洗衣機變頻調(diào)速控制器設計

1、畢業(yè)設計摘 要 洗衣機是人們必備日常生活家電，其發(fā)明與普及改變了人們的勞動理念。傳統(tǒng)的洗衣機僅僅局限于洗衣以及脫水等基本功能，而新型的洗衣機則注入很多新型的元素，智能化控制技術的引入，使得洗衣機更加人性化，對于勞動者而言，智能化洗衣機不僅僅提高了勞動效率，而且增加了人們的生活樂趣。一個功能完善的洗衣機，不僅僅只局限于洗衣脫水等功能，還能夠按照用戶的要求實現(xiàn)更多智能化的要求，除此之外還可以對洗衣機的故障狀態(tài)進行檢測，及時對洗衣機的故障狀態(tài)進行保護，保證洗衣過程的安全可靠運行。本文首先介紹了洗衣機的研究背景以及目前國內(nèi)外的發(fā)展趨勢，對洗衣機的工作原理進行了深入的剖析，分別從硬件設計以及軟件設計兩方

2、面對洗衣機進行了設計，由軟件驅(qū)動硬件的方法來實現(xiàn)了洗衣機控制系統(tǒng)的實現(xiàn)。本次設計以AT89C51單片機為控制核心，在此基礎上增設有一定的外圍電路，例如時鐘電路、復位電路、鍵盤電路、顯示電路、電機驅(qū)動電路以及指示燈電路，利用Protues仿真軟件實現(xiàn)洗衣機的功能模塊如下變頻調(diào)速模塊、故障處理、水位檢測、洗滌過程等洗衣機主要基本功能。最后通過硬件以及軟件調(diào)試，得到了較為完善的洗衣機控制系統(tǒng)，滿足了本次設計任務書的基本要求。關鍵詞：洗衣機；AT89C51；控制系統(tǒng)；Protues仿真IAbstract Washing machines are an essential daily lives of

3、people appliances, its invention and popularization of the concept of changing the way people work . General digital logic circuits controlled by only two or three procedures a washing machine , there are also a fool by -pass procedure . The microcontroller-based control of a washing machine can be

4、a complex process control , water level segment will refine , refine rinsing function , coupled with the application of different clothing and other functions, the washing process is greatly increased. For a fully automatic washing machine , the first requirement to complete the basic functions of l

5、aundry ; while also setting several different washing programs according to the different needs of users ; should also consider the strength of the flow of decisions washing conditions ; Also on laundry fault diagnosis process appears to ensure high-speed operation and so on. This paper describes th

6、e current situation of the domestic washing machine control systems , the problem facing the development . Gap washer machine from product quality, performance and application perspective ; domestic washer machine industry as a whole to see the problems as well as its development trend. Using AT89C5

7、1 microcontroller as the master chip washing machine control systems , washing laundry program runs under MCU control , the main functions of the module are as follows washing machine inverter module , fault handling, water testing, current and voltage detection protection , clothing detection , tem

8、perature detection, timing operation , pause, stop, etc. compulsory modules . Function and design software to achieve functional design from soaking into the washing machine dehydration ends.Key words: Washing machine; AT89C51; control system; Protues simulation目 錄摘 要IAbstractII第1章 緒 論11.1 全自動洗衣機的研究

9、背景11.2 洗衣機工作原理11.3 洗衣機國內(nèi)外的發(fā)展21.4 本文研究的主要內(nèi)容3第2章 整體設計方案42.1 設計任務42.2 設計方案一42.3 設計方案二52.4 整體方案選擇5第3章 硬件電路設計63.1 洗衣機控制面板設計63.2 主要電路設計73.2.1 電源電路設計73.2.2 水位檢測電路設計73.3.3 復位電路設計83.3.4 時鐘電路設計93.3.5 鍵盤電路設計103.3.6 蜂鳴器報警電路設計103.3.7 電機控制電路設計113.3.8 進水排水電路設計123.3.9 顯示電路12第4章 軟件設計144.1 主程序設計144.2 洗滌子程序設計154.3 漂洗子

10、程序設計164.4 脫水子程序設計174.5 經(jīng)濟洗滌子程序184.6 外部中斷流程圖19第5章 軟件調(diào)試215.1 protues仿真驗證215.2 各項功能實現(xiàn)22結(jié) 論25致 謝27參考文獻28I第1章 緒 論1.1 全自動洗衣機的研究背景隨著人們生活水平的大幅度提高，傳統(tǒng)的家用電器工作模式已經(jīng)遠遠不能滿足人們的要求了，新型的高科技家用電器已經(jīng)成為當今生活的主體，洗衣機作為人們?nèi)粘Ｉ畋夭豢缮俚募矣秒娖?，在農(nóng)村、特別是城市占據(jù)了重要的地位，具備有節(jié)能、環(huán)保、高效的智能化洗衣機是現(xiàn)代人們所期望的。隨著科技的逐步發(fā)展，洗衣機的操作已不像先前復雜的操作了，用戶僅需按下洗衣、脫水按鈕就可以自行的

