣粉的多少；有自動(dòng)檢測(cè)衣料重量、布質(zhì)的傳感器。用來(lái)選擇洗滌程序；有自動(dòng)感知水位的傳感器，來(lái)確定水位；有感知衣服臟程度、性質(zhì)、漂

4、洗渾濁的光電傳感器，確定水溫高低、洗滌時(shí)間和漂洗次數(shù)。 傳感器及其他主要的系統(tǒng)v衣服種類主要有棉纖維和化纖之分，化纖的衣服要比棉纖維的衣服好洗。水溫越高，洗滌效果越好。洗滌劑主要是由各種酶決定洗滌效果。機(jī)械力也就是洗衣機(jī)通過(guò)水流來(lái)模擬揉、搓等各種人的動(dòng)作，模糊控制洗衣機(jī)通常采用以下的傳感器來(lái)進(jìn)行信息量的提取。v模糊控制洗衣機(jī)的主要傳感器：水位傳感器根據(jù)洗滌物的多少自動(dòng)感知，設(shè)定并自動(dòng)控制用水量。 布質(zhì)傳感器根據(jù)自動(dòng)感知衣物重量和吸水程度，感知衣物的布質(zhì)，確定洗滌方法。水溫傳感器可以根據(jù)環(huán)境溫度和水溫，自動(dòng)決定洗滌時(shí)間。光電傳感器根據(jù)衣物洗滌過(guò)程中洗滌循環(huán)水的透光率（臟程度），決定最佳洗衣程序。

5、負(fù)載量傳感器主要用于洗滌衣服的多少。 布質(zhì)傳感器v為了測(cè)出布質(zhì)布量， 先加人一定的水并讓電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng),突然切斷電源, 由于慣性作用電機(jī)會(huì)維持短時(shí)間旋轉(zhuǎn)。此時(shí)電機(jī)處于發(fā)電機(jī)狀態(tài), 會(huì)產(chǎn)生一定感應(yīng)電勢(shì)并逐漸衰減到零。由于衰減速率與布阻抗成一定的線性關(guān)系, 通過(guò)對(duì)定子繞組兩端電勢(shì)進(jìn)行整流和檢測(cè), 經(jīng)光電隔離后形成脈沖信號(hào)。脈沖信號(hào)多則布阻抗小, 反之亦然。經(jīng)過(guò)幾次測(cè)量就可以判斷出布阻抗, 通過(guò)模糊推理得出布質(zhì)及布量。 v渾濁度檢測(cè)系統(tǒng) 由于受洗滌劑、洗滌方式等因素的影響，在檢測(cè)過(guò)程中，被洗衣物的污染程度難以準(zhǔn)確的測(cè)定，其污染性質(zhì)的檢測(cè)更難以進(jìn)行，采用渾濁度傳感器，通過(guò)動(dòng)態(tài)檢測(cè)渾濁度和洗滌液的導(dǎo)電率的變化

6、，可確定洗滌時(shí)間、漂洗次數(shù)和時(shí)間。（1）渾濁度傳感器美國(guó)Honeywell公司生產(chǎn)的APMS10G渾濁度傳感器的結(jié)構(gòu)如圖 v渾濁度傳感器結(jié)構(gòu)串行通信接口微處理器數(shù)/模轉(zhuǎn)換 導(dǎo)電率測(cè)量電極 LED驅(qū)動(dòng)模/數(shù)轉(zhuǎn)換渾濁度 v該傳感器具有檢測(cè)液體渾濁度和導(dǎo)電率的兩項(xiàng)功能，檢測(cè)原理如圖，起輸出的是數(shù)字量，用戶可通過(guò)計(jì)算機(jī)與傳感器進(jìn)行串口通信直接得到數(shù)據(jù)。流體中的顆粒透射光檢測(cè) 散射光檢測(cè)光源 v渾濁度傳感器主要采用紅外光電傳感器由紅外發(fā)射管發(fā)出一定強(qiáng)度的紅外光, 紅外接收管在溶液的另一側(cè)接收紅外線。紅外線在溶液中透光性的大小就決定接收方產(chǎn)生光電電流的大小, 光電流經(jīng)整形放大和數(shù)據(jù)處理后, 就可以判斷出水

7、的渾濁程度。 （2）渾濁度檢測(cè)系統(tǒng)模糊洗衣機(jī)主要是使用渾濁度傳感器檢測(cè)洗滌液的污染程度來(lái)間接確定測(cè)量被洗衣物的臟程度、污染性質(zhì)，另外根據(jù)洗滌液達(dá)到相同渾濁度的時(shí)間的不同，可判斷衣物的污染性質(zhì)是油污還是泥污。為了很好的通過(guò)渾濁度檢測(cè)來(lái)確定主洗時(shí)間，可采用一種渾濁度反饋控制的檢測(cè)。 v工作原理：在進(jìn)行渾濁度檢測(cè)時(shí)，單片機(jī)先通過(guò)繼電器打開(kāi)電磁閥，等待20s，待洗衣機(jī)內(nèi)的洗滌液進(jìn)入排水泵后，單片機(jī)通過(guò)繼電器啟動(dòng)排水泵，30s后，斷開(kāi)電磁閥和排水泵，這樣洗滌液進(jìn)入渾濁度傳感器的測(cè)量槽，洗滌液靜止30S后進(jìn)行渾濁度測(cè)量排水泵 繼電器繼電器電磁閥洗衣機(jī)單片機(jī)渾濁度傳感器洗滌液 v原理：檢測(cè)洗滌劑渾濁度時(shí)，洗

8、滌液中有大量的氣泡，故靜止一段時(shí)間后檢測(cè)渾濁度，在一定時(shí)間內(nèi)洗滌液渾濁度增長(zhǎng)率變化不大時(shí)，可結(jié)束洗滌。v模糊控制器的控制算法包括以下兩個(gè)部分: 一個(gè)是模糊矩陣運(yùn)算; 另一個(gè)是將輸入變量( 渾濁度和渾濁度變化率) 模糊化處理, 查找查詢表并作輸出處理的程序。 清較濁濁很濁零短較短標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)小較短標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)中標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)長(zhǎng)長(zhǎng)大標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)長(zhǎng)長(zhǎng)變化率時(shí)間渾濁度 渾濁度查詢表 加衣服和少量水測(cè)出布質(zhì) 修正洗衣時(shí)間渾濁度及其變化率的變化加水和洗滌劑洗滌浸泡洗衣時(shí)間 排水脫水進(jìn)水清洗排水脫水 進(jìn)水清洗干凈 渾濁度檢測(cè)排水脫水干凈三清洗衣結(jié)束提示 自動(dòng)斷電yesnoyesnoyesno模糊控制洗衣機(jī)洗衣控制流程圖 模糊控制洗衣機(jī)的發(fā)展前景v能源問(wèn)題已成為制約當(dāng)今社會(huì)發(fā)展的重要問(wèn)題。模糊洗衣機(jī)在將衣服洗干凈的前提下不僅能夠節(jié)約電能，而且也能節(jié)約水資源，模糊洗衣機(jī)將會(huì)成為未來(lái)洗衣機(jī)發(fā)展的方向。