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1、題目：全自動(dòng)洗衣機(jī)設(shè)計(jì) 目 錄 第1章 引言 1 1.1 基于單片機(jī)控制的智能洗衣機(jī)研究的意義 1 第2章 控制功能需求分析 2 2.1全自動(dòng)洗衣機(jī)的控制功能要求 2 2.2 整機(jī)組成框圖 3 第3章 硬件電路設(shè)計(jì) 4 3.1 微處理控制電路 4 3.2 89C51單片機(jī)的引腳分類(lèi) 5 3.3 時(shí)鐘電路 6 3.4 復(fù)位操作電路 7 3.5 顯示電路 7 3.6 進(jìn)水閥控制電路 8 3.7 排水閥控制電路 9 3.8 電機(jī)控制電路 10 3.9 電機(jī)調(diào)速部分 11 3.9.1 可控硅過(guò)零調(diào)功原理 11 3.9.2 硬件電路設(shè)計(jì) 12 3.9.

2、3 過(guò)零檢測(cè)電路 12 3.9.4 可控硅觸發(fā)電路 13 3.10蜂鳴電路 13 3.11暫停和防振功能電路 14 3.12壓力傳感器 15 第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 17 結(jié) 論 20 參考文獻(xiàn) 21 附 錄 22 附錄A 程序清單 22 附錄B 智能洗衣機(jī)原理圖 32 致 謝 33 第1章 引言 1.1 基于單片機(jī)控制的智能洗衣機(jī)研究的意義 隨著現(xiàn)代社會(huì)生活節(jié)奏的不斷加快和人們生活水平的不斷提高，人們對(duì)各種方便、快捷的家用電器需求量越來(lái)越大，洗衣機(jī)作為人們提高生活效率，追求生活質(zhì)量的基本條件，也愈來(lái)愈成為不可或缺的生活用具。 在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，洗衣

3、機(jī)的普及率已達(dá)到相當(dāng)高的程度，但由于現(xiàn)階段國(guó)情，洗衣機(jī)在我國(guó)的普及程度還較低，農(nóng)村更甚。隨著人民生活水平(特別是鄉(xiāng)村生活水平)的不斷提高，社會(huì)對(duì)洗衣機(jī)的需求量越來(lái)越大，而且隨著生活質(zhì)量的不斷提高，人們對(duì)洗衣機(jī)的功能要求越來(lái)越高，使得洗衣機(jī)的更新較快，因此，洗衣機(jī)作為人們追求現(xiàn)代生活的一個(gè)基本要求在我國(guó)有著極大的市場(chǎng)。 智能洗衣機(jī)綜合運(yùn)用了大量力學(xué)，電學(xué)，光學(xué)等知識(shí)。通過(guò)對(duì)于基于單片機(jī)控制的智能洗衣機(jī)的研究我們可以更清晰，更實(shí)際的掌握單片機(jī)的一些基本的控制和應(yīng)用。單片機(jī)在日常家電中的應(yīng)用比較廣泛，洗衣機(jī)智能控制系統(tǒng)就是一種以單片機(jī)為控制核心的系統(tǒng)，它把以往對(duì)洗衣機(jī)的繁瑣的操作變得簡(jiǎn)單化，不但其

4、機(jī)器性能顯著提高，還增加了難以實(shí)現(xiàn)得功能，同時(shí)也提高了控制的精確度，硬件和軟件相互配合實(shí)現(xiàn)洗衣機(jī)工作的智能化和自動(dòng)化。因此對(duì)于智能洗衣機(jī)的研究一方面可以讓我們對(duì)于所學(xué)的單片機(jī)和電路有關(guān)知識(shí)有個(gè)更好的理解和鞏固，一方面也鍛煉了自身的動(dòng)手能力，特別是能夠?qū)崿F(xiàn)軟硬連調(diào)所具備的能力。 智能洗衣機(jī)的特點(diǎn)是：通過(guò)程序控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)洗滌過(guò)程，省時(shí)省力。 第2章 控制功能需求分析 2.1全自動(dòng)洗衣機(jī)的控制功能要求 洗衣機(jī)要完成洗衣工作，除了對(duì)一般洗衣過(guò)程的人工工作及效能進(jìn)行模擬之外，還要根據(jù)洗衣機(jī)的機(jī)械電子性質(zhì)進(jìn)行有關(guān)控制和檢測(cè)。 對(duì)于一臺(tái)套桶式缸波輪全自動(dòng)洗衣機(jī)而言，首先要求能完

5、成洗衣功能；同時(shí)還要根據(jù)用戶(hù)的不同設(shè)置幾種不同的洗衣程序；還要考慮水流的情況決定洗滌的弱強(qiáng)情況；另外，還要對(duì)洗衣過(guò)程出現(xiàn)的故障進(jìn)行診斷；保證高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)脫水的安全性等。所以，對(duì)全自動(dòng)洗衣機(jī)，一般要求具有如下基本功能。 1) 強(qiáng)、弱洗滌功能。要求強(qiáng)洗時(shí)正、反轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)時(shí)間各為4s，間歇時(shí)間為1s，弱洗時(shí)正、反轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)時(shí)間各為3s，間歇時(shí)間為2s。 2) 4種洗衣工作程序，即標(biāo)準(zhǔn)程序、經(jīng)濟(jì)程序、單獨(dú)程序和排水程序 標(biāo)準(zhǔn)程序是進(jìn)水→洗滌→漂洗→排水→脫水，如此循環(huán)3次，每循環(huán)一次洗滌或漂洗環(huán)節(jié)時(shí)間比上一循環(huán)同一環(huán)節(jié)時(shí)間減少2min，具體是：第一循環(huán)為洗滌，時(shí)間為6min，第二，第三次循環(huán)為漂洗，時(shí)間分

