洗衣机控制系统设计开题报告.doc

淮 阴 工 学 院毕业设计(论文)开题报告学 生 姓 名：学 号：专 业：测控技术与仪器设计(论文)题目：洗衣机控制系统设计硬件设计指 导 教 师:2014年2月20日 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告1结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写2000字左右的文献综述文 献 综 述1 研究的背景洗衣机是人们日常生活中常见的一种家电，已经成为人们生活中不可缺少的家用电器。在工业生产中应用也十分广泛。但是传统的基于继电器的控制，已经不能满足人们对洗衣机的自动化程度的要求了。洗衣机需要更好地满足人们的需求，必须借助于自动化技术的发展。而随着单片机技术的发展，用单片机来作为控制器，就能很好地满足洗衣机对自动化的要求，并且控制方式灵活多样，控制模式可以根据不同场合的应用而有所不同。自动化技术的飞速发展使得洗衣机由初始的半自动式洗衣机发展到现在的全自动洗衣机，又正在向智能化洗衣机方向发展1。 单片机又称微控制器,或称嵌入式控制器。而现在的智能家电无一例外是采用微控制器来实现的，所以家用电器是单片机应用最多的领域之一。它是家用电器实现智能化的心脏和大脑。由于家用电器体积小，故要求其控制器体积更小以便能嵌入其结构之中。而家用电器品种多，功能差异也大,所以又要求其控制器有灵活的控制功能单片机以体积小、功能全、价格低廉、开发方便的优势得到了许多电子系统设计者的青睐。它适合于实时控制，可构成工业控制器、智能仪表、智能接口、智能武器装置以及通用测控单元等2，完全可以满足家用电器的需求。 单片机在日常家电中的应用比较广泛。洗衣机智能控制系统就是一种以单片机为控制核心的系统，它把以往对洗衣机的烦琐的操作变得简单化，不但其机器性能显著提高，还增加了难以实现的功能，同时也提高了控制的精确度，硬件与软件相互配合实现洗衣工作的智能化和自动化3。2 洗衣机国内外的发展趋势及其分类2.1 洗衣机的发展 1858年，一个叫汉密尔顿史密斯的美国人在匹茨堡制成了世界上第一台洗衣机。该洗衣机的主件是一只圆桶，桶内装有一根带有桨状叶子的直轴。轴是通过摇动和它相连的曲柄转动的。同年史密斯取得了这台洗衣机的专利权。但这台洗衣机使用费力，且毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告损伤衣服，因而没被广泛使用，但这却标志了用机器洗衣的开端。次年在德国出现了一种用捣衣杵作为搅拌器的洗衣机，当捣衣杵上下运动时，装有弹簧的木钉便连续作用于衣服。19世纪末期的洗衣机已发展到一只用手柄转动的八角形洗衣缸，洗衣时缸内放入热肥皂水，衣服洗净后，由轧液装置把衣服挤干。1874年,“手洗时代”受到了前所未有的挑战，美国人比尔布莱克斯发明了木制手摇洗衣机。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。经历了上百年的发展改进，现代蒸汽洗衣机较早期有了无与伦与的提高，但原理是相同的。现代蒸汽洗衣机的功能包括蒸汽洗涤和蒸汽烘干，采用了智能水循环系统，可将高浓度洗涤液与高温蒸气同时对衣物进行双重喷淋，贯穿全部洗涤过程，实现了全球独创性的“蒸汽洗”全新洗涤方式。与普通滚筒洗衣机在洗涤时需要加热整个滚筒的水不同，蒸汽洗涤是以深层清洁衣物为目的，当少量的水进入蒸汽发生盒并转化为蒸汽后，通过高温喷射分解衣物污渍。蒸汽洗涤快速、彻底，只需要少量的水，同时可节约时间。对于放在衣柜很长时间产生褶皱、异味的冬季衣物，能让其自然舒展，抚平褶皱。“蒸汽烘干”的工作原理则是把恒定的蒸汽喷洒在衣物上，将衣物舒展开之后，再进行恒温冷凝式烘干。通过这种方式，厚重衣物不仅干得更快，并且具有舒展和熨烫的效果。 蒸汽洗衣机之后，水力洗衣机、内燃机洗衣机也相继出现。