毕业设计（论文）-基于单片机的投币式洗衣机控制系统设计.doc

2015届本科生毕业设计 分类号：题 目: 基于单片机的投币式洗衣机控制系统设计作 者 姓 名： 学 号： 学 院： 机械与电子工程学院 专 业： 电子信息工程 指导教师姓名： 指导教师职称： 助 教（硕士）工程师 2015年5月1日摘 要自投币式洗衣机诞生以来，由于电路控制系统不断更新换代，其中采用单片机（Microcontrollers）作为控制核心使得投币式洗衣机体现的更加自动、智能。本设计介绍了单片机系统的基本工作原理和设计办法。通过对洗衣机的工作原理分析，掌握洗衣机控制系统的基本运作要求，然后采用AT89C51作为核心进行全自动投币式洗衣机控制系统的设计，设计主要包括电机驱动单元、控制单元以及显示单元等，模拟实现了洗衣机的脱水、漂洗等全自动功能。关键词：单片机； 投币式洗衣机； AT89C51ABSTRACTSince the birth of coin laundry, since the circuit control system upgrading, which SCM (Microcontrollers) as the control center makes coin laundry automatically appear more intelligent. This design introduces the basic principle and design approaches MCU System. Through analysis of the washing machine works, washing machine master control systems basic operational requirements, then using AT89C51 as the core of automatic coin-operated washing machine control system design, design includes motor drive unit, control unit and a display unit or the like, an analog implementation a washing machine dehydration, rinsing, automatic feature.Key words：MCU; Coin laundry; AT89C51目 录绪 论11 系统总体设计21.1 总体设计方案21.2 系统框图22 系统硬件电路设计32.1电路原理设计32.1.1电源电路设计62.1.2蜂鸣驱动电路72.2 投币单元设计72.3显示电路设计82.4电机驱动单元设计103 系统软件设计113.1软件流程解析113.2 程序流程图113.3 系统子程序设计113.3.1 脱水程序设计113.3.3漂洗程序设计123.3.4脱水程序设计133.4 软件调试134 仿真结果14总 结15参考文献16附 录17致 谢19本科生毕业设计 基于单片机的投币式洗衣机控制系统设计绪 论至今为止，洗衣服依旧是一项难以逃避的家务劳动，在洗衣机出现以前，给许多人留下的印象就是手搓、棒击、甩打、拧干等等这些循环的简单的体力劳动，留给人的感受常常是：辛苦。自洗衣机问世以来，人们的负担得到了大大减轻，节省了很多宝贵的时间和精力。当然随着时代的进步洗衣机也在不断推陈出新：从木制手摇洗衣机到如今的电动洗衣机，由手工洗衣到今天的全自动化洗衣。而今方便、快捷、全自动的洗衣服务已来到我们身边，且受到越来越多的广大消费者的认可和推崇。随着商业化加深，洗衣机开始朝着各种不同的方向发展，高质耐用、操作简单、完全自动化、减少管理成本已成为行业的迫切需求的机型，投币洗衣机应时而生。 为保证其在公共场所的长期正常使用投币式洗衣机采用高品质的电机、减速器以及更耐腐蚀的材料。更重要的是这种洗衣机配备有投币箱，由投币系统自动控制洗衣机的运行，操作简单，无人值守，极大的降低了管理成本，成为公共场所（学校、工厂、酒店等）洗衣机的首选。投币式洗衣机由投币系统和洗衣机两大部分组成，投币系统又包含投币箱、投币控制电路。使用洗衣机时由投币箱识别和反馈投币信息，由投币控制电路处理洗衣机后续运作。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。投币式洗衣机的特点: (1) 采用防鼠底盖设计使用安全；特设的调整底部结构，是产品洗衣过程更安全更平稳；通过机箱分离，使得水电分离，使用更安全。(2) 揭盖即停(3) 全四防:采用防水，防潮，防雷，防震，使机器安全性得到进一步提高。(4) 洗衣时间:洗衣程序经过缜密设计，删除冗余程序步骤，增加洗衣时间，使洗涤效率大大提高，使用户满意。191 系统总体方案论证1.1 总体设计方案本设计采用简单明了的设计方案，通过投币系统和洗衣机组成工作模块，通过投币数目经由8位串行AD转换器TLC549输入到AT89C51芯片，再由I/O控制直流电机工作及数码管的显示。以实现全自动、自助式洗衣。系统设计步骤：1、根据设计要求，确立设计方案。2、利用Altim Designer 绘制合理的硬件原理图。3、确立程序结构图，编写主程序以及子程序并运用PROTEUS进行在线仿真调试。4、刻画PCB板块并焊接元器件，烧写程序到主芯片。