單片機控制的全自動洗衣機設計【含3張CAD圖紙】,含3張CAD圖紙,單片機,控制,全自動,洗衣機,設計,CAD,圖紙 單片機控制的全自動洗衣機設計 目 錄 第一章 前言 1 1.1概述 1 1.2.1 智能滾筒式洗衣機的特點 2 1.2.2 智能滾筒式洗衣機的洗滌原理 2 第二章 設計方案的確定 4 2.1洗衣機的技術參數(shù)和主要功能 4 2.1.1 主要技術參數(shù) 4 2.1.2 洗衣機的主要功能 4 2.2控制系統(tǒng)設計方案 4 第三章 洗衣機的硬件設計 6 3.1洗衣機的控制功能要求 6 3.2控制邏輯電路 6 3.3硬件描述 7 3.4電子元器件的計算與選型 8 3.4.1 時鐘電路 8 3.4.2 復位電路 9 3.4.3 電源電路 9 3.4.4 指示電路 10 3.4.5 電機的正反轉(zhuǎn)、進水閥和排水閥電路 11 3.4.6 顯示電路 13 3.4.7 蜂鳴報警電路 14 第四章 系統(tǒng)軟件設計 15 4.1洗衣機的控制功能要求 15 第五章 總結(jié) 18 致 謝 19 參考文獻 20 附錄A 控制系統(tǒng)電路圖 21 附錄B 洗衣機的控制原理圖 22 附錄C 設備材料清單 23 附錄D 軟件程序 24 -- 41 -- 第一章 前言 1.1 概述 隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展，人民生活水平的提高，全自動洗衣機作為將人們從繁復的家務勞動中解放出來的好助手，愈來愈受到消費者的歡迎。 洗衣機是利用電能產(chǎn)生機械作用來洗滌衣物的清潔電器。按其額定洗滌容量(一次可洗滌的最大干衣物重量,以kg計算)分為家用和集體用兩類。中國規(guī)定洗滌容量在6kg以下的屬于家用洗衣機。按結(jié)構(gòu)原理分為3種：①攪拌式(又稱擺動葉式)。通過攪拌葉的連續(xù)往復擺動，帶動洗滌液和洗滌物互相作用而進行洗滌。②滾筒式（或稱滾桶式）。在一個水平放置的盛水用圓柱形外筒中，套裝一個可圍繞水平軸正反向旋轉(zhuǎn)的內(nèi)筒，內(nèi)筒壁上有許多小孔和幾條凸筋；當內(nèi)筒轉(zhuǎn)動時,洗滌物隨筒內(nèi)的凸筋上升而后被拋下,不斷翻滾摔打進行洗滌。按投放洗滌物的位置不同，分為上裝入式和前裝入式。③波輪式。通過洗滌桶內(nèi)波輪的轉(zhuǎn)動，推動洗滌液和洗滌物不斷翻滾、磨擦而進行洗滌。波輪位于洗滌桶底部的稱為渦卷式，位于洗滌桶側(cè)面的稱為噴流式。 洗衣機主要由箱體、洗滌脫水桶（有的洗滌和脫水桶分開）、傳動和控制系統(tǒng)等組成，有的還裝有加熱裝置。洗衣機的洗滌、漂洗和脫水等過程的控制，常采用由定時器給定的時間程序控制方式；其動力來自驅(qū)動電動機。對于自動洗衣機，由定時器給出電動機正反轉(zhuǎn)、進出水閥的開閉、洗滌和脫水的時間轉(zhuǎn)換，全過程結(jié)束后，發(fā)出聲響信號。定時器有發(fā)條驅(qū)動式、電動式及電子式。新型定時器是電腦智能型控制器，它不僅能智能地控制洗衣全過程，而且能夠根據(jù)被洗衣物的質(zhì)地、重量、臟污程度等自動地投放洗滌劑、選擇洗滌方式和時間以及判斷洗滌效果并調(diào)整之。 洗衣機的發(fā)展趨勢：①電腦化：采用電腦控制，實現(xiàn)洗滌、漂洗、脫水、烘干全過程自動化;利用傳感器,根據(jù)洗衣量、洗滌物臟污程度，自動確定洗滌時間、漂洗時間和投入洗滌劑的數(shù)量，使洗滌過程最合理。①塑料化：已有全部使用塑料的洗衣機出現(xiàn)。③新型化：日本已有多種新水流和無波輪的洗衣機上市；蘇聯(lián)研制成功利用真空沸騰原理的不用洗衣粉的真空洗衣機；不用電動機的超聲波洗衣機、蒸汽洗衣機等新型洗衣機也已有報道。③大容量化：為減少洗衣次數(shù)，洗衣機一次洗滌量已從2kg以下發(fā)展到3～5kg。 1.2 智能滾筒式洗衣機的特點和洗滌原理 1.2.1 智能滾筒式洗衣機的特點 目前在整個家用洗衣機市場上，滾筒式、波輪式、攪拌式洗衣機三足鼎立，其中滾筒式占60%，在歐美國家可高達90%以上。滾筒式洗衣機80年代末開始進入中國，由于滾筒式洗衣機在許多性能上優(yōu)于傳統(tǒng)的波輪式，如對衣物的磨損小、洗滌量大、節(jié)水、不纏繞等，特別適合大批量及高檔服裝的洗滌，因而愈來愈受到廣大家庭的青睞，所以本設計洗衣機的微機控制系統(tǒng)是往滾筒式洗衣機方向設計的。 滾筒式全自動洗衣機有如下特點： ⑴ 自動化程度比較高：用戶只需要插上電源，放入衣物，調(diào)好程序選項，以后一切任務則交于全自動洗衣機了。預洗、主洗、漂洗、脫水及在主洗中加熱，在漂洗中防皺等，洗衣機都將根據(jù)專家經(jīng)驗給以最好的洗滌效果。 ⑵ 對衣物的磨損率低；洗滌容量大，洗滌范圍廣，滾筒式洗衣機采用滾動加微摩擦方法的洗滌方式，洗滌中較為柔和，對衣物的磨損小，尤其適合洗滌毛料織物、羽絨織物及大件衣物。 ⑶ 節(jié)能節(jié)水節(jié)電：滾筒式洗衣機的耗電量小，洗一次最多耗電0.3kW/h~0.4kW/h,洗滌過程中進水次數(shù)不超過7次，每次進水為20千克左右，整個洗滌過程下來不超過140千克。 ⑷ 整機性能配置合理：機內(nèi)筒采用整體吊裝方式，內(nèi)筒底由兩個減振器支撐，工作穩(wěn)定，性能好，震動小，無擺動且噪音低。采用單片機控制器控制方式，抗干擾能力強，使用壽命長。 ⑸ 使用壽命長：滾筒式洗衣機結(jié)構(gòu)合理，用料講究，并且由控制器統(tǒng)一控制。