6、別為4min和2min。排水時(shí)間采用動(dòng)態(tài)時(shí)間法確定，脫水時(shí)間為2min。經(jīng)濟(jì)程序與標(biāo)準(zhǔn)程序一樣，只是洗滌次數(shù)為二次。單獨(dú)程序是進(jìn)水→洗滌（6min）→結(jié)束（留水不排不脫）。排水程序是排水→脫水→結(jié)束，時(shí)間確定與上述程序相應(yīng)環(huán)節(jié)相同。 3) 進(jìn)、排水系統(tǒng)故障自動(dòng)診斷功能 洗衣機(jī)在進(jìn)水或者排水過(guò)程中，若在一定的時(shí)間范圍內(nèi)進(jìn)水或排水未能達(dá)到預(yù)定的水位，就說(shuō)明進(jìn)、排水系統(tǒng)有故障，此故障由控制系統(tǒng)測(cè)知并通過(guò)警告程序發(fā)出警告信號(hào)，提醒操作者進(jìn)行人工排除。 4) 脫水期間安全保護(hù)和防振功能 洗衣機(jī)在脫水期間若打開(kāi)機(jī)蓋時(shí)，洗衣機(jī)就會(huì)自動(dòng)停止脫水操作。在脫水期間，如果出現(xiàn)衣物纏繞引起脫水桶重心偏移而不平

7、衡，此時(shí)洗衣機(jī)也會(huì)自動(dòng)停止脫水，以免振動(dòng)過(guò)大，待人工處理后恢復(fù)工作。 5) 間歇驅(qū)動(dòng)方式 脫水期間采取間歇驅(qū)動(dòng)方式，以便節(jié)能。本系統(tǒng)要求驅(qū)動(dòng)5s，間歇2s，間歇期間靠慣性力使脫水桶保持高速旋轉(zhuǎn)。 6) 暫停功能 不管洗衣機(jī)工作在什么狀態(tài)，當(dāng)按下暫停鍵時(shí)，洗衣機(jī)必須停止工作，等待驅(qū)動(dòng)鍵按下以后洗衣機(jī)又能按照原來(lái)所選擇的工作方式繼續(xù)工作。 7) 聲光顯示功能 洗衣機(jī)各種工作方式的選擇和各種工作狀態(tài)均有聲、光提示或顯示。 2.2 整機(jī)組成框圖 針對(duì)上述，一方面，涉及到硬件電路，另一方面要配合相應(yīng)的軟件，才能完成上述功能。下面為本設(shè)計(jì)的整機(jī)框圖如圖1。 如下圖2-1中所示，通

8、過(guò)壓力傳感器，將洗衣機(jī)桶內(nèi)水位的壓力值送到微處器內(nèi)部，進(jìn)行分析、處理，然后分別進(jìn)行控制，如進(jìn)水量、進(jìn)水閥電路、出水閥電路。通過(guò)二極管管顯示相應(yīng)狀態(tài)，由簡(jiǎn)單按鍵控制，遇到險(xiǎn)情由揚(yáng)聲器發(fā)聲。由軟件和硬件對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制。 單 片 機(jī) A T 8 9 C 5 1 電機(jī)控制電路 進(jìn)水閥控制電路 排水閥控制電路 壓力傳感器電路 二級(jí)管顯示電路 按鍵控制及報(bào)警電路 圖2-1 整機(jī)電路組成框圖 第3章 硬件電路設(shè)計(jì) 針對(duì)上文的功能，硬件電路應(yīng)包括七個(gè)部分

9、：微處理器控制電路、顯示電路、傳感器電路、電機(jī)控制電路、進(jìn)水閥控制電路、排水閥控制電路和按鍵報(bào)警電路。 通過(guò)這幾個(gè)部分電路的協(xié)調(diào)工作，再由軟件的配合工作洗衣機(jī)就可以模擬人腦進(jìn)行操作，下面分別闡述各電路的組成原理。 基于AT89C51單片機(jī)控制的智能洗衣機(jī)原理： 原理圖見(jiàn)附錄C 控制板電路使用AT89C51芯片，時(shí)鐘電路采用6MH晶振。組成的輸入信號(hào)有：洗衣機(jī)的主程序選擇，即洗衣機(jī)的控制功能，包括設(shè)置洗衣機(jī)的強(qiáng)洗弱洗設(shè)置,洗衣機(jī)的程序選擇（標(biāo)準(zhǔn)程序、經(jīng)濟(jì)程序、單獨(dú)程序、排水程序）。輸出控制信號(hào)包括：發(fā)光二極管顯示、蜂鳴器鳴叫、進(jìn)水閥控制、排水閥控制、電機(jī)正反轉(zhuǎn)的控制信號(hào)。 主電路是由交

