智能洗衣机模糊控制设计.doc

本科生毕业设计(论文) -i- 目 录 第一章第一章 前言前言 1 1.1 概述.1 1.2.1智能滚筒式洗衣机的特点2 1.2.2智能滚筒式洗衣机的洗涤原理2 第二章第二章 设计方案的确定设计方案的确定 4 2.1 洗衣机的技术参数和主要功能.4 2.1.1主要技术参数4 2.1.2洗衣机的主要功能4 2.2 控制系统设计方案.4 第三章第三章 洗衣机的硬件设计洗衣机的硬件设计 6 3.1 洗衣机的控制功能要求.6 3.2 控制逻辑电路.6 3.3 硬件描述.7 3.4 电子元器件的计算与选型.8 3.4.1时钟电路8 3.4.2复位电路9 3.4.3电源电路9 3.4.4指示电路.10 3.4.5电机的正反转、进水阀和排水阀电路.11 3.4.6显示电路.13 3.4.7蜂鸣报警电路.14 第四章第四章 系统软件设计系统软件设计 .15 4.1 洗衣机的控制功能要求15 第五章第五章 总结总结 .18 致致 谢谢 19 参考文献参考文献 20 附录附录 a a 控制系统电路图控制系统电路图21 附录附录 b b 洗衣机的控制原理图洗衣机的控制原理图22 附录附录 c c 设备材料清单设备材料清单23 附录附录 d d 软件程序软件程序24 本科生毕业设计(论文) -1- 第一章第一章 前言前言 1.1概述概述 随着国民经济的发展，人民生活水平的提高，智能洗衣机作为将人们从繁复的 家务劳动中解放出来的好助手，愈来愈受到消费者的欢迎。 洗衣机是利用电能产生机械作用来洗涤衣物的清洁电器。按其额定洗涤容量(一 次可洗涤的最大干衣物重量,以 kg 计算)分为家用和集体用两类。中国规定洗涤容量 在 6kg 以下的属于家用洗衣机。按结构原理分为 3 种：搅拌式(又称摆动叶式)。 通过搅拌叶的连续往复摆动，带动洗涤液和洗涤物互相作用而进行洗涤。滚筒式 （或称滚桶式）。在一个水平放置的盛水用圆柱形外筒中，套装一个可围绕水平轴 正反向旋转的内筒，内筒壁上有许多小孔和几条凸筋；当内筒转动时,洗涤物随筒内 的凸筋上升而后被抛下,不断翻滚摔打进行洗涤。按投放洗涤物的位置不同，分为上 装入式和前装入式。波轮式。通过洗涤桶内波轮的转动，推动洗涤液和洗涤物不 断翻滚、磨擦而进行洗涤。波轮位于洗涤桶底部的称为涡卷式，位于洗涤桶侧面的 称为喷流式。 洗衣机主要由箱体、洗涤脱水桶（有的洗涤和脱水桶分开）、传动和控制系统 等组成，有的还装有加热装置。洗衣机的洗涤、漂洗和脱水等过程的控制，常采用 由定时器给定的时间程序控制方式；其动力来自驱动电动机。对于自动洗衣机，由 定时器给出电动机正反转、进出水阀的开闭、洗涤和脱水的时间转换，全过程结束 后，发出声响信号。定时器有发条驱动式、电动式及电子式。新型定时器是电脑智 能型控制器，它不仅能智能地控制洗衣全过程，而且能够根据被洗衣物的质地、重 量、脏污程度等自动地投放洗涤剂、选择洗涤方式和时间以及判断洗涤效果并调整 之。 洗衣机的发展趋势：电脑化：采用电脑控制，实现洗涤、漂洗、脱水、烘干 全过程自动化;利用传感器,根据洗衣量、洗涤物脏污程度，自动确定洗涤时间、漂 洗时间和投入洗涤剂的数量，使洗涤过程最合理。塑料化：已有全部使用塑料的 洗衣机出现。新型化：日本已有多种新水流和无波轮的洗衣机上市；苏联研制成 功利用真空沸腾原理的不用洗衣粉的真空洗衣机；不用电动机的超声波洗衣机、蒸 汽洗衣机等新型洗衣机也已有报道。大容量化：为减少洗衣次数，洗衣机一次洗 涤量已从 2kg 以下发展到 35kg。 本科生毕业设计(论文) -2- 1.21.2智能滚筒式洗衣机的特点和洗涤原理智能滚筒式洗衣机的特点和洗涤原理 1.2.11.2.1智能滚筒式洗衣机的特点智能滚筒式洗衣机的特点 目前在整个家用洗衣机市场上，滚筒式、波轮式、搅拌式洗衣机三足鼎立，其 中滚筒式占 60%，在欧美国家可高达 90%以上。滚筒式洗衣机 80 年代末开始进入中 国，由于滚筒式洗衣机在许多性能上优于传统的波轮式，如对衣物的磨损小、洗涤 量大、节水、不缠绕等，特别适合大批量及高档服装的洗涤，因而愈来愈受到广大 家庭的青睐，所以本设计洗衣机的微机控制系统是往滚筒式洗衣机方向设计的。 滚筒式智能洗衣机有如下特点： 自动化程度比较高：用户只需要插上电源，放入衣物，调好程序选项，以后一切 任务则交于智能洗衣机了。预洗、主洗、漂洗、脱水及在主洗中加热，在漂洗中防 皱等，洗衣机都将根据专家经验给以最好的洗涤效果。 对衣物的磨损率低；洗涤容量大，洗涤范围广，滚筒式洗衣机采用滚动加微摩擦 方法的洗涤方式，洗涤中较为柔和，对衣物的磨损小，尤其适合洗涤毛料织物、羽 绒织物及大件衣物。 