在整機性能上，具有使用方便，故障少，壽命長（可達15年）的優(yōu)點。 1.2.2 智能滾筒式洗衣機的洗滌原理 滾筒式洗衣機的洗滌原理與其他類型洗衣機不同，其主要利用洗滌劑和加熱手段來達到洗凈衣物的目的。衣物放入洗衣機洗滌液中。加入洗滌劑，通過滾筒不同強度的正反轉(zhuǎn)，在轉(zhuǎn)動過程中可以對洗滌進行加熱。充分地利用機械作用，化學作用，熱作用，對衣物進行洗滌、漂洗。離心式脫水方式可以采用不同的轉(zhuǎn)速度來合理的洗滌衣物。 ⑴ 機械作用：滾筒式洗衣機其洗滌容器為一臥式水筒，稱為外筒或盛水桶，內(nèi)筒壁上有許多小孔的不銹鋼滾筒。通過小孔，洗滌液可以自由流入流出內(nèi)筒。衣物裝入內(nèi)筒之中，洗滌液盛放在外筒里。水位高度大約在內(nèi)筒的二分之一處，可使衣物處于半浸泡狀態(tài)。滾筒在電機的帶動下作有規(guī)律的正反轉(zhuǎn)旋時，洗滌衣物在筒內(nèi)翻轉(zhuǎn)揉搓，其滾筒揉撮可通過內(nèi)筒的凸筋以及內(nèi)筒的旋轉(zhuǎn)而摔打、揉搓衣物。 ⑵ 化學作用；現(xiàn)代洗滌劑（也稱洗衣粉、洗衣膏）的化學成分較為復雜/洗滌劑主要起兩個功能：一方面起保護衣物，減小洗滌時對衣物的磨損作用；再一方面還起到溶解衣物的污垢，產(chǎn)生膨脹浸潤的作用，使洗滌衣物中的污垢脫落并使其懸浮于堿性溶液中的作用。洗滌劑一般含有費皂和洗滌活性物質(zhì)，降低水中石灰質(zhì)的聚磷酸鹽，以及增加洗滌效果的堿，增加洗衣香味的添加香料，此外還可以加入漂白、穩(wěn)定劑等。 ⑶ 熱作用：智能滾筒式洗衣機可以對洗滌液進行加熱選擇。加熱洗滌時，不但可以增加分子運動的活性，還可以使洗滌劑充分發(fā)揮作用，特別是讓洗滌劑中的富氧物質(zhì)（達硼酸鹽）發(fā)揮作用。但高溫則會對衣物有損害，一般在40℃~60℃為宜，這樣不但可以提高洗凈度，還可以達到節(jié)能45％。 第二章 設計方案的確定 2.1 洗衣機的技術參數(shù)和主要功能 2.1.1 主要技術參數(shù) 額定洗衣量：3kg 電源：交流220V（50Hz） 洗滌功率：250W 脫水功率：250W 進水閥：交流220V 排水閥：直流220V 2.1.2 洗衣機的主要功能 ⑴ 程序：具有標準、經(jīng)濟、單獨和排水程序。 ⑵ 故障診斷、安全保護、防振。 ⑶ 暫停、間歇工作的功能。 ⑷ 聲光顯示功能。 2.2 控制系統(tǒng)設計方案 本設計全自動洗衣機的總體方案如圖2.1所示： 圖2.1 全自動洗衣機的總體系統(tǒng)方案圖 本設計洗衣機控制方案是依據(jù)技術參數(shù)要求，本著線路簡單，可靠性高和成本低的原則選擇的。 根據(jù)洗衣機的技術條件和功能要求，選擇51系列單片機AT89C2051。 AT89C2051功能特性如下： AT89C2051是一個低電壓，高性能CMOS 8位單片機，功能強大，但它只有20個引腳。其主要功能特性為： · 兼容MCS-51指令系統(tǒng) · 15個雙向I/O口 · 兩個16位可編程定時/計數(shù)器 · 時鐘頻率0-24MHz · 兩個外部中斷源 · 可直接驅(qū)動LED · 低功耗睡眠功能 · 可編程UARL通道 · 2k可反復擦寫(>1000次）Flash ROM · 6個中斷源 · 2.7-6.V的寬工作電壓范圍 · 128x8bit內(nèi)部RAM · 兩個串行中斷 · 兩級加密位 · 內(nèi)置一個模擬比較放大器 · 軟件設置睡眠和喚醒功能 按照功能可將硬件電路分為： ⑴ 單片機最小系統(tǒng)：包括CPU AT89C2051，按鍵和顯示接口電路 ⑵ 檢測電路：包括水位檢測電路和門狀態(tài)檢測電路 ⑶ 驅(qū)動電路：包括電動機正反轉(zhuǎn)驅(qū)動電路，進水閥、排水閥驅(qū)動電路和蜂鳴器驅(qū)動電路 ⑷ 人機對話驅(qū)動電路：主要包括按鍵，顯示器。其中按鍵用于洗衣機程序設定，并控制洗衣機的運行，發(fā)布有關指令信息。顯示器為用戶提供直觀的洗滌時間顯示。 ⑸ 直流穩(wěn)壓電源電路 第三章 洗衣機的硬件設計 3.1 洗衣機的控制功能要求 本設計全自動洗衣機的控制功能如下： ⑴ 洗滌功能。要求洗滌時正、反轉(zhuǎn)驅(qū)動時間各為3s，間歇時間為2s。 ⑵ 4種洗衣工作程序，標準程序、經(jīng)濟程序、單獨程序和排水程序。標準程序是進水—洗滌/漂洗—排水—脫水，如此循環(huán)3次，具體是第一循環(huán)為洗滌，時間為4.5min,第二次循環(huán)為漂洗，時間分別為3 min 和1.5min.排水時間采用動態(tài)時間法確定，脫水時間為2min.經(jīng)濟程序與標準程序一樣，只是循環(huán)次數(shù)為二次。單獨程序是進水—洗滌（4.5min)—結(jié)束（留水不排不脫）。排水程序是排水—脫水—結(jié)束，時間確定與上述程序相應環(huán)節(jié)相同。（每個程序結(jié)束后都會報警。 ⑶ 浸泡功能。開啟浸泡功能后，在上述前三種工作程序的第一次進水之后，會進入浸泡環(huán)節(jié)，先洗滌1min以攪勻衣物和洗滌劑，再停機浸泡10min，然后退出浸泡環(huán)節(jié)進入洗滌環(huán)節(jié)。 ⑷ 進、排水系統(tǒng)故障自動診斷功能。洗衣機在進水或排水過程中，若在一定的時間范圍內(nèi)進水或排水未能達到預定的水位，就說明進、排水系統(tǒng)有故障，此故障由控制系統(tǒng)測知并通過警告程序發(fā)出警告信號，提醒操作者進行人工排除。 ⑸ 安全保護和防振動功能。洗衣機脫水期間，若打開機蓋時，洗衣機就會自動停止脫水操作。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衡，洗衣機也會自動停止脫水，以免振動過大，待人工處理后恢復工作。 ⑹ 間歇驅(qū)動方式。脫水期間采取間歇驅(qū)動方式，以便節(jié)能。本系統(tǒng)要求驅(qū)動4s，間歇2s，間歇期間靠慣性力使脫水桶保持高速旋轉(zhuǎn)。 ⑺ 暫停功能。不管洗衣機工作在什么狀態(tài)，當按下暫停鍵時，洗衣機需暫停工作，待啟動鍵按下后洗衣機又能按原來所選擇的工作方式繼續(xù)工作。 ⑻ 聲光顯示功能。洗衣機各種工作方式的選擇和各種工作狀態(tài)均有聲、光提示和顯示。 3.2 控制邏輯電路 全自動洗衣機的控制系統(tǒng)電路圖和控制原理圖分別如圖附錄A和圖附錄B所示。它由單片機AT89C2051為核心加上有關集成電路及元器件組成。 本設計全自動洗衣機的工作部件有3個：電機、進水閥和排水閥。電機是洗衣機的動力源，它的轉(zhuǎn)動帶動洗衣機滾筒的轉(zhuǎn)動，從而時現(xiàn)對衣物的洗滌。進水閥用于控制洗衣機的進水量。排水閥用于控制洗衣機的排水。電機在脫水時還旋轉(zhuǎn)帶動衣物脫水。電機的狀態(tài)有3種，即正轉(zhuǎn).反轉(zhuǎn)及停止狀態(tài)。電機一般工作在這三種狀態(tài)的不斷轉(zhuǎn)換之中，從而實現(xiàn)洗滌。但在脫水時，只工作在正轉(zhuǎn)狀態(tài)。進水閥和排水閥則只有開.關這兩種狀態(tài)。 3.3 硬件描述 ⑴ 控核心部分 采用AT89C2051作為控制核心。其中P1.0和P1.1分別用于控制洗衣機的進水閥和排水閥；P1.2和P1.3用于控制洗滌電機的正反轉(zhuǎn)；P1.4和P1.5用作譯碼器74LS139的輸入線，74LS139譯碼器的四個輸出線分別用于連接LED1、LED2、LED3、 LED4四個LED燈。P1.6用于驅(qū)動LED5。串行口VXD和TXD用于擴展四個LED顯示器。外部中斷口INT0和INT1分別用做蓋開關K4和暫停/啟動鍵K3的中斷口，P3.7用于驅(qū)動蜂鳴器。 ⑵ 按鍵和開關部分 ⒈程序選擇鍵K1 本設計洗衣機有四種工作程序，使用該鍵可循環(huán)選擇洗衣機的四種工作程序。 ⒉暫停/啟動鍵K2 該鍵采用分時復用技術而具有三個功能。其一是在洗衣機未進入工作狀態(tài)或者處于暫停狀態(tài)期間，K2用來啟動洗衣機進入工作狀態(tài)或者恢復到原來的工作狀態(tài)；其二是在洗衣機進入工作狀態(tài)后，按觸該鍵則進入暫停狀態(tài)；其三是在故障報警期間，按下K2停止報警，并回到初試的待命狀態(tài)。 ⒊蓋開關/平衡開關K3 脫水期間，若打開機蓋或者轉(zhuǎn)動不平衡時，則K3閉合，引起中斷，洗衣機就會自動停止脫水操作，合上蓋或者恢復不平衡后又繼續(xù)脫水。 ⒋水位開關K4 水滿時，K4閉合。在進水期間，系統(tǒng)不斷檢測K4，若在2.5分鐘內(nèi)檢測到K4閉合。則停止進水。否則認為進水出故障，關閉進水閥，并發(fā)聲提示；在排水期間，系統(tǒng)不斷檢測K4，若在1分鐘內(nèi)檢測不到K4斷開，則認為排水出故障，關閉排水閥，并發(fā)聲提示，否則按正常處理。 ⒌開啟/關閉浸泡鍵K5 該鍵用于開啟或者關閉洗衣機的浸泡功能。 ⒍強制復位鍵K6 按下該鍵可以使單片機強行復位。 ⑶ LED指示燈 LED1，LED2，LED3，LED4分別用來指示排水程序，單獨程序，經(jīng)濟程序，標準程序四種洗衣工作程序；LED5用于指示浸泡功能開啟，閃爍時表示正在浸泡衣物；LED6，LED7， LED8，分別用來表示洗滌，排水，進水三種狀態(tài)。 ⑷ 譯碼器 74LS139為雙2-4線譯碼器，之所以選用它是因為AT89C2051單片機只有20個引腳，I/O線不足，選用它可解決CPU I/O線數(shù)量的不足。本設計洗衣機有4種不同的工作程序，分別要用四種不同的顯示來加以區(qū)別。74LS139雙2-4線譯碼器僅占用CPU的P3.0和P3.1兩口線即可提供4種不同顯示的驅(qū)動， 其邏輯關系是：P3.0，P3.1為“11”時LED1亮，指示標準程序；為“10”時LED2亮，指示經(jīng)濟程序；為“01”時LED3亮，指示單獨程序；為“00”時LED4亮，指示排水程序。 ⑸ 固態(tài)繼電器 交流固態(tài)繼電器SSR(Solid state releys)是一種無觸點通斷電子開關,為四端有源器件。其中兩個端子為輸入控制端,另外兩端為輸出受控端, 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，采用光電隔離,作為輸入輸出之間電氣隔離(浮空)。在輸入端加上直流或脈沖信號,輸出端就能從關斷狀態(tài)轉(zhuǎn)變成導通狀態(tài)(無信號時呈阻斷狀態(tài)),從而控制較大負載。整個器件無可動部件及觸點,可實現(xiàn)相當于常用的機械式電磁繼電器一樣的功能。之所以選用這個器件，是因為它一方面可使電路進一步簡化，另一方面還可使強、弱兩類電完全隔離，保證主板的安全。? ⑹ 反相器 選用反相器是防止AT89C2051型號單片機的驅(qū)動電流不足，4個反相器可分別驅(qū)動4個交流固態(tài)繼電器。 ⑺ 移位寄存器 本設計CPU的I/O數(shù)量不是很多，考慮到這個問題，所以本設計時間顯示電路采用串行口擴展，通過移位寄存器的輸出控制，可實現(xiàn)四位LED顯示器的驅(qū)動控制 ⑻ LED顯示器 四個共陽極LED顯示器分別顯示分、分、秒、秒。 