（电路与系统专业论文）基于单片机的全自动洗衣机系统设计.pdf

摘要 摘要 单片机自2 0 世纪7 0 年代问世以来，以其极高的性能价格比，受到人们的重 视和关注，应用很广、发展很快。而5 1 单片机是各单片机中最为典型和最有代 表性的一种。 洗衣机作为一款家用电器，在日常生活中得n t 广泛的使用，洗衣机的产生， 是人们从繁重的家务劳动中解脱出来，是人们节省了大量的时间与精力。而全自 动洗衣机的发明是洗衣机技术史上的一个重大变革，设计人员所设计的洗衣程序 能使得这款洗衣机更加的智能化。它不仅能大大节省人力，而且还能进一步扩大 对机洗衣物的范围。使用全自动洗衣机洗衣可以根据衣物的体积、质地，在微电 脑控制器上选择水流的大小和强弱以及时间的长短以及水量的多少等。能够实现 完整的自动化洗衣过程。现在的洗衣机也越来越高度自动化，衣服只要放入洗 衣机，只需简单的按两个键，系统就会自动注水，通过电脑控制的洗衣机，能够 自动感觉衣物的重量，会自动添加适合的水量以及洗涤剂，能自动设置洗涤的时 间以及洗涤的力度，洗涤完之后还会自动的漂洗甩干，甚至将衣物烘干，从而大 大节省了时间。 本次设计以a t 8 9 c 5 1 芯片为核心，辅以必要的外围电路，设计了单片机的 全自动洗衣机系统，它由5 v 直流电源供电。在硬件方面，除了c p u 外，使用 了两个个七段l e d 数码管来进行显示，在开机时显示o o 值：用户按下选择按 键后，显示选择的洗衣过程代码；开始洗涤后，显示剩余的时问( 单位为分钟) 并闪动。l e d 采用的是动态扫描显示。通过l e d 能够比较准确显示工作状态及 时问。功能按键对洗衣机的进行开关动作及对工作状态进行设置，按键用于选择 所需要的洗衣过程；丌始洗衣后，该按键则用于暂停或继续洗衣过程。水位开关 用于检测洗衣桶内水位高低，若洗衣时遇水不足或需补水，单片机将根据该开关 的通断情况以决定是否需要进水。若需进水，则打丌进水阀直至水位丌关闭合。 安全丌关用于在脱水时，判断洗衣机的桶盖是否打丌。桶盖打丌则报警，若脱水 时遇桶盖打开则通过显示报警，直到闭合桶盖后爿能继续脱水处理；外接蜂鸣器 电路主要用于按键音提示或者呜叫报警。可控硅电路主要由四只双向可控硅组 成，用于将单片机输出的控制信号转换为电机或电磁阀的通断动作，双向可控硅 摘要 在该电路中起交流电源的丌关作用。洗衣机的进水、排水，洗涤过程中的电机正 转、反转，实际上就是通过控制上述四只可控硅的通断来实现的。 洗衣机的功能主要就是要求能够完成衣物的洗涤、漂洗和脱水过程。而这三 种功能的组合就可以形成总共9 种选择，用户通过控制功能板上的选择按键( 开 始暂停按键) 来选择执行洗衣的程序。洗涤和漂洗都是通过控制电机的f 转和 反转来达到清洗衣物的主要目的。而在洗涤和漂洗过程中，则都需要盛水桶里面 的水位达到所设定的要求。假如遇到没有水或者水位不足的情况，那么就要随时 进水。脱水动作是通过电机的正转来实现的，在脱水的同时要求排水阀门一直打 开，也正是由于排水阀门的打开，才能使脱水时的电机速度和洗涤时的电机正转 速度不相同。 软件方面采用汇编语言编程。通过对单片机程序设计实现对洗衣机系统的整 个洗涤程序进行监测、判断和控制以及人机交换。 通过这次设计让我更深入了解单片机基本电路、如何设计控制电路和仿真调 试的基本方法，从而锻炼了我学习、设计和开发软、硬件的能力。 关键词：洗衣机，单片机 a b st r a c t a b s t r a c t ：b e c a u s eo fi t se x t r e m e l yh i g hp e r f o r m a n c e p r i c er a t i o ，t h e s i n g l e c h i p c o m p u t e rh a sb e e np a i dg r e a ta t t e n t i o nt oe v e rs i n c ei tc a m eo u ti n19 7 0 so f2 0 t h c e n t u r y , a n dh a sg a i n e da ne x t e n s i v ea p p l i c a b l ef i e l da n df a s td e v e l o p m e n t a m o n g a l lk i n d so fm c s - 51i st h em o s t t y p i c a la n dr e p r e s e n t a t i v eo n e h o u s e h o l dw a s h i n gm a c h i n e si n e v e r y d a yl i f e ，h a sb e e nw i d e l yu s e d ，t h e p r o d u c t i o no fw a s h i n gm a c h i n e s ，h e a v yd o m e s t i cw o r ki sf r o mt h ep e o p l e ，t h e l i b e r a t i o no fp e o p l es a v eal o to ft i m ea n de f f o r t t h ei n v e n t i o no fa u t o m a t i c w a s h i n gl a u n d r yi nt h eh i s