毕业设计（论文）-用单片机设计洗衣机.doc

引 言从古到今，洗衣服都是一项难于逃避的家务劳动，而在洗衣机出现以前，对于许多人而言，它并不像田园诗描绘的那样充满乐趣，手搓、棒击、冲刷、甩打这些不断重复的简单的体力劳动，留给人的感受常常是：辛苦劳累。 1874年，“手洗时代”受到了前所未有的挑战有人发明了木制手摇洗衣机。发明者是美国人比尔布莱克斯。布莱克斯的洗衣机构造极为简单，是在木筒里装上6块叶片，用手柄和齿轮传动，使衣服在筒内翻转，从而达到“净衣”的目的。这套装置的问世，让那些为提高生活效率而冥思苦想的人士大受启发，洗衣机的改进过程开始大大加快。1880年，美国又出现了蒸气洗衣机，蒸气动力开始取代人力。 之后，水力洗衣机、内燃机洗衣机也相继出现。到1911年，美国试制成功世界上第一台电动洗衣机。电动洗衣机的问世，标志着人类家务劳动自动化的开端。电动洗衣机几经完善，在1922年迎来一种崭新的洗衣方式“搅拌式”。搅拌式洗衣机由美国玛依塔格公司研制成功。这种洗衣机是在筒中心装上一个立轴，在立轴下端装有搅拌翼，电动机带动立轴，进行周期性的正反摆动，使衣物和水流不断翻滚，相互摩擦，以此涤荡污垢。搅拌式洗衣机结构科学合理，受到人们的普遍欢迎。不过10年之后，美国本德克斯航空公司宣布，他们研制成功第一台前装式滚筒洗衣机，洗涤、漂洗、脱水在同一个滚筒内完成。这意味着电动洗衣机的型式跃上一个新台阶，朝自动化又前进了一大步！直至今日，滚筒式洗衣机在欧美国家仍得到广泛应用。 随着工业化的加速，世界各国也加快了洗衣机研制的步伐。首先由英国研制并推出了一种喷流式洗衣机，它是靠筒体一侧的运转波轮产生的强烈涡流，使衣物和洗涤液一起在筒内不断翻滚，洗净衣物。1955年，在引进英国喷流式洗衣机的基础之上，日本研制出独具风格、并流行至今的波轮式洗衣机。至此，波轮式、滚筒式、搅拌式在洗衣机生产领域三分天下的局面初步形成。洗衣机的种类很多，普通型波轮洗衣机的结构由洗衣桶、电动机、定时器、传动部件、箱体、箱盖及控制面板等组成。工作原理依靠装在洗衣桶底部的波轮正、反旋转，带动衣物上、下、左、右不停地翻转，使衣物之间、衣物与桶壁之间，在水中进行柔和地磨擦，在洗涤剂的作用下实现去污清洗。 机械全自动洗衣机的结构由电动程控器、水位开关、安全开关（盖开关）、排水选择开关、不排水停机开关、贮水开关、漂洗选择开关、洗涤选择开关等组成。 工作原理：通过各种开关组成控制电路，来控制电动机、进水阀、排水电磁铁及蜂鸣器的电压输出，使洗衣机实现程序运转。 普通型波轮洗衣机： 结构：由洗衣桶、电动机、定时器、传动部件、箱体、箱盖及控制面板等组成。 工作原理：依靠装在洗衣桶底部的波轮正、反旋转，带动衣物上、下、左、右不停地翻转，使衣物之间、衣物与桶壁之间，在水中进行柔和地磨擦，在洗涤剂的作用下实现去污清洗。 机械全自动洗衣机的结构由电动程控器、水位开关、安全开关（盖开关）、排水选择开关、不排水停机开关、贮水开关、漂洗选择开关、洗涤选择开关等组成。 工作原理通过各种开关组成控制电路，来控制电动机、进水阀、排水电磁铁及蜂鸣器的电压输出，使洗衣机实现程序运转。本文应用at89c51单片机控制洗衣的全过程，一方面可以练习如何设计电路练习怎样检查电路，排除故障。另一方面还可以了解新一代电子产品的技术和发展。1方案论证选择at59c51单片机作为控制器控制外部电路的有序进行。显示部分由数码管组成，执行部分电机、进水阀与排水阀组成如图1.1洗衣机控制电路框图。图1.1洗衣机控制电路框图由电路框图可以看到，电路除了控制器at98c51之外由显示部分、按键部分、状态指示灯、驱动部分、复位电路和蜂鸣器。整个电路是通过对at98c51编写程序来完成洗衣机的全自动化功能的。显示部分由两位数码管组成，通过按键切换可以分别表示洗衣次数和洗衣时间。洗执行部分部件有4个部件，这就是继电器（4个），电机、进水阀和排水阀。电机是洗衣机的动力源，状态有3种，即正转、反转及停止状态。它的转动带动洗衣桶和波轮的转动，电机由继电器来驱动的，通过这3种状态的转换来实现对衣物的洗涤。在脱水时电机工作在高速正转状态以带动衣服脱水。进水阀用于控制洗衣机的进水，排水阀用于控制排水。按键有4个分别为“选择”按键、“加1”按键、“减1”按键和“确认”按键。当电源接通时两个数码管显示为默认的洗衣次数，此时可以用按键进行设置洗衣次数，按“选择”键可以在选择设置时间，按“增”会使显示值加“1”，按“减”会使显示值减“1”，设置结束后，按“确认”键，则开始进入洗衣程序，当然也可以直接按“确认”键进入洗衣程序，此时的洗衣次数和洗衣时间为默认值。洗衣时先判断桶内是否加满水，没加满则打开进水阀，直到加满水关掉进水阀，开始启动电动机，并开始倒计时。电动机先正转10秒，停止5秒，反转10秒，直到倒计时为0 ，则电动机停止，打开排水阀，开始对衣物进行脱水，脱水时间由程序设定，判断洗衣次数是否为0，如果不为0，则重新打开进水阀重复以上过程直到洗衣次数为0。脱水结束后由蜂鸣器报警，报警时间也是由程序设定。报警结束后，熄灭所有的数码管和发光二极管。洗衣结束。2洗衣机控制电路的设计及工作原理2.1 at89c51功能简介at89c52有40个引脚，32个外部双向输入/输出（i/o）端口，同时内含2个外中断口，3个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，2个读写口线。