3.4 電子元器件的計算與選型 3.4.1 時鐘電路 全自動洗衣機的微機控制系統(tǒng)的時鐘電路如圖3.1所示： 圖3.1時鐘電路 AT89C2051芯片內(nèi)部有一個高增益反相放大器。用于構(gòu)成振蕩器。反相放大器的輸入端為XTAL0，輸出端為XTAL1，兩端跨接石英晶體及兩個電容可構(gòu)成穩(wěn)定的自激振蕩器。本設計的時鐘電路兩個電容取30pF,可穩(wěn)定頻率并對振蕩頻率有微調(diào)作用。本設計選用JA95A型號石英振蕩器，振蕩脈沖頻率選用6MHz。 3.4.2 復位電路 本設計微機控制系統(tǒng)的復位電路采用手動復位和上電復位組合，其電路圖如圖3.2所示。 圖3.2 復位電路 上電自動復位是在加電瞬間電容通過充電來實現(xiàn)的。在通電瞬間，電容通過電阻充電，RST端出現(xiàn)正脈沖，用以復位。只要電源VCC的上升時間不超過1ms，就可以實現(xiàn)復位。手動復位是通過接通復位開關，使單片機進入復位狀態(tài)。 參數(shù)的選定：在振蕩穩(wěn)定后應保證復位高電平持續(xù)時間大于2個機器周期。本設計的晶體頻率為6MHz,取C=22μF，R=1K?。 3.4.3 電源電路 電源電路如圖3.3所示： 圖3.3電源電路 電源電路是采用220V的交流電先經(jīng)變壓器降壓,再經(jīng)橋式整流電路整流，最后用三端穩(wěn)壓器穩(wěn)壓得到5V的電壓作為整個控制器的工作電源。 本設計使用5V的電壓作為整個控制器的工作電源，故選用CWM7805型穩(wěn)壓器，CWM7805型穩(wěn)壓器的輸入電壓為7~35V，為了保證穩(wěn)壓性能，電源電路接三端穩(wěn)壓器時，輸入電壓和輸出電壓至少要相差2V以上，但是也不能取得過大，因為太大則會增大器件本身的功耗以至于損壞器件，所以本設計在穩(wěn)壓器的輸入電壓取10V，在輸入和公共端，輸出和公共端之間分別接了0.1μF和0.33μF的電容，可以防止產(chǎn)生自激振蕩。 二極管的選型： 根據(jù)式Uo =1.2 Ui 式中： Ui --------------- 整流電路的輸入電壓 Uo --------------- 整流電路的輸出電壓 因為電源電路中的三端穩(wěn)壓器CWM7805的輸入電壓取10V，所以整流電路的輸出電壓Uo=10V。 由式 Uo =1.2 Ui 可得：Ui =Uo/1.2=10/1.2=8.333 V 整流二極管所承受的最高反向電壓URW= 2Ui =11.783 V 選用2CZ52A型硅二極管，其最大整流電流為100mA,反向工作峰值URWN為25V，URWN＞URM， 考慮到變壓器二次側(cè)繞組及管子上的壓降，變壓器的二次側(cè)電壓大約要高出10%，即8.333×1.1=9.1663≈9V。 3.4.4 指示電路 本系統(tǒng)的指示電路設計如圖3.4 圖3.4 指示電路 系統(tǒng)的所有LED指示燈全部選用BT系列LED,型號為BT101， BT101型號LED的反向擊穿電壓≥5伏，為了保證LED不被反向擊穿，使用時必須串聯(lián)限流電阻以控制通過管子的電流。限流電阻R用下式計算： R＝（E－UF）／IF 式中: E -------------------- 電源電壓，本設計E=5V UF ------------------ 為LED的正向壓降，BT101型號LED的正向壓降UF≤2V，此處取1.5V， IF ------------------- 為LED的工作電流，本設計取3.5mA. 所以LED的限流電阻 R＝ （E－UF）／IF ＝ (5-1.5)/3.5×10-3 ＝ 100? 其中譯碼器選用74LS139型號2-4線譯碼器。 3.4.5 電機的正反轉(zhuǎn)、進水閥和排水閥電路 電動機正反轉(zhuǎn)、進水閥和排水閥電路如圖3.5所示： 圖3.5 電動機正反轉(zhuǎn)、進水閥和排水閥電路 電路的工作原理：當P1.0~P1.3分別置1時，輸出信號經(jīng)過反相器之后變?yōu)?，固態(tài)繼電器的輸入端獲得+5V電壓，使得輸出端導通，實現(xiàn)進水閥、排水閥的開啟和電機的正反轉(zhuǎn)。當P1.0~P1.3分別置0時，輸出信號經(jīng)過反相器之后變?yōu)?，固態(tài)繼電器的輸入端的電壓為0，固態(tài)繼電器關閉，實現(xiàn)對洗衣機進水閥、排水閥的關閉和電機的停轉(zhuǎn)。 本設計電動機選用XDS型洗衣機用單相電容電動機，型號為XDS-250，額定功率為250W，額定電流為2A，電容器容量為16μF。 因為電機是感性負載，所以選擇固態(tài)繼電器的額定電流取為電機額定電流的2.5倍，為此四種驅(qū)動電路全部選用GTJ2-5A220V AC型交流固態(tài)繼電器。GTJ2-3A220V AC型交流固態(tài)繼電器的額定電壓為220V，額定電流為5A，控制電壓為3~32V DC，關斷電壓為1.2V DC，開啟電流為5mA，控制電流＜25mA。故本設計控制電壓取4V DC，控制電流取10mA 交流固態(tài)繼電器的限流電阻R=(5-4)V/10×10-3A=100? 電動機正反轉(zhuǎn)驅(qū)動電路中的二極管選用1N4148型硅開關二極管，其在IF=10 mA的測試條件下正向壓降VF≤1.0V，由上面的計算可知，流過發(fā)光二極管的電流為3.5mA，故此處1N4148型硅開關二極管的正向壓降VF取0.5V。 