10、流220V電壓經(jīng)變壓、整流、濾波后，其中一路接至低電壓保護(hù)電路，另一路提供穩(wěn)定的+5V電壓供應(yīng)給控制板各元件。當(dāng)?shù)碗妷罕Ｗo(hù)電路檢測(cè)到低電壓時(shí)，將向單片機(jī)的INT0引腳產(chǎn)生中斷，單片機(jī)將響應(yīng)該中斷，關(guān)閉各輸出端口，以保護(hù)執(zhí)行部分如電機(jī)等設(shè)備不因欠壓而損壞。 3.1 微處理控制電路 微處理電路中我采用的是ATMEL公司的單片機(jī)，原因是考慮到其價(jià)格便易、功能齊全、可靠性高、使用普遍。AT89C51單片機(jī)是ATMEL公司8位單片機(jī)系列產(chǎn)品之一，是一種40引腳雙列直播式芯片。它含有4KB可反復(fù)燒錄及擦除內(nèi)存和128字節(jié)的RAM，有32條可編程控制的I/O線(xiàn)，5個(gè)中斷觸發(fā)源，指令與MCS-51

11、系列完全兼容。選用它作為核心控制新片，可使電路極大地簡(jiǎn)化，而且程序的編寫(xiě)及固化也相當(dāng)方便、靈活。選用它設(shè)計(jì)制作全自動(dòng)洗衣機(jī)控制電路，其電路的組成相對(duì)簡(jiǎn)單，工作原理清晰，易于理解。 由于洗衣機(jī)的基本功能是實(shí)現(xiàn)對(duì)衣物的洗滌，所以，關(guān)鍵在于進(jìn)行洗衣程序的控制。從這一角度出發(fā)，對(duì)洗衣機(jī)的功能進(jìn)行分析，確定其最優(yōu)化的功能。這些功能主要有以下幾種。 1) 洗衣工作狀態(tài)功能：強(qiáng)、弱洗滌。 2) 洗衣程序功能：含4種獨(dú)立程序，即標(biāo)準(zhǔn)洗衣程序、經(jīng)濟(jì)洗衣程序、單獨(dú)洗衣程序、排水程序。 3) 特殊功能：故障診斷、安全保護(hù)、防振、暫停、間歇工作功能，聲光顯示功能。 89C51芯片具有40根引腳，其引腳圖如下

12、圖3-1所示。 在一小塊芯片上，集成了一個(gè)微型計(jì)算機(jī)的各個(gè)組成部分，即89C51單片機(jī)芯片內(nèi)包括： （1）一個(gè)8位的80C51微處理器（CPU）；（2）片內(nèi)256字節(jié)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM/SFR 片內(nèi)4KB程序存儲(chǔ)器Flash ROM；（3）4個(gè)8位并行I/O端口P0～P3，每個(gè)端口既可以用作輸入，也可以用作輸出；（4）2個(gè)16位的定時(shí)/計(jì)數(shù)器；（5）具有5個(gè)中斷源，2個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)的中斷控制系統(tǒng)；（6）1個(gè)全雙工的串行I/O口；（7）片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘產(chǎn)生電路（最高允許振蕩頻率為24MHz）；（8）具有節(jié)電工作方式（即空閑方式及掉電方式）。以上各個(gè)部分通過(guò)片內(nèi)8位數(shù)據(jù)總線(xiàn)（DBUS）相連接。

13、 圖3-1 89C51芯片引腳結(jié)構(gòu) 3.2 89C51單片機(jī)的引腳分類(lèi) 1.電源線(xiàn)2根。 Vcc：編程和正常操作時(shí)的電源電壓，接+5V。 Vss：地電平。 2.晶體振蕩器2根。 XTAL1：振蕩器的反向放大器輸入。使用外部振蕩器時(shí)必須接地。 XTAL2：振蕩器的反向放大器輸出和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入。當(dāng)使用外部振蕩器時(shí)用于輸入外部震蕩信號(hào)。 3.I/O口共有P0、P1、P2、P3四個(gè)8位口，32根I/O線(xiàn)，其功能如下： （1）P0.0—P0.7（AD0—AD7）是I/O端口0的引腳。端口0是一個(gè)8位漏極開(kāi)路的雙向I/O端口。在存取外部存儲(chǔ)器時(shí)，該端口分時(shí)地用作低8位的地址線(xiàn)

14、和8位雙向的數(shù)據(jù)端口（在此時(shí)內(nèi)部上拉電阻有效）。 （2）P1.0—P1.7是端口1的引腳，是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O通道，專(zhuān)供用戶(hù)使用。 （3）P2.0—P2.7（A8—A15）是端口2的引腳。端口2是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，在訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，它輸出高8位地址A8—A15。 （4）P3.0—P3.7是端口3的引腳。端口3是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，該口的每一位均可獨(dú)立地定義第一I/O口功能或第二I/O口功能。作為第一功能使用時(shí)，口的結(jié)構(gòu)與P1操作與口完全相同，第二功能如下所示： 引腳 第二功能

15、P3.0 RXD(串行輸入口) P3.1 TXD(串行輸出口) P3.2 INT0(外部中斷) P3.3 INT1(外部中斷) P3.4 T0(定時(shí)器0外部輸入) P3.5 T1(定時(shí)器1外部輸入) P3.6 WR(外部數(shù)據(jù)