t89c52可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。其将通用的微处理器和flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的flash存储器可有效地降低开发成本。芯片图为图2.1.1。1主要特性： 与mcs-51 兼容4k字节可编程闪烁存储器寿命：1000写/擦循环全静态工作：0hz-24hz 三级程序存储器锁定128*8位内部ram 5个中断源 可编程串行通道 低功耗的闲置和掉电模式 片内振荡器和时钟电路 主要引脚说明vcc：供电电压gnd：接地 图2.1.1at89c51的引脚1 p0口：p0口为一个8位漏级开路双向i/o口，每脚可吸收8ttl门电流。当p1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。p0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在fiash编程时，p0 口作为原码输入口，当fiash进行校验时，p0输出原码，此时p0外部必须被拉高。p1口：p1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向i/o口，p1口缓冲器能接收输出4ttl门电流。p1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，p1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在flash编程和校验时，p1口作为第八位地址接收。 p2口：p2口为一个内部上拉电阻的8位双向i/o口，p2口缓冲器可接收，输出4个ttl门电流，当p2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，p2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。p2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，p2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，p2口输出其特殊功能寄存器的内容。p2口在flash编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。p3口：p3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向i/o口，可接收输出4个ttl门电流。当p3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，p3口将输出电流（ill）这是由于上拉的缘故。p3口也可作为at89c51的一些特殊功能口，如下表所示：i/o口管脚 备选功能p3.0 rxd（串行输入口）p3.1 txd（串行输出口）p3.2 /int0（外部中断0）p3.3 /int1（外部中断1）p3.4 t0（记时器0外部输入）p3.5 t1（记时器1外部输入）p3.6 /wr（外部数据存储器写选通）p3.7 /rd（外部数据存储器读选通）p3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。rst：复位输入，保持rst脚两个机器周期的高电平时间才能实现复位。ale/prog：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的低位字节。在flash编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在低电平时，ale端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ale脉冲。如想禁止ale的输出可在sfr8eh地址上置0。此时，ale只有在执行movx，movc指令时ale才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ale禁止，置位无效。psen：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/psen有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/psen信号将不出现。 /ea/vpp：当/ea保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000h-ffffh）不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/ea将内部锁定为reset；当/ea端保持高电平时，此间内部程序存储器。在flash编程期间，此引脚也用于施加12v编程电源（vpp）。 