單片機課程設(shè)計基于C5的全自動洗衣機控制器設(shè)計

課程設(shè)計單片機系統(tǒng)課程設(shè)計成績評定表設(shè)計課題基于89C51的全自動洗衣機控制器設(shè)計學(xué)院名稱：電氣工程學(xué)院專業(yè)班級：學(xué)生姓名：學(xué)號：指導(dǎo)教師：設(shè)計地點：設(shè)計時間：指導(dǎo)教師意見：成績:簽名：年月日單片機系統(tǒng)課程設(shè)計課程設(shè)計名稱：基于89C51的全自動洗衣機控制器設(shè)計專業(yè)班級：學(xué)生姓名：學(xué)號：指導(dǎo)教師：課程設(shè)計地點：課程設(shè)計時間：單片機系統(tǒng)課程設(shè)計任務(wù)書學(xué)生姓名專業(yè)班級學(xué)號題目課題性質(zhì)工程設(shè)計課題來源自擬指導(dǎo)教師主要內(nèi)容（參數(shù)）利用89C51設(shè)計全自動洗衣機，實現(xiàn)以下功能：可以實現(xiàn)自動洗滌功能衣物脫水功能洗衣機完成一次洗滌之后會發(fā)出警報，提示已經(jīng)洗完任務(wù)要求（進度）第1-2天：熟悉課程設(shè)計任務(wù)及要求，查閱技術(shù)資料，確定設(shè)計方案。第3-4天：按照確定的方案設(shè)計單元電路。要求畫出單元電路圖，元件及元件參數(shù)選擇要有依據(jù)，各單元電路的設(shè)計要有詳細論述。第5-6天：軟件設(shè)計，編寫程序。第7-8天：實驗室調(diào)試。第9-10天：撰寫課程設(shè)計報告。要求內(nèi)容完整、圖表清晰、文理流暢、格式規(guī)范、方案合理、設(shè)計正確，篇幅不少于6000字。主要參考資料[1]張迎新．單片微型計算機原理、應(yīng)用及接口技術(shù)（第2版）[M]．北京：國防工業(yè)出版社，2004[2]熊志奇．微機自動配料控制系統(tǒng)[J]．電子技術(shù)應(yīng)用，1997，(10)：30-32[3]周建洪．自動配料控制系統(tǒng)的研制[J]．工礦自動化，2003，(06)：27-29[4]張慶彬，畢麗紅，王鑄．\o"工業(yè)自動配料系統(tǒng)的精度分析"工業(yè)自動配料系統(tǒng)的精度分析[J]．自動化技術(shù)與應(yīng)用，2005，(05)：79-81[5]中國電子網(wǎng)http://www.21IC.com審查意見系（教研室）主任簽字：年月日目錄1概述 32總體方案設(shè)計 42.1全自動洗衣機的工作流程 42.2硬件組成 53硬件電路設(shè)計 53.189C51 53.2晶振電路 53.3復(fù)位電路 63.4啟動電路 63.5注水電路，放水電路 63.6洗滌電機控制電路 73.7警報電路 104軟件設(shè)計 114.1主程序流程圖 114.2中斷服務(wù)程序流程圖 134.3子函數(shù)流程圖 145總結(jié) 146參考文獻 15附錄A 16附錄B 171概述當(dāng)今社會，洗衣機已經(jīng)滲透到各個家庭了，人們對于這種東西已經(jīng)不會再陌生，也越來越離不開洗衣機。洗衣機的便利讓人們節(jié)省了許許多多的時間，而且洗滌之后的效果也比人手洗的更加干凈。而自從推出了全自動洗衣機之后，洗衣機變得更加可靠。全自動洗衣機就是將洗衣的全過程（泡浸-洗滌-漂洗-脫水）預(yù)先設(shè)定好N個程序，洗衣時選擇其中一個程序，打開水龍頭和啟動洗衣機開關(guān)后洗衣的全過程就會自動完成，無需人操作，只需要按下開始按鈕便可。其工作原理可以簡述為：洗衣機的洗滌過程主要是在機械產(chǎn)生的排滲、沖刷等機械作用和洗滌劑的潤濕、分散作用下，將污垢拉入水中來實現(xiàn)洗凈的目的。