基于51单片机的全自动洗衣机控制器的毕业设计

摘要 洗衣机是现代人必备的日常生活家电，它的发明和应用使人们的洗衣工作变得省时省力，很好地缓解了人们在家务劳动方面的压力。一般的数字逻辑电路控制的洗衣机只有两三个程序，也有一按通的傻瓜程序。而基于单片机控制的洗衣机可以复杂程序控制，将水位段细化，漂洗功能细化，加上适用不同衣物等功能，洗涤程序大大增加。 本设计采用AT89C51单片机作为洗衣机控制系统的主控芯片，洗衣机的各种洗衣程序运行都在单片机的控制下，使得洗涤、漂洗、脱水等各种功能的操作都不需手动。系统的硬件设计包括电源模块、谐振式水位监测模块、洗衣机LED显示、输出控制电路、软件设计包括主程序、内部定时中断服务程序、外部中断服务程序。 关键词：全自动洗衣机；单片机；LED显示 Abstract The washing machine is the appliance in people’s daily life,its invention to the job gets time-saving,and relieves the pressure in the domestic labour.The digital logic to control circuit of the washing machine has only two or three programs,also has a fool according to the program.But the revivification of washing machine can control a large complex program,and can turn the water level and rinsing functions into tiny,because of its different functions in clothing,washing procedure increases significantly. This design uses AT89C51 as the main control chip,all the programs of the washing machine are under the control of the CPU so that washing,rinsing and dehydration functions don’t need to be operated by manual.The hardware design of the system includes power module,water monitoring module,LED display and output controller,the software part is composed of the main procedure,timing services application and external services. Key words:Washing Machine;Single Chip Microcomputer;LED display 前言 目前中国洗衣机市场正进入更新换代期，市场潜力巨大，人们对于洗衣机的要求也越来越高。目前的洗衣机主要有强弱洗涤功能、进排水系统故障自动诊断功能、暂停等七大功能，在许多方面还不能达到人们的需求。这就要求设计者们有更高的专业和技术水平，能够提出更多好的建议和新的课 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 ，将人们的需要变成现实，设计出更节能、功能更全面、更人性化的全自动洗衣机。目前的洗衣机都没有实现全方面的兼容，大多洗衣的厂家都注重各自品牌的洗衣机的特长，突出一两个与别的洗衣机不同的个性化的功能，洗衣机的各项功能是由单片机控制实现的，单片机的体积小，控制功能灵活，因此，设计出基于单片机的全自动洗衣机控制电路系统具有很强的实用性。 基于单片机的自动洗衣机控制系统具有精度高、功能强、经济性好的特点。无论在提高产品质量还是产品数量，节约能源还是改善劳动条件等方面都显示出无比的优越性。对基于单片机的全自动洗衣机控制系统设计进行深入研究，可是我们掌握全自动洗衣机这种重要家电的工作原理和控制系统，进一步了解单片机在不同领域的应用 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 ，学会单片机控制全自动洗衣机的电控板设计，同时也为将来从事电子行业打下一定基础，所以本次设计具有重大意义。 1 绪论 1.1 课题提出的目的及意义 随着数字技术的快速发展，数字技术被广泛应用于智能控制的领域中。单片机以其集成度高、运算速度快、体积小、运行可靠、价格低廉等特点，在过程控制、数据采集、机电一体化、智能化仪表、家用电器及网络技术等方面得到了广泛的应用。 洗衣机是现代人必备的日常生活家电，它的发明和应用使人们的洗衣工作变得省时又省力，很好地缓解了人们在家务劳动方面的压力。而随着人们对生活质量的不断追求，普通的洗衣机已经不能满足部分人的需求，所以研究多功能的全自动洗衣机具有重大的意义。 目前中国洗衣机市场正进入更新换代期，市场潜力巨大，人们对于洗衣机的要求也越来越高，目前的洗衣机主要有强弱洗涤功能、进排水系统故障自动诊断功能、暂停等几大功能，在许多方面还不能达到人们的需求。这就要求设计者们有更高的专业和技术水平，能够提出更多好的建议和新的课题，将人们的需求变成现实，设计出更节能、功能更全面、更人性化的全自动洗衣机。