5、实物调试。1.2 系统框图单片机以体积小、功能全，价格低廉、开发方便等优势得到了很多电子设计者的钟爱，它适用于投币式洗衣机的实时控制。本设计以MCS51单片机芯片AT89C51为核心设计投币式洗衣机控制系统。本系统实现了对洗衣机整个洗衣过程的控制。包括洗衣、脱水排水和结束等阶段。总体电路应该完成三大部分电路：1、控制电路，2、电机驱动电路，3显示电路。单片机采用AT89C51，根据内部特性，完全能满足功能需求；下面为电路组成框图，如图1所示。投币单元单片机控制单元电机驱动单元显示单元图1 系统框图2 系统硬件电路设计一个单片机应用系统的硬件电路设计包含两部分内容：一是系统扩展，即单片机内部的功能单元，如ROM、RAM、I/O、定时器/计数器、中断系统等不能满足应用系统的要求时，必须在片外进行扩展，选择适当的芯片，设计相应的电路；二是系统的配置，即按照系统功能要求配置外围设备，如键盘、显示器、A/D、D/A转换器等。本设计将着重介绍洗衣机各单元电路的原理设计。2.1电路原理设计图2 电机驱动单元洗衣机控制器各单元功能电路是一系列相对独立的模块，各个模块在单片机的控制下完成各种功能。本设计分为电机驱动单元、控制单元和显示单元三个单元进行设计，系统原理图如图2、图3、图4所示。图3 控制单元 图4 显示单元2.1.1电源电路设计图5 电源电路设计本电路(图5）有三端稳压器LM7805稳压到5V后给系统供电。工作时，按下电源按键开关，电源经LM7805稳压后给单片机供电，单片机得电后按下复位开关即可复位。2.1.2蜂鸣驱动电路在洗衣机按键操作、洗衣结束、故障报警时，需要有一定的声音提示，特此引入蜂鸣器驱动电路，其电路原理如图6所示。图6 蜂鸣驱动电路蜂鸣器采用12V压电式陶瓷蜂鸣器，利用三极管可直接驱动。工作时，单片机输出一定频率的脉冲群，使得蜂鸣器内部陶瓷片开始振荡，产生蜂鸣音。蜂鸣分贝的大小与脉冲群的频率相关，频率越高，蜂鸣越尖锐。2.2 投币单元设计本洗衣机采用比较式投币器（图7），它由比较线圈，AD，检测光眼， 进币口电机等组成，工作原理如下：当投入硬币后，当硬币经过样币时，比较线圈感应出比较电压，经整形处理送入到AD 转换器当中，经AD 转换后送到CPU。投币器主要功能包括四个部分：一是用于产生高频方波的振荡电路，二是用于控制真假币流向的电闸门，三是用于检测硬币投入过程的各个位置的光电传感器，最后就是控制所有检测和控制的电路的集中控制单元。 1、 方波振荡电路 这个功能模块最重要的是产生高频信号的线圈，当没有任何铁质物品进入线圈时，这个高频方波振荡电路输出的频率是很稳定的、一致的高频信号，当有铁质物品进入时，这个线圈的电感值变化，从而引起振荡电路输出的高频信号频率变化，只要通过检测这些变化值，便可以区分出真假币。 2、 电闸门驱动 电闸门是一个简单的直流电机控制闸门，它的作用就是当检测到硬币为真时，驱动小电机正转，使真币进入，然后再反转关闭进币口 否则让硬币退出。图8所示。图7方波振荡电路图8 电闸门驱动2.3显示电路设计 本设计采用MAX7221芯片作为数码管驱动的核心。MAX7221是集成式共阴极数码管驱动芯片，可以用来驱动8位7段式数码管。本设计采用MAX7211驱动4位7段数码管。单片机仅仅需要3个IO口就可以控制MAX7221驱动8位数码管。图9 显示单元设计2.4电机驱动单元设计图10 电机正反转电路本设计使用TP521系列光电耦合器件在电路之间传输信号，使之前端与负载完全隔离，目的在于增加其安全性，减小系统电路的干扰，简化电路设计。其作用是控制洗衣机的进水阀、牵引器和电动机的正反转。完成洗衣机的进出水及洗衣功能。电路的形状很像字母H。四个三极管就是H桥的四条垂直线，而电机就是H中的横线。图10中有一个典型的直流电机的控制电路。被命名为“H桥驱动电路”主要是因为电路的形状很像字母H。四个三极管就是H桥的四条垂直线，而电机就是H中的横线。当Q2管和Q3管导通时，电流就从电源正极经Q2从左至右流过电机，然后再经Q3回到电源负极，该流向的电流将驱动电机顺时针转动。当Q1管和Q4管导通时，电流将从右至左流过电机。从而驱动电机沿逆时针方向转动。3 系统软件设计3.1软件流程解析本设计利用模块化设计，将洗衣程序分为进水、洗涤、排水、脱水等模块进行单独设计。模块化的程序具有以下特点：1. 单个模块功能单一，结构层次一目了然，易于编写、提取和修改。2. 对于频繁使用的子程序，可以建立子程序模块，便于调用。3. 程序可读性好，便与优化、扩充等。通电放入洗衣粉、衣服，合上盖子开始投币，计数单元开始计数投币15sMB1=1元脱水漂洗弱洗强洗蜂鸣器报警5s提示取衣MB1=2元MB1=3元是是是是否否否否3.2 程序流程图图11 流程图本程序由控制单元控制洗衣，放入洗衣粉之后开始投币，当投币时间间隔大于15s时默认开始与投币数相关的洗衣功能，洗衣结束后，蜂鸣器报警5s提示取衣服。