水力洗衣机包括洗衣筒、动力源和与船相连接的连接件，洗衣机上设有进、出水孔，洗衣机外壳上设有动力源，洗衣筒上设有衣物进口孔，其进口上设有密封盖，洗衣机通过连接件与船相连。它无需任何电力，只需自然的河流水力就能洗涤衣物，解脱了船民在船上洗涤衣物的烦恼，节约时间，减轻家务劳动强度。1910年，美国的费希尔在芝加哥试制成功世界上第一台电动洗衣机。电动洗衣机的问世，标志的人类电动家务劳动自动化的开端。 1922年，美国玛塔依格公司改造了洗衣机的洗涤结构，把拖动式改为搅拌式，使洗衣机的结构固定下来，这也就是第一台搅拌式洗衣机的诞生。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。毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告 1932年，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！第一台自动洗衣机于1937年问世。这是一种前置式自动洗衣机。靠一根水平的轴带动的缸可容纳4000克衣服。衣服在注满水的缸内不停地上下翻滚，使之去污除垢。到了40年代便出现了现代的“上置”式自动洗衣机。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。60年代的日本出现了带干桶的双桶洗衣机，人们称之为“半自动型洗衣机”。70年代，生产出波轮式套桶全自动洗衣机。70年代后期，以电脑（实际上微处理器）控制的全自动洗衣机在日本问世，开创了洗衣机发展史的新阶段。80年代，“模糊控制”的应用使得洗衣机操作更简便，功能更完备，洗衣程序更随人意，外观造型更为时尚。 90年代，由于电机调速技术的提高，洗衣机实现了宽范围的转速变换与调节，诞生了许多新水流洗衣机。此后，随着电机驱动技术的发展与提高，日本生产出了电机直接驱动式洗衣机，省去了齿轮传动和变速机构，引发了洗衣机驱动方式的巨大革命。 之后，随着科技的进一步发展，滚筒洗衣机已经成了大家耳濡目染的产品4。2.2 洗衣机的种类1、波轮式洗衣机：这种洗衣机的主要优点是洗涤时间短，洗净度较高，水位可调，品种多，适宜于洗涤棉、麻、纤和混纺等织物。缺点是易使衣物缠绕，影响洗净的均匀性，磨损率也较高。新颖的大波轮、新水流洗衣机，其性能有明显的改善。2、滚筒式洗衣机：其优点是洗涤动作比较柔和，对衣物的磨损小，用水量和洗涤剂都比较省，适合洗涤毛料织物。但机器结构复杂，洗净度低，耗电量大，售价较高。3、搅拌式洗衣机：这种洗衣机好似手工洗涤的揉搓，衣物受力均匀，衣物磨损小，洗涤容量大。缺点是洗涤时间长，结构比较复杂，售价高。4、喷流式洗衣机：其特点是洗涤时间短，污垢容易洗掉，机器结构简单，故障较少。但由洗涤不均，对衣物损伤较重，洗涤时洗涤液容易飞溅5。 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告 目前我国洗衣机制造业主要生产波轮式和滚筒式两种机型的洗衣机，这两种机型的洗衣机其洗涤方式与人工洗涤完全不同。波轮式洗衣机在洗涤衣物时衣物全部浸于液面下，波轮运动所产生的旋流形成旋流悬浮运动促使洗涤液冲刷衣物并在衣物与衣物、衣物与桶壁之间产生冲击和摩擦，最终实现对衣物的洗涤功能。滚筒式洗衣机在洗涤衣物时衣物小部分在空气中, 而大部分在液体内。洗涤时滚筒旋转一边促使衣物升高, 一边产生滚动运动，衣物与液体在周期性的升高、滚动降落过程中产生冲击、冲刷及摩擦, 由此实现衣物的洗涤功能。人工洗涤时, 衣物全部处在水面以上的空气介质中，洗涤以挤压摩擦为主，其他方式为辅的有效快捷的方式进行。对这三种具有代表性的洗涤方法的深入研究，特别是全面考察各种洗涤模式客观存在的规律及优缺点，并对此加以对比、提炼、总结,将有利于寻求对原机型的改进方案，有利于为创建新的洗涤模式提供更科学的依据6。3 课题研究的方向洗衣机的洗涤原理是由模拟人工洗涤衣物发展而来的，即通过翻滚、摩擦、水的冲刷等机械作用以及洗涤剂的表面活化作用，将附着在衣物上的污垢除掉，以达到洗净衣物的目的。 