所以電機反轉(zhuǎn)驅(qū)動電路中和發(fā)光二極管和開關二極管串連的限流的電阻： R=(5-1.5-0.5)V/3.5×10-3A≈857? ，所以限流電阻R取820? 固態(tài)繼電器的電流為10mA，LED指示燈的電流為3.5mA，總共需要13.5mA的驅(qū)動電流，本設計選用7406型號的反相器來提高驅(qū)動能力。其低電平驅(qū)動能力達到40mA，足以滿足要求。 固態(tài)繼電器的輸出端并聯(lián)一吸收電路，可以有效的抑制加至繼電器的瞬態(tài)電壓和電壓指數(shù)上升率，保護固態(tài)繼電器。吸收電路的電阻R取4.5K，電容取4700pF。 洗衣機的進水閥選用江陰市電磁閥廠生產(chǎn)的XJD系列電磁塑料進水電磁閥，型號為XJD—11。其適用電壓為AC220V，適用壓力為0.02~0.08MPa. 本設計洗衣機的排水方式為下排水方式，排水閥選用江陰市電磁閥廠生產(chǎn)的XFD系列電磁塑料排水電磁閥，型號為XFD—10，其適用電壓為DC220V，適用壓力為0.02~0.08MPa. 3.4.6 顯示電路 時間顯示電路如圖3.6所示： 圖3.6 時間顯示電路 考慮到本設計所選擇的CPU AT89C2051的I/O不多，時間顯示器采用串行口靜態(tài)擴展。選用74HC164移位寄存器。74HC164是串入并出移位寄存器，并帶有清除端。 電路原理：串行口工作在方式0，即為同步移位寄存器輸入/輸出方式，串行數(shù)據(jù)通過RXD輸入，TXD用于輸出移位時鐘，作為74HC164移位寄存器的同步信號。在發(fā)送過程中，當執(zhí)行一條將數(shù)據(jù)寫入緩沖器SBUF的指令時，串行口把SBUF中的8位數(shù)據(jù)以1/12的波特率從RXD端輸出。發(fā)送完畢置中斷標志TI=1。在寫信號有效時，相隔一個機器周期后發(fā)送控制端SEND有效，即允許RXD發(fā)送數(shù)據(jù)，同時，允許從TXD端輸出移位脈沖。 四個共陽極顯示器分別顯示分、分、秒、秒。移位寄存器選用74HC164?？蓪崿F(xiàn)串行輸入，并行輸出。選用BS211A-B型號共陽極顯示器，其最大工作電流IM為10mA，正向壓降UF≤2V，本設計共陽極顯示器的每個LED發(fā)光二極管的工作電流取3.5mA，正向壓降取1.5V。 固限流電阻R=(5-1.5)V/3.5×10-3A=1000?，限流電阻取1000 ?。 因為74HC164允許通過的電流為8 mA，故不必添加驅(qū)動電路。 3.4.7 蜂鳴報警電路 蜂鳴報警電路如圖3.7所示 圖3.7蜂鳴報警電路 蜂鳴器選用P231906-C34型號壓電式蜂鳴器。其額定電壓為4~8V，本設計使用5V，故不必使用限流電阻；額定電流≤15mA.電路中P3.7接晶體管輸入端。當.P3.7輸出高電平1時，晶體管導通，壓電式蜂鳴器兩端獲得+5V的電壓而鳴叫；當P3.7輸出低電平0時，晶體管截止，蜂鳴器停止發(fā)聲。三極管選用2SC1815型號開關三極管。電路中的兩電阻分別選用3.3K?和5.6K?。 第四章 系統(tǒng)軟件設計 4.1洗衣機的控制功能要求 ⑴ 從程序圖4-1主流程圖中可以看出本程序設計的基本流程，系統(tǒng)上電復位后，首先進行初始話，默認的洗衣工作程序為標準洗衣工作程序，然后掃描程序選擇鍵K1，開啟浸泡鍵K5和啟動鍵K2，這時洗衣機處于待命狀態(tài)。通過K1可修改洗衣工作程序，通過K5可開啟洗衣機的浸泡功能，掃描過程中當發(fā)現(xiàn)啟動鍵K2按下時，洗衣機即從待命狀態(tài)進入工作狀態(tài)。 ⑵ 洗衣機進入工作程序后，系統(tǒng)首先根據(jù)RAM中57H單元的特征字判斷洗衣機的洗衣工作程序，若特征字為0F0H，為排水程序，程序直接跳轉(zhuǎn)進入排水操作，而 01H為單獨程序，02H為經(jīng)濟程序，03H為標準程序。如果57H單元的特征字為01H，02H或者03H，則進入進水操作，P1.0置位驅(qū)動進水閥開啟。進水期間系統(tǒng)不斷檢測水位開關K4的狀態(tài)，當檢測到K4閉合時，說明進水以達到預定水位。若在規(guī)定的2.5min極限內(nèi)沒有檢測到K4閉合，說明進水系統(tǒng)發(fā)生故障，此時洗衣機退出工作狀態(tài)，程序跳轉(zhuǎn)到GUZHANGCHENGXU為標號地址的故障處理程序段進行報警，本設計洗衣機的故障處理方法是：將P1.0~P1.3位全部置“0”，中止洗衣機的各中操作，然后洗衣機以響1s停2s的規(guī)律不斷地發(fā)出報警信號，直到人工干預即按下K2（暫停/啟動鍵）鍵后為止（按下K2后，程序跳轉(zhuǎn)回主程起始地址，洗衣機又回到待命的初始狀態(tài)0）。 ⑶ 在正常情況下，進水期間檢測到K4閉合時，說明進水以達預定水位。這時洗衣機通過判斷55H單元中的內(nèi)容是否為01H，如果是則執(zhí)行浸泡功能，執(zhí)行浸泡功能后設置55H單元為00H，使得后面的漂洗環(huán)節(jié)不會再次執(zhí)行浸泡功能，執(zhí)行浸泡功能后即進入洗滌工作程序；如果不是則洗衣機直接進入洗滌工作程序。因為電機在洗滌或漂洗工作時有正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和間歇三種狀態(tài)，所以用P1.2，P1.3兩線來實現(xiàn)對電機這三種狀態(tài)的控制。