节能节水节电：滚筒式洗衣机的耗电量小，洗一次最多耗电 0.3kw/h0.4kw/h, 洗涤过程中进水次数不超过 7 次，每次进水为 20 千克左右，整个洗涤过程下来不超 过 140 千克。 整机性能配置合理：机内筒采用整体吊装方式，内筒底由两个减振器支撑，工作 稳定，性能好，震动小，无摆动且噪音低。采用单片机控制器控制方式，抗干扰能 力强，使用寿命长。 使用寿命长：滚筒式洗衣机结构合理，用料讲究，并且由控制器统一控制。在整 机性能上，具有使用方便，故障少，寿命长（可达 15 年）的优点。 1.2.21.2.2智能滚筒式洗衣机的洗涤原理智能滚筒式洗衣机的洗涤原理 滚筒式洗衣机的洗涤原理与其他类型洗衣机不同，其主要利用洗涤剂和加热手 段来达到洗净衣物的目的。衣物放入洗衣机洗涤液中。加入洗涤剂，通过滚筒不同 强度的正反转，在转动过程中可以对洗涤进行加热。充分地利用机械作用，化学作 用，热作用，对衣物进行洗涤、漂洗。离心式脱水方式可以采用不同的转速度来合 理的洗涤衣物。 机械作用：滚筒式洗衣机其洗涤容器为一卧式水筒，称为外筒或盛水桶， 内筒壁上有许多小孔的不锈钢滚筒。通过小孔，洗涤液可以自由流入流出内筒。衣 物装入内筒之中，洗涤液盛放在外筒里。水位高度大约在内筒的二分之一处，可使 衣物处于半浸泡状态。滚筒在电机的带动下作有规律的正反转旋时，洗涤衣物在筒 内翻转揉搓，其滚筒揉撮可通过内筒的凸筋以及内筒的旋转而摔打、揉搓衣物。 本科生毕业设计(论文) -3- 化学作用；现代洗涤剂（也称洗衣粉、洗衣膏）的化学成分较为复杂/洗涤 剂主要起两个功能：一方面起保护衣物，减小洗涤时对衣物的磨损作用；再一方面 还起到溶解衣物的污垢，产生膨胀浸润的作用，使洗涤衣物中的污垢脱落并使其悬 浮于碱性溶液中的作用。洗涤剂一般含有费皂和洗涤活性物质，降低水中石灰质的 聚磷酸盐，以及增加洗涤效果的碱，增加洗衣香味的添加香料，此外还可以加入漂 白、稳定剂等。 热作用：智能滚筒式洗衣机可以对洗涤液进行加热选择。加热洗涤时，不 但可以增加分子运动的活性，还可以使洗涤剂充分发挥作用，特别是让洗涤剂中的 富氧物质（达硼酸盐）发挥作用。但高温则会对衣物有损害，一般在 4060为 宜，这样不但可以提高洗净度，还可以达到节能 45。 本科生毕业设计(论文) -4- 第二章第二章 设计方案的确定设计方案的确定 2.1洗衣机的技术参数和主要功能洗衣机的技术参数和主要功能 2.1.12.1.1主要技术参数主要技术参数 额定洗衣量：3kg 电源：交流 220v（50hz） 洗涤功率：250w 脱水功率：250w 进水阀：交流 220v 排水阀：直流 220v 2.1.22.1.2洗衣机的主要功能洗衣机的主要功能 程序：具有标准、经济、单独和排水程序。 故障诊断、安全保护、防振。 暂停、间歇工作的功能。 声光显示功能。 2.22.2控制系统设计方案控制系统设计方案 本设计智能洗衣机的总体方案如图 2.1 所示： 图图 2.12.1 智能洗衣机的总体系统方案图智能洗衣机的总体系统方案图 本设计洗衣机控制方案是依据技术参数要求，本着线路简单，可靠性高和成本 低的原则选择的。 根据洗衣机的技术条件和功能要求，选择 51 系列单片机 at89c2051。 本科生毕业设计(论文) -5- at89c2051 功能特性如下： at89c2051 是一个低电压，高性能 cmos 8 位单片机，功能强大，但它只有 20 个引脚。其主要功能特性为： 兼容 mcs-51 指令系统 15 个双向 i/o 口 两个 16 位可编程定时/计数器 时钟频率 0-24mhz 两个外部中断源 可直接驱动 led 低功耗睡眠功能 可编程 uarl 通道 2k 可反复擦写(1000 次）flash rom 6 个中断源 2.7-6.v 的宽工作电压范围 128x8bit 内部 ram 两个串行中断 两级加密位 内置一个模拟比较放大器 软件设置睡眠和唤醒功能 按照功能可将硬件电路分为： 单片机最小系统：包括 cpu at89c2051，按键和显示接口电路 检测电路：包括水位检测电路和门状态检测电路 驱动电路：包括电动机正反转驱动电路，进水阀、排水阀驱动电路和蜂鸣器驱动 电路 人机对话驱动电路：主要包括按键，显示器。其中按键用于洗衣机程序设定，并 控制洗衣机的运行，发布有关指令信息。显示器为用户提供直观的洗涤时间显示。 直流稳压电源电路 本科生毕业设计(论文) -6- 第三章第三章 洗衣机的硬件设计洗衣机的硬件设计 3.1洗衣机的控制功能要求洗衣机的控制功能要求 本设计智能洗衣机的控制功能如下： 洗涤功能。要求洗涤时正、反转驱动时间各为 3s，间歇时间为 2s。 4 种洗衣工作程序，标准程序、经济程序、单独程序和排水程序。