16、存儲(chǔ)器寫(xiě)選通) P3.7 RD(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通) 由上看出，89C51單片機(jī)不是將地址總線(xiàn)、數(shù)據(jù)總線(xiàn)和控制總線(xiàn)分開(kāi)，而是地址線(xiàn)、數(shù)據(jù)線(xiàn)和部分控制均由I/O口完成。 3.3 時(shí)鐘電路 89C51片內(nèi)設(shè)有一個(gè)由反向放大器所構(gòu)成的振蕩電路，XTAL1和XTAL2分別為振蕩電路的輸入和輸出端，時(shí)鐘可以由內(nèi)部方式產(chǎn)生或外部方式產(chǎn)生。內(nèi)部方式時(shí)鐘電路如主電路圖中所示。在XTAL1和XTAL2引腳上外接定時(shí)元件，內(nèi)部振蕩電路就產(chǎn)生自激振蕩。定時(shí)元件通常采用石英晶體和電容組成的并聯(lián)諧振回路。晶振可以在1.2MHz到12MHz之間選擇，電

17、容值在5-30PF之間選擇，電容的大小可起頻率微調(diào)作用。 外部方式的時(shí)鐘很少用，若要用時(shí)，只要將XTAL1接地，XTAL2接外部振蕩器就行。對(duì)外部振蕩信號(hào)無(wú)特殊要求，只要保證脈沖寬度，一般采用頻率低于12MHz的方波信號(hào)。 時(shí)鐘發(fā)生器把振蕩頻率兩分頻，產(chǎn)生一個(gè)兩相時(shí)鐘信號(hào)P1和P2供單片機(jī)使用。P1在每一個(gè)狀態(tài)S的前半部分有效，P2在每個(gè)狀態(tài)的后半部分有效。 3.4 復(fù)位操作電路 89系列單片機(jī)與其他微處理器一樣，在啟動(dòng)時(shí)需要復(fù)位，使CPU及系統(tǒng)各部件處于確定的初始狀態(tài)，并從初始狀態(tài)開(kāi)始工作。89系列單片機(jī)的復(fù)位信號(hào)是從RST引腳輸入到芯片內(nèi)的施密特觸發(fā)器中的。復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作

18、。其主要功能是把PC初始化為0000H，使單片機(jī)從0000H單元執(zhí)行程序。除了進(jìn)入系統(tǒng)的正常初始化之外，當(dāng)由于程序運(yùn)行出錯(cuò)或操作錯(cuò)誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時(shí)，為擺脫困境，也須按復(fù)位鍵重新啟動(dòng)。在系統(tǒng)控制電路中，復(fù)位電路是靠電容充放電完成的，當(dāng)電路需要復(fù)位時(shí)，按下復(fù)位鍵后RES被強(qiáng)制為高電平，使電路復(fù)位，同時(shí)電容也開(kāi)始放電。在正常工作時(shí)，電容充滿(mǎn)電后相當(dāng)于短路，此時(shí)RES為低電平無(wú)效。 下圖3-2所示為復(fù)位操作電路 圖3-2 復(fù)位電路 3.5 顯示電路 洗衣過(guò)程中的各狀態(tài)顯示：標(biāo)準(zhǔn)、經(jīng)濟(jì)、單獨(dú)、排水、強(qiáng)洗和弱洗指示等工作狀態(tài)。 如圖3-3所示。 圖3-3 LED顯示電路 由

19、于本電路CPU管腳有限，所以需要通過(guò)74LS139(74LS139為雙2-4線(xiàn)譯碼器，選用它可解決CPU I/O線(xiàn)數(shù)量的不足)來(lái)擴(kuò)口，通過(guò)兩根口線(xiàn)即可實(shí)現(xiàn)P3.0、P3.1，如圖5中所示。通過(guò)A、B兩個(gè)口即可完成位碼切換。 從控制要求可知，洗衣機(jī)有4種洗衣工作程序，因此須有4種不同的顯示來(lái)加以區(qū)別。74LS139雙2—4線(xiàn)譯碼器僅占用CPU的P3.0和P3.1兩口線(xiàn)即可提供4種不同顯示的驅(qū)動(dòng)，其邏輯關(guān)系是：P3.2，P3.3為“11”時(shí)LED1亮，指示標(biāo)準(zhǔn)程序；為“10”時(shí)LED2亮，指示經(jīng)濟(jì)程序；為“01”時(shí)LED3亮，指示單獨(dú)程序；為“00”時(shí)LED4亮，指示排水程序。 3.6 進(jìn)水閥

20、控制電路 進(jìn)水閥控制電路如圖3-4所示。 它是通固態(tài)繼電器來(lái)實(shí)現(xiàn)隔離，反相器74S05實(shí)現(xiàn)緩沖，發(fā)光二極管指示工作狀態(tài)，進(jìn)水閥門(mén)的開(kāi)關(guān)由繼電器來(lái)控制，當(dāng)繼電器線(xiàn)圈中有電流流過(guò)時(shí)，繼電器開(kāi)關(guān)吸合，反之，就斷開(kāi)。利用這一特性，和單片機(jī)P1.1端口相連來(lái)控制，首先壓力傳感器會(huì)檢測(cè)桶內(nèi)水位的高低，如果桶內(nèi)水位沒(méi)有達(dá)到所設(shè)置的預(yù)定水位時(shí)，壓力傳感器會(huì)發(fā)送給單片機(jī)一個(gè)控制信號(hào)，然后經(jīng)過(guò)CPU的處理后會(huì)在輸出端口輸出低電平，再經(jīng)反相緩沖后變成高電平，雙向可控硅斷開(kāi)，線(xiàn)圈中沒(méi)有電流流過(guò)，繼電器開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，閥門(mén)打開(kāi)；同理如果桶內(nèi)水位達(dá)到預(yù)定水位時(shí)此時(shí)在輸出端口輸出是高電平，給反相倒相后變成低電平，點(diǎn)亮發(fā)光二極管