其邏輯關系是：P1.3，P1.2為“00”時電機間歇，為“01”時正轉(zhuǎn)，為“10”時反轉(zhuǎn)。洗滌時間為4.5min.洗滌結(jié)束后，判斷是否排水。由控制要求可知，若不排水則為單獨程序，這時程序直接跳到結(jié)束，否則進入排水程序。 ⑷ 本程序設計的排水時間采用動態(tài)時間法確定，其原理是：根據(jù)常用的空氣壓力水位開關的特性（即在進水中當水位達到預定水位時水位開關就接通；在排水中當桶內(nèi)水位下降11cm 后，水位開關才斷開），在排水過程中若從開始到開關斷開所需時間為D，則整個排水所用時間為2D+50s（查海爾洗衣機經(jīng)驗值）。若在規(guī)定的1min極限時間內(nèi)，系統(tǒng)檢測不到水位開關K4斷開，說明排水系統(tǒng)有故障，程序跳轉(zhuǎn)至故障處理程序段發(fā)出警告信號，其處理程序段發(fā)出告警信號，其處理方法與進水系統(tǒng)故障相同。 ⑸排水結(jié)束后，洗衣機接著執(zhí)行脫水操作，P1.1維持置位狀態(tài)，保持排水發(fā)開啟，P1.2按4s置位2s 清0的規(guī)律連續(xù)驅(qū)動電機旋轉(zhuǎn)2min，然后脫水結(jié)束。脫水結(jié)束后系統(tǒng)通過一條判斷指令判斷整個洗衣工作是否結(jié)束。其原理:是洗衣機在每次洗滌或漂洗工作環(huán)節(jié)結(jié)束之后，洗衣工作程序標志57H單元減1一次，在脫水工作結(jié)束，洗衣機報警三聲后，即返回初始待命狀態(tài)。若洗衣工作尚未結(jié)束，洗衣機再次執(zhí)行進水操作，進入下一循環(huán)。 ⑹以上是本設計洗衣機工作的主流程，工作過程中所需的各種計時，均由定時器“1”定時中斷服務程序提供。定時器“1”設置為定時方式1，每10 ms產(chǎn)生一次中斷，因此，TL0，TH0裝入的常數(shù)分別為78H，0ECH。定時器“1”中斷服務子程序入口地址001BH單元中，洗衣機進入工作狀態(tài)后定時器每10 ms被啟動中斷一次，20H單元累加1一次，累加到64H時，為1s,此時51H和72H單元各累加1一次，每次定時前先將51H單元清0，因此根據(jù)51H單元就可以實現(xiàn)對洗衣機整個工作過程的定時；同時當72H單元累加至3CH時，為1 min,這時71H單元累加1一次。當71H單元累加到3CH時，為1hour,這時70H單元累加1次，系統(tǒng)根據(jù)70H，71H，72H三個內(nèi)存單元中的數(shù)據(jù)就可以確定洗衣機工作各個進程的時間，而且定時器每中斷1次就調(diào)用1次顯示子程序，實現(xiàn)洗衣機整個工作過程的時間顯示。在暫停中斷以及開蓋或不平衡中斷響應期間，定時中斷被禁止，計時各單元內(nèi)容不變。 ⑺洗衣機的暫停中斷在洗衣機進入工作狀態(tài)后，中斷請求即被設置為允許，中斷請求有效；而開蓋或不平衡中斷只有在洗衣機進入脫水工作進程時，中斷請求才被設置為允許，請求信號有效。 洗衣機的工作程序流程圖如圖4.1所示： 圖4.1 主流程圖 第五章 總結(jié) 我的畢業(yè)設計題目是單片機控制的全自動洗衣機設計，主要任務是單片機的控制系統(tǒng)設計和控制軟件設計等。 因為我的專業(yè)是機械設計，整個設計的重點在于單片機控制，因此不僅僅是對我四年來所學專業(yè)知識的檢驗和總結(jié)，同時要求學習許多單片機的知識，經(jīng)過一個學期的努力奮戰(zhàn)，終于完成了設計。設計整體完成預期的要求，但由于所學有限，設計水平還很稚嫩，肯定還存在許多不足或者有更好的實現(xiàn)方案。 通過這次設計，我認識到了自身存在的許多問題，在以后的學習和工作中會針對自己的問題去改正。還有就是學習知識要精益求精，遇到事情要多問幾個為什么，最終要的就是設計要結(jié)合現(xiàn)實，不能想當然的做。 這次設計中我也遇到不少困難，如了解各種電器元件和電路工作原理，為了完成設計要求應該選擇怎樣的電路和單片機型號等等，設計起初，很迷茫，萬事開頭難，不知道從何入手，在請教老師和許多懂這方面知識同學后，在他們的幫助下，一點一點的把這些困難解決，最終做完有如釋重負的感覺同時還有一點小小的成就感。 總之，這次設計讓我學到很多，無論是學業(yè)上還是以后走上社會都很寶貴的東西，同時也深深的體會到知識的強大和自己所學東西的有限，學海無涯，在以后的道路上我知道自己要懂的還有很多，我也會為之而奮斗，努力的！ 致 謝 光陰似箭，轉(zhuǎn)眼大學四年就快過去了，畢業(yè)設計是學校對學生四年來所學知識的一次綜合考查，此次設計我選擇的題目是全自動洗衣機的微機控制系統(tǒng)。 這是第一次自己設計一個這么全面的課題，由于自己的知識是有限和實踐經(jīng)驗的不足，在設計過程中遇到了很多的問題，真的非常感謝xx老師對我精心指導和xxx老師的督促以及四年來各科老師的授業(yè)之恩還有同學的無私幫助，在此表示深深的感謝！ 參考文獻 [1] 何立明.單片機高級教程[M].北京:北京航空航天大學出版社 2000 [2] 陳明熒.8051單片機基礎教程[M].北京：科學出版社，2003 [3] 諶清平.東芝單片機原理及其在家用電器中的應用[M].北京：北京航空航天大學出版社，2000 [4] 青島海爾集團.海爾家用洗衣機原理與維修[M].北京：人民郵電出版社，1999 [5] 船舶工業(yè)總公司七一三所.常用電子電器元件手冊[M].北京：中國標準出版社，1986 [6] 金續(xù)曾,陸魁玉.單相電動機繞組修理與接線圖集[M].