3.3 系统子程序设计3.3.1 脱水程序设计void water_in(unsigned int ti)led_water_in(1);led_water_out(0);led_water_work1(0);led_work2(0);time=0;out=1;in=0;while(timeti);3.3.2 排水程序设计void water_out(unsigned int ti)led_water_in(0);led_water_out(1);led_water_work1(0);led_water_work2(0);time=0;out=0;in=1;while(timeti);3.3.3漂洗程序设计viod work1(unsigned int ti)unsigned char dat=0,f=0;dir=0;led_water_in(0);led_water_out(0);led_water_work2(0);time=0;out=1;in=1;while(timeti)if(f)if(dat=1)dat-=1;write_pcf8591(0,dat);elsef=1;dir=-dir;set_directonn(dir);delay_ms(10);write_pcf8591(0,0);3.3.4脱水程序设计viod work2(unsigned int ti)unsigned char dat=0,f=0;led_water_in(0);led_water_out(0);led_water_work1(0);led_water_work2(1);time=0;out=0;in=1;set_direction(0);while(timeti)if(dat=254)dat+=1;write_pcf8591(0,dat);delay_ms(10);write_pcf8591(0,0);3.4 软件调试软件调试的任务是利用开发工具进行在线仿真调试，发现和纠正程序错误，同时也能发现硬件故障。程序的调试应一个模块一个模块地进行，首先单独调试各功能子程序，检验程序是否能够实现预期的功能，接口电路的控制是否正常等；最后逐步将各子程序连接起来总调。联调需要注意的是，各程序模块间能否正确传送参数，特别要注意各子程序的现场保护与恢复。4 仿真结果图12 仿真结果本设计进过一系列的论证、设计、修改、调试、仿真，最终完成投币式洗衣机的脱水、洗涤等一系列功能，圆满完成本次毕业设计。结 论在这次毕业设计中我的收获很多，从方案构思到方案的确定，电路的制作、程序调试、以及论文的撰写和整理，我抓住了每一个提高自己的机会，每一个环节都是提高我专业和综合能力的机会，当然在这过程中我也遇到了很多问题，通过查阅和搜集资料去解决，在这个过程中我慢慢的学会了如何独立去完成任务，同时也付出了很多的努力和辛苦，力求把每一个环节做到最完美。通过本次毕业设计使我对自己增加了很大的信心，从开始的不知道从何入手到作品的渐渐完成，在这个过程中完全的凸现出了理论知识的重要性，以及理论和实践相结合的必要性，在这过程中也将以前学过的专业知识又从新温习了一下，而在制作的过程中也遇到了很多的问题，通过大量的查阅资料去解决问题这也是不断的在学习新知识的一个过程，完全脱离了过去死记硬背的痛苦，知识是在不断的运用中掌握的，而不是靠死记硬背去掌握的。参考文献1 张海波. 全自动洗衣机控制器的设计D.南京理工大学,2012.2 黄河,刘福华,王信. 基于单片机模糊推理的洗衣机控制系统设计J. 电子设计工程,2012,13:186-189+192.3 刘晓彤. 基于Proteus的全自动洗衣机控制系统设计J. 微计算机信息,2012,09:146-147+134.4 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,2008,04:37-38+64+70.5 王琰. 基于MCS-51单片机的洗衣机控制系统设计J. 家电科技,2009,16:51-53.6 王为青，成果刚，单片机KEIL CX51应用开发技术，人民邮电出版社，2007年，51-76,98-120.7 陈三龙，8051单片机C语言控制与应用，清华大学出版社，2002年，59-86.8 高健,张保平,沈庆亮,陈娟,葛中芹. 基于VHDL语言的洗衣机控制系统设计J. 数字技术与应用,2010,(6):140-1429 南建辉，熊鸣，王军茹.MCS-51单片机原理及应用实例M.第一版.北京：清华大学出版社，2004.10 王皑，电子线路仿真设计M.西安：西安电子科技大学出版社，2004.11 常涛.电动机电源设计J.元器件应用，2007（10）：69-72.12 余锡存，曹国华.单片机原理接口技术应用M.第一版.西安：西安电子科技大学出版社，2009. 附 录部分主程序：#include#includepcf8591.h#includemax7221.h#includewt5001.h sbit Key_Star=p33;sbit Key_One =p34;sbit Key_Two =p35;sbit in =p24;sbit out =p27;sbit en =p06;sbit enab =p07 #define led_water_in(x) write_oneled(0,x) #define led_water_out(x) write_oneled(1,x) #define led_water_work1(x) write_oneled(2,x) #define led_water_work2(x) write_oneled(3,x) #define led_water_mode1(x) write_oneled(6,x) #define led_water_mode2(x) write_oneled(7,x) #define in_time 10 /单次注水时间 单位：秒s