21、，雙向可控硅開(kāi)通，繼電器線(xiàn)圈繞組中有電流流過(guò)，產(chǎn)生磁場(chǎng)，開(kāi)關(guān)吸合，閥門(mén)關(guān)閉。 圖3-4 進(jìn)水閥控制電路 3.7 排水閥控制電路 排水閥控制電路如圖3-5所示。它和進(jìn)水閥控制電路是相似的，通固態(tài)繼電器來(lái)實(shí)現(xiàn)隔離，反相器74S05實(shí)現(xiàn)緩沖，發(fā)光二極管指示工作狀態(tài)，進(jìn)水閥門(mén)的開(kāi)關(guān)，由繼電器來(lái)控制，當(dāng)繼電器線(xiàn)圈中有電流流過(guò)時(shí)，繼電器開(kāi)關(guān)吸合，反之，繼電器開(kāi)關(guān)就斷開(kāi)。利用這一特性，和單片機(jī)P1.1端口相連來(lái)控制，首先由軟件設(shè)置排水時(shí)間，壓力傳感器會(huì)檢測(cè)桶內(nèi)水位的高低，如果桶內(nèi)水位沒(méi)有達(dá)到所設(shè)置的預(yù)定水位時(shí)（即桶內(nèi)有水且需要排水時(shí)），壓力傳感器會(huì)發(fā)送給單片機(jī)一個(gè)控制信號(hào)，然后經(jīng)過(guò)CPU的處理

22、后會(huì)在輸出端口輸出低電平，反相緩沖后變成高電平，雙向可控硅斷開(kāi)，線(xiàn)圈中沒(méi)有電流流過(guò)，閥門(mén)打開(kāi)，開(kāi)始排水；同理當(dāng)桶內(nèi)水排完后端口輸出高電平時(shí)，經(jīng)過(guò)反相倒相后變成低電平，點(diǎn)亮發(fā)光二極管，雙向可控硅開(kāi)通，繼電器線(xiàn)圈繞組中有電流流過(guò)，產(chǎn)生磁場(chǎng)，吸合開(kāi)關(guān)，閥門(mén)關(guān)閉，停止排水。 排水閥門(mén)的操作同樣也有兩個(gè)參數(shù)，一個(gè)為開(kāi)關(guān)時(shí)間，另一個(gè)為不開(kāi)關(guān)時(shí)間，這兩個(gè)參都是很容易通過(guò)單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的。兩者都有共同點(diǎn)，都是需要軟件進(jìn)行模糊處理，什么時(shí)候開(kāi)，什么時(shí)候關(guān)，開(kāi)多長(zhǎng)時(shí)間，關(guān)多長(zhǎng)時(shí)間等，都是通過(guò)模糊量來(lái)完成全自動(dòng)的。 圖3-5 排水閥控制電路 3.8 電機(jī)控制電路 電機(jī)控制電路如圖3-6所示，由電路圖

23、中可以看出：AT89C51的P1端口的P1.2和P1.3共2條I/O線(xiàn)通過(guò)2塊SP1110新型固態(tài)繼電器分別直接驅(qū)動(dòng)洗衣機(jī)的電機(jī)工作部件。AP1110是一種交流固態(tài)繼電器，內(nèi)有發(fā)光二極管及光觸發(fā)雙向可控硅，10-50mA輸入電流即可使雙向可控硅完全導(dǎo)通，輸出端通態(tài)電流為3A（平均值），浪涌電流15A（不重復(fù)）。之說(shuō)以選用這個(gè)器件，是因?yàn)樗环矫婵墒闺娐愤M(jìn)一步簡(jiǎn)化，另一方面還可使強(qiáng)、弱兩類(lèi)電完全隔離，保證主板的安全。 74S05為反相器，用其作為中間緩沖器，其中的2個(gè)反相器可分別驅(qū)動(dòng)SP1110固態(tài)繼電器。 電機(jī)是接在220V交流電壓上的，通過(guò)固態(tài)繼電器來(lái)開(kāi)通，其內(nèi)的雙向可控硅受發(fā)光二極管控