北京：北京科學技術出版社，1999 [7] 秦曾煌. 電工學[M] 下冊，電子技術. 北京：高等教育出版社，2004 [8] 鄭緹，唐可洪．機電一體化設計基礎[M]．北京：機械工業(yè)出版社，2002． [9] 李朝青.單片機原理與接口技術[M].北京：北京航空航天大學出版社，2005 附錄A 控制系統(tǒng)電路圖 附錄B 洗衣機的控制原理圖 附錄C 設備材料清單 本設計洗衣機微機控制系統(tǒng)的詳細設備材料清單如下表所示： 序號 元器件 型號 數(shù)量 1 單片機 AT89C2051 1 2 固態(tài)繼電器 GTJ2-5A220V AC 4 3 電機 XDS-250 1 4 發(fā)光二極管 BT101 6 5 整流二極管 2CZ52A 8 6 開關二極管 1N4148 2 7 反相器 7406 4 8 共陽極顯示器 BS211A-B 4 9 移位寄存器 74SH164 4 10 開關三極管 2SC1815 1 11 蜂鳴器 P231906-C34 1 12 電阻器 5.6K 1 13 電阻器 4.5K 4 14 電阻器 3.3K 1 15 電阻器 1000 40 16 電阻器 820 2 17 電阻器 100 4 18 電容器 22μF 1 19 電容器 16μF 1 20 電容器 0.33μF 1 21 電容器 0.1μF 1 22 電容器 4700pF 4 23 電容器 30pF 2 24 進水電磁閥 XJD-11 1 25 排水電磁閥 XFD-10 1 26 三端穩(wěn)壓器 CWM7805 1 27 晶振器 JA95A（6MHz） 1 附錄D 軟件程序 本設計全自動洗衣機的程序編寫如下： MIN EQU 71H ；存放分鐘變量 SEC EQU 72H ；存放秒鐘變量 SEC0 EQU 73H ；存放舊的秒數(shù) TAB EQU 80H ；存放段碼首地址 K1 EQU P3.5 ；按鍵1引腳定義 K2 EQU P3.2 ；按鍵2引腳定義 K3 EQU P3.3 ；按鍵3引腳定義 K4 EQU P3.4 ；按鍵4引腳定義 K5 EQU P1.6 ；按鍵5引腳定義 ；==================================================== ORG 0000H ；程序代碼由地址0000H開始執(zhí)行 AJMP BEGIN ；初始化 ORG 0003H AJMP INT0 CHENGXU ；暫停/啟動中斷中斷向量 0RG 001BH AJMP T1 CHENGXU ；定時器1中斷向量 0RG 0013H AJMP INT1 CHENGXU ；開蓋、不平衡中斷向量 ；==================================================== 主程序開始 ；==================================================== 本設計定時器T1的工作在方式1。FOSC=6MHz,每10ms產(chǎn)生1次中斷。T1的方式1為16位計數(shù)方式。方式寄存器TMOD各個位的取值如下表格所示： GATE C/T# M1 M0 GATE C/T# M1 M0 0 0 0 1 0 0 0 0 所以TMOD的取值為#10H；記數(shù)初值m為： m=216－6×106×10×10-3/12 =EC78H BEGIN: MOV P1，#0F0H MOV P3，#07FH MOV SP, #35H MOV 55H,#00 ；設置浸泡標志單元為#00H (指定55H為浸泡標志單元) MOV 56H,#0F0H ；＃0F0H排水標志 (指定56H為標志單元) MOV 57H,#03 ；洗衣機標準洗衣工作程序標志(指定57H) MOV 58H,#0FH ；漂洗4.5分鐘賦值(指定58H 存放，即15個30秒) CLR A MOV MIN, A MOV SEC, A MOV SEC0,A MOV 51H, A CLR ET0 ；禁止開蓋、不平衡中斷 SETB EA ；開總中斷 CLR IT0 ；設置外部中斷0為低電平 觸發(fā) CLR IT1 ；設置外部中斷1為低電平 觸發(fā) SETB ET0 ；開定時器0中斷 SETB TR0 ；啟動定時器0 STEB PX0 ；設置中斷優(yōu)先級別 STEB PT0 STEB PX1 MOV TMOD,#10H ；設置定時器1工作在1方 式 MOV TL0,#78H ；設置10ms中斷時間常數(shù) MOV TH0, #0ECH ；==================================================== 以下為按鍵掃描程序 ；==================================================== AJ: JNB K1, AJ1 AJMP AJ2 AJ1: ACALL CHENGXUXUANZE AJ2: JNB K5, AJ3 AJMP AJ3 AJ3: ACALL JINPAOJIAN JB K2,AJ ；按鍵掃描程序結(jié)束 MOV R5, #01H ACALL DUANYANSHI ；按鍵消抖 KB： JB K2,AJ ACALL FENGMINGQI ；按鍵掃描后蜂鳴器報警 JNB K2,$ ；等待鍵放開 SETB ET0 ；開定時器0中斷 SETB TR0 ；啟動定時器0 SETB EX0 ；允許外部INT0中斷 ；==================================================== MOV A, 57H CJNE A,#00H,JINSHUICHENGXU ；是排水程序？ AJMP PAISHUICHENGXU ；是則跳轉(zhuǎn)排水程序 ；==================================================== 以下為進水程序 ；==================================================== 附錄2 圖1 進水程序流程圖 JINSHUICHENGXU: MOV 51H, #00H STEB P1.0 ；打開進水閥 JS: JNB K4, JS1 ；進水達預定水位？ CJNE 51H,#150, JS ；進水系統(tǒng)有故障？ AJMP GUZHANGCHENGXU ；有則跳轉(zhuǎn)故障處理程序 JS1: CPL P1.0 ；進水結(jié)束，關閉進水閥 ；==================================================== MOV A,55H ；是否有開啟浸泡功能 CJNE A,#01H,XIDICHENGXU ；沒有開啟轉(zhuǎn)入洗滌程序 ；==================================================== 以下為浸泡程序 ；==================================================== 附錄2 圖2 浸泡程序流程圖 MOV 50H,#00H MOV 51H,#00H ；先洗滌一分鐘 JP1: STEB P1.2 MOV R5 , #30 ACALL CHANGYANSHI CPL P1.2 MOV R5,#20 ACALL CHANGYANSHI STEB P1.3 MOV R5,#30 ACALL CHANGYANSHI CPL P1.3 MOV R5,#20 ACALL CHANGYANSHI CJNE 51H，#3CH，JP1 ；浸泡10分鐘 JP2: MOV 51H,#00H JP3: MOV A,51H CPL P1.6 ；浸泡開始后，LED以亮50ms， 停50ms的形式閃爍 MOV R5，#05H ；延時50ms ACALL DUANYANSHI CJNE A,#3CH,JP3 INC 50H MOV A,50H CJNE A,#0A,JP2 ；10min到了沒？ MOV 55H,#00H ；清除浸泡標志單元 STEB P1.6 ；關閉浸泡指示燈 ；==================================================== 以下為洗滌／漂洗工作程序 ；==================================================== 本設計的洗滌時間為4.5min,洗滌的定時方法是先對50H和51H單元清零，之后每過30s,51H單元清零1次，50H單元自加1，然后通過比較50H和58H單元的大小，（本程序設計在初始化時設置58H單元為#15）則剛好為4.5min,之后如果是標準和經(jīng)濟程序，漂洗時間分別為3min和1.5min。則每次洗滌/漂洗完后，58H單元減去5，即減去1.5min。 附錄2圖3 洗滌/漂洗程序流程圖 XIDICHENGXU： MOV 50H，#00H XD：MOV 51H，#00H STEB P1.2 ；正轉(zhuǎn)洗滌／漂洗驅(qū)動3s MOV R5,#30 ACALL CHANGYANSHI CPL P1.2 ；洗滌／漂洗間歇2s MOV R5,#20 ACALL CHANGYANSHI STEB P1.3 ；反轉(zhuǎn)洗滌／漂洗驅(qū)動3s MOV R5,#30 ACALL CHANGYANSHI CPL P1.3 ；洗滌／漂洗間歇2s MOV R5,#20 ACALL CHANGYANSHI CJNE 51H，#1EH，XD ；50H單元是否達到30s？ INC 50H MOV A，50H CJNE A，58H，XD ；洗滌／漂洗是否結(jié)束？ ；==================================================== MOV A, 56H CJNE A, #0F0H, PAISHUICHENGXU ；洗滌／漂洗工作結(jié)束 ，排水否？ ；==================================================== 以下為排水程序 ；==================================================== 附錄2 圖4排水程序流程圖 PAISHUICHENGXU: DEC 57H ；洗衣工作循環(huán)次數(shù)減1 MOV 51H,#00H STEB P1.1 ；排水操作，打開排水閥 PS: CJNE 51H,#3CH,PS1 ；排水系統(tǒng)有故障？ AJMP GUZHANGCHENGXU ；有則跳轉(zhuǎn)故障處理程序 PS1:JNB K4,PS ；水位下降至預定水位？ MOV A，51H ADD A，#50 ；排水時間延長ｄ＋50s （經(jīng)驗值） MOV 51H，#00H CJNE A ，51H，＄ ；==================================================== 以下為脫水程序 ；==================================================== 附錄2 圖5 脫水程序流程圖 TUOSHUICHENGXU: SETB EX1