11、完成對洗衣的操作，這樣大大的節(jié)省了人們的時間，提高了人們的洗衣舒適度。如今新型的洗衣機不僅可以完成洗衣以及脫水等操作，還可以根據(jù)所添加衣物的重量，來注入最佳進水量、選擇最佳洗滌時間以此達到最佳洗滌效果，滿足用戶的要求，同時洗滌結(jié)束之后還可以通過音樂聲音來提醒用戶洗滌結(jié)束。總之，新型技術的注入大大的提高了洗衣機的智能化程度，在一定程度上為提高人們的生活質(zhì)量、節(jié)省洗衣時間、提高生活舒適度、節(jié)省電能起到了很重要的作用。總之，將智能化技術、電子技術等等使用到洗衣機中時未來科技發(fā)展的必然趨勢。現(xiàn)階段中國市場的日常家用洗衣機住在發(fā)生巨大的變化，傳統(tǒng)的功能單一的洗衣機已經(jīng)遠遠不能滿足人們對物質(zhì)文化的追求了，

12、新型的以智能化技術為核心的洗衣機主要功能是完成對衣物進行洗滌以及脫水，同時可以根據(jù)衣物的不同，分別設置強洗與弱洗兩種洗滌方式，如此可以節(jié)省用電量。現(xiàn)代化洗衣機具備自行故障檢測系統(tǒng)，當故障發(fā)生時，可發(fā)出報警，以提醒用戶做出相關的操作。然而隨著經(jīng)濟的不斷發(fā)展，發(fā)展功能更完善、性能更穩(wěn)定的洗衣機已經(jīng)成為未來發(fā)展的必然趨勢，故本文將對智能化洗衣機控制系統(tǒng)做出一定研究1。1.2 洗衣機工作原理洗衣機主要分為普通型波輪洗衣機以及機械全自動洗衣機，下面就這兩類洗衣機分析其各自工作原理。傳統(tǒng)式波輪機洗衣機：其主要組成部分包括有：洗衣桶、驅(qū)動電機、鍵盤按鈕、洗衣機箱、電源插口等幾部分。傳統(tǒng)式洗衣機的工作原理是依

13、靠裝置在洗衣桶底的驅(qū)動電機正反轉(zhuǎn)實現(xiàn)對衣物的清洗作用的。機械全自動洗衣機：通過控制面板來實現(xiàn)對洗衣機的洗滌、漂洗以及脫水等功能的控制。機械式洗衣機裝設有驅(qū)動電機、進水以及排水閥，通過控制總線來完成洗衣機各項功能的實施。機械式全自動洗衣機與傳統(tǒng)波輪式洗衣機相比較，洗衣效率更高、更清潔、更節(jié)能。中國家電研究院根據(jù)洗衣機實際存在的問題指出，洗衣機內(nèi)部環(huán)境潮濕，當洗衣機幾天沒使用之后，內(nèi)部易于滋養(yǎng)大量的細菌，長期在這樣的環(huán)境下洗衣將會造成細菌感染，引起皮膚病，故一臺洗衣機如果長期不使用，必須對其進行消毒處理，以殺掉其中的大量菌類。這樣研制出自動清洗殺毒的洗衣機是十分必要的，一臺洗衣機當洗衣結(jié)束之后，就

14、可以按下殺毒處理按鍵，進行洗衣的后續(xù)操作。 1.3 洗衣機國內(nèi)外的發(fā)展從古至今，洗衣機是日常生活中不可避免的一項家務勞動，傳統(tǒng)的洗衣方式是直接在河里進行的手搓、棒打、擰干等一系列洗衣活動，樂趣無窮，只從洗衣機的出現(xiàn)，人們無需在河里進行洗衣，一方面人們的勞動效率增加了，但是另一方面，不再有先前的勞動樂趣了。但總的來說洗衣機的出現(xiàn)提高了人們的勞動效率、使得人們家務勞動更加輕松自在。全世界第一臺洗衣機誕生于1858年，由美國發(fā)明家漢密爾頓史密斯制造而成，自從第一臺洗衣機的出現(xiàn)，對手洗時代產(chǎn)生了很大的挑戰(zhàn)，人們不在滿足于以前的手洗衣物，而將目光轉(zhuǎn)向了高效的洗衣機，1874年，第一臺以人工攪動為動力源的

15、洗衣機誕生，1911年美國人再次研制出了第一臺電動自動洗衣機，很快在1920年，電動洗衣機開始投入生產(chǎn)，并且占據(jù)了一定的生產(chǎn)地位，但是人們住在追求性能更完善的洗衣機，并在原有洗衣機的基礎上做更進一步的改進，例如將洗衣桶的原材料由先前的鋁制桶體改進為了外層鑄鋁、內(nèi)層鑄銅的雙層洗衣桶。1932年，洗衣機的動力源也做出了進一步的改進，由先前的攪動式變成了噴流式和滾筒式動力源，這樣大大的提高了洗衣機的工作效率。隨著時間的推移，第一臺全自動洗衣機也相繼問世，其具備了洗滌、漂洗、脫水等完整的功能2。近年來，隨著科技的高速發(fā)展，傳統(tǒng)的洗衣機已經(jīng)被人們所淘汰了，新型的以智能化技術、計算機技術、通訊技術為核心的