标准程序是进 水洗涤/漂洗排水脱水，如此循环 3 次，具体是第一循环为洗涤，时间为 4.5min,第二次循环为漂洗，时间分别为 3 min 和 1.5min.排水时间采用动态时间法 确定，脱水时间为 2min.经济程序与标准程序一样，只是循环次数为二次。单独程 序是进水洗涤（4.5min)结束（留水不排不脱） 。排水程序是排水脱水结束， 时间确定与上述程序相应环节相同。 （每个程序结束后都会报警。 浸泡功能。开启浸泡功能后，在上述前三种工作程序的第一次进水之后，会进入 浸泡环节，先洗涤 1min 以搅匀衣物和洗涤剂，再停机浸泡 10min，然后退出浸泡环 节进入洗涤环节。 进、排水系统故障自动诊断功能。洗衣机在进水或排水过程中，若在一定的时间 范围内进水或排水未能达到预定的水位，就说明进、排水系统有故障，此故障由控 制系统测知并通过警告程序发出警告信号，提醒操作者进行人工排除。 安全保护和防振动功能。洗衣机脱水期间，若打开机盖时，洗衣机就会自动停止 脱水操作。脱水期间，如果出现衣物缠绕引起脱水桶重心偏移而不平衡，洗衣机也 会自动停止脱水，以免振动过大，待人工处理后恢复工作。 间歇驱动方式。脱水期间采取间歇驱动方式，以便节能。本系统要求驱动 4s， 间歇 2s，间歇期间靠惯性力使脱水桶保持高速旋转。 暂停功能。不管洗衣机工作在什么状态，当按下暂停键时，洗衣机需暂停工作， 待启动键按下后洗衣机又能按原来所选择的工作方式继续工作。 声光显示功能。洗衣机各种工作方式的选择和各种工作状态均有声、光提示和显 示。 3.2控制逻辑电路控制逻辑电路 智能洗衣机的控制系统电路图和控制原理图分别如图附录 a 和图附录 b 所示。 它由单片机 at89c2051 为核心加上有关集成电路及元器件组成。 本设计智能洗衣机的工作部件有 3 个：电机、进水阀和排水阀。电机是洗衣机 的动力源，它的转动带动洗衣机滚筒的转动，从而时现对衣物的洗涤。进水阀用于 控制洗衣机的进水量。排水阀用于控制洗衣机的排水。电机在脱水时还旋转带动衣 本科生毕业设计(论文) -7- 物脱水。电机的状态有 3 种，即正转.反转及停止状态。电机一般工作在这三种状态 的不断转换之中，从而实现洗涤。但在脱水时，只工作在正转状态。进水阀和排水 阀则只有开.关这两种状态。 3.3硬件描述硬件描述 控核心部分 采用 at89c2051 作为控制核心。其中 p1.0 和 p1.1 分别用于控制洗衣机的进水 阀和排水阀；p1.2 和 p1.3 用于控制洗涤电机的正反转；p1.4 和 p1.5 用作译码器 74ls139 的输入线，74ls139 译码器的四个输出线分别用于连接 led1、led2、led3、 led4 四个 led 灯。p1.6 用于驱动 led5。串行口 vxd 和 txd 用 于扩展四个 led 显示器。外部中断口 int0 和 int1 分别用做盖开关 k4 和暂停/启动 键 k3 的中断口，p3.7 用于驱动蜂鸣器。 按键和开关部分 程序选择键 k1 本设计洗衣机有四种工作程序，使用该键可循环选择洗衣机的四 种工作程序。 暂停/启动键 k2 该键采用分时复用技术而具有三个功能。其一是在洗衣机未进 入工作状态或者处于暂停状态期间，k2 用来启动洗衣机进入工作状态或者恢复到原 来的工作状态；其二是在洗衣机进入工作状态后，按触该键则进入暂停状态；其三 是在故障报警期间，按下 k2 停止报警，并回到初试的待命状态。 盖开关/平衡开关 k3 脱水期间，若打开机盖或者转动不平衡时，则 k3 闭合，引 起中断，洗衣机就会自动停止脱水操作，合上盖或者恢复不平衡后又继续脱水。 水位开关 k4 水满时，k4 闭合。在进水期间，系统不断检测 k4，若在 2.5 分钟 内检测到 k4 闭合。则停止进水。否则认为进水出故障，关闭进水阀，并发声提示； 在排水期间，系统不断检测 k4，若在 1 分钟内检测不到 k4 断开，则认为排水出故 障，关闭排水阀，并发声提示，否则按正常处理。 开启/关闭浸泡键 k5 该键用于开启或者关闭洗衣机的浸泡功能。 强制复位键 k6 按下该键可以使单片机强行复位。 led 指示灯 led1，led2，led3，led4 分别用来指示排水程序，单独程序，经济程序，标准 程序四种洗衣工作程序；led5 用于指示浸泡功能开启，闪烁时表示正在浸泡衣物； led6，led7， led8，分别用来表示洗涤，排水，进水三种状态。 译码器 74ls139 为双 2-4 线译码器，之所以选用它是因为 at89c2051 单片机只有 20 个引脚，i/o 线不足，选用它可解决 cpu i/o 线数量的不足。本设计洗衣机有 4 种 本科生毕业设计(论文) -8- 不同的工作程序，分别要用四种不同的显示来加以区别。