t o r yo fam a j o ri n v e n t i o n ，b yt h ed e s i g n e rt om a k et h i s p r o c e s sm o r ei n t e l l i g e n tl a u n d r yw a s h i n gm a c h i n e i tn o to n l ys a v e sm a n p o w e r , b u ta l s ot of u r t h e re x p a n dt h es c o p eo ft h ew a s h i n gm a c h i n e y o uc a nu s et h e a u t o m a t i cw a s h i n gm a c h i n em i c r o - c o n t r o l l e rs i z e ，t e x t u r e ，w a t e rf l o w , s e l e c tt h e s i z ea n d s t r e n g t ha n dt h ed u r a t i o na n dh o wm u c hw a t e r i no r d e rt oa c h i e v ef u l l y a u t o m a t e dl a u n d r y n o wm o r ea n dm o r eh i g h l ya u t o m a t e dw a s h i n gi n t ot h e w a s h i n gm a c h i n e ，a sl o n ga st h em a c h i n e r ya n dc l o t h i n g ，s i m p l yp r e s st h et w o k e y s ，t h es y s t e mw i l la u t o m a t i c a l l yc o m p u t e r - c o n t r o l l e dw a t e rt h r o u g ht h e c l o t h e s w a s h i n g m a c h i n ec a n a u t o m a t i c a l l y s e n s et h e w e i g h t ，i t w i l l a u t o m a t i c a l l ya d dt h ea p p r o p r i a t ew a t e ra n dd e t e r g e n t ，t h ea m o u n to fw a s h i n g c a na u t o m a t i c a l l ys e tt h et i m ea n di n t e n s i t yo fw a s h i n g ，a u t o m a t i cw a s h i n g d r y i n ga f t e rw a s h i n g ，e v e nt h ec l o t h e sd r y e r , t h u ss a v i n gt i m e a t 8 9 c 51 c h i pd e s i g na st h ec o r e ，a c c o m p a n i e db yt h en e c e s s a r yp e r i p h e r a l c i r c u i t s ，c o m b i n e dw i t hs c ms y s t e m s ，a u t o m a t i cw a s h i n gm a c h i n e s ，i n c l u d i n g m e5 vd cp o w e rs u p p l y o nt h eh a r d w a r es i d e i na d d i t i o nt ot h ec p u u s i n gt w o s e v e n s e g m e n t ，l e dd i g i t a lt u b ed i s p l a yc a r r i e do u tt os h o wt h ev a l u eo f o b j e c t o r i e n t e dg u i d a n c e ；t h eu s e rp r e s s e st h es e l e c tb u t t o n ，i nt h el a u n d r y p r o c e s ss h o w st h es e l e c t e dc o d e ；a f t e rw a s h i n g ，i n d i c a t i n gt h er e m a i n i n gt i m e ( m i n u t e s ) ，a n df l a s h t h eu s eo fd y n a m i cs c a n n i n gl e dd i s p l a y c a na c c u r a t e l y w o r kt h r o u g ht h el e d d i s p l a ys t a t u sa n dt i m e w a s h i n gm a c h i n ea n ds e ta b o u t 垒呈兰! 坠曼! 