目前的洗衣机都没有实现全方面的兼容，大多数洗衣机的厂家都只注重各自品牌的特长，突出一两个与别的洗衣机不同的个性化的功能。因此，设计出基于单片机的全自动洗衣机控制电路系统具有很强的实用性。 基于单片机的自动洗衣机控制系统具有精度高、功能强、经济性好的特点。无论在提高产品质量还是产品数量，节约能源还是改善劳动条件等方面都显示出无比的优越性。对基于单片机的全自动洗衣机控制系统设计进行深入研究，可是我们掌握全自动洗衣机这种重要家电的工作原理和控制系统，进一步了解单片机在不同领域的应用方法，学会单片机控制全自动洗衣机的电控板设计，同时也为将来从事电子行业打下一定基础，所以本次设计具有重大意义。 1.2 国内外研究现状 洗衣机的起源：自19世纪中期，美国人史密斯研制出世界上首台洗衣机至今，洗衣机的发展已经历了一个多世纪。国内外的研究现状也有所不同。1910年世界上第一台洗衣机问世，标志着人类家务劳动自动化的开始。1922年世界上第一台搅拌式洗衣机在美国诞生。1937年世界上第一台全自动滚筒式洗衣机投放市场。1957年三洋公司推出世界上第一台涡流式波轮洗衣机。从此，确立了搅拌式、滚筒式和波轮式三种工作方式的洗衣机三足鼎立天下的局面。 20世纪60年代以后，洗衣机在一些发达国家的普及率迅速上升。70年代，日本生产出波轮式套桶全自动洗衣机。70年代后期，日本又生产出微电脑控制型波轮式套桶全自动洗衣机。80年代后，“模糊控制”开始应用于洗衣机，生产出了智能型模糊控制洗衣机，使洗衣机的功能更加完善，其洗衣程序更随人意，其使用操作更简单化。进入90年代，由于电机调速技术的提高，实现了洗衣机宽范围、大调速比的转速变换与调节，诞生了各种新水流洗衣机。20世纪末到21世纪初，变频洗衣机问世，使洗衣机的功能更具人性化，实现真正意义上的智能化控制，成为目前人们研究的主要方向。 由于我国洗衣机起步晚，在技术方面存在问题，不可避免的在现有洗衣机型中存在噪声大，漏电和漏水等弊病，在质量方面与国外存在一定的差距。所以现在内资品牌正立足技术升级，也开始重视高端产品研发，洗衣机的技术革命正在国内愈演愈烈。 1.3 发展趋势 随着更多国内外强势品牌加入研究新的技术，开发新的产品，洗衣机行业将爆发新一轮以“绿色环保”、“节水节能”为主题的大战。而技术制高点则是未来的竞争焦点。消费者选择自动选择进水量和洗衣程序，进一步实现省水、省电。在国内从洗衣机市场得到的商情显示，由于受水资源不断减少，自来水费有所提高等因素的影响，市场上那些用水量较大的洗衣机销售受阻，而具有节水功能的洗衣机销路不断看好。针对市场需求的变化，一些生产厂家如小天鹅、小鸭、海尔等，先后向市场推出了一批节水型全自动洗衣机，受到消费者的青睐，成为洗衣机中的购买热点。节水型全自动洗衣机的主要特点是可供用水水位在选择上有6种、8种、10种等多种。有的节水型全自动洗衣机最低水位在12升至20升之间，用水量大大减少。除此之外，由于传统双缸洗衣机用水量可以随意选择，因此又重新被消费者认可。 今后，洗衣机将以高可靠性，完善的功能，节水省电，降噪省时以及规格品种多样化为发展方向。但是由于普通洗衣机采用按键和机械定时器进行控制，导致出现触点易磨损，故障率高，并在使用过程中不能给用户准确的定时和醒目的显示，而采用单片机实现洗衣机的智能控制可以有效地克服这些缺点，并能灵活的实现多功能技术兼容，所以采用单片机来控制全自动洗衣机的系统会应用的越来越广泛。 1.4 系统的工作流程 洗衣机的工作流程包括：洗涤→脱水→漂洗→脱水→漂洗→烘干。上述工作程序中，包括三个过程，洗涤过程漂洗过程脱水过程。 洗涤过程：放好待洗物，启动开关，进水阀通电，向洗衣机供水，当供水达到预定水位时，水位开关接通，进水阀断电关闭，停止供水。洗涤电动机接通电源，带动波轮旋转，搅动衣物进行洗涤。通过电动机不停地正转，停，反转，反复循环，形成洗涤水对衣物产生强烈的翻滚作用，同时，衣物之间，衣物与四周桶壁之间产生相互摩擦和撞击力，以此达到洗涤衣物的目的。 漂洗过程：与洗涤过程动作完全一样。 脱水过程：洗涤或漂洗过程结束后，电动机停止转动，排水阀通电打开，进行排水，当水位低到一定程度时，满足安全条件，脱水电动机接通，带动脱水桶高速旋转，利用离心力把衣服上的水从桶壁的小眼里甩出，全部洗衣工作完成后，由蜂鸣器发出音响，表示衣物已洗干净。 1.5 本 论文 政研论文下载论文大学下载论文大学下载关于长拳的论文浙大论文封面下载 主要研究内容 1.5.1 本论文的主要内容 本论文的主要内容安排如下： 设计主控板模块硬件电路 —芯片选型，确定选用的芯片 —了解芯片的外围电路，分析芯片间的接线方式，设计硬件原理图 —用Visio绘制电路图 —元器件的选型等 设计外围电路及附加设备 —蜂鸣电路的选型与设计 —液晶显示电路的选型与设计 —上面两个电路的电路图的绘制 该系统软件的设计 —编制主控板读写程序 —编制蜂鸣器及液晶显示相关程序 对软件、硬件进行调试 1.5.2 本论文主要解决的问题 1.洗衣机主控模板硬件、软件设计 2.水位监测设计 3.液晶显示软件、硬件设计 4.系统电源设计 2 系统的整体 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 设计 2.1 系统的整体构架 主控制系统运用的是AT89C51单片机，其控制的对象包括：进水阀、排水阀、电机。这些被控对象需要根据不同的洗衣程序来设定它们不同的工作状态和工作时间，进水阀和排水阀的控制还需要水位检测，同时需要数码管显示不同的工作状态及运行剩余时间。