74ls139 双 2-4 线译码器 仅占用 cpu 的 p3.0 和 p3.1 两口线即可提供 4 种不同显示的驱动， 其逻辑关系是： p3.0，p3.1 为“11”时 led1 亮，指示标准程序；为“10”时 led2 亮，指示经济程 序；为“01”时 led3 亮，指示单独程序；为“00”时 led4 亮，指示排水程序。 固态继电器 交流固态继电器 ssr(solid state releys)是一种无触点通断电子开关,为四 端有源器件。其中两个端子为输入控制端,另外两端为输出受控端, 交流固态继电器 内有发光二极管及光触发双向可控硅，采用光电隔离,作为输入输出之间电气隔离 (浮空)。在输入端加上直流或脉冲信号,输出端就能从关断状态转变成导通状态(无 信号时呈阻断状态),从而控制较大负载。整个器件无可动部件及触点,可实现相当于 常用的机械式电磁继电器一样的功能。之所以选用这个器件，是因为它一方面可使 电路进一步简化，另一方面还可使强、弱两类电完全隔离，保证主板的安全。 反相器 选用反相器是防止 at89c2051 型号单片机的驱动电流不足，4 个反相器可分别 驱动 4 个交流固态继电器。 移位寄存器 本设计 cpu 的 i/o 数量不是很多，考虑到这个问题，所以本设计时间显示电路 采用串行口扩展，通过移位寄存器的输出控制，可实现四位 led 显示器的驱动控制 led 显示器 四个共阳极 led 显示器分别显示分、分、秒、秒。 3.43.4电子元器件的计算与选型电子元器件的计算与选型 3.4.13.4.1时钟电路时钟电路 智能洗衣机的微机控制系统的时钟电路如图 3.1 所示： 图图 3.13.1 时钟电路时钟电路 at89c2051 芯片内部有一个高增益反相放大器。用于构成振荡器。反相放大器的输 入端为 xtal0，输出端为 xtal1，两端跨接石英晶体及两个电容可构成稳定的自激振 荡器。本设计的时钟电路两个电容取 30pf,可稳定频率并对振荡频率有微调作用。 本科生毕业设计(论文) -9- 本设计选用 ja95a 型号石英振荡器，振荡脉冲频率选用 6mhz。 3.4.23.4.2复位电路复位电路 本设计微机控制系统的复位电路采用手动复位和上电复位组合，其电路图如图 3.2 所示。 图图 3.23.2 复位电路复位电路 上电自动复位是在加电瞬间电容通过充电来实现的。在通电瞬间，电容通过电阻充 电，rst 端出现正脉冲，用以复位。只要电源 vcc 的上升时间不超过 1ms，就可以实 现复位。手动复位是通过接通复位开关，使单片机进入复位状态。 参数的选定：在振荡稳定后应保证复位高电平持续时间大于 2 个机器周期。本设计 的晶体频率为 6mhz,取 c=22f，r=1k。 3.4.33.4.3电源电路电源电路 电源电路如图 3.3 所示： 图图 3.33.3 电源电路电源电路 电源电路是采用 220v 的交流电先经变压器降压,再经桥式整流电路整流，最后 本科生毕业设计(论文) -10- 用三端稳压器稳压得到 5v 的电压作为整个控制器的工作电源。 本设计使用 5v 的电压作为整个控制器的工作电源，故选用 cwm7805 型稳压器， cwm7805 型稳压器的输入电压为 735v，为了保证稳压性能，电源电路接三端稳压器 时，输入电压和输出电压至少要相差 2v 以上，但是也不能取得过大，因为太大则会 增大器件本身的功耗以至于损坏器件，所以本设计在稳压器的输入电压取 10v，在 输入和公共端，输出和公共端之间分别接了 0.1f 和 0.33f 的电容，可以防止产生 自激振荡。 二极管的选型： 根据式 uo =1.2 ui 式中： ui - 整流电路的输入电压 uo - 整流电路的输出电压 因为电源电路中的三端稳压器 cwm7805 的输入电压取 10v，所以整流电路的输 出电压 uo=10v。 由式 uo =1.2 ui 可得：ui =uo/1.2=10/1.2=8.333 v 整流二极管所承受的最高反向电压 urw= 2ui =11.783 v 选用 2cz52a 型硅二极管，其最大整流电流为 100ma,反向工作峰值urwn为 25v，urwnurm， 考虑到变压器二次侧绕组及管子上的压降，变压器的二次侧电压大约要高出 10%， 即 8.3331.1=9.16639v。 3.4.43.4.4指示电路指示电路 本系统的指示电路设计如图 3.4 本科生毕业设计(论文) -11- 图图 3.43.4 指示电路指示电路 系统的所有 led 指示灯全部选用 bt 系列 led,型号为 bt101， bt101 型号 led 的反向击穿电压5 伏，为了保证 led 不被反向击穿，使用时必须串联限流电阻以 控制通过管子的电流。