一 一 w o r k i n gc o n d i t i o n s ，t h es w i t c hf u n c t i o nk e y t os e l e c tt h eb u t t o nf o rt h e1 a u n d r y p r 。c e s st os t a r tl a u n d r y ，l a u n d r yb u t t o nt 。p a u s e o rc o n t i n u et h ep r o c e s s l a u n d r y b u c k e tw a t e rl e v e ls w i t c hi su s e dt od e t e c tw a t e rl e v e l s ，w a t e rs h o r t a g e so rt h e n e e dt oa d dl a u n d r y ，m i c r o c o n t r o l l e rw i l lc l o s et h ec a s et od e t e r m i n ew h e t h e r w a t e r f o rm ew a t e r , a n dt h e no p e nt h ei n l e tv a l v e u n t i lt h ew a t e rl e v e ls w i t c hi s t u r n e do f f s a f e t ys w i t c hf o rd e h y d r a t i o n ，t od e t e r m i n ew h e t h e rt h ew a s h i n g m a c h i n el i do p e n c o v e ro p e na l a r m ，o p e nt h el i di f t h ec a s eo fd e h y d r a t i o n t h r o u g ht h ea l a r m c l o s e dt h el i d ，a n dt h e n t oc o n t i n u eu n t i ld e h y d r a t i o n ；e x t e r n a l b u z z e rc i r c u i ti sm a i n l yu s e df o rt o u c h t o n eo rb u z z e ra l a r mu s e c i r c u i tc o n s i s t s o ff o u rs i l i c o nm i c r oc o n t r o l l e rt r i a co u t p u tc o n t r o ls i g n a l st o t h em o t o ro r s o l e n o i dv a l v es w i t c h i n go p e r a t i o n ，a cp o w e rf r o mt h er o l eo fs c r s w i t c h c i r c u i t w a s h i n gm a c h i n ew a t e rs u p p l y , d r a i n a g e ，m o v e m e n tf o r w a r di n t h e p r o c e s so fw a s h i n g ，o nt h ec o n t r a r y , i nf a c t ，t h er e l a t i o n s h i pb yc o n t r o l l i n gt h e f o u rs c rt oa c h i e v e t h em a i nf u n c t i o no fw a s h i n gt h ec l o t h e sm u s tb ec o m p l e t ew a s h i n g ， r i n s i n g ，d e h y d r a t i o n t h ec o m b i n a t i o no f t h e s et h r e ef u n c t i o n sc a nb ef o r m e do f t h et o t a l9c h o i c e st h eu s e rt os e l e c tt h eb u t t o nc o n t r o lp a n e l ( s t a r t p a u s eb u t t o n ) ， s e l e c tt h ew a s hp r o g r a mi m p l e m e n t a t i o n c l e a n i n ga n df l u s h i n g t h em o t o r t h r o u g ht h ec o n t r o lo ff o r w a r da n dr e v e r s e ，t or e a c ht h em a i np u r p o s e o fw a s h i n g c l o t h e s i nt h ew a s h i n ga n dr i n s i n gp r o c e s s ，y o uw i l ln e e d t or e a c ht h e r e q u i r e m