xtal1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 xtal2：来自反向振荡器的输出 2.2 单元电路设计 在洗衣机的设计中，需要洗衣机完成进水、排水、脱水、洗涤功能。洗衣机控制电路键盘及显示部分由4个按键、8指示灯和两个led显示器组成，四个按键用于设置洗衣机的工作方式和计时时间，指示灯用以指示洗衣状态，led数码管显示器显示洗衣时间和洗衣次数及进水和脱水时间。如图2.2.1电路图所示。当电路通电复位后，y1指使灯亮，表示电路正处于初始状态，数码管显示的是默认的洗衣次数。通过按键来设置洗衣次数，按键1对数码管加1，按键2对数码管减1。洗衣次数设置好后，通过按键3可以切换洗衣状态，数码管转换为显示的为默认的洗衣时间，这时同样可以通过通过按键1和按键2的加1减1操作来设置洗衣时间。洗衣时间和洗衣次数设置好后通过按键4进入洗衣状态，洗衣状态按洗衣顺序分别为进水、漂洗、洗涤、排水和脱水。洗衣进入进水图2.2.1电路方真图状态时，电磁阀打开，向桶内贮水，此时y2指示灯两，表示电路正在处于进水状态，当水位达到预定程度时水位传感器会接受到水满信号水位传感器会自动产生一个脉冲信号发送到单片机的中断口上，此时单片机响应中断，关闭电磁阀，进水结束。进水完毕后开始漂洗，表示漂洗状态的指示灯是y3。漂洗完毕后开始洗涤，此时y4指示灯亮，洗涤的硬件功能是通过电机的正转、暂停和反转来实现的，此时数码管从用户已设置的洗衣时间开始倒计时，计时结束，洗涤结束。洗涤结束后，进入排水状态，此时y5灯亮，排水时打开电磁阀，水排出，当水位下降到一定程度后，水位压力传感器自动向中断口提供一个脉冲信号，单片机响应中断，关闭电磁阀，排水结束。以上为一次洗衣过程，完成用户设置的洗衣次数后，整个洗衣过程结束。2.3键盘及显示部分的设计与实现2.3.1数码管的应用led数码管是由led发光二极管组成的8位可显示0到9的数字的元器件，发光二极管（led）是用半导体材料制作的正向偏置的pn结二极管。其发光机理是当在pn结两端注入正向电流时，注入的非平衡载流子（电子空穴对）在扩散过程中复合发光，这种发射过程主要对应光的自发发射过程。按光输出的位置不同，发光二极管可分为面发射型和边发射型。我们最常用的led是 ingaasp/inp双异质结边发光二极管。发光二极管的发光原理同样可以用pn结的能带结构来解释。制作半导体发光二极管的材料是重掺杂的，热平衡状态下的n区有很多迁移率很高的电子，p区有较多的迁移率较低的空穴。由于pn结阻挡层的限制，在常态下，二者不能发生自然复合，而当给pn结加以正向电压时，沟区导带中的电子则可逃过pn结的势垒进入到p区一侧。于是在pn结附近稍偏于p区一边的地方，处于高能态的电子与空穴相遇时，便产生发光复合。这种发光复合所发出的光属于自发辐射，辐射光的波长决定于材料的禁带宽度eg，即 1.24m;ev/eg 发光二极管具有可靠性较高，室温下连续工作时间长、光功率电流线性度好等显著优点，而且由于此项技术已经发展得比较成熟，所以其价格非常便宜。然而led的发光机理决定了它存在着很多的不足，如输出功率小、发射角大、谱线宽、响应速度低等。因此，在一些需要功率高、调制速率快、单色性好的光源的传感器设计中，就不得不以提高成本为代价，选用其它更高性能的光源。由于不同材料的禁带宽度不同，所以由不同材料制成的发光二极管可发出不同波长的光。另外，有些材料由于组分和掺杂不同2例如，有的具有很复杂的能带结构，相应的还有间接跃迁辐射等，因此有各种各样的发光二极管。根据led的接法不同分为共阴和共阳两类，了解led的这些特性，对编程是很重要的，因为不同类型的数码管，除了它们的硬件电路有差异外，编程方法也是不同的。它们的发光原理是一样的，只是它们的电源极性不同。将多只led的阴极连在一起即为共阴式，而将多只led的阳极连在一起即为共阳式。本设计用的是共阴级式7段数码管。它的发光原理是接高电平是相应的段发光。本设计是通过单片机程序控制数码管发光段，以显示相应数字。如图2.3.1所示。 （a）结构和管脚 (b) 共阴极 (c) 共阳极图2.3.1 （a）结构和管脚 (b) 共阴极 (c) 共阳极n位led显示器有n根位选线和8n根段选线。根据显示方式的不同，位选线和段选线的连接方法有所不同。段选线控制字符选择，位选线控制显示位的亮或暗。2.3.2键盘功能实现对于一台全自动洗衣机而言，控制功能是必不可少的。at89c51有40个引脚，32个外部双向输入/输出（i/o）端口，同时内含2个外中断口，3个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，2个读写口线。如图2.1.1所示，at89c51的引脚可以满足本设计所需要的接口。键盘功能的设计入如图2.3.2所示键盘电路。四个按键的功能分别为设置洗衣的时间、设置洗衣次数、显示状态的切换和开始洗衣。四个按键与四个电阻连在一起，上拉电阻要选择适当。（本设计选用的是1k）每个电阻都分别与4个按键连接。电阻的另一端与+5v直流电源连接。从按键与电阻连接的导线上引出4个导线再分别连到与门的4个输入上。再把与门的4个输入分别接到单片机的p1.4p1.7上按键1连在p1.4口上、按键2连在p1.5口上、按键3连在p1.6口上、按键4连在p1.7口上。