16、洗衣機正在改變?nèi)藗兊膫鹘y(tǒng)理念，為人們的生活注入新的活力。全自動洗衣機的問世改變了人們的思考模式以及傳統(tǒng)的生活理念，為人們的生活帶來了很多活力。傳統(tǒng)的洗衣機是以水流的改變、動力的增加來執(zhí)行洗衣效果的。而新型的洗衣機則更加側(cè)重于超聲波、臭氧以及蒸汽洗滌等新型的洗衣方式，使得洗衣機由傳統(tǒng)的僅僅依靠機械強度的變化、洗衣粉的洗滌作用而向更高層次的健康、環(huán)保洗滌方式轉(zhuǎn)變，特別是電解水、超音波技術在洗衣機行業(yè)的運用幾乎改變了洗衣機的歷史洗衣不用或少用洗衣粉、洗滌劑，在一定程度上減少了化學洗衣用品對衣物以及對皮膚的傷害，同時減少了其對環(huán)境的污染，新型的以臭氧、電解水以及蒸汽等為消毒材料的洗衣機受到了了人們的青

17、睞，引發(fā)了洗衣機的再次變革3。目前新型發(fā)展起來的洗衣機是集合現(xiàn)階段最新技術與一體化的產(chǎn)物，新型的洗衣機是一套智能化裝置，可以根據(jù)人們的生活習慣進行記憶存儲，將先前設置的洗衣模式記憶，無需下次重復設置，同時新型洗衣機系統(tǒng)設計更加人性化，例如一個洗衣機可以設置兩個洗衣桶，將不同類型的衣物進行分別洗滌，這樣可以防止染色；同時洗滌完畢取衣物時，洗衣桶可以自行傾斜，無需人為的彎腰而浪費體力。具備有蒸汽功能的洗衣機大大的減少了試衣服的晾干時間，增加了人們的生活效率，節(jié)省了人們的時間。1.4 本文研究的主要內(nèi)容 本文以全自動洗衣機為研究對象，研究了全自動洗衣機的控制策略，同時利用PROTUES進行了一系列的

18、仿真研究及探討。主要完成以下工作: 1.了解全自動洗衣機的研究背景及現(xiàn)階段國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀。本針對目前洗衣機存在的不足，分析今后洗衣機發(fā)展主要趨勢。2. 在對洗衣機工作原理以及洗衣整體工作流程進行分析的基礎上，設計出了以AT89C51單片機為核心的洗衣機控制系統(tǒng)，本次設計是基于單片機的洗衣機控制系統(tǒng)，以單片機為控制核心，附加一定的外圍元件電路，通過軟件驅(qū)動硬件電路的方法來執(zhí)行整個洗衣機控制系統(tǒng)的執(zhí)行。 3.以AT89C51單片機為控制核心，在此基礎上增設有一定的外圍電路，例如時鐘電路、復位電路、鍵盤電路、顯示電路、電機驅(qū)動電路以及指示燈電路，利用Protues仿真軟件實現(xiàn)洗衣機的功能模塊如下變

19、頻調(diào)速模塊、故障處理、水位檢測、洗滌過程等洗衣機主要基本功能。第2章 整體設計方案2.1 設計任務 本次設計是基于單片機的洗衣機控制系統(tǒng)，以單片機為控制核心，附加一定的外圍元件電路，通過軟件驅(qū)動硬件電路的方法來執(zhí)行整個洗衣機控制系統(tǒng)的執(zhí)行。以AT89C51單片機為系統(tǒng)控制核心，在此基礎上增設有一定的外圍電路，例如時鐘電路、復位電路、鍵盤電路、顯示電路、電機驅(qū)動電路以及指示燈電路，利用Protues仿真軟件實現(xiàn)洗衣機的功能模塊如下電機變頻調(diào)速模塊、故障處理、水位檢測、洗滌過程等洗衣機主要基本功能4。2.2 設計方案一利用數(shù)字電路以及模擬電路共同構(gòu)成洗衣機控制系統(tǒng)的設計，通過秒脈沖信號發(fā)生器、定時

20、器、功率放大器、電機驅(qū)動器以及繼電保護開關共同構(gòu)成洗衣機控制系統(tǒng)的主體電路。顯示器主要是將洗衣機的當前工作狀態(tài)顯示出來，以達到人機交流的效果，讓人們更加快速的了解洗衣機當前的工作狀態(tài)。圖2-1 整體設計方案一2.3 設計方案二圖2-2 整體設計方案二本次設計的洗衣機控制系統(tǒng)是以AT89C51單片機作為控制核心，在此基礎上增設有外圍電路：本次設計以AT89C51單片機為控制核心，在此基礎上增設有一定的外圍電路，例如時鐘電路、復位電路、鍵盤電路、顯示電路、電機驅(qū)動電路以及指示燈電路，利用Protues仿真軟件實現(xiàn)洗衣機的功能模塊如下變頻調(diào)速模塊、故障處理、水位檢測、洗滌過程等洗衣機主要基本功能，通

21、過C語言來實現(xiàn)洗衣機的軟件整體設計。按照此方案設計出的洗衣機控制系統(tǒng)具備有強洗以及弱洗兩種洗滌方式，同時可以檢測洗衣桶內(nèi)的水位，自行進行給水與排水操作，最后可以對洗衣機的實時運行狀態(tài)進行檢測，如果發(fā)生故障可以自行報警，并且自行進行對應的處理5。2.4 整體方案選擇目前洗衣機在家用電器占據(jù)的市場越來越廣闊，前景十分可觀，因此研究洗衣機控制系統(tǒng)顯得尤為重要。從以上兩種方案，容易看出方案一選用了計數(shù)器、譯碼器、秒脈沖發(fā)生器、功放等電路，功能比較單一，電路復雜，體積較大，單線性誤差大，實現(xiàn)不方便。方案二電路原理簡單，控制系統(tǒng)整體體積小、重量輕、維護方便、操作快捷。洗衣機所具備的功能相對強大，洗衣機控制

