1、基于单片机的模糊控制洗衣机控制面板研究与设计茂 名 学 院毕业设计说明书 题 目： 基于单片机的模糊控制洗衣机控制面板研究与设计英文并列题目：Research and Design of Fuzzy Machines Control Board Based on the Single-chip毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供
2、过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日期： 使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名： 日 期： 学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任
3、何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名： 日期： 年 月 日导师签名： 日期： 年 月 日指导教师评阅书指导教师评价：一、撰写（设计）过程1、
4、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神 优 良 中 及格 不及格2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度 优 良 中 及格 不及格3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力 优 良 中 及格 不及格4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性 优 良 中 及格 不及格5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况 优 良 中 及格 不及格二、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ 优 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ 优 良 中 及格 不及格三、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
5、 优 良 中 及格 不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ 优 良 中 及格 不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格建议成绩： 优 良 中 及格 不及格（在所选等级前的内画“”）指导教师： （签名） 单位： （盖章）年 月 日评阅教师评阅书评阅教师评价：一、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ 优 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ 优 良 中 及格 不及格二、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有
6、创意？ 优 良 中 及格 不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格建议成绩： 优 良 中 及格 不及格（在所选等级前的内画“”）评阅教师： （签名） 单位： （盖章）年 月 日教研室（或答辩小组）及教学系意见教研室（或答辩小组）评价：一、答辩过程1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况 优 良 中 及格 不及格2、对答辩问题的反应、理解、表达情况 优 良 中 及格 不及格3、学生答辩过程中的精神状态 优 良 中 及格 不及格二、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ 优 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及
7、附件）？ 优 良 中 及格 不及格三、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ 优 良 中 及格 不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格评定成绩： 优 良 中 及格 不及格（在所选等级前的内画“”）教研室主任（或答辩小组组长）： （签名）年 月 日教学系意见：系主任： （签名）年 月 日毕 业 设 计（论 文）任 务 书 自动化 系 电气工程及其自动化专业 电气04-1 班 学生 彭鸿杰 一、毕业设计(论文)课题 基于单片机的模糊控制洗衣机控制面板研究与设计 二、毕业
8、设计(论文)工作自 2008 年 03 月 17 日起至 2008 年 06 月 20 日止三、毕业设计(论文)进行地点 茂名学院 四、毕业设计(论文)的内容要求 设计要求完成如下内容： 1、研究模糊洗衣机控制理论及其应用； 2、实现模糊洗衣机控制板的硬件电路设计； 3、利用C语言编制程序以实现实现模糊洗衣机控制板； 4、设计PCB板，制作模糊控制洗衣机控制板。 5、进行硬件、软件调试；最后设计出一个具有一定实用价值的模糊洗衣机控制板。 6、论文说明书中要附上硬件电路原理图、PCB板设计图、软件设计流程、程序和系统调试照片、完成作品照片。 7、按规范要求写出论文说明书； 8、进行论文答辩。 教