限流电阻 r 用下式计算： r（euf）if 式中: e - 电源电压，本设计 e=5v uf - 为 led 的正向压降，bt101 型号 led 的正向压降 uf2v，此处取 1.5v， if - 为 led 的工作电流，本设计取 3.5ma. 所以 led 的限流电阻 r （euf）if (5-1.5)/3.510-3 100 其中译码器选用 74ls139 型号 2-4 线译码器。 3.4.5电机的正反转、进水阀和排水阀电路电机的正反转、进水阀和排水阀电路 电动机正反转、进水阀和排水阀电路如图 3.5 所示： 本科生毕业设计(论文) -12- 图图 3.53.5 电动机正反转、进水阀和排水阀电路电动机正反转、进水阀和排水阀电路 电路的工作原理：当 p1.0p1.3 分别置 1 时，输出信号经过反相器之后变为 0，固态继电器的输入端获得+5v 电压，使得输出端导通，实现进水阀、排水阀的开 启和电机的正反转。当 p1.0p1.3 分别置 0 时，输出信号经过反相器之后变为 1， 固态继电器的输入端的电压为 0，固态继电器关闭，实现对洗衣机进水阀、排水阀 的关闭和电机的停转。 本设计电动机选用 xds 型洗衣机用单相电容电动机，型号为 xds-250，额定功 率为 250w，额定电流为 2a，电容器容量为 16f。 因为电机是感性负载，所以选择固态继电器的额定电流取为电机额定电流的 2.5 倍，为此四种驱动电路全部选用 gtj2-5a220v ac 型交流固态继电器。gtj2- 3a220v ac 型交流固态继电器的额定电压为 220v，额定电流为 5a，控制电压为 332v dc，关断电压为 1.2v dc，开启电流为 5ma，控制电流25ma。故本设计控制 电压取 4v dc，控制电流取 10ma 交流固态继电器的限流电阻 r=(5-4)v/1010-3a=100 电动机正反转驱动电路中的二极管选用 1n4148 型硅开关二极管，其在 if=10 ma 的测试条件下正向压降 vf1.0v，由上面的计算可知，流过发光二极管的电流为 3.5ma，故此处 1n4148 型硅开关二极管的正向压降 vf取 0.5v。 所以电机反转驱动电路中和发光二极管和开关二极管串连的限流的电阻： r=(5-1.5-0.5)v/3.510-3a857 ，所以限流电阻 r 取 820 固态继电器的电流为 10ma，led 指示灯的电流为 3.5ma，总共需要 13.5ma 的驱 本科生毕业设计(论文) -13- 动电流，本设计选用 7406 型号的反相器来提高驱动能力。其低电平驱动能力达到 40ma，足以满足要求。 固态继电器的输出端并联一吸收电路，可以有效的抑制加至继电器的瞬态电压 和电压指数上升率，保护固态继电器。吸收电路的电阻 r 取 4.5k，电容取 4700pf。 洗衣机的进水阀选用江阴市电磁阀厂生产的 xjd 系列电磁塑料进水电磁阀，型 号为 xjd11。其适用电压为 ac220v，适用压力为 0.020.08mpa. 本设计洗衣机的排水方式为下排水方式，排水阀选用江阴市电磁阀厂生产的 xfd 系列电磁塑料排水电磁阀，型号为 xfd10，其适用电压为 dc220v，适用压力 为 0.020.08mpa. 3.4.63.4.6显示电路显示电路 时间显示电路如图 3.6 所示： 图图 3.63.6 时间显示电路时间显示电路 考虑到本设计所选择的 cpu at89c2051 的 i/o 不多，时间显示器采用串行口静 态扩展。选用 74hc164 移位寄存器。74hc164 是串入并出移位寄存器，并带有清除 端。 电路原理：串行口工作在方式 0，即为同步移位寄存器输入/输出方式，串行数据通 过 rxd 输入，txd 用于输出移位时钟，作为 74hc164 移位寄存器的同步信号。在发 送过程中，当执行一条将数据写入缓冲器 sbuf 的指令时，串行口把 sbuf 中的 8 位 数据以 1/12 的波特率从 rxd 端输出。发送完毕置中断标志 ti=1。在写信号有效时， 相隔一个机器周期后发送控制端 send 有效，即允许 rxd 发送数据，同时，允许从 本科生毕业设计(论文) -14- txd 端输出移位脉冲。 四个共阳极显示器分别显示分、分、秒、秒。移位寄存器选用 74hc164。可实 现串行输入，并行输出。选用 bs211a-b 型号共阳极显示器，其最大工作电流 im为 10ma，正向压降 uf2v，本设计共阳极显示器的每个 led 发光二极管的工作电流 取 3.5ma，正向压降取 1.5v。 固限流电阻 r=(5-1.5)v/3.510-3a=1000，限流电阻取 1000 。 