本设计在设计洗衣机的控制系统时，洗衣机通过控制系统设定洗衣程序，在内桶自动完成注水、洗涤、漂洗、浸泡、排水和脱水全过程。洗衣时，控制系统打开进水电磁阀，开始注水；当洗涤脱水桶内的水位达到系统设定值时，水位检测器向单片机发送一个低电平，通知控制系统关闭进水电磁阀，同时启动电机洗衣。电机在系统的控制下进行正转、停、反转，通过传动机构带动波轮执行洗涤程序；当洗涤时间终了，控制系统切断电机电路，打开排水电磁阀，开始排水；然后再次注水，洗衣机进入漂洗状态，完成漂洗程序，再注水进行浸泡；浸泡完，开始排水，同时，排水电磁铁的动作带动减速离合器制动臂，制动带松开，为脱水程序作好准备；排水结束后，系统控制电机单方向高速运转，完成脱水程序；当脱水程序终了，系统控制排水电磁铁和电机断电，排水阀和减速离合器的制动臂复位，同时蜂鸣器奏响音乐，通知用户整个洗衣程序结束7。本设计要实现的功能有： 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告（1）用户参数的输入：用户根据衣物的数量和质地确定洗涤时间、漂洗次数、脱水时间，然后通过按键输入具体的参数。（2）参数和时间的显示：灵活地运用数码显示管会带来许多方便，它可以用来显示用户实时所处的洗衣功能状态以及所剩时间。（3）实时控制的实现：单片机在获取了用户输入的参数后，对其进行分析处理，然后按照计算结果对洗衣过程进行实时控制。（4）水位检测的实现：水位的高低影响着整个洗衣过程的进行，因此需要水位检测器将水位的变化发送给单片机，单片机根据水位的情况确定下一步应该做什么。（5）洗衣过程的实现：一般的洗衣过程包括注水、洗涤、漂洗、排水和脱水这些步骤。在洗衣过程中，系统主要控制进水电磁阀、排水电磁阀的打开和关闭，电机的正转、反转和停止。 （6）洗衣完毕的通知：当洗衣过程结束后，蜂鸣器就报警通知用户洗衣完毕。参考文献1 曾璐,李明.基于AT89C52单片机的洗衣机智能控制系统J.家电科技, 2007.(02)2 王琰.基于MCS-51单片机的洗衣机控制系统设计J自动化与仪器仪表, 2008,(04) .3 赵旭,赵慎严.波轮式洗衣机洗涤模式与优缺点的研究J.西北轻工业学院学报,2001,1：70-73 4 向骞.全自动洗衣机原理与维修M.福建：福建科学技术出版社,2000.6.5 李华.MCS-51系列单片机实用接口技术.2001年5月，第一版，人民邮电出版社，6485 鲁建国.曹敏.GB/T 4288-2003家用电动洗衣机的修订与我国洗衣机的发展J. 家电科技,2003(7)：75-786 姜宝港.智能家用电器原理与维修M.北京：机械工业出版社,2002.5. 7 曾璐,李明.基于AT89C52单片机的洗衣机智能控制系统J. 家电科技, 2007,(02)毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告2本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）2.1 总体方案本设计以MCS-51单片机为核心，设计由电源、数字控制电路和机械控制电路三大模块构成的控制系统，实现对洗衣机整个洗衣过程的控制。洗衣过程主要包括洗涤过程、漂洗过程、脱水过程。根据洗衣过程的要求，硬件电路设计需要考虑水流强度的问题、洗涤、漂洗、脱水时间设定长短的问题、工作时间或剩余时间的显示、工作过程中的暂停、启动、复位、洗完后的报警等问题。根据设计要求，其基本系统组成框图如2.1所示。采用51系列单片机作为控制核心，主要包括电源部分、功能设置及控制电路、洗衣机状态显示及输出控制电路。主要组成部件有：单片机、74LS138译码器、指示灯、LED显示器、电动机、蜂鸣器、电磁阀以及按键等。根据洗衣机的基本功能，硬件电路设计需要考虑洗衣机的进水、洗涤、漂洗、脱水等问题，及时间设定长短、工作时间或剩余时间的显示、工