发光二极管用来指示洗衣机的运行状态；按键用来控制程序的运行和设置洗涤模式；蜂鸣器用来进行程序运行提示及故障报警。洗衣机控制器系统整体构架如图2-1所示： 2-1硬件结构框图 各框图的作用： 单片机电路：单片机电路是程序控制的中心，它把计算机的各种功能电路都集成在一块芯片上，主要包括中央处理器CPU、程序存储器ROM、数据存储器RAM、输入/输出接口电路及计时、分频、扫描、定时、时间设定等电路，ROM内已固化了洗衣机操作程序，单片机根据输入指令和检测信号，调出内部相应的操作程序，通过电路处理后，输出各种电路控制信号，使洗衣机自动完成程序操作过程。如果单片机自身出故障，或控制电路传送给单片机的信息不正确，洗衣机就不能正常工作。 直流电源电路：这是为单片机及其外围控制电路提供直流电源的电路，它将输入的220V交流电经过变压、整流、滤波、稳压后，变为稳定的低压直流电，送给单片机、可控硅触发电路、显示电路等。 复位电路：此电路的作用是复位。在单片机接上电源以后，若电源出现过低电压时，将单片机存储器复位，使其各项参数处于初始位置，即处于开机时的 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 程序状态，以消除由于各种原因引起的程序紊乱。 时钟电路：由晶振元件与单片机内部电路组成，产生的振荡频率为单片机提供时钟信号，供单片机信号定时和计时。 按键输入电路 按键K1，接P1.0，作为工作过程中的启动/停止键； 暂停键K2，接P3.3，用外部中断1实现工作过程的暂停，根据用户的需要可以进行手工洗涤； 标准键K3,接P3.4，作为标准洗涤选择键； 轻柔键K4，接P3.5，作为轻柔洗涤选择键； 快速键K5，接P3.6，作为快速洗涤选择键； 压电蜂鸣器接P1.7，作为洗衣时间到以及故障发生的报警器。 显示电路 74LS138译码器为3-8译码器，选用它可以解决I/O口线数量不足的问题。从控制要求可知，洗衣机的工作模式以及工作程序必须有7种不同的显示加以区别。74LS138译码器的输入端C、B、A分别接P1.1、P1.2、P1.3，输出端分别与7个发光二极管D0-D6的阴极相连，发光二极管阳极接电源，输出端Y0控制D0“电源”指示灯；Y1控制D1“标准”指示灯，Y2控制D2“轻柔”指示灯；Y3控制D3“快速”指示灯；Y4控制D4“洗涤”指示灯，Y5控制D5“漂洗”指示灯；Y6控制D6“脱水”指示灯。 负载驱动电路 该电路多由双向可控硅及触发器电路组成。双向可控硅作为无触点开关控制电机等负载的通断及运行。单片机根据按键输入指令或接收的检测信号，输出相应的控制信号，控制可控硅触发电路的导通，使电机等负载得电运转。 8.报警电路 此电路在洗衣机中起提示和报警的作用。根据程序安排和软件设置，当洗衣完成后，洗衣机将发出蜂鸣声以提示用户洗衣完成。 9.水位开关和安全开关电路 水位选择开关，接P1.5，用户根据需要选择水位，在进水期间，系统不断检测，当到达设定水位时就停止进水。水位电路和安全开关电路由传感器监测，其通断状态由电路输送给单片机，由单片机进行指令控制。 2.2 系统技术方案 目前国内外市场上有很多种类的洗衣机，采用的控制系统也各不相同，基于学习与实际的情况，本设计我选用AT89C51单片机来实现洗衣机控制器的各控制要求。此设计以单片机为主体，配以各种控制电路，构成洗衣机的程序控制系统。当有故障时，在排除了机械系统和程序控制器外接部件后，一般来说，先检测判定单片机外围的控制电路，正常后，再判断单片机的故障。程序控制系统接受来自操作面板的动作指令，送出相应的执行命令，使电动机、进水阀、排水阀等按程序通电运行；同时还可以监测和显示洗衣机的工作状态，并判断工作是否正常，一旦出现异常，会立即送出停止命令，并发出声音报警。程序控制系统的这些功能是由它的各种控制电路相互配合工作来实现的。 2.3 系统功能方案 本设计的全自动洗衣机具备以下功能： 洗涤模式选择：该洗衣机有三种不同的洗涤模式，即为标准洗涤，轻柔洗涤，快速洗涤。用户可以根据需要来选择相应的洗涤模式。 洗涤参数选择： 时间选择： 标准：洗涤12分钟；漂洗5分钟二次；脱水3分钟。轻柔：洗涤3分钟；漂洗3分钟，二次；脱水2分钟。快速：洗涤4分钟；漂洗1分钟二次；脱水2分钟。洗涤、漂洗22秒正转，停8秒，反转22秒，停8秒。 洗涤时，洗涤指示灯亮；漂洗时，漂洗指示灯亮；脱水时，脱水指示灯亮。 有水位控制，能自动断水。 3 系统的硬件设计 3.1主控电路的设计 3.1.1 关于AT89C51芯片 本次设计，系统将选择使用的单片机芯片是AT89C51。在众多的51单片机系列中，AT89系列单片机在我国也得到极其广泛的应用，越来越受到人们的瞩目。 AT89系列单片机是美国Atmel公司的8位Flash单片机产品。AT89C51是一种4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（EPROM-Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。它的最大特点是在片内含有Flash存储器，Flash存储器是一种可以电擦除和电写入的闪速存储器(简记为EEPROM),在系统的开发过程中可以十分容易地进行程序的修改，使开发调试更为方便。 AT89系列单片机以8031为内核，是与8051系列单片机兼容的系列，Atmel89系列单片机有许多型号，可分为标准型号、抵挡型号和高档型号3类。