e n t ss e ts h e n g b u c k e tl e v e l i ft h e r ei sn ow a t e r , o rf a c ew a t e rs h o r t a g e s ， t h e r ew i l lb ew a t e r d e h y d r a t i o no fm u s c l ea c t i o nt om o v et h r o u g ht oa c h i e v e ， a n da tt h es a m et i m e ，t h ev a l v ei so p e n e dd r a i n a g er e q u i r e m e n t sd e h y d r a t i o n ， p r e c i s e l yb e c a u s et h ed r a i n a g ev a l v eo p e n ，y o uc a nd e h y d r a t i o n ，w a s h i n gm o t o r s p e e dw h e nt h em o t o rs p e e d o ft r a n s m i s s i o ni sn o tt h es a m e s o f t w a r ei na s s e m b l yl a n g u a g ep r o g r a m m i n g s c mp r o c e s sd e s i g n a n d i m p l e m e n t a t i o nt h r o u g ht h ew a s h i n gs y s t e mo fm o n i t o r i n gt h e e n t i r ew a s h i n g p r o c e s s t od e t e r m i n ea n dc o n t r o l ，a n dh u m a ne x c h a n g e t h r o u g h t h i sd e s i g nm a k e sm e ab e t t e r u n d e r s t a n d i n g o ft h eb a s i c m i c r o c o n t r o u e rc i r c u i t ，c o n t r o lc i r c u i td e s i g na n ds i m u l a t i o no fh o wt h eb a s i c t t m e t h o do fd e b u g g i n g ，s ot h ee x e r c i s eo fm ys t u d y , d e s i g na n dd e v e l o p m e n to f s o f t w a r ea n dh a r d w a r e c a p a b i l i t i e s k e y w o r d s ：w a s h i n gm a c h i n e ，s i n g l ec h i p i i i 1 1 课题背景 第一章绪言 从古到今，洗衣服也都是一项繁重的家务劳动，需要手搓、棒击、冲刷、甩 打而这些不断重复的简单的体力劳动，留给人的感受常常就是：辛苦劳累。 而且在洗衣机出现以前，对于大部分的人毫无乐趣可言。 到了1 8 7 4 年，有人发明了用木制手摇洗衣机。它的发明者是美国人比尔布 莱克斯。布莱克斯所发明的洗衣机只是在木筒里装上6 块叶片，使用用手柄和齿 轮传动，构造却极为简单，通过叶片来使衣服在筒内翻转，从而达到是衣物洁净 的目的。而这套装置的问世，可以使那些为了冥思苦想提高生活效率的人们很受 启发，这开始大大加快了洗衣机的改进过程。 到了1 8 8 0 年，美国又发明了蒸气洗衣机，开始使用蒸气动力取代人力。之 后，随着水力洗衣机以及内燃机洗衣机的相继出现。到了1 9 1 1 年，世界上第一 台的电动洗衣机在美国试制成功。而电动洗衣机的问世，则标志着人类家务劳动 的自动化开端。 电动洗衣机经过不断的改进与完善，在1 9 2 2 年美国玛依塔格公司所研制成 功一种新的洗衣方式称之为“搅拌式”的机器搅拌式洗衣机。这种洗衣机的构造是 在筒的中心位置装上一个立轴，而立轴的下端有一个装置叫搅拌翼，并通过电动 机来带动立轴工作，进行周期性的正反方向的摆动，通过这种方式来驱使衣物和 水流之间进行不断翻滚和相互摩擦，以此来去除衣物上的污垢。因为搅拌式洗衣 机从结构和洗衣功能相对来说更加科学合理和具有更好的洗涤效果，从而受到人 们的普遍欢迎。但是不过很快不到1 0 年的工夫，美国的本德克斯航空公司又宣 布，他们公司所研制成功了第一台的前装式滚筒洗衣机，这种机器可以实现洗涤 和漂洗以及脱水功能在同一个滚筒内完成。这就意味着电动洗衣机在型式上又前 进了一步，在自动化方向又跃进了一个台阶! 直到今天，滚筒式洗衣机仍然在很 多地区和国家得到广泛的应用。 随着工业化的加速发展，在世界上各个国家都加快了洗衣机研制的进程。起 初英国研制并推出了一种叫做为喷流式洗衣机，它就是靠简体- - n 来运转波轮从 撼于单片机的全自动洗衣机系统设计 而产生强烈涡流，来促使洗涤液和衣物共同在滚筒之内不断翻滚旋转，达到洗净 衣物的效果。到了1 9 5 5 年，另具风格、并且至今都在流行的波轮式洗衣机在日 本研制出来。