果蔬清洗机的单片机模糊控制技术研究

论文摘要

随着高科技的发展，电子产品已经走入千家万户。而与人们息息相关的家用电器更是得到多数人青睐。如果蔬清洗机、全自动洗衣机、智能电饭煲等。近几年频频出现的食品安全问题引起人们对食品安全的高度重视。我们生活中吃的蔬菜水果上面都有农药残留，如清洗不彻底均会对人们的健康造成一定的危害。目前市场上较为流行的果蔬机的工作原理是在清洗机工作时，给底端的臭氧和超声波发生器供电，产生臭氧和超声波，再将它们分别输送到果蔬机的洗涤桶中，在洗涤桶中与水机接触，溶解在水中，臭氧和超声波混合液具有很好的杀菌、消毒降解农药作用。对于同一种类果蔬只能依靠视觉和以往积累的经验进行浑浊度的检测，当人们看到果蔬表面相对较脏时会把时间调长，反之会调短。果蔬表面的细菌和农药几乎是我们肉眼所观察不到的，所以这样主要依靠视觉进行清洗的效果是可想而知的。对不同种类的果蔬而言，因果蔬的外形和软硬程度不同，农药和细菌隐藏位置不同，相对较细软的蔬菜，如叶菜类蔬菜，细菌较多隐藏在叶菜表面和茎秆夹缝中。若设定一段相对较坚硬果蔬的合适的清洗时间，则对于叶菜类会不合适，其凸凹缝隙内的细菌会清洗不彻底；若设定一段相对较细软果蔬的合适的清洗时间，则又会对坚硬果蔬不合适，坚硬果蔬表面的营养成分会被清洗掉。所以不同种类的果蔬一起进行清洗，清洗效果不会很理想。论文就此问题提出了一种基于单片机的模糊控制的智能方法，通过专家经验将果蔬浑浊度设定在一个健康范围，利用浑浊度传感器在线实时监测果蔬的浑浊度，不需要人工监护定时，当清洗浑浊度值达到预定健康范围时，果蔬机会自动停止。论文对此模糊控制方法进行了分析研究及仿真。主要研究内容包括以下几方面：本文的绪论部分首先介绍果蔬机的研究背景及其国内外的发展现状。分析了果蔬机的诞生背景，主要介绍机械式清洗机、振动喷淋式清洗机、水气浴叶清洗机、爆气扰水式清洗机、超声波清洗机等的工作和控制机理，分析它们各自的应用场合和优缺点，从而得到设计的基本思路和研究方向。接着文中对模糊控制技术做了详细介绍，阐述模糊控制作为一种新颖的非线性智能控制方法所具有的独特优点。相对于传统的控制而言，模糊控制在许多应用中可以有效且便捷的实现人的控制策略和经验。另外一个显著优点是模糊控制不需要被控对象精确的数学模型，因为被控对象的动态特性已经包含在模糊控制器的输入、输出模糊集及模糊规则中。模糊控制系统基本结构主要包括输入量模糊化、模糊推理和模糊判决三部分。根据这三部分设计出果蔬机相应的模糊控制系统，模糊控制规则的建立，E、C、U的语言赋值及相应的模糊控制算法。本文的第三、四部分主要介绍了果蔬机模糊控制系统的硬件设计及软件仿真。硬件设计中采用2片51单片机为主控模糊芯片，通过浑浊度传感器APMS-10G、水位传感器TC401、臭氧发生器采集信息和数据，将这些信息和数据经过A/D传给从机，从机将这些信息再传给主机，主机接收这些信息和数据，通过外围电路，如AT24C02、时显电路、报警电路、按键电路等将这些数据进行加工和处理达到预定要求；软件设计中，采用强大功能的matlab软件的fuzzy和simulink功能，对硬件设计电路进行相应的仿真。如运用fuzzy功能对E、C、U进行仿真，fuzzy rules仿真及曲面立体图像显示；运用simulink功能对分别输入step、sine wave信号的模糊控制系统进行仿真,对step、sine wave的输出响应图像进行总结，从而对果蔬机模糊控制系统的参数进行相应修改。最后对论文作了总结和下一步展望。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景与意义
• 1.2 国内外果蔬机的研究现状
• 1.3 发展趋势
• 1.4 本论文的主要内容和工作
• 第二章 模糊控制概述
• 2.1 控制技术概述
• 2.2 模糊控制理论
• 2.2.1 输入量的模糊化
• 2.2.2 模糊推理
• 2.2.3 模糊判决
• 第三章 果蔬机模糊控制器及系统总体设计
• 3.1 果蔬机模糊控制器及系统总体设计
• 3.2 果蔬机模糊控制器的结构设计
• 3.2.1 精确量的模糊化
• 3.2.2 模糊变量的赋值表
• 3.2.3 模糊控制规则的建立
• 3.2.4 模糊控制算法设计
• 第四章 果蔬机模糊控制系统的硬件设计
• 4.1 硬件总体设计
• 4.2 器件选择
• 4.2.1 模糊控制芯片的选择
• 4.2.2 臭氧发生器
• 4.2.3 超声波发生器
• 4.2.4 超声波换能器
• 4.2.5 浑浊度传感器
• 4.2.6 水位传感器
• 4.2.7 存储器件
• 4.2.8 数字模拟转换器
• 4.2.9 模拟数字转换器
• 4.2.10 报警电路
• 4.2.11 显示电路
• 4.2.12 按键电路
• 4.2.13 光电隔离电路
• 第五章 果蔬机模糊控制系统的软件仿真与模拟
• 5.1 模糊控制器的部分软件编程
• 5.2 模糊控制的 matlab 仿真
• 5.2.1 模糊控制器模型
• 5.2.2 模糊控制输入输出变量的仿真图像
• 5.2.3 模糊控制规则的仿真图像
• 5.3 模糊控制系统的 simulink 仿真
• 5.3.1 果蔬机模糊控制系统仿真模型建立
• 5.3.2 果蔬机模糊系统的 simulink 仿真
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 论文作者在学期间发表的学术论文目录
• 致谢