具体功能实现如下，当开关没有按下时，由于与门的4个输入都与+5v电源相连接，4个输入都为高电平，输出为高电平，无效。当有按键按下时输出就为低电平，此时有效，单片机处理键盘程序。这样当向cpu请求中断时，cpu通过判断这p1.4p1.7这4个接口就可以知道是哪个按键按下从而处理相应的按键程序。如果单片机判断是p1.4口上的提供的脉冲信号，则是按键1按下的，从而可以处理按键1的相应程序，其他3个按键的原理与按键1相同。这样，按键给单片机提供脉冲信号时，单片机通过判断与按键连接的接口识别是哪个按键作用，再通过处理相应的程序来控制外部电路，从而实现按键的控制功能。图2.3. 2键盘电路2.3.3显示功能的实现方案一：动态显示数码管的动态显示方式是当使用的数码管较多为了简化电路，降低成本是需要使用的显示方式。动态显示就是将所有位的段选线并联再一起，一位一位地轮流点亮各位显示器（位扫描）。在动态显示中各位显示器的段选线并连在一起，由一个位i/o口控制。由于段口公用，在同一时刻，若要各位led能显示所需要的相应的字符，就必须采用动态扫描显示方式，各位的位选线（公共阴极或阳极）分别由相应的i/o口线的不同位控制，分时选通，如图2.3.3所示。例如6位共阴极led显示接口电路。6位段选线皆由一个i/o控制，因此，在每一瞬间，6位led会显示相同的字符，所以就必须选用扫描的方式轮流点亮各位led。图2.3.3动态显示数码与单片机的连接方案二：静态显示：数码管静态显示方式就是当显示器显示某个字符时，相应的的段（发光二极管）发光。直到显示另一个字符为止。例如，7段显示器的a,b,c发光，其余段和小数点截止时显示时间7；当显示字符“8”时，显示器的a,b,c,d,e,f,g发光，dp段恒定截止。led显示器工作与静态方式时，各位的共阴极接地，若位共阳极时，公共端接+5v电压。每位的段选线分别与8个位锁存器输出口相连，显示器中的各位是独立的，而且各位的显示字符一经确定，相应锁存器的输出将维持不变，单片机只需把要显示的字形代码发送到接口电路，就不用再管它了，直到要显示新的数据时，再发送新的字形码。它的优点是编程容易编程，显示稳定，cpu的效率较高的优点。缺点是这种连接方式的每一个显示器都要占用一个单独的具有锁存功能的i/o端口。当显示位数较多时单片机中i/o 口的开销很大，需要提供的i/o接口电路也较复杂。由于设计中只使用了两位数码管，所以设计中使用的是静态显示方式，现实部分是由两个数码管表示的，个位连在p1口上 十位连在p2口上由单片机控制，可以表示洗衣时间和洗衣状态。如图2.3.4和2.3.5所示显示部分的连接图。图2.3.6十位数码管连接图图2.3.7个位数码管连接图2.3.4状态显示及报警电路指示灯是通过74ls138译码器与at89c51连接的，74ls138为3-8线译码器，选用它可解决cpu i/o线数量的不足，设计中洗衣机有6种不同的状态，分别为初始状态、进水状态、排水状态、洗状态涤、再洗状态和漂洗状态、洗衣结束状态。如图2.3.8所示为状态显示及报警电路的连接图。图2.3.8状态显示电路的连接图2.4控制部分的设计与实现2.4.1继电器的应用一 继电器的定义继电器是一种当输入量（电、磁、声、光、热）达到一定值时，输出量将发生跳跃式变化的自动控制器件。二 继电器的继电特性3图2.4.1电磁继电器的工作特性继电器的输入信号x从零连续增加达到衔铁开始吸合时的动作值xx,继电器的输出信号立刻从y=0跳跃到y=ym,即常开触点从断到通。一旦触点闭合，输入量x继续增大，输出信号y将不再起变化。当输入量x从某一大于xx值下降到xf,继电器开始释放，常开触点断开把继电器的这种特性叫做继电特性，也叫继电器的输入-输出特性。释放值xf与动作值xx的比值叫做反馈系数，即kf= xf /xx触点上输出的控制功率pc与线圈吸收的最小功率p0之比叫做继电器的控制系数，即kc=pc/p。如图 2.4.1.1所示继电器的工作特性。继电器有很多的分类方法，可以按作用原理、外形尺寸、保护特征、触点负载、产品用途等分类。只介绍一下按作用原理分，电磁继电器，固态继电器，时间继电器，温度继电器，风速继电器，加速度继电器，及其它类型的继电器。本设计用的是直流继电器。为了保证继电器正常工作，继电器常常需要有附加电路。在本设计中继电器与稳压二极管并联，所以要介绍一下稳压二极管的工作原理。由于当流经继电器线圈的电流突然减少的瞬间，在它的两端会感应出一个电动势。它与原电源电压叠加后加在输出晶体管的c,e间，使c,e之间有可能击穿。为了消除这个感应电动势的有害影响，在继电器旁边并联一只二极管，以吸收该电动势，起到保护作用。 稳压电路的作用是稳定工作电压，电子电路中主要采用直流稳压电路，它的作用是稳定直流工作电压。图中是二极管构成的直流稳压电路。利用二极管导通后的管压降基本不变的特性，可以构成简易的直流稳压电路。如果电路中没有三只二极管vd1，vd2和vd3接入电路，当直流工作电压+v大小波动时，通过电阻r1会使电路中的a点直流电压随之发生大小变化，加入三只二极管的目的是稳定电路中的a点直流电压。如图2.4.2所示直流电压+v通过电阻r1加到这三只串联的二极管上，给三只二极管加上正向偏置电压，由于直流工作电压+v比较高，所以三只二极管处于导通状态，三只串联二极管的管压降之和基本不变。