22、系統(tǒng)具備有強洗、弱洗之分，同時還具備有自診斷，報警暫停等功能。因此基于單片機的洗衣機控制系統(tǒng)更符合設計的要求，實用性更強。故本次設計采用方案二來實行。第3章 硬件電路設計3.1 洗衣機控制面板設計 洗衣機控制面板主要包括：啟動/停止、標準、輕柔、快速、水位選擇按鈕以及狀態(tài)顯示燈，洗衣機控制面板的設計如下圖3-1所示：圖3-1 洗衣機面板圖通過洗衣機來對衣物的清洗過程大致如下：1進水動作，首先將臟兮兮的衣物放置到洗衣桶內(nèi)，此時按下進水按鈕，則洗衣機進水系統(tǒng)就會自行的動作，將所要清洗的衣物覆蓋滿水，在進水的過程中，洗衣機水位監(jiān)測系統(tǒng)會對洗衣桶內(nèi)裝滿的水的位置進行檢測，根據(jù)所裝衣物的體積以及重量的大

23、小，以使得洗衣效果達到最佳。2.洗滌操作，當進水量達到一定的體積時，洗衣機就自行進行洗衣操作，洗衣電機運行，進行正轉(zhuǎn)-停止反轉(zhuǎn)等一系列重復的操作。其中正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)所執(zhí)行的時間是相同的，而中間停止的時間也是相同。3.排水操作，當洗滌時間達到一定的時間之后，就可以進行排水操作，將洗衣桶內(nèi)的臟水排除掉。4.脫水操作，當洗衣機排水過程結(jié)束之后，就進入到脫水操作，通過同樣也是基于洗衣機內(nèi)置電機的正轉(zhuǎn)-停止-發(fā)轉(zhuǎn)這一重復的過程來實現(xiàn)的6。當脫水過程結(jié)束之后，洗衣機就停止工作，整個洗衣過程結(jié)束。3.2 主要電路設計該電路主要組成部件是由AT89C51單片機以控制核心、電源模塊、時鐘電路、復位電路、指示燈、電動

24、機驅(qū)動電路、蜂鳴報警器、電控水龍頭、LED顯示電路、水位監(jiān)測以及4個按鍵電路共同組成。下面將對其分別對洗衣機控制系統(tǒng)的主要硬件電路進行逐一的分析7。3.2.1 電源電路設計單片機系統(tǒng)電源部分電氣原理圖如圖3-2所示。電源模塊首先將交流電經(jīng)過降壓處理，然后將所得到的的電源經(jīng)過整流器，得到滿足洗衣機控制系統(tǒng)的電源。市電220V經(jīng)過變壓器T變壓為12V交流電，再通過4只二極管全橋整流，經(jīng)過電容C9、C10濾波得到光滑的直流電壓后，經(jīng)過三端穩(wěn)壓管（7805）穩(wěn)壓得到穩(wěn)定+5V電壓給各器件供電。圖3-2 電源電路3.2.2 水位檢測電路設計水位監(jiān)測電路是洗衣機運行中一項十分主要的電路，其可以根據(jù)洗衣機內(nèi)

25、裝有的衣物的重量以及體積大小來安排最合理的水量，以此達到最合理的洗衣效果。洗衣機控制系統(tǒng)的水位監(jiān)測原理為：全自動洗衣機的智能化核心就是通過對所洗衣物的重量以及體積的大小來實現(xiàn)對洗衣桶中水位的檢測。一般洗衣機水位檢測系統(tǒng)的水位開關處都會設有兩個水位測試插片。在洗衣機沒有工作時，兩個水位插片之間的接觸點是斷開的，這樣就沒有通入電源，而當執(zhí)行洗衣操作時，水位監(jiān)測插片觸點就將自行的接通，但進水量達到一定時，洗衣桶中的氣壓就達到了一定，此時通過導氣管將洗衣桶中的氣壓傳遞到水位檢測儀上，水位監(jiān)測儀根據(jù)當時所測控的數(shù)據(jù)集市的反饋給微處理器進行數(shù)據(jù)分析，當氣壓達到一定時，就可以克服內(nèi)置的水位開關彈簧，通過水位

26、開關彈簧所具備的力量來推動洗衣機橡膠密封圈發(fā)生相應的動作，促使水位監(jiān)測裝置的觸點接通，這樣就通有電流，當電流流過時，可以將一個微信號傳遞給控制中心，得到進水的水位數(shù)據(jù)。同時在排水過程中的操作與之是相似的。都是通過內(nèi)置于洗衣機中的兩個插片的接通與斷開來檢測水位的具體情況的，當排水量達到一定的程度時，就可以執(zhí)行停止操作，使得洗衣機暫時停止進行排水操作。本次設計所采用的水位檢測電路如下圖3-3所示8。圖3-3 水位監(jiān)測電路圖3.3.3 復位電路設計復位電路的作用是復位。對于一個單片機控制系統(tǒng)來說，復位電路的設計是必須的。單片機接通電源，并運行程序代碼時，難免會因為程序紊亂、硬件過電壓或者人為誤操作而