系统将选用的AT89C51是属于标准型单片机。标准型89系列单片机是与MCS-51系列单片机兼容的。标准型系列在内部含有4KB或8KB可重复编程的Flash存储器，可进行1000次擦写操作。全静态工作为0-33MHz，有3级程序存储器加密锁定，内部含有128-256字节的RAM、32条可编程的I/O端口、2个16位定时器/计数器、6-8级中断，此外有通用串行接口、低电压空闲模式及掉电模式。 AT89系列标准单片机有4种型号，分别为AT89C51、AT89LV51、AT89C52和AT89L52，其中AT89C51和AT89C52直接与8051系列兼容，相当于将8051、8052中的4KB、8KB的ROM换成相应数量的Flash存储器，其余结构、供电电压、引脚数量及封装均相同，使用时可直接替换。AT89LV51是AT89C51低电压型号，可以在2.7-6V的电压范围内工作，其他功能和89C51相同。 AT89C51图的引脚及总线结构图 图3-1引脚图 图3-2总线结构图 AT89C51的引脚功能： 电源引脚VSS和VCC VSS(20脚)：接地。 VCC(40脚)：正常操作及对EPROM编程和验证时接+5V电源。 外接晶体引脚XTAL1和XTAL2 XTAL1(19脚)：接外部晶体的一端。 XTAL2(18脚)：接外部晶体的另一端。 注：两脚之间必须接一个3.5-12Hz的晶振，常用的晶振有3.58MHz，6MHz，11.059MHz和12MHz。 控制或与其他电源复用引脚RESET、ALE、 、 RESET(9脚)：复位输入脚。此引脚内部已有一个50-30K的电阻器接地，所以只需接一个电容至+VCC，即可在电源ON时产生开机复位的功能。但是，常会在RESET引脚用一个8.2-10K的电阻接地，以缩短开机复位的时间。如需要，也可在电容两端并联一个常开按钮，以便按此按钮时可强迫系统复位。 ALE(30脚)：地址锁存器输出端。在系统扩展时，用于控制把P0口输出的低8位地址送入锁存器锁存起来，以实现低位地址和数据的隔离。ALE是以晶振1/6的固定频率输出的正脉冲，因此可以作为外部时钟或外部定时脉冲用。 （29脚）：外部程序存储器使能输出端。当CPU想读取外部ROM的内容时，此脚会自动产生负脉冲。 （31脚）：输入脚。当 引脚接地时，内部程序数据失效，CPU被迫只读取外部的程序存储器。当 接VCC时，对ROM的读操作从内部程序存储器开始，并可延续到外部ROM。 输入/输出引脚P0口、P1口、P2口和P3口 P0口（P0.0-P0.7共8条引脚，即39-32脚）：双向8位I/O口。没有内部上拉电阻器，输出电平时，需用户在引脚上接上外部上拉电阻器。在访问外部存储器时，可分时用做低8位地址线和8位数据线。P0口做输出口用时，每只引脚均可驱动8个LSTTL负载。若某引脚想做输入脚用，则须先将1写入该引脚。 P1口（P1.0-P1.7共8个引脚，即1-8脚）：双向8位I/O口，具有内部上拉电阻器，可驱动4个LSTTL负载。若某引脚想做输入脚用，则须先将1写入该引脚。 P2口（P2.0-P2.7共8个引脚，即21-28脚）：双向8位I/O口，具有内部上拉电阻器，可驱动4个LSTTL负载。在访问外部存储器时，它送出高8位地址。 P3口（P3.0-P3.7共8个引脚，即10-17脚）：双向8位I/O口。具有内部上拉电阻器，可驱动4个LSTTL负载。若某引脚想做输入脚用，则须先将1写入该引脚。P3口引脚具有特殊功能。 AT89C51外围辅助电路的设计 复位电路 单片机的复位就和计算机的重启是一样的概念。任何单片机工作之前都要有个复位的过程，复位对于单片机来说，程序还没有开始执行，是在做准备工作，一般的复位只需要5ms的时间。 复位操作有上电自动复位和按键手动复位两种方式。上电复位是外部的复位电路在系统通上电源后直接使单片机工作，单片机的起停通过电源控制。手动复位是在复位电路中设计按键开关触发复位电平，控制单片机复位。一般都用上电复位电路。 上电自动复位原理：通电时，电容两端相当于短路，于是RESET引脚上为高电平，然后电源通过电阻对电容充电，RESET端电压慢慢下降，降到一定程度即为低电平，单片机开始正常工作，如图3-3所示： 图3-3 复位电路图 振荡电路 振荡电路对于单片机来说是非常重要的，没有晶振就没有时钟周期，没有时钟周期，就无法执行程序代码，单片机就无法工作。单片机工作时是一条一条地从ROM中取指令，然后一步一步地执行。 单片机内部有一个用于构成片内振荡器的高增益反相放大器，引脚XTAL1和XTAL2分别是该放大器的输入端和输出端。这个放大器与作为反馈元件的片外石英晶体（或陶瓷振荡器）一起构成自激振荡器，振荡电路图3-4所示。图中外接石英晶体（或陶瓷振荡器）以及电容C1或C2构成并联振荡电路，接在放大器的反馈回路中。电容的大小没有严格的要求，但也会影响振荡器频率的高低、振荡器的稳定性、起振的快速性和稳定性。外接石英晶体时，C1和C2一般去30pf 10pf，外接陶瓷振荡器时，C1和C2一般取40pf 10pf。本系统采用12MHz的晶振，电容取30pf。 图3-4 振荡电路图 单片机最小系统图 如图3-5所示： 图3-5 最小系统图 3.2.1 洗衣机控制器控制面板的设计 洗衣机控制面板主要包括：启动/停止、标准、轻柔、快速、水位选择按钮以及状态显示灯，如图3-6所示： 图3-6 洗衣机面板图 完成一次洗衣过程所需的动作有： 进水动作：进行洗涤时，盛水桶内的水量必须达到设定要求。