24、制，如圖所示，只要給發(fā)光二極管加低電平，二極管就會(huì)發(fā)光，雙向可控硅過(guò)零后就會(huì)導(dǎo)通，此時(shí)電機(jī)的一個(gè)繞組就會(huì)有電流流過(guò)，同時(shí)再用同樣的方法開(kāi)通另外一個(gè)繞組，電機(jī)就會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)起了，由單片機(jī)來(lái)控制端口脈沖，即可啟動(dòng)，另外電機(jī)的轉(zhuǎn)向控制，主要是改變繞組的電流方向，即可實(shí)現(xiàn)，同樣也是通過(guò)雙向可控硅來(lái)調(diào)節(jié)。 圖3-6 電機(jī)控制電路 3.9 電機(jī)調(diào)速部分 在全自動(dòng)洗衣機(jī)的電機(jī)控制中，洗衣和脫水時(shí)的轉(zhuǎn)速是不同的，要想使洗衣機(jī)能正常工作就需要考慮轉(zhuǎn)速的快慢問(wèn)題，需要對(duì)電機(jī)進(jìn)行調(diào)速，所以對(duì)電機(jī)的調(diào)速方法和控制電路進(jìn)行了分析和設(shè)計(jì),該方法采用的是先進(jìn)的過(guò)零調(diào)功的方式,以功率調(diào)節(jié)取代常用的電壓調(diào)節(jié),通過(guò)控制

25、可控硅的通斷比來(lái)調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)輸出功率,進(jìn)而達(dá)到調(diào)速目的。下面分別對(duì)可控硅過(guò)零調(diào)功原理和硬件電路方面的設(shè)計(jì)進(jìn)行說(shuō)明。 3.9.1 可控硅過(guò)零調(diào)功原理 理論分析：P =F V，在外部情況不變即F 保持不變時(shí)，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)電功率P的變化將使速度V跟著改變。因此調(diào)電功P 就可達(dá)到調(diào)速的目的。過(guò)零調(diào)功通過(guò)的工作電壓是完整的正弦波形，過(guò)零導(dǎo)通且過(guò)零截止。過(guò)零調(diào)功方式就是通過(guò)在給定的時(shí)間內(nèi)改變加進(jìn)負(fù)載的交流正弦波個(gè)數(shù)來(lái)調(diào)節(jié)負(fù)載功率的一種控制方法。由于可控硅是在電壓（電流）過(guò)零時(shí)觸發(fā)導(dǎo)通的，導(dǎo)通時(shí)的波形是完整的正弦波或半波，所以不存在可控硅移相調(diào)壓方式所存在的一切缺點(diǎn)。同時(shí)也由于可控硅是在電壓過(guò)零時(shí)導(dǎo)通

26、，其負(fù)載浪涌電流和電流變化率都很小，有利于可控硅的安全工作。實(shí)現(xiàn)可控硅的過(guò)零控制，需要解決兩個(gè)問(wèn)題：（1）要能實(shí)現(xiàn)工頻電壓的正負(fù)過(guò)零檢測(cè)；并在過(guò)零時(shí)產(chǎn)生脈沖信號(hào)。（2）過(guò)零脈沖信號(hào)必須受單片機(jī)輸出控制信息控制。從而控制可控硅過(guò)零觸發(fā)脈沖的個(gè)數(shù)。這兩個(gè)問(wèn)題的解決由軟硬件協(xié)同完成。 3.9.2 硬件電路設(shè)計(jì) 硬件電路完成的任務(wù)是：①工頻電壓的正、負(fù)過(guò)零檢測(cè)。②由單片機(jī)發(fā)出的控制電平，去控制門(mén)控電路，以控制可控硅的過(guò)零觸發(fā)脈沖數(shù)。 3.9.3 過(guò)零檢測(cè)電路 過(guò)零檢測(cè)電路的最終目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)在50HZ 的交流電壓通過(guò)零點(diǎn)時(shí)取出其脈沖。由于可控硅過(guò)零調(diào)功方式是通過(guò)控制可控硅導(dǎo)通與關(guān)斷的比值來(lái)調(diào)節(jié)

27、輸出功率，相位和移相觸發(fā)的同步脈沖問(wèn)題都不必考慮，因此輸出的脈沖寬度可以放寬，這也使得電路更易實(shí)現(xiàn)。設(shè)計(jì)中利用兩個(gè)光電耦合器實(shí)現(xiàn)過(guò)零電路。其電路原理圖及波形如圖3-7(a)和圖3-7(b)所示。此電路的工作原理是：交流電源經(jīng)過(guò)電阻加到兩個(gè)反并聯(lián)光電二極管上，在交流電源的正、負(fù)半周，二極管和輪流導(dǎo)通，從而使T1和T2也輪流導(dǎo)通，在導(dǎo)通期間V0輸出低電平，只有在交流電源過(guò)零的瞬間，兩個(gè)二極管均截止，V0 輸出高電平，因此V0端得到周期為10ms 的脈沖信號(hào)，該信號(hào)送至89C51 的引腳。 圖3-7(a) 過(guò)零檢測(cè)電路 圖3-7(b) 過(guò)零檢測(cè)波形 3.9.4 可控硅觸發(fā)電路

28、 電路中采用了過(guò)零雙向可控硅型光耦MOC3041，它集光電隔離、過(guò)零檢測(cè)、過(guò)零觸發(fā)等功能于一身，避免了輸入輸出通道同時(shí)控制雙向可控硅觸發(fā)的缺陷， 大大簡(jiǎn)化了輸出通道隔離-驅(qū)動(dòng)電路的結(jié)構(gòu)。 可控硅觸發(fā)電路原理圖如圖3-8所示。 圖3-8 可控硅過(guò)零調(diào)功原理圖 此電路的工作原理是：?jiǎn)纹瑱C(jī)響應(yīng)用戶(hù)的參數(shù)設(shè)置，在I/O口輸出一個(gè)高電平，經(jīng)反向器反向后，送出一個(gè)低電平，使光電耦合器導(dǎo)通，同時(shí)觸發(fā)雙向可控硅，使電路導(dǎo)通工作。 在給定時(shí)間內(nèi)，負(fù)載得到的功率可用下式表示: 式中 P 是負(fù)載得到的功率； n 是給定時(shí)間內(nèi)可控硅導(dǎo)通的正弦波的個(gè)數(shù)； N 是給定