这样，直流工作电压+v大小变化时，电路中的a点电压保持不变。电路中的r1的作用有两个：一是限制流过三只二极管的电流，防止流过二极管的电流太大而烧坏二极管；二是直流电压+v大小波动时，其电压的波动量只要降在电阻r1上，使电路中a点的直流电压比较稳定。如图所示电路可以说明限流电阻r1的作用。由于三只二极管上的电压压降不变，当直流电压+v增大时，其电压的增大量必须降在电阻r1上；当直流电压+v减小时，其电压的减小量必须通过电阻r1上的电压降低来完成4。图2.4. 2 稳压电路原理图2.4.2直流电机的应用直流电动机由电动机主体和驱动器组成，电动机的转子上粘有已充磁的永磁体，为了检测电动机转子的极性，在电动机内装有位置传感器。驱动器由功率电子器件和集成电路等构成，其功能是：接受电动机的启动、停止、制动信号，以控制电动机的启动、停止和制动；接受位置传感器信号和正反转信号，用来控制逆变桥各功率管的通断，产生连续转矩；接受速度指令和速度反馈信号，用来控制和调整转速；提供保护和显示等等。如图2.4.3所示直流电机原理图，图2.4.3直流电机原理图主电路是一个典型的电压型交-直-交电路，逆变器提供等幅等频5-26khz调制波的对称交变矩形波。永磁体n-s交替交换，使位置传感器产生相位差120的u、v、w方波，结合正/反转信号产生有效的三状态编码信号：00，01，10使电机实现正转，反转，停止5。2.4.3电动机功能的实现方案一：继电器控制电极工作，这是本设计使用的方法。定时器设定两极定时，一是总洗涤过程的定时，二是在总洗涤过程又包含电机的正转、反转和暂停三种定时，并且这三种定时是反复循环直至所设定的总定时间到为止。依据上述要求，可画出总定时t和电机驱动信号z1 、z2的工作波形如图2.4.4所示。这种设计简单，并且容易检查电路。总定时时间在0-20min（分）以内设定一个数值后t为高电平1。然后用倒计时方法每分钟减1直至t变为零。在此期间、若z1=z2=1，实现正转；若z1=z2=0，实现暂停；若z1=1 z2=0，实现反转。定时可采用单稳态电路实现定时，又可将定时初值预置到计数器中，使计数器运行在减计数状态，当减到全零时，则定时时间到。图2.4.3.3所示的电路原理框图就是采用这种方法实现的。由秒脉冲发生器产生的时钟信号经60分频后，得到分脉冲信号。洗涤定时时间的初值先通过拨盘或数码开关设置到洗涤时间计数器中，每当分脉冲到来计数器减1，直至减到定时时间到为止。运行中间，剩余时间经译码后在数码管上进行显示。由于z1和z2的定时长度可分解为10s的倍数，有秒脉冲到分脉冲变换的60进制计数器的状态中可以找到z1、z2定时的信号，经译码后得到如波形z1、z2所示的信号。这两个信号以及定时信号t经控制门输出后，得到推动电机的工作信号。图 2.4.4定时器信号时序图 z1 z2k1k2电机0 0不动作不动作停止1 0动 作不动作反转0 1不动作动 作停止图2.4.5逻辑图表电路设计图为图2.4.6继电器控制衣机电机原理电路。使用这钟方法操作简单，易于检查电路。2.4.6图衣机电机原理电路方案二：桥式电路控制电机工作，原理图为图2.4.7，图2.4.7桥式电路a与a相连接b与b相连，当a为高电平b为低电平时由图可知电机电流由正向流过，电机正传，当b为高电平a为低电平时，电机电流从反向流过，电机反转。当a，b全为低电平时。电机不转动。当a，b全为高电平时这种情况不能出现6。2.5 进水与排水功能的实现2.5.1 电磁阀的工作原理进水电磁阀是保证洗衣机正常工作的关键部件，它通过接受程控器的指令和水位开关的反馈信号控制洗衣过程中的进出水动作。 进水电磁阀的结构形式多种多样,根据在不同功能洗衣机上的工作要求,可分为单头、双头和多头。单头电磁阀多用于普通型滚筒洗衣机;双头和多头主要用于具有烘干功能的洗衣机。电磁阀是用来控制流体的自动化基础元件，属于执行器；并不限于液压，气动。电磁阀用于控制液压流动方向，本设计所用的先导式电磁阀其工作原理为：通电时，电磁力把先导孔打开，上腔室压力迅速下降，在关闭件周围形成上低下高的压差，推动关闭件向上移动，阀门打开；断电时，弹簧力把先导孔关闭，入口压力通过旁通孔迅速进入上腔室在关阀件周围形成下低上高的压差，推动关闭件向下移动，关闭阀门。2.5.2 水位开关的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。 如图2.5.1所示，正常情况下，单片机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达到一定值，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。在洗衣机排2.5.1水位开关原理图7水后，水位退到一定高度时，由于弹簧力作用，水位图开关橡胶密封圈复原，而使两触点断开，给单片机一个动作信号，过一段排水时间后，单片机就控制电机运转，开始脱水。2.5.3功能实现设计中的进水与排水功能主要由进水电磁阀和水位开关等功能实现。如图2.5.3.1所示。图2.5.2进水与排水工作原理图洗衣机工作时，向洗衣筒内进水，进水电磁阀受控通电而开启进水阀，开始进水，随着水位的上升，气压通过连通器传到水位开关气室克服压力弹簧的作用使橡皮膜和塑料盘上移。