27、引起程序代碼出現(xiàn)誤差，從而引起整個控制系統(tǒng)的錯誤，為了保障系統(tǒng)通電運行程序時仍然可以保證參數(shù)指標仍運行在初始化位置，必須設置復位電路。單片機在工作運行中難免會出現(xiàn)程序運行錯誤或操作出錯等使得整個系統(tǒng)難以運行的情況，在此時必須進行復位操作來彌補，復位操作執(zhí)行之后，系統(tǒng)重回地址為0000H處執(zhí)行，復位信號需從單片機RST引腳輸入進來，本次設計利用了按鍵式電平復位電路。單片機控制系統(tǒng)而言，其復位大多都是增設外部復位電路來實現(xiàn)的，在本次設計的洗衣機控制系統(tǒng)中采用了手動復位電路，如下圖3-4所示9。圖 3-4 復位電路圖3.3.4 時鐘電路設計時鐘電路為單片機工作系統(tǒng)提供基準頻率，時鐘電路的組成由外部增

28、設晶振芯片所組成的晶振電路與單片機自身所具備的電路共同構(gòu)成。以構(gòu)成單片機的工作頻率。單片機都可以組成一個內(nèi)部振蕩電路的高增益反相放大器，其中引腳XTAL1 和XTAL2 分別對應著此放大電路的輸入端口以及輸出端口。這個放大電路與具有反饋功能的石英晶體或者陶瓷諧振器共同組成了自激振蕩器，以此為單片機提供脈沖信號，設置的脈沖信號也就是單片機運行的速度，在此次設計中，我們將晶振頻率設置為12MHz，換句話說就是單片機的工作速度為12MHZ/S，對于目前單片機來說，其工作頻率是存在一定的范圍的，最高不能超過24MHz，否則將會影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。圖3-5為本次所設計的單片機晶振電路10。圖3-5 時鐘電

29、路圖3.3.5 鍵盤電路設計鍵盤在單片機控制系統(tǒng)中占據(jù)有非常重要的地位，是洗衣機控制系統(tǒng)功能得以實現(xiàn)的指揮官。獨立式鍵盤一個接口連接一個單片機的I/O接口，比較適合于鍵盤數(shù)量較少的設計，如要求較多的鍵盤數(shù)量，則需要的單片機接口多且復雜程度高，然而鍵盤數(shù)量較少的設計則采用獨立鍵盤是十分有利的。本次設計采用了4個獨立的鍵盤按鈕。鍵盤模塊將想要實現(xiàn)的功能通過機械觸點的合、斷操作的模式來實現(xiàn)，輸入數(shù)據(jù)以及傳輸指令等功能，是一種人為干預單片機工作的可行手段，如圖3-6所示11。圖3-6 鍵盤電路為了便于對洗衣機的有效控制，本次設計增設了四個獨立的鍵盤，其中主要包括如下：程序選擇按鈕、強洗與弱洗按鈕、運行

30、與暫停按鈕以及蓋開按鈕，這樣可以一目了然的實現(xiàn)對洗衣機的有效控制。下面分別對如下的四個獨立按鍵做說明：1. 程序選擇鍵盤，根據(jù)用戶的要求，可以根據(jù)所要清洗的衣物的干凈度來對其進行針對性的洗衣，包括標準洗滌方式、經(jīng)濟洗滌方式、單獨洗滌方式以及排水程序四種程序，通過程序選擇按鈕可以分別執(zhí)行對其的選擇操作。2. 強洗與弱洗選擇按鈕，根據(jù)衣物的制作材料，可以選擇強洗與弱洗，其中強洗與弱洗的工作原理如下，強洗時驅(qū)動電機正轉(zhuǎn)與飯莊各執(zhí)行的時間為5S，而兩者之間會存在著0.5S的停止，而弱洗則正轉(zhuǎn)以及反轉(zhuǎn)的時間各自為2.5S，中間所停頓的時間為1.5S，故可以按照此工作原理來分別執(zhí)行對電機的控制。3.運行與

31、暫停按鈕，不管是什么洗衣機都要有這個按鈕，用于開啟洗衣機的工作，以及停止洗衣機的工作，此設計是必不可少的。當按下此運行按鈕時，洗衣機自行的進入洗滌狀態(tài)，當洗衣干凈之后，用戶按下暫停按鈕，那么此時洗衣機將會停止工作12。3.3.6 蜂鳴器報警電路設計本次設計的蜂鳴器主要是針對洗衣機發(fā)生故障狀態(tài)作出報警，及時將故障消息反饋給用戶，以備及時快速的切斷電源。通過連接單片機的外圍接口P3.5端口來實現(xiàn)高電平的輸，以此來控制蜂鳴器發(fā)出報警聲音。因為單片機的輸出/輸入I/O硬件資源很有限，一般只能選用一個輸入/輸出I/O口來供蜂鳴器的使用，具體的驅(qū)動電路如圖3-7所示。圖3-7 蜂鳴報警器電路圖3.3.7

32、電機控制電路設計電機的控制原理圖如下圖3-8所示，通過對步進電機的控制來實現(xiàn)洗衣機的運行，保證洗衣的順利可靠進行。本次課題的主要目標是為了實現(xiàn)步進電機高效、精準的運行，故在控制過程中，必須將脈沖信號轉(zhuǎn)化為電機的步進角度，僅此條件才可以控制步進電機運行，利用ULN2003芯片為步進電機施與其運行的脈沖信號，首先從AT89C51單片機的P1引腳輸出00000001B，由于AT89C51單片機連接芯片ULN2003僅需要用到P1.0-P1.3引腳，因此若采用單節(jié)拍對步進電機進行驅(qū)動控制時，ULN2003芯片與AT89C51單片機的連接所涉及的四個管腳中每一時刻僅僅只有一個引腳是保持導通狀態(tài)的，而另外