因为 74hc164 允许通过的电流为 8 ma，故不必添加驱动电路。 3.4.73.4.7蜂鸣报警电路蜂鸣报警电路 蜂鸣报警电路如图 3.7 所示 图图 3.7 蜂鸣报警电路蜂鸣报警电路 蜂鸣器选用 p231906-c34 型号压电式蜂鸣器。其额定电压为 48v，本设计使用 5v，故不必使用限流电阻；额定电流15ma.电路中 p3.7 接晶体管输入端。当.p3.7 输出高电平 1 时，晶体管导通，压电式蜂鸣器两端获得+5v 的电压而鸣叫；当 p3.7 输出低电平 0 时，晶体管截止，蜂鸣器停止发声。三极管选用 2sc1815 型号开关三 极管。电路中的两电阻分别选用 3.3k 和 5.6k。 本科生毕业设计(论文) -15- 第四章第四章 系统软件设计系统软件设计 4.1 洗衣机的控制功能要求洗衣机的控制功能要求 从程序图 4-1 主流程图中可以看出本程序设计的基本流程，系统上电复位后，首 先进行初始话，默认的洗衣工作程序为标准洗衣工作程序，然后扫描程序选择键 k1，开启浸泡键 k5 和启动键 k2，这时洗衣机处于待命状态。通过 k1 可修改洗衣工 作程序，通过 k5 可开启洗衣机的浸泡功能，扫描过程中当发现启动键 k2 按下时， 洗衣机即从待命状态进入工作状态。 洗衣机进入工作程序后，系统首先根据 ram 中 57h 单元的特征字判断洗衣机的洗 衣工作程序，若特征字为 0f0h，为排水程序，程序直接跳转进入排水操作，而 01h 为单独程序，02h 为经济程序，03h 为标准程序。如果 57h 单元的特征字为 01h，02h 或者 03h，则进入进水操作，p1.0 置位驱动进水阀开启。进水期间系统不 断检测水位开关 k4 的状态，当检测到 k4 闭合时，说明进水以达到预定水位。若在 规定的 2.5min 极限内没有检测到 k4 闭合，说明进水系统发生故障，此时洗衣机退 出工作状态，程序跳转到 guzhangchengxu 为标号地址的故障处理程序段进行报警， 本设计洗衣机的故障处理方法是：将 p1.0p1.3 位全部置“0”，中止洗衣机的各中操 作，然后洗衣机以响 1s 停 2s 的规律不断地发出报警信号，直到人工干预即按下 k2（暂停/启动键）键后为止（按下 k2 后，程序跳转回主程起始地址，洗衣机又回 到待命的初始状态 0） 。 在正常情况下，进水期间检测到 k4 闭合时，说明进水以达预定水位。这时洗衣 机通过判断 55h 单元中的内容是否为 01h，如果是则执行浸泡功能，执行浸泡功能 后设置 55h 单元为 00h，使得后面的漂洗环节不会再次执行浸泡功能，执行浸泡功 能后即进入洗涤工作程序；如果不是则洗衣机直接进入洗涤工作程序。因为电机在 洗涤或漂洗工作时有正转、反转和间歇三种状态，所以用 p1.2，p1.3 两线来实现对 电机这三种状态的控制。其逻辑关系是：p1.3，p1.2 为“00”时电机间歇，为“01”时 正转，为“10”时反转。洗涤时间为 4.5min.洗涤结束后，判断是否排水。由控制要 求可知，若不排水则为单独程序，这时程序直接跳到结束，否则进入排水程序。 本程序设计的排水时间采用动态时间法确定，其原理是：根据常用的空气压力水 位开关的特性（即在进水中当水位达到预定水位时水位开关就接通；在排水中当桶 内水位下降 11cm 后，水位开关才断开） ，在排水过程中若从开始到开关断开所需时 间为 d，则整个排水所用时间为 2d+50s（查海尔洗衣机经验值） 。若在规定的 1min 极限时间内，系统检测不到水位开关 k4 断开，说明排水系统有故障，程序跳转至故 障处理程序段发出警告信号，其处理程序段发出告警信号，其处理方法与进水系统 故障相同。 本科生毕业设计(论文) -16- 排水结束后，洗衣机接着执行脱水操作，p1.1 维持置位状态，保持排水发开启， p1.2 按 4s 置位 2s 清 0 的规律连续驱动电机旋转 2min，然后脱水结束。脱水结束 后系统通过一条判断指令判断整个洗衣工作是否结束。其原理:是洗衣机在每次洗涤 或漂洗工作环节结束之后，洗衣工作程序标志 57h 单元减 1 一次，在脱水工作结束， 洗衣机报警三声后，即返回初始待命状态。若洗衣工作尚未结束，洗衣机再次执行 进水操作，进入下一循环。 以上是本设计洗衣机工作的主流程，工作过程中所需的各种计时，均由定时器“1” 定时中断服务程序提供。定时器“1”设置为定时方式 1，每 10 ms 产生一次中断，因 此，tl0，th0 装入的常数分别为 78h，0ech。