当进水达到所设定水位时，触点开关动簧片上的公共触点与常闭触点分开，与常开触点连通。水位开关动作，这样可以给单片机提供一个水满脉冲信号，程序控制单片机使进水电磁阀断电停止工作。洗衣机开始洗衣。洗衣结束后打开电磁阀开始排水，水排空后，水位传感器自动向单片机发送一个脉冲信号，单片机接收到脉冲信号后，由程序执行关闭电磁阀的工作。排水结束。3软件功能的实现8开始时数码管显示的是默认的洗衣次数，此时可以通过按键对数码管进行加或减的操作来设置洗衣次数。还可以查看默认的洗衣时间，并对默认的洗衣时间进行设置，第四个按键调用洗衣子程序如图3.1所示洗衣软件流程。图3.1洗衣软件流程4电路调试在搭建硬件电路时需要对元气件进行检测，元气件未损坏才能保证电路正常工作，所以连接电路之前必须对元气件进行检测。4.1 普通发光二极管的检测普通发光二极管的好坏和检测一般二极管相似，只是由于发光管的导通电压大于1.5v，用一般万用表欧姆挡时（电表内电池多为1.5v），二极管正、反电阻均很大，因为1.5v的电表电池不会让发光管导通，因而无法检测发光管好坏和鉴别正、负极电极。方法之一是用万用表r*10k挡（这时万用表内电池多为6v或9v）进行测量。发光时为二极管正向，红表笔接发光管负极，黑表笔接二极管正极（新的普通发光二极管，长管脚为发光管正极，短脚为负极）。若万用表上无r*10k挡。可以用r*10k、 r*100k或r*1k挡再串一个1.5v电池。用万用表检测普通发光二极管的方法如图所示。这样一接，万用表笔两端的电压就达到了3v完全可以点亮了发光管。但上述方法不可以用万用表的r*1k挡，因为打在r*1k挡时，万用表内串接电阻很小，在r*1k挡再串外接电池可以使通过二极管的正向电流达到100ma，很容易烧坏发光二极管。因为普通发光是属于电流控制型半导体器件，也不可以用电池（或电源）去直接点亮，点亮时一定要在电源上串接电阻，用以限流。 图4.1.1发光二极管的检测4.2 led管的检测在没有专用测.仪表的情况下，可以用万用表方便地检测led数码管，以确定是共阴极的还是共阳极的，以及各管脚相对应的笔划。测试时，用万用表的r10k挡，或用r100k挡，再串接1.5v干电池。用万用表判别led电极的方法如图所示，将黑表笔被测管1脚，然后用红表笔去接触各个管脚，例如接到9脚时，数码管a笔段发出很弱的光，同时表针大幅度摆动（一般为30k）而触及其他管脚不发光，表针也不动，则被测管为共阴极管，9脚为公共阴极，1脚为a笔划引出端。当然这种方法有时需要耐心反复交换表笔及管脚，才可以确定出是共阴极不是共阳极，找到共用电极后，将相应表笔接共用电极，另一表笔依次去接触各个电极就可以找到led各笔划段的电极了9。 图4.2.1 led的检测4.3 水位开关的检测检测水位开关可以根据以下方法进行：首先，选择洗涤程序，看水位到选定高度后，进水阀是否停止进水，波轮有没有转动。若有，说明水位开关是正常的，若没有转动，还在进水，这时就需要检查导气管，有没有漏气现象发生，如果有，就需查明原因修复；如果没有，说明水位开关不正常，可按以下方法检查维修：（1）打开控制座，检查水位开关上的插片与控制导线的插头有没有松脱，而使接触不良，若松脱，只需把插头与插片插牢即可；（2）切断电源，拔下控制导线插头，用万用表电阻档测量水位开关两插片间的电阻值，来判断是否导通，导通是正常的，若不导通，说明此水位开关不正常，再检查是否由于长期使用或本身材质问题，而使水位开关橡胶密封圈破损漏气，若是，就需更换新的水位开关，再检查一下水位开关控制弹簧是否正常，如果弹簧力太大，会使橡胶密封圈运动受阻，而不能动作，此时，可以调整其上的调，节螺钉，使其处于正确位置即可。检查是否由于水位开关其他零件损坏而引起的，如果已损坏，就需要更换新的水位开关。其次，选择脱水程度，看水排完后，洗涤脱水桶是否运转，若运转，说明是正常的，若没有运转，就有可能是水位开关出故障，两插片触点处于常通状态，这样就需要检查维修或更换水位开关。 对于机械式全自动洗衣机的水位开关，有3个插片，分2组。在自由状态，一组导通而另一组断开。当受气压橡胶密封困动作后，导通的一组断开，断开的一组导通。4.4 电磁继电器的测试（1）测接点电阻。用万用表的r1k挡，先测试常闭静接点与动点间的电阻，阻值应为零；而常开静接点与动点间的阻值应为无穷大。然后按下衔铁，这时常开接点闭合，动点与常开静点间阻值应为零；而常闭接点断开，动点与常闭静接点间阻值应为无穷大。如果动、静接点切换不正常，可以轻轻拨动相应的簧片，使其充分闭合或打开。如果接点闭合后接触电阻极大，看上去接点已熔化，那么这个继电器就不能再用了。如果接点闭合后接触电阻较小，而且不稳定，看上去接点完整，只是表面发黑。可在接点空载时，使继电器吸合、释放几次。因为继电器的接点在闭合时，实际上是先靠上，然后有一个稍稍移动、紧贴的过程。如果用上述办法还不能凑效，那么可用细纱纸檫清接点表面，使接点接触良好。（2）测线圈电阻。万用表拨至r1k挡，检测继电器线圈电阻，应无开路现象。测定吸合电压和吸合电流。按图6.7连接好待测继电器。调稳压电源的电压从低逐渐升高，当听到衔铁“嗒”一声吸合时，记下吸合电压和电流值。然后。吸合电压和电流不是和固定的，多做几次就会发现，每次得到的吸合电压和电流值略有不同。