首先充滿于波輪葉片間的洗滌液，在離心力的作用下被高速甩向桶壁，并沿桶壁上升。在波輪中心處，因甩出液體而形成低壓區(qū)，又使得洗滌液流回波輪附近。這樣，在波輪附近形成了以波輪軸線為中心的渦流。衣物在渦流的作用下，作螺旋式回轉(zhuǎn)，吸入中心后又被甩向桶壁，與桶壁發(fā)生摩擦。又由于波輪中心是低壓區(qū)，衣物易被吸在波輪附近，不斷地與波輪發(fā)生摩擦，如同人工揉搓衣物，污垢被迫脫離衣物。其次，當(dāng)衣物被放進洗滌液之后，由于慣性作用運動緩慢，在水流與衣物之間存在著速度差，使得兩者發(fā)生相對運動，水流與衣物便發(fā)生相對摩擦，這種水流沖刷力同樣有助于污垢離開衣物。再次由于洗衣涌形狀的不規(guī)則，當(dāng)旋轉(zhuǎn)著的水流碰到桶壁后，其速度和方向都發(fā)生了改變，形成湍流。在湍流的作用下，衣物做無規(guī)則地運動并翻滾，其纖維不斷被彎曲、絞紐扣拉長，衣物相互相摩擦，增大了洗滌的有效面積，提高衣物的洗凈的均勻性。簡單來說，洗衣機的洗滌功能主要來源于兩大原理，相對運動和離心力。相對運動是指在電機實行正轉(zhuǎn)時，突然反轉(zhuǎn)，使的本來正轉(zhuǎn)的衣物與反轉(zhuǎn)的衣物相互摩擦或者與帶有洗衣液的水相撞從而去除污漬。離心力是指衣物隨著水的旋轉(zhuǎn)方向而逐漸離開中心，從而能使得衣物貼近桶壁。2總體方案設(shè)計2.1全自動洗衣機的工作流程（1）注入水，待水面達到一定高度的時候?qū)⑼Ｖ棺⑺?，觸發(fā)啟動信號；（2）單片機收到啟動信號之后，對單片機的I/O口進行分配，用I/O口的高低電平來控制電機。此過程是用單片機控制電機的正反轉(zhuǎn)，正反轉(zhuǎn)時間相同，以達到除去污染物的功能；（3）應(yīng)用定時器控制其工作時間，洗滌時間為30分鐘；（4）當(dāng)定時時間到了，可以停止洗滌了；（5）放水，啟動放水電機；（6）此步驟為脫水過程，脫水過程就是讓電機正轉(zhuǎn)，定時5分鐘；（7）脫水完成之后，將停止電機運作。圖2-1-12.2硬件組成硬件功能圖圖2-2-13硬件電路設(shè)計各元件電路分析3.189C51單片機是本次設(shè)計的核心部分，通過對單片機進行編程，從而實現(xiàn)I/O口電平的高低變化，以此來控制要控制的對象；3.2晶振電路單片機的工作需要時鐘，而晶振電路是給單片機提供時鐘的一個外部電路；圖3-13.3復(fù)位電路復(fù)位電路是當(dāng)單片機運行時需要恢復(fù)至原始狀態(tài)時而需要設(shè)計的電路，實際設(shè)計時，只需要給RESET一個10ms以上的高電平就可以實現(xiàn)復(fù)位了；圖3-23.4啟動電路啟動電路比較簡單，給I/O口一個低電平即可動作；圖3-33.5注水電路，放水電路如下圖所示，單片機P1.2、P1.3口通過1K上拉電阻給8050NPN型三極管的基極供電，M1為供水電機，M2為放水電機；圖3-43.6洗滌電機控制電路該部分電路可設(shè)計成兩種電路，一種是控制直流電機，另一種是用直流電路控制交流電機。1控制直流電機法圖3-5該控制電路為控制直流電機法，這是一個典型的H橋電路，當(dāng)P1.0輸入高電平時，Q21導(dǎo)通，此時Q63的基極得到一個低電平，Q61截止，Q63導(dǎo)通。P1.1輸入低電平，Q22截止，Q60基極得到一個高電平，Q60導(dǎo)通，Q62截止，此時電機M10得到一個向左的電流，此時為反轉(zhuǎn)，正轉(zhuǎn)則反之。此法簡單容易控制，不過有缺點，因為受到三極管的耐壓限制，只能運用于低壓直流電機上，實際可靠性不高。2直流電流控制三相交流電動機法圖3-6圖3-7這種方法需要用到電氣控制，用直流中間繼電器控制交流接觸器的線圈通斷。該部分分為兩個電路，一個直流部分，一個交流部分。直流部分見圖3-6，交流部分見圖3-7。