洗衣机的进水和水位判断，是由水位开关和进水阀的开合来进行控制的，当桶内没有水或水量达不到设定水位时，单片机程序将控制进水阀打开，开始注水，当桶内的水位达到设定水位时，水位开关受压闭合，程序就可进入下一步处理。 排水动作：进入脱水动作前应先排水。为了避免空排水造成时间浪费以及排水不完而带水脱水造成对电机的损害。洗衣机能够根据实际水量对排水时间进动态控制。 洗涤动作：洗涤动作指的是电机周期性的“正转-停止-反转-停止”。不同的洗衣过程，控制电机执行“正转-停止-反转-停止”的时间是不同的。 脱水动作：排水结束后进入脱水动作，脱水是通过电机的正反转来实现的，同时要求排水阀一直打开，也正是由于排水阀的打开，才使得脱水时的电机正转速度不同于洗涤时的电机正转速度。进行脱水是若遇到洗衣机盖打开，则暂停脱水，并发出报警，直至用户合上桶盖后，才继续进行脱水。脱水结束后，发出警报，并自动关闭排水阀。 脱水不平衡修正：进行脱水处理，电机要正转，电机要进行高速单向正转，若此时衣物偏向于一边，脱水桶会因离心的作用，在很短的时间内碰撞安全开关装置，使安全开关产生瞬时的关闭和断开，此时要进行脱水不平衡修正。进行脱水不平衡修正，洗衣机将停止脱水，并自动插入“进水-洗涤1分钟-排水”动作。通话这一插入动作，衣服将调整到洗衣桶中心位置。在同一脱水工程中，如果连续修正3次仍达不到脱水平衡，则进行报警，等用户打开洗衣机将衣物放置均匀再盖上桶盖，方可继续进行脱水。 其他动作：洗衣机控制器在此控制面板上还配有启动/停止、标准、轻柔、快速、水位选择按钮。 晶闸管驱动控制电路设计 驱动芯片ULN2803 ULN2803驱动芯片为高电压大电流八达林顿晶体管阵列，该阵列系列的八达林顿晶体管是低逻辑电平数字电路（如TTL、CMOS或PMOS/NMOS）和大电流高电压要求的灯、继电器、打印机和其它类似负载间的理想器件。广泛用于计算机，工业和消费类产品中。所有器件有集电极开路输出和用于瞬变控制的续流箝位二极管。ULN2803的设计与标准TTL系列兼容。其工作参数如表3-1所示，内部结构如图3-7所示： 表3-1 ULN2803工作电压及工作环境 图3-7 ULN2803内部结构图 晶闸管驱动控制电路设计 控制洗衣机的进水阀、排水阀和电动机的正反转。完成洗衣机的进水、排水以及驱动电机洗衣功能。单片机I/O口直接与驱动芯片ULN2803连接，将信号放大后驱动晶闸管的导通和关断，具体电路如图3-8所示： 图3-8 晶闸管驱动电路图 洗衣机完成衣物检测或手动设置洗衣程序后，进水阀打开，当水位检测电路检测水位达到预定高度时，进水阀关闭停止进水。在整个进水过程中，若进水阀打开时间超过15分钟水位检测电路仍未检测到水位达到预定高度，洗衣机将会报警并暂停水，等待故障排除。如果无故障，当进水满后关闭进水阀，启动电机开始洗涤。洗涤程序结束排水阀将会打开，进入脱水程序。 ULN2803与单片机接口电路 图3-9 ULN2803与单片机接口图 3.2.3水位检测电路设计 1.水位开关 水位开关和联动开关是全自动洗衣机中比较重要而结构又相对简单的两个器件。它们一般都在直流低压下工作，是电子程控器的两个输入端，只有判定它们处于正确的闭合状态，程序才可以正常地向下运行，完成正常的操作。 工作原理： 全自动洗衣机水位开关的主要作用是控制洗衣机的水位高低。正常情况下，微电脑全自动洗衣机的水位开关只有2个插片。在没有受到水压时，两插片的触点是断开的。在选定洗涤程序、选择水位后，洗衣机开始工作，先进水，当水位到一定高度后，盛水桶气室中的气压到达一定值，通过导气管把气压传到水位开关橡胶密封圈上，克服水位开关弹簧、扭簧的力而推动橡胶密封圈动作，使两插片触点接通，这样就给微电脑一个信号，说明已到所选水位。同样选定脱水程序，在洗衣机排水后，水位退到一定高度时，由于弹簧力作用，水位开关橡胶密封圈复原，而使两触点断开，给微电脑一个动作信号，过一段排水时间后，微电脑就控制电机运转，开始脱水。 双水位开关 图3-10 水位开关图 2.水位监测模块： 水位监测的精度直接影响洗净度，水流强度，洗涤时间等参数，本系统采用谐振式水位传感器。谐振式水位传感器是利用电磁谐振电路LC作为传感器的敏感元件，将被测物体的变化转化为LC参数的变化，最终以频率参数输出。其工作原理是：将水位的高低通过导管转换成一个测试内腔气体变化的压力，驱动内腔上方的一块隔膜移动，带动隔膜中心的磁芯在某线圈内移动，从而线圈电感发生变化，由此引起谐振电路的固有频率随水位变化，水位测量电路如图3-11所示，为便于与单片机接口，水位传感器采用数字振荡电路，电感与电容组成的三点式振荡电路经C2耦合接入数字式谐振放大器A1，随着水位变化，谐振频率做相应变化，放大器在A点输出，经A2整形，由c点输出，此时即可将数字量接到单片机。 图3-11 水位监测电路图 开关电源电路设计 开关电源为单片机供电，原理图如图3-12所示。交流220V电源经变压器降压再经过电力二极管整流、滤波后产生直流电压，输入到集成稳压器7805组件的输入端，7805输出稳定的+5V电压，为单片机供电。 7805稳压器是一种三端固定正集成稳压器，有输出端、输入端和公共端三个引出端，输入电压为7-35V，最大的输出电流为1.0A，内部设置有过流保护芯片过热保护及调整管安全工作区保护电路，所以使用安全可靠。 图3-12 开关电源电路图 键盘输入及显示电路设计 显示电路主要由2个数码管、8缓冲数码驱动器74LS240以及I/O扩展芯片8255组成。 可编程I/O接口芯片8255 （1）8255内部结构 图3-13 8255内部结构图 由图可知，8255具有3个可编程并行I/O端口，A口、B口和C口。