但大体上是在某一数值附近。例如型号“jzc-21f/006-1h”的继电器的吸合电压在4.5v左右。一般额定工作电压是吸合工作电压的1.3-1.5倍。（3）测定释放电压和释放电流。紧接上述的测试，继电器产生吸合动作以后，再渐渐降低线圈两端的电压，这时电流表上的读数是慢慢减小的。减到一定程度，原来吸合的衔铁慢慢释放了，记下释放电压和电流值。一般继电器的释放电压大概是吸合电压的10%-50%。如果一只继电器的释放电压小于1/10吸合电压，这只继电器就不能再用了。因为，这种继电器工作不可靠，可能在断电之后，衔铁仍吸住不放。这种情况在所有使用继电器的场合都是不允许的。5 结果分析与功能改进整体电路设计好后，电路仍然可能不正常工作，这就需要对电路系统进行系统调试，电路出现的问题有硬件不执行程序，数码管不显示，继电器不工作，电机不转动。遇到的问题及解决途径：单片机不执行程序，误认为ale端悬空时，为高电平，经过测试为低电平，接上高电平时，数码管和指示灯有显示。数码管显示的段码很乱，不能正确显示数字，由于仿真时单片机的管脚与实际中有出入，所以数码管没能显示正确的数字而是有规律的乱码。按正确的管脚顺序接线，就能显示正确的数字。数码管的亮度很低，影响显示效果，由于p0口没有上拉电阻，驱动力不足，在实际中要加上拉电阻。本实验中用74ls244来进行驱动。继电器不工作是因为驱动部分的三极管选择不合理。应该根据继电器的型号选择相应的三极管。改进：1进水，排水故障检测，在进水时启动定时器在规定的时间内仍没有监测到水满或水空，则可能是金水或排水有故障，进行报警提示。2. 在脱水前，要检测脱水桶的盖子是否盖上，如果没有盖紧，则不启动电动机脱水，直到盖子盖紧。3. 用户可以根据实际需要能选择不同的洗衣模式，如强洗，弱洗，标准等。致 谢首先非常感谢我的指导老师朱老师，在我完成设计的过程中，朱老老师对我细心的教导，在我的硬件设计中给了我很多的帮助，朱老师严谨的治学风范、渊博的知识、永不松懈的求学精神都给我留下了深刻的印象，在此向他表示我深深的谢意，还要感谢熊老师，在我遇到问题是，请教熊老师的时候，熊老师耐心的给我讲解，并且给了我很多提示，还要感谢我的同组同学王建波同学，他不但完成了软件程序的设计，并且在我遇到硬件问题时帮助我调试硬件。还要感谢高频实验室给我提供了一个平台能够让我顺利完成实验。还有系上的领导对我们的关心和帮助。还要感谢所有在我的大学学习和生活中给予我帮助的老师和同学，是你们的帮助教会了我很多东西，包括做人和做学问。参考文献1 王晓明. 电动机的单片机控制.北京：北京航空航天大学出版社，2006：16-18 2 丁元杰. 单片微机原理及应用.机械工业出版社，2002 6：5658 3 李春茂. 电工技术. 科学技术文献，2003 2 .1564 邹逢兴. 集成模拟电子技术. 电子工业出版社，2006 11：2132185 肖晓萍. 电子测量与仪器. 东南大学出版社，2000 3：2128 . 6 richard r.spencer、mohammed s.ghausi. 电子电路设计基础. 电子工业出版社，2005 10：126153.7 santhosh vasudevan.washing machine motor controller. electronics for you .september 2003 10：453-4568vincent mignard.mcu-based development kit for design of washing machines.motor control for white goods .april 2003 10：453-456 .9atmel corporation at89c51 8-bit microcontroller with 4k bytes flash 2003 9：90-93附录a英文文献：a washing machine is a machine designed to clean laundry, such as clothing, towels and sheets. the term is mostly applied only to machines that use water as the primary cleaning solution, as opposed to dry cleaning (which uses alternative cleaning fluids, and is generally performed by specialist businesses) or even ultrasonic cleaners.all washing machines work by using mechanical energy, thermal energy, and chemical action. mechanical energy is imparted to the clothes load by the rotation of the agitator in top loaders, or by the tumbling action of the drum in front