定时器“1”中断服务子程序入口地址 001bh 单元中，洗衣机进入工作状态后定时器每 10 ms 被启动中断一次，20h 单元累 加 1 一次，累加到 64h 时，为 1s,此时 51h 和 72h 单元各累加 1 一次，每次定时前 先将 51h 单元清 0，因此根据 51h 单元就可以实现对洗衣机整个工作过程的定时； 同时当 72h 单元累加至 3ch 时，为 1 min,这时 71h 单元累加 1 一次。当 71h 单元累 加到 3ch 时，为 1hour,这时 70h 单元累加 1 次，系统根据 70h，71h，72h 三个内存 单元中的数据就可以确定洗衣机工作各个进程的时间，而且定时器每中断 1 次就调 用 1 次显示子程序，实现洗衣机整个工作过程的时间显示。在暂停中断以及开盖或 不平衡中断响应期间，定时中断被禁止，计时各单元内容不变。 洗衣机的暂停中断在洗衣机进入工作状态后，中断请求即被设置为允许，中断请 求有效；而开盖或不平衡中断只有在洗衣机进入脱水工作进程时，中断请求才被设 置为允许，请求信号有效。 洗衣机的工作程序流程图如图 4.1 所示： 本科生毕业设计(论文) -17- 图图 4.14.1 主流程图主流程图 本科生毕业设计(论文) -18- 第五章第五章 总结总结 我的毕业设计题目是智能洗衣机的模糊控制设计，主要任务是单片机的控制系统 设计和控制软件设计等。 因为我的专业是机械设计，整个设计的重点在于单片机控制，因此不仅仅是对我 四年来所学专业知识的检验和总结，同时要求学习许多单片机的知识，经过一个学 期的努力奋战，终于完成了设计。设计整体完成预期的要求，但由于所学有限，设 计水平还很稚嫩，肯定还存在许多不足或者有更好的实现方案。 通过这次设计，我认识到了自身存在的许多问题，在以后的学习和工作中会针对 自己的问题去改正。还有就是学习知识要精益求精，遇到事情要多问几个为什么， 最终要的就是设计要结合现实，不能想当然的做。 这次设计中我也遇到不少困难，如了解各种电器元件和电路工作原理，为了完成 设计要求应该选择怎样的电路和单片机型号等等，设计起初，很迷茫，万事开头难， 不知道从何入手，在请教老师和许多懂这方面知识同学后，在他们的帮助下，一点 一点的把这些困难解决，最终做完有如释重负的感觉同时还有一点小小的成就感。 总之，这次设计让我学到很多，无论是学业上还是以后走上社会都很宝贵的东西， 同时也深深的体会到知识的强大和自己所学东西的有限，学海无涯，在以后的道路 上我知道自己要懂的还有很多，我也会为之而奋斗，努力的！ 本科生毕业设计(论文) - 19 - 致 谢 光阴似箭，转眼大学四年就快过去了，毕业设计是学校对学生四年来所学知识 的一次综合考查，此次设计我选择的题目是智能洗衣机的微机控制系统。 这是第一次自己设计一个这么全面的课题，由于自己的知识是有限和实践经验 的不足，在设计过程中遇到了很多的问题，真的非常感谢 xx 老师对我精心指导和 xxx 老师的督促以及四年来各科老师的授业之恩还有同学的无私帮助，在此表示深 深的感谢！ 本科生毕业设计(论文) - 20 - 参考文献参考文献 1 何立明.单片机高级教程m.北京:北京航空航天大学出版社 2000 2 陈明荧.8051 单片机基础教程m.北京：科学出版社，2003 3 谌清平.东芝单片机原理及其在家用电器中的应用m.北京：北京航空航 天大学出版社，2000 4 青岛海尔集团.海尔家用洗衣机原理与维修m.北京：人民邮电出版社， 1999 5 船舶工业总公司七一三所.常用电子电器元件手册m.北京：中国标准出 版社，1986 6 金续曾,陆魁玉.单相电动机绕组修理与接线图集m.北京：北京科学技术 出版社，1999 7 秦曾煌. 电工学m 下册，电子技术. 北京：高等教育出版社，2004 8 郑缇，唐可洪机电一体化设计基础m北京：机械工业出版社， 2002 9 李朝青.单片机原理与接口技术m.北京：北京航空航天大学出版社， 2005 本科生毕业设计(论文) - 21 - 附录附录 a 控制系统电路图控制系统电路图 本科生毕业设计(论文) - 22 - 附录附录 b b 洗衣机的控制原理图洗衣机的控制原理图 本科生毕业设计(论文) - 23 - 附录附录 c 设备材料清单设备材料清单 本科生毕业设计(论文) - 24 - 本设计洗衣机微机控制系统的详细设备材料清单如下表所示： 序号元器件型号数量 1 单片机 at89c20511 2 固态继电器 gtj2-5a220v ac4 3 电机 xds-2501 4 发光二极管 bt1016 5 整流二极管 2cz52a8 6 开关二极管 1n41482 7 反相器 74064 8 共阳极显示器bs211a-b 4 9 移位寄存器 74sh1644 10 开关三极管 2sc18151 11 蜂鸣器 p231906-c341 12 电阻器 5.6k1 13 电阻器 4.5k4 14 