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模糊控制洗衣機(jī) 控制過程v模糊控制洗衣機(jī)可以通過各種傳感器自動(dòng)檢測所要洗的衣料布質(zhì)、質(zhì)量、水溫、污垢程度以及洗衣水的渾濁程度等，然后通過模糊控制器對收到的信息進(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模糊控制是首先對控制對象按照人們的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)出模糊規(guī)則，然后由單片機(jī)對這些信息按照模糊規(guī)則作出決策來完成自動(dòng)控制。v模糊控制器一般是一個(gè)智能芯片，具有存儲和計(jì)算能力，推理規(guī)則就存儲在這個(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)檢測衣料重量、布質(zhì)的傳感器。用來選擇洗滌程序；有自動(dòng)感知水位的傳感器，來確定水位；有感知衣服臟程度、性質(zhì)、漂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)通過水流來模擬揉、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)衣物洗滌過程中洗滌循環(huán)水的透光率（臟程度），決定最佳洗衣程序。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), 會產(chǎn)生一定感應(yīng)電勢并逐漸衰減到零。由于衰減速率與布阻抗成一定的線性關(guān)系, 通過對定子繞組兩端電勢進(jìn)行整流和檢測, 經(jīng)光電隔離后形成脈沖信號。脈沖信號多則布阻抗小, 反之亦然。經(jīng)過幾次測量就可以判斷出布阻抗, 通過模糊推理得出布質(zhì)及布量。 v渾濁度檢測系統(tǒng) 由于受洗滌劑、洗滌方式等因素的影響，在檢測過程中，被洗衣物的污染程度難以準(zhǔn)確的測定，其污染性質(zhì)的檢測更難以進(jìn)行，采用渾濁度傳感器，通過動(dòng)態(tài)檢測渾濁度和洗滌液的導(dǎo)電率的變化，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該傳感器具有檢測液體渾濁度和導(dǎo)電率的兩項(xiàng)功能，檢測原理如圖，起輸出的是數(shù)字量，用戶可通過計(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 散射光檢測光源 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, 就可以判斷出水的渾濁程度。 （2）渾濁度檢測系統(tǒng)模糊洗衣機(jī)主要是使用渾濁度傳感器檢測洗滌液的污染程度來間接確定測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。為了很好的通過渾濁度檢測來確定主洗時(shí)間，可采用一種渾濁度反饋控制的檢測。 v工作原理：在進(jìn)行渾濁度檢測時(shí)，單片機(jī)先通過繼電器打開電磁閥，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)通過繼電器啟動(dòng)排水泵，30s后，斷開電磁閥和排水泵，這樣洗滌液進(jìn)入渾濁度傳感器的測量槽，洗滌液靜止30S后進(jìn)行渾濁度測量排水泵 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：檢測洗滌劑渾濁度時(shí)，洗滌液中有大量的氣泡，故靜止一段時(shí)間后檢測渾濁度，在一定時(shí)間內(nèi)洗滌液渾濁度增長率變化不大時(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)長長長大標(biāo)準(zhǔn)長長長變化率時(shí)間渾濁度 渾濁度查詢表 加衣服和少量水測出布質(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能源問題已成為制約當(dāng)今社會發(fā)展的重要問題。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)將會成為未來洗衣機(jī)發(fā)展的方向。