33、的三個引腳都是處于關斷狀態(tài)，如此與ULN2003芯片相連接步進電機是僅有一個引出端口是處于導通狀態(tài)的13。圖3-8 電機控制電路圖3.3.8 進水排水電路設計進水排水電路的設計如下圖3-9所示，進水閥受單片機AT89C51的 P1.6接口來實現(xiàn)控制，出水閥受單片機AT89C51的 P1.7來實現(xiàn)控制。當電控水龍頭的控制端受單片機AT89C51的P1.6接口為“0”時，Ka線圈得電使得進水閥打開。當電控水龍頭的控制端受單片機AT89C51的P1.7接口為“0”時，Kb線圈得電使得出水閥打開14。圖3-9 進水排水控制電路圖3.3.9 顯示電路顯示電路是通過單片機來驅(qū)動LED顯示器，實現(xiàn)對本次設計

34、的洗衣狀態(tài)的運行狀態(tài)跟蹤顯示。LED顯示器的組成部分主要是由八位LED數(shù)碼管來實現(xiàn)的。用于顯示不同條件下的狀態(tài)。使用單片機來驅(qū)動LED顯示器發(fā)光的方法很多。按照顯示方式分類，分為兩類：靜態(tài)顯示以及動態(tài)顯示；按照譯碼方式主要分為：硬件譯碼以及軟件譯碼兩類。靜態(tài)顯示方式是驅(qū)動電路具備將輸出控制信號鎖存的能力，將控制顯示器的數(shù)據(jù)輸出之后，單片機就不再控制LED顯示器工作了，直到下一次驅(qū)動LED顯示器時，再次傳輸一次新的驅(qū)動信號，靜態(tài)顯示方式輸出數(shù)據(jù)穩(wěn)定，占用CPU內(nèi)存小，但是不具備實時控制顯示器的功能。而動態(tài)顯示方式則是計算機時刻針對顯示器所要輸出的信號隨時傳輸最新數(shù)據(jù)，顯示準確性高，但是占用CPU

35、內(nèi)存大。這兩類顯示器驅(qū)動方式各有利弊，靜態(tài)顯示的優(yōu)點主要體現(xiàn)在數(shù)據(jù)顯示穩(wěn)定性強，占用計算機CPU內(nèi)存小，缺點則是每一個顯示單元都需要與之相對應的獨立的驅(qū)動控制單元這樣驅(qū)動電路復雜。本次設計只是顯示時間，所以采用LED顯示器就可以達到目的了.動態(tài)顯示方式雖然占用計算機CPU內(nèi)存大，然而使用硬件電路復雜，能夠節(jié)省很多器件單元。顯示電路是一個8位共陰極LED數(shù)碼管。故同一時刻，如果LED顯示器的各位位選通處于導通狀態(tài)時，LED顯示器的各位將顯示出相同的字符出來。顯示電路的設計如下圖3-10所示15:圖3-10 顯示電路圖第4章 軟件設計軟件是硬件平臺的指揮官，控制各個硬件之間的協(xié)調(diào)操作執(zhí)行，硬件是軟

36、件的基礎，兩者關系緊密，不可分割，共同完成了洗衣機控制系統(tǒng)，軟件的設計強大與否決定了洗衣機控制系統(tǒng)的整體功能，本次設計的軟件設計采用了模塊化設計，通過主程序?qū)Ω鱾€功能的子程序進行調(diào)用，由于編程多涉及到數(shù)值運算，比較復雜，還有LCD燈的顯示設計都是需要多重選擇判斷，用我們平時常用的匯編語言編程是很難實現(xiàn)的，本次設計選用了編程靈活、修改方便、結(jié)構(gòu)清晰易懂的C語言來實現(xiàn)編程16。4.1 主程序設計單片機全自動洗衣機，用戶須按下一個洗衣按鍵，實現(xiàn)整個洗衣過程。洗衣機有弱洗、標準洗、強洗和甩干。洗滌方案包括進水、洗滌、排水、甩干、進水、漂洗、甩干、排水、報警過程。本設計主要程序調(diào)用關系模塊圖如4-1如下

37、所示 圖4-1 主要程序調(diào)用關系模塊一個完整的洗衣機控制系統(tǒng)是通過硬件電路與軟件相結(jié)合來共同實現(xiàn)的，硬件電路主要根據(jù)本次設計的洗衣機控制系統(tǒng)所要達到的具體功能來進行設計，當一套完整的硬件電路設計成功之后，可以根據(jù)要求來設計與之相對應的軟件，通過軟件來實現(xiàn)對硬件電路的驅(qū)動，軟件按照其所要執(zhí)行的功能可以分為如下兩類：第一類是主程序，它是程序調(diào)用以及支配的核心程序，通過主程序可以完成對子程序的調(diào)用以及協(xié)調(diào)。第二類是子程序，也就是執(zhí)行程序，通過子程序可以完成對洗衣機控制系統(tǒng)具體功能的實現(xiàn)，例如本次設計中的顯示子程序、電機驅(qū)動子程序、強洗以及弱洗子程序，子程序就是對所要執(zhí)行的功能進行具體設計的，它的實現(xiàn)