这个8位I/O端口的功能完全有编程决定，但每个都有自己的特点。A口有三种工作方式：方式0、方式1、方式2。B口有两种工作方式：方式0、方式1. （2）8255引脚结构及功能 1）数据总线：D0-D7、PA0-PA7、PB0-PB7、PC0-PC7，此32条数据线均为双向三态，其中D0-D7用于传送CPU与8255之间的命令与数据，PA0-PA7、PB0-PB7、PC0-PC7分别与A、B、C3口对应，用于8255与外设之间传送数据。 2）控制线： 、 、RESET ：读信号，输入信号线，低电平有效。当这个引脚为低电平时，8255输出数据或状态信息到CPU，即CPU对8255A进行读操作。 :写信号，输入信号线，低电平有效。当这个引脚为低电平时，8255接收CPU输出的数据或命令，即CPU对8255A进行写操作。 RESET:复位信号，输入信号线，高电平有效。此引脚为高电平时，所有8255内部寄存器都清零，所有通道都设置为输入方式，24条I/O引脚为高阻状态。 3）寻址线： 、A0、A1 :片选信号，输入信号线，低电平有效。当这个引脚为低电平时，8255被CPU选中。 A0、A1：这是两条输入信号线，通常一一对应接到地址总线的最低两位A0和A1上。当CS有效时，这两位的4种组合00、01、10、11分别用来选择A、B、C口和控制寄存器，所以一片8255共有4个地址单元。 4）8255控制字 图3-14 8255控制字框图 2.数码驱动器74LS240 74LS240是原码三态输出的8缓冲数码驱动器，其管脚分布图如图示，G为控制端，又称为使能端，其工作原理如下： 当G=0时，A输入为低电平时，Y输出也为低电平。 当G=0时，A输入为高电平时，Y输出也为高电平。 当G=1时，A无论输入为低电平还是高电平，Y为高阻态。 图3-15 74LS240引脚图 3.LED显示器 由发光二极管组成的八段数码管（LED）是单片机应用产品中最常用的廉价输出设备。它由8段发光二极管按一定的规律排列而成。当某一发光二极管导通时，相应的一个点或一个笔画被点亮，控制不同的组合的二极管导通，就能显示出各种字符。发光二极管的阳极连在一起的称为共阳极显示器，阴极连在一起的称为共阴极显示器，如图3-16（b）所示。一位显示器的8个发光二极管用a-g表示，dp表示小数点的亮与暗。如图3-17（a）所示。这种笔画式的八段显示器能显示的字符较少，字符的形状有些失真，但控制简单，使用方便。系统的显示器主要是显示剩余时间。 74LS240是一个反向驱动器，它把由8255输出的电平信号进行一次反向输出低电平，这是由于显示电路中的数码管显示器是共阴极所造成的。 （a）外形结构 （b）共阴极 图3-16 八段数码管图 4.显示电路设计 LED显示器采用共阴极，由8255的PA口提供位选码。PA口与8缓冲数码驱动器74LS240连接后再接入数码管，PC口与两个非门连接后接入数码管，驱动数码管显示。 图3-17 显示电路图 5.8255与单片机接口电路设计 由单片机送出要显示的信息到8255的PB口（PB口地端口地址是0FF7DH），通过PB0和PB1送出字符信息和时钟，送出的字符信息通过非门并进行输出。其2位显示器都收到字符信息，具体哪一位亮就取决于共极信号。这时就要由PA口（PA口地端口地址是0FF7CH）送出的共极信号来决定哪一位有效。PA口送出的地址经过74LS240反向来控制相应的位点亮。具体的电路连接如图3-9所示。 图3-18 8255与单片机接口电路图 3.2.6报警电路设计 在洗衣机运行过程中起提示和报警的作用。根据程序安排和软件设置，当洗衣完成后，洗衣机将发出蜂鸣声以提示用户洗衣完成，具体电路如图3-20所示。 图3-19 报警电路图 3.3本章小结 本章介绍了系统硬件电路的设计，由谐振式水位监测模块，驱动控制模块，LED显示模块，主控电路模块，外围设备模块，电源模块等部分组成，并详细分析了各个模块的组成及作用，介绍了所用主要芯片的特性及用法，并简述了模块设计时的注意事项。实现了自动洗衣机应具备的基本功能。 4 系统的软件设计 4.1 主程序 根据硬件设计要求，控制主程序流程图如图4-1示。洗衣机通电之后，单片机上电，首先进行程序的初始化，包括定时器0、外部中断0、外部中断1的初始化，以及各参数初始值的设定。然后扫描K3、K4、K5键的状态，确定洗衣模式，洗衣机处于待命状态，控制指示灯显示洗衣模式，数码管LED1和LED2显示预设洗衣时间。当发现启动键K1按下，洗衣机从待命状态进入工作状态。完成进水-洗涤-脱水-漂洗的循环过程。当洗衣结束时，控制蜂鸣器发声。表4-1为洗衣机系统控制表： 表4-1 洗衣机控制系统表 图4-1 主程序流程图 进水程序设计 当P2.6=1时，打开进水电磁阀开始进水，当水位到达要求时P1.5=0，即水位开关闭合，关闭进水电磁阀，P2.6=0，进水结束。 洗涤过程程序设计 H 电机正反转均为22s，间歇时间均为8s，具体见表4-1. 脱水、漂洗过程程序设计 脱水前先打开排水阀排水，然后启动电动机脱水，并保持排水阀开启，然后停止脱水，接着根据所选择的洗涤模式判断漂洗次数的值，若为0则洗涤结束，开蜂鸣器报警，提醒洗涤结束；系统返回初始待命状态；若不为0，则再次执行进水动作，进入下一循环。 4.2 键盘中断子程序设计 图4-1 键盘中断子程序流程图及各洗衣机程序流程图 4.3 内部定时中断程序设计 工作过程中所需的各种计时均具有定时器0定时中断服务程序提供。单片机晶振频率12MHz，定时器0选择工作方式1，设置时间常数，每0.1s中断一次。