當(dāng)P1.0口為高電平，Q20導(dǎo)通，KA1無電流通過，KM1不得電。當(dāng)P1.0為低電平，Q20截止，此時KA1線圈得電吸合，KA1常開閉合，KM1得電，此為正轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)則控制P1.1口為0，P1.0為1。經(jīng)查證，該款直流中間繼電器MY2NJ-DC24V額定電壓220VAC，最大開關(guān)電壓250VAC，線圈吸合電流為36.9mA，當(dāng)Q20截止時，流過KA1上的電流I=24V/250=96mA>36.9mA,所以是可以吸合的。3.7警報電路當(dāng)P1.4口輸出一個低電平，Q34導(dǎo)通，此時蜂鳴器響起，觸發(fā)警報，提示已經(jīng)完成工作。4軟件設(shè)計4.1主程序流程圖圖4-1-1圖4-1-1便是本次全自動洗衣機設(shè)計電路的主函數(shù)部分，總體思路比較簡單。對外部中斷0的初始化和對定時器0的初始化。首先是設(shè)置定時器0的工作方式，選定為工作方式1。定時器工作方式1是16位定時器，有高八位和低八位。選定為定時器，令D2位為0，GATE位為門控位，在本次設(shè)計中沒用到，使之置0。由圖4-1-3可以知道，當(dāng)M1=0，M0=1時，工作方式為1，于是應(yīng)該使TMOD的值設(shè)定為00000001B，即是01H。圖4-1-2圖4-1-3第二步則是裝初值。裝初值之前，必須要了解51單片機的計數(shù)/定時方法。51單片機的定時器是從65536（假設(shè)是方式1）到0從高到低的順序來進行計數(shù)定時的，于是TH0=（65536-要定時的時間）/256，TH0為高八位數(shù)據(jù)；同樣可以得到低八位TL0=（65536-要定時的時間）%256。第三步設(shè)置TCON。因為要用到外部中斷0，所以需要把外部中斷0的觸發(fā)方式選擇一下。IT0是選擇外部中斷0的觸發(fā)方式位，當(dāng)IT0=0時為電平觸發(fā)方式，當(dāng)IT0=1時為邊沿觸發(fā)方式。一般常用的外部中斷觸發(fā)方式為邊沿觸發(fā)方式，即是IT0=1。圖4-1-4第四步是設(shè)置中斷允許寄存器IE。在主函數(shù)中，總共需要打開四個中斷允許位，外部中斷0中斷允許位，定時器0中斷允許位，總中斷允許位。需要做的只是讓ET0=1，EX0=1，EA=1即可。圖4-1-5最后一步就是等待中斷服務(wù)函數(shù)的到來，在C語言中可以用while（1）；來實現(xiàn)。4.2中斷服務(wù)程序流程圖圖4-2-1如圖4-2-1所示，這是整個控制程序的中心部分，中斷服務(wù)函數(shù)?？偣膊捎昧藘蓚€中斷源，一個是外部中斷0，一個是定時器中斷0?？傮w思路是從按鍵中檢測是否有按鍵按下，然后打開注水開關(guān)，而后打開定時器開始計時。每隔50ms進入一次定時器中斷。以1s為基準(zhǔn)，讓50ms循環(huán)20次便得到1s，而后以1s為基準(zhǔn)，需要定時多長的時候就直接可以使用1s基準(zhǔn)。注水完成之后便是洗滌過程，啟動電機的正反轉(zhuǎn)，持續(xù)30min，正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)一次5s。洗滌過程完成之后，打開放水電機，放水5min，放水完成之后脫水，脫水完成啟動警報，結(jié)束。程序詳細運行過程：檢測是否有鍵盤按下，如果有，則觸發(fā)外部中斷0，在外部中斷0函數(shù)內(nèi)部使P1.2輸出低電平，打開注水電機，打開定時器0，開始計時。直到5min后停止注水，標(biāo)志位置1。當(dāng)標(biāo)志位置1時，開始進行洗滌過程。