38、受到主程序的調(diào)用以及協(xié)調(diào)。故要設計出一套完整的洗衣機控制系統(tǒng)，必須完成洗衣控制系統(tǒng)硬件電路與程序之間的調(diào)度關系，優(yōu)化程序執(zhí)行效率，使得軟硬件設計合理化。本設計程序總體流程圖如下4-2如下所示17。圖4-2 洗衣機主程序流程圖4.2 洗滌子程序設計洗滌是洗衣機運行過程中必不可少的子程序，洗滌的主要過程是，電源接通，驅(qū)動電機的正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)，反復重復上面的操作，直到用戶所設置的洗滌時間結(jié)束，進入下一個操作，洗滌子程序流程圖設計如下圖4-3所示18：圖4-3 洗滌子程序4.3 漂洗子程序設計漂洗與洗滌在工作上相同，唯一的區(qū)別就是漂洗所執(zhí)行的時間短，用電量少，在洗衣機上電后默認漂洗次數(shù)為4次。用戶可選擇漂洗

39、次數(shù)，也可以只漂洗，不脫水。當用戶選擇漂洗過程后，此標志有效。在整個漂洗過程中，漂洗燈一直閃爍。漂洗與標準洗滌過程相比較，所花的時間更小、所消耗的電量也更省，當啟動鍵按下以后，洗衣機進入待命狀態(tài)，完成進水、洗滌、漂洗、脫水、報警的循環(huán)過程。當洗衣機結(jié)束時候，蜂鳴器發(fā)聲。漂洗程序流程圖如圖4-4所示19:圖4-4 漂洗子程序4.4 脫水子程序設計脫水是根據(jù)用戶的要求來設置的，既可以設置脫水，也可以不用設置脫水。脫水時間由用戶設定，在脫水過程中排水閥一直打開，且脫水指示燈一直閃爍顯示。按下脫水按鈕，洗衣機自動停止進水，電機停止轉(zhuǎn)動，進入漂洗脫水階段。洗衣機打開排水閥，電動機開始工作，脫水過程一分鐘

40、后關閉排水閥，此時判斷是否完成脫水漂洗過程，若完成則啟動蜂鳴器，報警5S鐘，脫水前先打開排水閥排水。隨后執(zhí)行洗衣機控制電機的脫水操作，并且將排水閥打開，當運行一定的時間之后，脫水操作停止，蜂鳴揚聲器發(fā)出停止口令，以促使用戶關閉電源，取出衣物。脫水操作字程序流程圖如下圖4-5所示20:圖4-5 脫水洗滌子程序4.5 經(jīng)濟洗滌子程序經(jīng)濟方式運行程序是我們現(xiàn)代洗衣機的一個特點，經(jīng)濟程序與標準程序一樣，只是循環(huán)次數(shù)為二次。即洗滌一次，漂洗一次，具體是第一為洗滌，時間為6秒,第二為漂洗，時間為4秒，排水時間采用動態(tài)時間法確定，脫水時間為2秒。流程圖如圖4-6所示。圖4-6 經(jīng)濟洗滌子程序4.6 外部中斷

41、流程圖 洗衣機在執(zhí)行洗衣操作時，出現(xiàn)過電壓以及過電流的現(xiàn)象是不可避免的，為防止外部設備發(fā)生損壞，必須設置相關的中斷操作來執(zhí)行保護。當發(fā)生過電壓或者過電流現(xiàn)象時，執(zhí)行中斷服務子程序，此時洗衣機停止運行，整個洗衣系統(tǒng)進入實時保護狀態(tài)。中斷服務子程序在單片機的程序設計是必不可少的程序，中斷服務子程序可以對正在實行的程序進行中斷操作，及時的調(diào)用出鍵盤輸入的操作，并實現(xiàn)與之相對應的子程序。程序設計流程如圖4-7所示：圖4-7 外部中斷子程序 本主要主要針對洗衣機控制系統(tǒng)所要實現(xiàn)的功能，對其進行了針對性的程序設計，完成了洗衣機控制系統(tǒng)的基本程序流程圖。本章是以主程序為基礎來調(diào)動各個子程序模塊，這樣的設計理

42、念使得程序更加通俗易懂，更容易按照人們的意愿去修改程序，以此完成更多的功能。子程序模塊主要包括有漂洗子程序、洗滌子程序、脫水子程序以及中斷服務子程序。第5章 軟件調(diào)試5.1 protues仿真驗證在初步設計好洗衣機控制系統(tǒng)的硬件設計以及軟件設計方案之后，將此設計方案在protues仿真軟件上進行搭建與實現(xiàn)，由于初步設計沒有考慮到具體的設計環(huán)境，難免會存在一些錯誤，因此必須對洗衣機控制系統(tǒng)進行硬件調(diào)試以及軟件調(diào)試。基于單片機的洗衣機控制系統(tǒng)的硬件調(diào)試與軟件調(diào)試是兩個不可分離的統(tǒng)一整體，在對硬件進行調(diào)試時就必須結(jié)合軟件調(diào)試，然后逐一排除本次設計的誤差所在，利用萬用表檢測各個節(jié)點的電位值，同時對各個