9、研室负责人 指导教师 康 珏 接受设计论文任务开始执行日期 2008 年 3 月 17 日学生签名 摘 要模糊技术是智能化技术的一个重要组成部分。模糊逻辑有别于传统逻辑和数理逻辑，它通过隶属函数恰当地描述事物的模糊性，并把具有模糊现象和模糊概念的事物处理成精确的东西。将模糊逻辑与单片机控制技术结合起来是智能控制技术的一个重要发展方向。本文将模糊技术与微电脑技术结合起来应用于洗衣机程控板的开发，目的在于开发出性价比较高的电脑程控板，提高产品市场竞争力。文中主要描述模糊型全自动智能洗衣机控制板的开发过程，根据实际需求来设计洗衣机的功能，整个过程包括硬件电路布局和设计、软件设计和整体调试三个方面。设
10、计出的控制板具有液晶显示、可以在多种模式下操作，控制起来十分方便。关键词：模糊控制、洗衣机、单片机ABSTRACTFuzzy technology is an integral part of intelligent technology. Diferent from traditional logic and symbolic logic, the fuzzy logic describes the fuzzy quality by membership function, and processed the fuzzy conception and phenomena into preci
11、se data. It is an important direction of the intelligent control technology to combine the fuzzy logic with the MCU control technology. Applying the combined technology of fuzzy logic and microcomputer to the development of the washing machines program control board, this dissertation is to develop
12、a program control board with better competitive edge in quality, price and market. The design of the control board, which is manily described in this paper, is concerned with the following three aspects: hardware circuit layout, software function and overall debugging. Equipped with an LCD, the fina
13、l design model can be operated conveniently in multiple modes. Keywords: fuzzy control; washing machine; singlechip第一章 绪 论随着现代社会生活节奏的不断加快和人们生活水平的不断提高，人们对各种方便、快捷的家用电器需求量越来越大，洗衣机作为人们提高生活效率，追求生活质量的基本条件，也愈来愈成为不可或缺的生活用具。在工业发达国家，洗衣机的普及率已达到相当高的程度，但由于现阶段国情，洗衣机在我国的普及程度较低，农村更甚。随着人民生活水平(特别是乡村生活水平)的不断提高，社会上对洗衣机
14、的需求量越来越大，而且随着生活质量的不断提高，人们对洗衣机的功能要求越来越高，使得洗衣机的更新较快，因此，洗衣机做为人们追求现代生活的一个基本要求在我国有着极大的市场。洗衣机技术发展日新月异，产品类型众多，但从总体来看，人们对洗衣机的基本要求应是:省时、省水、省电，磨损率小，操作方便，功能完普等。以上特点从技术的角度可由洗衣机的洗涤方式和控制方式这两个基本特性决定。目前存在的洗涤方式有波轮式(又称涡卷式)、搅拌式、滚筒式、喷流式、喷射式和超声波式等多种，在我国比较普及的洗涤方式是波轮式，超声波式洗涤方式则代表着国际上的发展方向。对洗衣机技术的发展使得人们期望在采用一种较好洗涤方式的同时，希望洗
15、衣机的控制部分能在洗涤过程中对衣物重量、脏度，洗涤剂的浓度，水的硬度、温度等影响洗涤效果的诸多因素进行检测，并能对这些检测结果做出合理反应，从而得到比较理想的洗涤效果。现代科学技术的发展，特别是嵌入式技术的发展，使微电脑的功能日益强大，微电脑与传感器系统的结合，足以实现上述功能；另外，人们对洗衣机使用方便的要求使得洗衣机的全自动化成为另一个发展方向.因此，从世界范围内来说，洗衣机总的发展趋势是向微电脑，传感系统，智能化、全自动化的方向发展。1.1 控制理论发展控制理论是与人类社会发展密切联系的一门学科，是控制科学的核心。控制理论作为一门科学，它的产生可追溯到18世纪中叶英国的第一次技术革命。现