29、時(shí)間內(nèi)交流正弦波的總個(gè)數(shù)； U 是可控硅在一個(gè)電源周期全導(dǎo)通時(shí)所對(duì)應(yīng)的電流有效值； I 是可控硅在一個(gè)電源周期全導(dǎo)通時(shí)所對(duì)應(yīng)的電流有效值； 由以上公式可知，U、I、N是定值，只要改變n值的大小即可控制功率的輸出，從而達(dá)到調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。 3.10蜂鳴電路 蜂鳴器在洗衣機(jī)中起提示和報(bào)警作用。如圖11中所示，繼電器是一種電子控制器件，它具有控制系統(tǒng)（又稱(chēng)輸入回路）和被控制系統(tǒng)（又稱(chēng)輸出回路），通常應(yīng)用于自動(dòng)控制電路中，它實(shí)際上是用較小的電流去控制較大電流的一種“自動(dòng)開(kāi)關(guān)”。故在電路中起著自動(dòng)調(diào)節(jié)、安全保護(hù)、轉(zhuǎn)換電路等作用。 圖3-9所示為蜂鳴電路

30、 圖3-9 蜂鳴電路 3.11暫停和防振功能電路 洗衣機(jī)的暫停功能和安全保護(hù)及防振動(dòng)功能采用中斷處理方式。這兩個(gè)中斷分別對(duì)應(yīng)于CPU的外部中斷 0和外部中斷1 。中斷請(qǐng)求信號(hào)通過(guò)TCAOI3BP雙D觸發(fā)器的兩個(gè)分別加到CPU的P3.2和P3.3口線(xiàn)，由觸發(fā)器鎖存直到CPU響應(yīng)中斷為止。開(kāi)蓋(安全保護(hù))或不平衡(防振動(dòng))中斷信號(hào)通過(guò)由BG1和BG2組成的反相器送TC4OI3BP的CP端，經(jīng)觸發(fā)器加到P3.3。本系統(tǒng)對(duì)開(kāi)蓋和不平衡中斷采取相同的處理方法，因此，共用外部中斷1。 圖3-10 暫停和防振電路圖 為了充分利用CPU的I/O口線(xiàn)，P3.4和P3.5采用分時(shí)復(fù)用技

31、術(shù)，每線(xiàn)具有兩個(gè)功能。在洗衣機(jī)未進(jìn)人工作狀態(tài)或洗衣機(jī)處于暫停狀態(tài)期間，P3.4為輸入線(xiàn)，用于監(jiān)測(cè)啟動(dòng)鍵的狀態(tài)，當(dāng)啟動(dòng)鍵按下時(shí)，洗衣機(jī)即進(jìn)入工作狀態(tài)或從暫停狀態(tài)恢復(fù)到原來(lái)的工作狀態(tài)；在洗衣機(jī)暫停中斷響應(yīng)期間，P3.4為輸出線(xiàn)，用于撤銷(xiāo)暫停中斷請(qǐng)求。在洗衣機(jī)進(jìn)水或排水期間，P3.5被用作輸入線(xiàn)，用于監(jiān)測(cè)水位開(kāi)關(guān)狀態(tài)，為CPU提供洗衣機(jī)的水位信息；在洗衣機(jī)高速脫水期間，當(dāng)發(fā)生開(kāi)蓋或不平衡中斷時(shí)，P3.5為輸出線(xiàn)，用于撤銷(xiāo)中斷請(qǐng)求信號(hào)。CPU的P3.7線(xiàn)用于驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)出各種報(bào)警信號(hào)。 洗衣機(jī)的強(qiáng)、弱洗可通過(guò)K1鍵進(jìn)行循環(huán)選擇。Kl還具有第二功能，即當(dāng)洗衣機(jī)發(fā)生故障轉(zhuǎn)入報(bào)警程序后，按下K1鍵可使洗衣

32、機(jī)退出報(bào)警狀態(tài)回到初始待命狀態(tài)。洗衣工作程序通過(guò)K2鍵循環(huán)選擇。脫水期間系統(tǒng)在響應(yīng)開(kāi)蓋或不平衡中止后，CPU采取軟件查詢(xún)的方式通過(guò)P1．6口線(xiàn)對(duì)蓋開(kāi)關(guān)進(jìn)行監(jiān)測(cè)以確定洗衣機(jī)是否繼續(xù)進(jìn)行脫水操作。 3.12壓力傳感器 由洗衣機(jī)的功能可知在洗衣機(jī)的進(jìn)水和排水過(guò)程中，都存在有水位高低的檢測(cè)，因此在電路中需要檢測(cè)水位高低的傳感器，一般的壓力傳感器其輸出的信號(hào)大都是模擬信號(hào)，由于要送到單片機(jī)的信號(hào)必須是數(shù)字信號(hào)，因此還需要在壓力傳感器的輸出部分加上A/D轉(zhuǎn)換器，才能將轉(zhuǎn)換成的數(shù)字信號(hào)送給單片機(jī)進(jìn)行處理。在本設(shè)計(jì)中采用的是HSSC 070型號(hào)的壓力傳感器。選此壓力傳感器的原因是在HSSC 070的內(nèi)部就