中断处理程序流程图如图4-2所示。 图4-2 内部定时中断流程图 4.4 外部中断设计 为了防止外部电压过高或过低对洗衣机的电器及控制硬件产生破坏，用外部中断0进行保护，如图所示。当电压过高或过低时，引起外部中断0，洗衣机停止一切动作，进入保护状态。 用外部中断1来实现洗衣过程停止工作。在洗衣过程中，当暂停键按下时，引起外部中断1，转入中断1处理程序。中断1处理程序将使洗衣机停止工作，并将停止前地动作存储起来。当按下启动键时，洗衣机有恢复工作。程序设计流程图如图4-4和4-5所示： 图4-3 外部中断0程序流程图 图4-4 外部中断1程序流程图 4.5 本章小结 本章主要设计了基于AT89C51的全自动洗衣机控制系统的电控板设计，由主程序，键盘中断子程序，内部定时中断程序设计和外部中断程序设计等部分组成。本人对每个部分都进行了分析，画出了程序流程图，使得系统的软件设计思路清晰的呈现在读者面前，简单易懂。 5 结论 本毕业设计的基于单片机的全自动洗衣机控制系统集中体现了电子信息技术在人们日常生活中的应用。本章从硬件和软件两方面进行了介绍。 系统硬件部分主要是对硬件各部分电力的设计，包括水位监测模块，驱动控制模块，LED显示模块，主控电力模块，外围设备模块，电源模块等部分，并详细分析了各个模块的组成及作用，介绍了所用主要芯片的特性及用法，简述了模块设计时的注意事项。软件部分包括主程序，键盘中断子程序，内部定时中断程序设计和外部中断程序等部分。每个部分我都画出了程序流程图，使得系统的软件设计思路清晰地呈现在读者面前，简单易懂。但是由于个人水平能力有限，论文设计上存在许多不足之处，有待于进一步的改进。 在科技高速发展的今天，基于单片机的全自动洗衣机控制系统具有精度高、功能高、经济性好的特点。无论在提高产品质量还是产品数量，节约能源还是改善劳动条件等方面都显示出无比的优越性。目前中国洗衣机市场正进入更新换代期，市场潜力巨大，人们对于洗衣机的要求也越来越高，这就要求设计者们有更高的专业和设计水平，能够提出更好的建议和新的课题，将人们的需要变成现实，设计出更节能、功能更全面、更人性化的全自动洗衣机。因此，设计出基于单片机的控制全自动洗衣机的电控板设计具有很强的实用性。 参考文献 [1] 陈晓军.基于PLC的投币式洗衣机控制系统设计.机械制造与自动化,2009 [2] 舒易茂.PLC在自动洗衣机控制系统中的应用.科技信息(学术研究),2008 [3] 王琰.基于MCS-51单片机的洗衣机控制系统设计.自动化与仪器仪表,2008 [4] 李志斌.PLC和变频器在工业洗衣机控制系统中的应用.电机与控制应用,2008 [5] 曾璐.基于AT89C52单片机的洗衣机智能控制系统.家电科技,2007 [6] 曾璐.基于AT89C52单片机的洗衣机智能控制系统.电子技术,2006 [7] 李全利.单片机原理及应用技术.高等教育出版社,2004 [8] ZHANG D. Automated Biometrics-Technologies and Systems[M]. USA: KluwerAcademic Publishers,2000 [9] 赵良炳.现代电力电子技术基础.清华人学出版社，2005 [10] 梅丽凤、 王艳秋等.单片机原理及接口技术.清华大学出版社，2008 [11] 王冠熙.全自动洗衣机原理与维修.电子工业出版社，1998 附录A 全自动洗衣机控制系统程序 ﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍标准子程序﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍ K0： MOV R3，#12;洗衣时间设定 MOV 71H,#5;漂洗时间设定 MOV 72H,#3;脱水时间设定 JMP EXIT ﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍轻柔子程序﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍ K1： MOV R3，#3;洗衣时间设定 MOV 71H,#3;漂洗时间设定 MOV 72H,#2;脱水时间设定 JMP EXIT ﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍快速子程序﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍ K2: MOV R3，#4;洗衣时间设定 MOV 71H,#1;漂洗时间设定 MOV 72H,#2;脱水时间设定 JMP EXIT ﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍8255初始化子程序﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍ INT18255： PUSH DPL PUSH DPH PUSH ACC MOV DPTR,#Z8255;命令/状态地址 MOV A,89H MOV DPTR,#0FFFFH MOV @DPTR,A RET ﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍显示子程序﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍ DISPLAY: PUSH DPL PUSH DPH PUSH ACC MOV DPTR,#Z8255 MOV A,#90；写显示命令，地址自动加1 MOV @DPTR,A；命令送入 MOV R0，#30H；显示数据地址 MOV DPTR,#D8255；数据口地址 MOV A,@R0 MOVX @DPTR,A；写入显示RAM POP ACC POP DPH POP DPL RET ﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍报警子程序﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍ BAOJING: MOV 74H,#6；报警3分钟设置 H0： MOV 75H,#240；0.5分钟时间设置 H1： MOV 76H,#250；0.125秒时间设置 H2： CPL P2.6 LCALL DELAY1；调用延时程序 DJNZ 76H,H2；判断0.125秒延时时间到否？ DJNZ 75H,H1；判断0.5分钟定时时间到否？ DJNZ 74H,H0；判断总的报警时间到否？ RET DELAY1： MOV 77H,#250 DJNZ 77H,$ RET 附录B 全自动洗衣机控制系统总硬件连接图 36 35 _1234567897.unknown _1234567901.unknown _1234567905.unknown _1234567909.unknown _1234567911.vsd � � � 初始化 定义显示码表 键盘中断允许 开始 启动？ 进水程序 洗涤程序 脱水漂洗程序 报警？ 结束 Y N Y N _1234567912.vsd � � � 标准子程序 洗衣时间 R3=12 漂洗时间 71H=5 脱水时间 72H=2 返回 轻柔子程序 洗衣时间 R2=4 漂洗时间 71H=1 脱水时间 72H=2 返回 快速子程序 洗衣时间 71H=3 脱水时间 72H=2 返回 _1234567913.vsd � � � 中断入口 是否到达1s? 计数值清零 秒值加1 是否到1min? 秒值清零 分值减1 显示子程序 中断返回 _1234567910.unknown _1234567907.unknown _1234567908.unknown _1234567906.unknown _1234567903.vsd � 电源 洗涤 漂洗 脱水 标准 轻柔 快速 启动/停止 高 中 低 _1234567904.vsd � � � A组控制 数据总线缓冲器 读写控制逻辑 B组控制 D7-D0 RD WR A0 A1 RESET I/O PA7-PA0 I/O PC7-PC4 I/O PC3-PC0 I/O PB7-PB0 CS _1234567902.vsd � � � � � 1� XTAL2 XTAL1 12MHz 30pf 30pf C2 C1 _1234567899.vsd � � � � VCC RESET 4.7K 10uf S1 _1234567900.unknown _1234567898.unknown _1234567893.unknown _1234567895.unknown _1234567896.unknown _1234567894.unknown _1234567891.vsd AT89C51 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7 RESET/VPD RXD/P3.0 TXD/P3.1 INT0/P3.2 INT1/P3.3 T0/P3.4 T1/P3.5 WR/P3.6 RD/P3.7 XTAL2 XTAL1 GND VCC P0.0/AD0 P0.1/AD1 P0.2/AD2 P0.3/AD3 P0.4/AD4 P0.5/AD5 P0.6/AD6 P0.7/AD7 EA/VPP ALE/PROG PSEN P2.7/A15 P2.6/A14 P2.5/A13 P2.4/A12 P2.3/A11 P2.2/A10 P2.1/A9 P2.0/A8 _1234567892.vsd � 8051 8751 8031 P0.7 P1.7 P1.6 P1.5 P1.4 P1.3 P1.2 P1.1 P1.0 P3.0 P3.1 P3.2 P3.3 P3.4 P3.5 P3.6 PSEN EA RESET XTAL1 XTAL2 P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2.0 P0.6 P0.5 P0.4 P0.3 P0.2 P0.1 P0.0 ALE VCC VSS A15 A14 A13 A12 A11 A10 A9 A8 锁存器 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 G D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 +5V P3.7 控制总线 用户 I/O （CB） 地址总线 （AB） 数据总线 （DB） ALE _1234567890.vsd � 变压器 整流 滤波 稳压 时基 时钟 蜂鸣 AT89 C51 3/8译码器 驱动电路 洗衣机状态 显示指示灯 D0-D6 双向可控硅 电机正转 8255 74LS 240 LED显示 按键输入 水位选择 复位电路 电机反转 进水阀 排水阀