loaders. thermal energy is supplied by the temperature of the wash bath. clothes washing historyclothing has been hand-washed for thousands of years, by flushing water through the fabric to remove loose dirt, rubbing with soap to remove oils and stains, and applying fragrances to cover odors. for particularly dirty clothing caked with mud or dirt, it was necessary to constantly rub and flex the cloth to break apart solids and help the soap penetrate through thick, dry, or sticky layers of soil on the cloth. at first this was done by pounding or rubbing the clothing with rocks in a river, and later developed into the corrugated wash board. in roman times a fuller would whiten clothing by stomping on it in a bucket full of fermented urine.washing machine technology was initially developed as a way to reduce the physical drudgery of this laborious scrubbing and rubbing process, by providing a open basin or sealed container with paddles or fingers to automatically agitate the clothing. the earliest machines were often hand-operated but were built with the belief that the machine itself was faster and easier to operate than washing the clothing by hand directly. because electricity was not commonly available until at least 1930, these early machines were often operated by a low-speed single-cylinder hit and miss gasoline engine.because water usually had to be heated on a fire for washing, the warm soapy water was precious and would be reused over and over, first to wash the least soiled clothing, then to wash progressively dirtier clothing. the load of soaking wet clothing would be removed, and another load of dirty clothes added to the machine. while the earliest machines were constructed entirely from wood, later machines made of metal permitted a fire to burn below the washtub, to keep the water warm throughout the days washing.removal of soap and water from the clothing after washing was originally a separate process. the soaking wet clothing would be formed into a roll and twisted by hand to extract water. to help reduce this labor, the wringer/mangle was developed, which uses two rollers under spring tension to sqeeze water out of the clothing. each piece of clothing would be fed through the wring