43、元器件進行逐一的檢測，是否發(fā)生有重疊以及元器件使用錯誤現(xiàn)象，最后確認洗衣機控制系統(tǒng)是否設計完好，完成了全自動洗衣機控制系統(tǒng)在硬件及軟件上的設計之后，接下來就是全自動洗衣機控制系統(tǒng)是否能夠正常工作的任務了，本設計采用在PROTEUS軟件中對上述設計的全自動洗衣機控制系統(tǒng)進行了仿真，具體結(jié)果參見下文。基于單片機的全自動洗衣機如下圖5-1所示21。圖5-1 基于單片機全自動洗衣機仿真5.2 各項功能實現(xiàn)圖5-2 全自動洗衣機功能鍵盤啟動protues仿真軟件，得到的LCD顯示器顯示如下圖5-3所示，此時顯示“此時電機處于關閉狀態(tài)”。圖5-3 啟動protues軟件顯示界面按下洗衣機啟動按鈕，LCD顯

44、示器顯示如下圖5-4所示，此時顯示“浸泡”。圖5-4 啟動protues軟件顯示界面在用洗衣機清洗衣物時必須實現(xiàn)對進水，故第一步是按下“進水”按鈕，實現(xiàn)洗衣的必要條件。圖5-5 按下洗衣機“進水”按鈕按下洗衣機洗滌按鈕，LCD顯示器顯示如下圖5-6所示，此時顯示“洗滌”。在洗滌狀態(tài)時，電機的運行狀態(tài)如下圖5-7所示。 圖5-6 按下洗衣機“洗滌”按鈕圖5-7 洗滌”狀態(tài)電機運行狀態(tài)按下洗衣機漂洗按鈕，LCD顯示器顯示如下圖5-8所示，此時顯示器顯示為“漂洗”。圖5-8 按下洗衣機“漂洗”按鈕 按下洗衣機脫水按鈕，LCD顯示器顯示如下圖5-9所示，此時顯示器顯示為“脫水”。在脫水狀態(tài)時，電機的運

45、行狀態(tài)如下圖5-10所示。圖5-9 按下洗衣機“脫水”按鈕圖5-10 “脫水”狀態(tài)電機運行狀態(tài)結(jié) 論通過三個月的學習，完成了以單片機為控制核心的洗衣機控制系統(tǒng)論文，從最初拿到課題到最后的制作完成，其間經(jīng)歷了很多挫折，也學到了很多在課本上難以學到的實用知識。本論文以單片機為控制核心，增設了一些外圍設備：鍵盤電路、復位電路、時鐘電路、蜂鳴電路、顯示電路以及電機驅(qū)動電路，對洗衣機的控制無外乎就是實現(xiàn)對電機的控制，以電機來帶動洗衣機的可靠控制，實現(xiàn)洗衣機的洗滌以及脫水等主要功能。控制系統(tǒng)主要由電源電路、控制電路兩大模塊構(gòu)成。電源模塊主要是為單片機控制系統(tǒng)提供電源，以使其正常工作，同時對于洗衣機驅(qū)動電機

46、而言，則需要施加有正常等級的交流電源，來足以趨勢其運行?？刂奇I盤、顯示指示燈、蜂鳴報警器、電機、進水排水系統(tǒng)等組成了一套完整的洗衣系統(tǒng)。同時還要借鑒相關廠家的生產(chǎn)指標來規(guī)范本次設計。對洗衣機的控制也就是對洗衣機的核心設備電機的控制，控制的洗衣機電機驅(qū)動控制系統(tǒng)的設計主要性兩個方面來實現(xiàn)的：硬件設計以及軟件設計。在硬件方面，控制驅(qū)動系統(tǒng)主要包括有：單片機最小工作系統(tǒng)、步進電機運行驅(qū)動模塊、鍵盤控制操作模塊、電機運行狀態(tài)實時顯示模塊以及電機測速模塊，將各個子模塊通過一定的連接方式合理的構(gòu)成了一個完善的硬件整體平臺。軟件設計者是在硬件設計的基礎上來完成的，通過軟件設計來實時驅(qū)動硬件平臺的運行，軟件設

47、計通過匯編語言的編寫，實現(xiàn)對整個洗衣機電機控制系統(tǒng)的設計。隨著經(jīng)濟的不斷發(fā)展，發(fā)展功能更完善、性能更穩(wěn)定的洗衣機已經(jīng)成為未來發(fā)展的必然趨勢，本次設計是基于單片機的洗衣機控制系統(tǒng)，以單片機為控制核心，附加一定的外圍元件電路，通過軟件驅(qū)動硬件電路的方法來執(zhí)行整個洗衣機控制系統(tǒng)的執(zhí)行。本次設計以AT89C51單片機為控制核心，在此基礎上增設有一定的外圍電路，例如時鐘電路、復位電路、鍵盤電路、顯示電路、電機驅(qū)動電路以及指示燈電路，利用Protues仿真軟件實現(xiàn)洗衣機的功能模塊如下變頻調(diào)速模塊、故障處理、水位檢測、洗滌過程等洗衣機主要基本功能。然而鑒于本人能力有限，還有很多不足以去考慮的地方，需要在今后的工作與學習中去更進一步的完善。本次課題實用性能強，在現(xiàn)代工業(yè)中被廣泛的應用，洗衣機是日常生活中必不可少的家用電器，基本上達到了實