16、在，随着通讯技术及信息处理技术的迅速发展，更加推动了控制理论不断地向前发展。控制理论的发展过程一般可以分为三个阶段1。第一阶段二十世纪40-60年代，称为“古典控制理论时期”；第二阶段二十世纪60称为“现代控制理论时期”；第三阶段二十世纪70年代末至今。70年代末，控制理论向着“大系统理论”和“智能控制”方向发展，前者是控制理论在广度上的开拓，后者是控制理论在深度上的挖掘。1.2 智能控制的发展与现状传统控制是经典控制和现代控制理论的统称，它们的主要特征是基于模型的控制。由于被控对象越来越复杂。其复杂性表现为高度的非线性，高噪声干扰、动态突变性以及分散的传感元件，分层和分散的决策机构、多时间尺
17、度，复杂的信息结构等，这些复杂性都难以用精确的数学模型(微分方程或差分方程)来描述。除了上述复杂性以外，往往还存在着某些不确定性，不确定性也难以用精确数学方法加以描述。然而，对这样复杂系统的控制性能的要求越来越高，这样一来，基于精确模型的传统控制就难以解决上述复杂对象的控制问题。在这样复杂对象的控制问题面前，人们将人工智能的方法和反馈控制相结合，解决复杂系统面临的复杂控制系统的难题。近几十年来，自动控制技术由于人工智能、控制理论和计算机科学的交叉取得了很大的进展，形成了新的一代控制理论智能控制理论。虽然，从不同的认识论和方法论出发的各类控制理论，诸如分层递阶自组织控制、模糊控制、专家控制、脑模
18、型控制和手动控制等竟相发展，但它们都处于探索、开拓和发展的时期，系统的理论体系还没有形成。表1.2给出了智能控制大事年1。1.2.1模糊控制技术在洗衣机中的应用洗衣机整个工作过程的控制是由程控器实现的，它一般分机械式和电子式(又称微电脑式)两种。机械式程控器由微型同步电机、减速机构、凸轮机构、簧片组及相应控制机构组成:微电脑程控器由MCU、稳压电源、监测信号开关、震荡器、蜂鸣器、功能键、显示电路、可控硅控制电路等组成，由于它采用了无触点控制，因此，比机械程控器的功能齐全，结构简单，且控制精度高，模糊逻辑在控制领域已取得了相当的进展，运行可靠。目前，利用单片机进行模糊控制只要是用数字单片机组成硬
19、件结构，而以软件执行模糊化，模糊推理及反模糊化工作，这种方式价格低，灵活性高，通用性强，特别适于家用消费类产品的应用。 表1.2智能控制大事年表1965年美国普渡大学的K.S.Fu教授于60年代中期提出的，他在1965年发表的论文中率先提出把人工智能的启发式推理规则用于学习系统，这篇开创性论文为自动控制迈向智能化揭开了崭新的一页1966年Mendel于1966年在空间飞行器的学习控制中应用了人工智能技术，并提出了“人工智能控制”的新概念;同年，Leondes和Mendel首次使用了“智能控制(Intelligent control)”一词1971年Fu发表了重要论文，提出了智能控制就是人工智能
20、与自动控制的交叉的“二元论”思想1974年1974年英国的Mamdani教授首次成功地将模糊逻辑用于蒸汽机控制，开创了模糊控制的新方向1977年Saridis的专著出版，并于1979年发表了综述文章，全面地论述了从反馈控制到最优控制、随机控制及自适应控制、自组织控制、学习控制，最终向智能控制发展的过程，提出了智能控制是人工智能、运筹学、自动控制相交叉的“三元论”思想及分级递阶的智能控制系统框架1984年Astrom发表了论文，这是第一篇直接将人工智能的专家系统技术引入到控制系统的代表，明确地提出了建立专家控制的新概念1984年Hopfield提出的Hopfield网络及Rumelhart提出的
21、BP算法1985年IEEE在美国纽约召开了第一界智能控制学术讨论会1987年在美国费城由IEEE控制系统学会与计算机学会联合召开了第一界智能控制国际会议1992年美国国家自然科学基金委员会和美国电力研究院联合发出智能控制研究项目倡议书1993年美国IEEE控制系统学会智能控制专业委员会成立专家小组，专门探讨智能控制领域“智能控制”的含义1994年召开了94IEEE全球计算智能大会，将模糊系统、神经网络、进化计算三方面的内容综合在一起召开，这三个新学科己经成为研究智能控制的重要基础1.3洗衣机的主要参数洗衣机做为一种家电产品，需要达到的性能指标包括洗净性能、漂洗性能、脱水性能、排水性能和磨损性能
22、等，其各主要性能指标的实现最终要依赖于洗衣过程中的各控制参数，洗衣机的主要控制参数有:1.3.1水位水本身是一种洗涤剂，具有除污功能，但并非水越多去污能力就越强约用水，不同的洗衣量所用的水量也不同，但目前还不能完全做到这一点，只能根据衣物量对水位大致分级。1.3.2水流静止的洗涤剂不能产生良好的洗涤效果，要把污溃从衣物表面洗除掉，并对衣物施加清洗动力，就需要洗衣机能够执行搅拌，搓，揉，摩擦，卷搅，翻滚等动作。洗衣机对衣物输出的能t大，去污效果明显，但在某种程度上会造成衣物的损伤，因此应对不同质地，不同重A的衣物采用不同的能f输出方式，从控制的角度就表现为水流方式的不同。1.3.3洗衣时间衣物在
23、洗衣机中洗涤时间过长会使衣物受到较大磨损，因此，应针对不同质地和不同衣物量来确定洗衣时间。1.3.4漂洗方式漂洗的作用在于去污和去掉残存的洗涤剂，漂洗方式的选择同样与衣物t和衣物质地有关。1.3.5脱水时间全自动洗衣机中，脱水过程是洗衣操作的最后一个过程。一般情况下，脱水时间愈长，衣物甩干程度愈强，但织物中与纤维相吸附而残留的水分无法通过脱水方式去掉，这种类型的残留水分的多少与衣物质地有关，同样质地下又与重量有关，因此也应对脱水时间分档。1.4 本文的内容与结构本文的内容共分四章与结论；第一章“绪论”概括了智能控制发展过程与现状；第二章“仿人智能温控算法研究与分析”分析了模糊控制的基本概念、控