驅(qū)動電機正反轉(zhuǎn)，正轉(zhuǎn)置P1.1為1，反轉(zhuǎn)置P1.0為0；反轉(zhuǎn)置P1.1為0，P1.0為1。正反轉(zhuǎn)各五秒，一個周期為10秒，總共要持續(xù)30min，也即是需要循環(huán)180次。當(dāng)洗滌30min之后，應(yīng)該令標(biāo)志位置2。當(dāng)標(biāo)志位為2時，放水電機打開，定時5min。完成后進行脫水處理。脫水處理的主要辦法是令電機正轉(zhuǎn)5min。5min后標(biāo)志位置3。當(dāng)標(biāo)志位為3時，打開警鈴，告知已經(jīng)完成洗滌，響鈴10s。響鈴?fù)瓿芍?，?biāo)志位清零。所有數(shù)據(jù)復(fù)位，定時器關(guān)閉，回到主函數(shù)等待下一次中斷響應(yīng)。4.3子函數(shù)流程圖子函數(shù)比較簡單，主要有注水電機的驅(qū)動程序，洗滌時正反轉(zhuǎn)電機的驅(qū)動程序，放水電機的驅(qū)動程序，脫水時電機的驅(qū)動程序以及驅(qū)動蜂鳴器的程序。這些子函數(shù)比較簡單，都是進行一個I/O口的高低電平輸出，然后用定時器進行延時。在此處便不作流程圖，子程序見附錄。5總結(jié)本次設(shè)計相當(dāng)來說比較簡單，對單片機的控制要求不高，只是使用到了中斷系統(tǒng)，定時器和幾個I/O口，最難的是對硬件電路的設(shè)計。硬件電路設(shè)計中最難搞的一點就是參數(shù)的選取，對于一個完整的電路圖而已，要取得電路中的元件參數(shù)是難點。對于不同的電壓，要選取什么信號的三極管，其最大開關(guān)電流是多少，放在電路中會不會燒壞，電阻要選多少才能有效限流等等這些問題，都是一些初學(xué)者比較難以搞懂的東西。尤其是交流控制直流那部分，一開始有些想不通，我曾經(jīng)嘗試過用一個NPN型三極管當(dāng)開關(guān)，在集電極處直接接交流負載（交流負載為一個電阻和一個交流接觸器線圈串聯(lián)，而且有24VAC供電），在交流電路和直流電流之間用一個電容連接。（該電容是用來阻擋直流電進入交流電路的）后來覺得不妥，因為即使三極管基極輸出高電平，集電極處該有低電平，但是，對于交流電而已，電容本身也是一個阻抗，而且電容一般是uF級別，非常小，從而得到的阻抗也不小，從而可能導(dǎo)致電容上分擔(dān)了大部分電壓，使通過線圈的電流并未減小到線圈釋放的程度，從而無法關(guān)斷電機。因此沒有采用此方案，而是采用了24V直流中間繼電器來進行過渡，讓直流中間繼電器的常開觸點控制KM1和KM2，達到了不錯的效果。設(shè)計是一個循行漸進的過程，從中一點一點制作，其實并不會很難，從中還可以學(xué)到不少的知識。6參考文獻[1]百度百科—全自動洗衣機/link?url=WwNobnBnfYPyOHx8h2LIlydWDKIXbPleYT0IlBAgj2O9vxkal7nnwD8W6vETfl0OAXSlCqo8A7qCFYt7LfAP1a[2]百度百科—三極管8050/link?url=2mEYmChXkSinVQReZSlowpqpOw0Q3Xf6xONZEaJRGsV5GBSvQApZMrgnR_044m4Pb_l9y3V6O2SsE5M3hNvwy_附錄A總體電路圖附錄B源程序#include<reg51.h>sbitP10=P1^0;sbitP11=P1^1;sbitP12=P1^2;sbitP13=P1^3;sbitP14=P1^4;#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintuintnum,num1,num2,flag,num3,num4,num5,num6,t;voidinit()//中斷，定時器的初始化{ 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