33、集成有A/D轉(zhuǎn)換器，它輸出的信號(hào)直接就是數(shù)字信號(hào)，不需要進(jìn)行模擬量和數(shù)字量之間的轉(zhuǎn)換就可直接送至單片機(jī)AT89C51的端口對(duì)其進(jìn)行處理，而它的執(zhí)行器就是進(jìn)水電磁閥和排水電磁閥，即電磁繼電器。其內(nèi)部是通過(guò)編程軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)控制的，當(dāng)單片機(jī)檢測(cè)到壓力傳感器輸出的壓力值大時(shí)，說(shuō)明進(jìn)水量增多，此時(shí)需要軟件來(lái)控制單片機(jī)輸出相對(duì)應(yīng)的電平信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)交流固態(tài)繼電器的導(dǎo)通與關(guān)閉，從而來(lái)控制電磁繼電器的吸合與斷開(kāi)，進(jìn)而達(dá)到對(duì)桶內(nèi)液位的檢測(cè)與控制。 圖3-11是HSSC 070封裝好的壓力傳感器芯片模塊，根據(jù)材質(zhì)不同，主要分為FR4板封裝和陶瓷封裝。封裝尺寸小，僅為6.3mm*6.9mm. 量程范圍可選擇5至300P

34、SI不等. 與H28數(shù)模轉(zhuǎn)化芯片配合使用,可應(yīng)用于壓力測(cè)量與控制系統(tǒng)、移動(dòng)高度計(jì)/氣壓計(jì)、天氣預(yù)報(bào)產(chǎn)品、運(yùn)動(dòng)或多功能運(yùn)動(dòng)表等。 圖3-11 壓力傳感器模塊 第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 全自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)軟件由主程序、中斷服務(wù)程序和各種功能子程序三個(gè)層次組成。主程序流程圖如下圖4-1所示： 主程序的工作過(guò)程為：先對(duì)其進(jìn)行初始化工作，隨后根據(jù)輸入的鍵值分別散轉(zhuǎn)至對(duì)應(yīng)的子程序（設(shè)置強(qiáng)洗弱洗、設(shè)置洗滌標(biāo)準(zhǔn)等）。洗衣機(jī)開(kāi)始工作，INT0外部中斷服務(wù)子函數(shù)用于實(shí)現(xiàn)功能選擇。 圖4-1 主程序流程圖 程序的基本工作流程是：系統(tǒng)上電復(fù)位后，首先進(jìn)行初始化，默認(rèn)標(biāo)準(zhǔn)洗衣工作程序和強(qiáng)洗、

35、弱洗方式；然后掃描強(qiáng)弱洗選擇鍵K1、主程序選擇鍵K2和啟動(dòng)鍵K4，這時(shí)洗衣機(jī)處于待命狀態(tài)。通過(guò)K1、K2可分別修改強(qiáng)、弱洗滌方式和洗衣工作程序。掃描過(guò)程中當(dāng)發(fā)現(xiàn)啟動(dòng)鍵K4按下時(shí)，洗衣機(jī)即從待命狀態(tài)進(jìn)入工作狀態(tài)。 洗衣機(jī)進(jìn)入工作程序后，系統(tǒng)首先根據(jù)RAM 中57H單元的特征字判斷洗衣機(jī)的洗衣工作程序，若特征字為00H，則為排水程序(O1H為單獨(dú)程序，02H為經(jīng)濟(jì)程序，03H為標(biāo)準(zhǔn)程序)，這時(shí)程序直接跳轉(zhuǎn)至排水操作程序段，執(zhí)行單獨(dú)的排水操作，否則進(jìn)入進(jìn)水操作程序。進(jìn)水操作將P1.0置位,驅(qū)動(dòng)進(jìn)水閥開(kāi)啟。進(jìn)水期間系統(tǒng)不斷檢測(cè)水位開(kāi)關(guān)K5的狀態(tài)，當(dāng)檢測(cè)到K5閉合時(shí)，說(shuō)明進(jìn)水已達(dá)到預(yù)定的水位。若在規(guī)定的4分鐘極限時(shí)間內(nèi)未檢測(cè)到K5閉臺(tái)，說(shuō)明進(jìn)水系統(tǒng)發(fā)生故障，此時(shí)洗衣機(jī)退出洗衣工作狀態(tài)，程序跳轉(zhuǎn)到故障處理程序段進(jìn)行報(bào)警。其處理方法是：將P1.0—P1.3位全部置“0”，中止洗衣機(jī)的各種操作，然后蜂鳴器以響1秒、停2秒的規(guī)律不斷地發(fā)出報(bào)警信號(hào)，直到人工干預(yù)即按下K1鍵后為止(按下Kl后，程序跳轉(zhuǎn)至主程序起始地址，洗衣機(jī)又回到待命的初始狀態(tài))。程序清單見(jiàn)附錄A所示。