24、制系统结构与基本算法，最后引出模糊智能控制洗衣机算法，并通过MATLAB仿真其阶跃响应特性；第三章“洗衣机控制板的模糊控制硬件设计” 分析了系统的组成和基本工作原理等、介绍了详细的电路组成和实现；第四章“洗衣机控制板的模糊控制的软件设计”着重介绍了洗衣机控制板的模糊控制算法的软件实现、软件实验平台的结构及相关的技术问题、系统主程序与各应用模块子程序的编写；最后在“结论”部分对本课题研究工作进行总结，并对今后的工作提出改进建议。第二章 洗衣机控制板的模糊控制理论2.1概论模糊逻辑 是FuzzyL ogic的中文译意，它有别于传统逻辑和数理逻辑。传统逻辑和数理逻辑一般用于解决精确问题，但对于很多实
25、际问题(如语言学，心理学，社会科学等)它们则显得“力不从心”，模糊逻辑却适于这些问题的求解。模糊逻辑通过隶属函数恰当地描述事物的模糊性，并把具有模糊现象和模糊概念的事物处理成精确的东西。1963年，美国的自动控制理论专家扎德(L.A.Zadeh)在加州大学提出的模糊集合理论标志着模糊逻辑的诞生:1974年，伦敦的QueenM ary学院的马丹尼(E.H.Mamdani)首次用模糊逻辑和模糊推理实现了第一个实验性的蒸汽机控制，并取得了比传统控制更好的效果，从而宣告了模糊控制的问世.本章主要对设计过程中用到的一些模糊逻辑和模糊控制中的理论做了一些简单的介绍，以为后面的设计工作打下理论基础。模糊集合
26、和隶属度函数2.2模糊集合2.2.1模糊集合为了描述具有模糊性的事物，人们引入了模糊集合的概念。模糊集合是模糊理论的基础，可简单地表述为:一般而言， 在不同程度上具有某种特定性质的所有元素的总和称为模糊集合。32.2.2隶属函数在模糊理论中，对模糊性的描述是通过隶属函数实现的.隶属函数是模糊数学中最荃本和最重要的概念.在定义隶属函数之前，先给出特征函数的概念:对于给定论域U的子集A，映射定义为: 则称为集合A的特征函数，它说明论域U中的每个二值函数对应于一个集合A。隶属函数的定义：用于描述模糊集合，并在0，1闭区间可以连续取值的特征函数叫做隶属函数。隶属函数用表示，其中表示模糊集合A，而x是的
27、元素。隶属函数满足。隶属函数的确定并没有统一的方法，用不同的方法所确定的隶属函数并不同，一个隶属函数的准确与否主要是看它与实际是否相一致。隶属函数的确定方法有很多种，在实际应用中，较多采用统计法，它是对模糊性事物的可能性程度进行统计的一种方法。2.3模糊关系和模糊矩阵首先给出模糊关系的定义:以集合A和B的直积AB，即作为论域的一个模糊子集，称为集合A到B的模糊关系，可记为。若，则称(简记为) 为(a,b)具有关系的程度。模糊矩阵用于表示模糊关系，本质上二者是一致的，因此，也用来表示模糊矩阵。定义模糊矩阵如下:设存在有限集，则AB中的模糊关系可表示为mn阶矩阵：此矩阵称为模糊矩阵用表示模糊矩阵中
28、的元素，则模糊矩阵表示为：。2.4模糊语言和模糊条件句2.4.1模糊语言广义上讲，一切具有模糊性的语言都可称为模糊语言，它包括自然语言和数学上的模糊语言。狭义的模糊语言是指数学上的模糊语言，由于它可用于研究语言的模糊性和推理，因此在模糊控制中具有极为重要的地位。由于 在 模 糊控制中所使用的控制规则是人们在实际工作中的经验总结，因此它们一般是用人们的语言来表达的，即模糊控制规则是用模糊语言表示的，所以在模糊语言中，语言变量是一个相当重要的概念，其定义如下：语言变量是由一个五元体(N，T (N)，U，M，G )来表征的变量，其中各个元素的意义为：(1 )N是变量名称，即单词X,如年龄，高矮，颜色
29、，体积等。(2)T(N)是N的语言变量真值的集合，每个语言真值都是U上的模糊集合。T(N )的 元 素可分为原始项和合成项两类，原始项是表示语言真值的最小单位，如少 年 ， 老年等:合成项则可由原始项和语气算子、否定词、联结词等组成。(3)U是N的论域。(4)M是词义规则，词义用表示，。词义规则M规定了U中元素y对的隶属度。(5) G是词法规则，它规定原则词，即原始项构成合成项之后的词义变化，如在组成合成词时，要用到联结词“且”，则语法规则为：2.4.2模糊控制规则模糊控制规则的表现形式一般可用三种条件语句形式表示。在模糊条件语句中其前提部分称为前件，结论部分则为后件。2.4.2.1.“if
30、A then B”型设有论域X，Y，若存在XY上的二元模糊关系，则隶属函数为，其中: ，。用模糊矩阵可表示为。2.4.2.2.，“if A then B else C”语句设有论域X，Y，Z， 则有二元模糊关系的隶属函数为：用模糊矩阵可表示为。2.4.2.3. “if A and B then C”语句设有论域X，Y，Z，则有三元模糊关系的隶属函数为：用模糊矩阵表示为。2.5模糊控制规则和控制算法模糊控制要建立在一系列模糊控制规则的基础上，在实际控制中，通常把有关控制规则加以处理产生相应的控制算法，模糊控制器就是以相应的算法去控制被控对象工作的。模糊控制是对系统控制经验的总结，它们用模糊条件语句来表述。模糊控制规则的生成主要有四种途径；根据专家经验或过程控制知识生成；根据过程的模糊模型生成；根据对手工控制操作的系统观察和测t生成；根据学习算法生成。这些方