电阻器 3.3k1 15 电阻器 100040 16 电阻器 8202 17 电阻器 1004 18 电容器 22f 1 19 电容器 16f 1 20 电容器 0.33f 1 21 电容器 0.1f 1 22 电容器 4700pf 4 23 电容器 30pf2 24 进水电磁阀 xjd-111 25 排水电磁阀 xfd-101 26 三端稳压器 cwm78051 27 晶振器ja95a（6mhz） 1 本科生毕业设计(论文) - 25 - 附录附录 d 软件程序软件程序 本设计智能洗衣机的程序编写如下： min equ 71h ；存放分钟变量 sec equ 72h ；存放秒钟变量 sec0 equ 73h ；存放旧的秒数 tab equ 80h ；存放段码首地址 k1 equ p3.5 ；按键 1 引脚定义 k2 equ p3.2 ；按键 2 引脚定义 k3 equ p3.3 ；按键 3 引脚定义 k4 equ p3.4 ；按键 4 引脚定义 k5 equ p1.6 ；按键 5 引脚定义 ；= org 0000h ；程序代码由地址 0000h 开始执行 ajmp begin ；初始化 org 0003h ajmp int0 chengxu ；暂停/启动中断中断向量 0rg 001bh ajmp t1 chengxu ；定时器 1 中断向量 0rg 0013h ajmp int1 chengxu ；开盖、不平衡中断向量 ；= 主程序开始 ；= 本设计定时器 t1 的工作在方式 1。fosc=6mhz,每 10ms 产生 1 次中断。t1 的方 式 1 为 16 位计数方式。方式寄存器 tmod 各个位的取值如下表格所示： gatec/t#m1m0gatec/t#m1m0 0 0 0 1 0 0 0 0 所以 tmod 的取值为#10h；记数初值 m 为： 本科生毕业设计(论文) - 26 - m=21661061010-3/12 =ec78h begin: mov p1，#0f0h mov p3，#07fh mov sp, #35h mov 55h,#00 ；设置浸泡标志单元为#00h (指定 55h 为浸泡标志单元) mov 56h,#0f0h ；0f0h 排水标志 (指定 56h 为标志单元) mov 57h,#03 ；洗衣机标准洗衣工作程序标志(指 定 57h) mov 58h,#0fh ；漂洗 4.5 分钟赋值(指定 58h 存放，即 15 个 30 秒) clr a mov min, a mov sec, a mov sec0,a mov 51h, a clr et0 ；禁止开盖、不平衡中断 setb ea ；开总中断 clr it0 ；设置外部中断 0 为低电平 触发 clr it1 ；设置外部中断 1 为低电平 触发 setb et0 ；开定时器 0 中断 setb tr0 ；启动定时器 0 steb px0 ；设置中断优先级别 steb pt0 steb px1 mov tmod,#10h ；设置定时器 1 工作在 1 方 式 mov tl0,#78h ；设置 10ms 中断时间常数 mov th0, #0ech 本科生毕业设计(论文) - 27 - ；= 以下为按键扫描程序 ；= aj: jnb k1, aj1 ajmp aj2 aj1: acall chengxuxuanze aj2: jnb k5, aj3 ajmp aj3 aj3: acall jinpaojian jb k2,aj ；按键扫描程序结束 mov r5, #01h acall duanyanshi ；按键消抖 kb： jb k2,aj acall fengmingqi ；按键扫描后蜂鸣器报警 jnb k2,$ ；等待键放开 setb et0 ；开定时器 0 中断 setb tr0 ；启动定时器 0 setb ex0 ；允许外部 int0 中断 ；= mov a, 57h cjne a,#00h,jinshuichengxu ；是排水程序？ ajmp paishuichengxu ；是则跳转排水程序 ；= 以下为进水程序 ；= 本科生毕业设计(论文) - 28 - 附录附录 2 2 图图 1 1 进水程序流程图进水程序流程图 jinshuichengxu: mov 51h, #00h steb p1.0 ；打开进水阀 js: jnb k4, js1 ；进水达预定水位？ cjne 51h,#150, js ；进水系统有故障？ ajmp guzhangchengxu ；有则跳转故障处理程序 js1: cpl p1.0 ；进水结束，关闭进水阀 ；= mov a,55h ；是否有开启浸泡功能 cjne a,#01h,xi