此时，搅拌式和滚筒式以及波轮式这三种类型的洗衣机共同占有了 洗衣机市场的大部分江山。 到了2 0 世纪6 0 年代之后，许多发达国家在洗衣机的消费市场开始形成一系 列的产品，洗衣机的家庭普及率急速上升。在此期间日本在洗衣机的发展领域备 受瞩目。6 0 年代在日本出现了能带干桶的双桶洗衣机，也就是人们所谓的“半自 动型洗衣机”。到了7 0 年代，日本又生产了出波轮式套桶全自动洗衣机。而到了 7 0 年代后期随着计算机技术的发展，通过单片机控制( 即微电脑控制) 的全自 动洗衣机横空出世。而到8 0 年代，通过所谓的“模糊控制”使洗衣机功能更加完 备，操作更加简便，外观造型更加为时尚，沈衣程序更加随人意。进入了 9 0 年代以后，由于电机调速技术水平的提高，宽范围的转速变换以及调节在洗 衣机上的实现，从而诞生了许多的新水流洗衣机。在此以后，在电机驱动技术的 发展和提高的基础上，日本又开发和生产出了电机直接驱动式洗衣机，这中洗衣 机直接省去了齿轮传动和变速机构，这是洗衣机驱动方式上的一场革命。 但是在中国，由于历史的原因，洗衣机工业的起步非常的晚，一直到1 9 7 8 年才开始正式生产家用洗衣机。但是，随着改革开放的不断深化，随着人们认识 水平的提高以及经济实力和收入的增长，进入8 0 年代后中国的的洗衣机工业持 续保持着旺盛的发展势头。从1 9 7 8 年到1 9 8 3 年洗衣机的产量由4 0 0 台急剧飙升 到了3 6 5 万台，在此以后大规模的技术引进的热潮在全国各地掀起，大约有数十 个厂家不分先后从先进国日本、英国、法国、意大利、澳大利亚等国把把洗衣机 先进技术引进了数十项。相关技术的大规模引进和吸收甚至创新，从而极大的提 升了我国的国产洗衣机的生产能力质以及产业素，从而大大缩短了同发达国家之 间的技术差距。到了今天，我国洗衣机的年产销量大概占据了世界年产量的四分 之一，从而跃居世界首位。除在品种和数量上满足了国内市场之外，又出口到东 南亚、欧洲、北美等地区，从而位居国际洗衣机市场的行列。 伴随着科学技术的的进一步发展，相信新的更适合人们使用的洗衣机能够给 我们的生活带来新的方式。 1 2 特点和发展趋势 洗衣的特点：波轮式构造，能够省去手工洗衣的麻烦，尤其是价格更加的便 宜! 缺点：耗水、耗时、耗电、不具备甩干功能，不能够有效的节省人力。 适合洗涤的衣物：被罩、床单、窗帘，春秋以及冬季穿着的单裤、单衣等。 目前由于这个品种的洗衣机已经基本被淘汰。 1 2 1 双缸洗衣机 洗衣的特点：增加了甩干的功能，大大节省了人力。另外相比于全自动洗 衣机还便宜了很多。假如一个人在外面租房子住，这个便宜家伙可能会比较合适。 缺点：耗电、噪音、耗时、节水性差。 适合洗涤的衣物：被罩、床单、窗帘和一年四季的日常衣物。自从1 9 9 5 年 之后，洗衣机市场一直都是单缸的全自动洗衣机独领风骚。然而在洗衣机的品牌、 功能都在不断发展的今天，仍旧有一部分人对于双缸洗衣机保持特殊的爱好。主 要原因如下：一部分消费者认为全自动洗衣机洗的衣服不干净，坏了又不好修， 还有一部分消费者则认为全自动洗衣机不耐用。但是作为第二代的改良洗衣机， 双缸洗衣机尽管又增加了甩干功能，但是仍然不能够节省人力在洗涤结束 后，又必须手动甩干功能，而且常常甩干不彻底、甩干机经常出故障等。此外， 双缸洗衣机洗衣桶空间有一定限度，比如秋冬穿着的厚重衣物不太好洗涤。 1 2 2 全自动波轮洗衣机 洗衣特点：由微电脑控制洗衣以及甩干功能、省力省时。缺点：耗水、耗 电、清洁性不佳、衣物易缠绕，相比之下就比较贵。适合洗涤的衣物：除了需 要特别洗涤之外的其他所有衣物。 与前的两种洗衣机相比较，全自动洗衣机的发明是洗衣机技术史上的一个重 大变革，设计人员所设计的洗衣程序能使得这款洗衣机更加的智能化。它不仅能 大大节省人力，而且还能进一步扩大对机洗衣物的范围。比如羽绒被、羽绒服、 面料结实的棉服等都可以省去手洗的麻烦以及送到洗衣店干洗的费用。同时使用 全自动洗衣机洗衣可以根据衣物的体积、质地，在微电脑控制器上选择水流的大 基于单片机的全自动洗衣机系统设计 小和强弱以及时间的长短以及水量的多少等。所以自从问世一直到今天，全自动 洗衣机都一直受到消费者所喜爱。 另外，城市的消费者对于洗衣机节水功能的要求也越来越具明显性。于是有 部分品牌也就适时推出了所谓的“水银行”等系列洗衣机，从水资源充分利用的角 度来考虑，设计了洗衣机具有水回收功能。 但是需要注意的就是，在注重洗衣机的节水功效的同时，又不能忽视“节水” 和“洗净”的共同和谐发展。从对消费者的一系列调查数据来看，在有预期购买洗 衣机消费群体当中，大概有超过8 5 的消费者一直认为洗衣机应该回归本位， 那就是首先解决“洗净”问题。用某款洗衣机来打比方，它可以通过“一桶净”的节 水技术、三段洗涤节水技术、无孔内桶节水技术内凹式双层s 波轮技术和喷淋漂 洗节水技术组合，使得“水银行”系列洗衣机能够比以往普通洗衣机在节水4 0 的同时，它的洗净度也提高了3 5 。 但是，由于大部分的全自动洗衣机的缸体仍旧是以波轮式为主，所以衣物 甩干后极易发生缠绕现象，比如羊毛、丝绸类等衣物就不能用此种洗衣机来洗涤。 另外，这类洗衣机对衣物磨损程度也远大于其他洗衣机。 1 2 3 滚筒式洗衣机 洗衣的特点：微电脑控制所有功能具有清洁性好、衣物无缠绕。缺点：耗 时，而且一旦洗衣关上了门，那么洗衣过程中无法打开。适合洗涤的衣物：羊绒 羊毛、丝绸以及纯毛类织物。 据说，欧美几乎将近1 0 0 的家庭使用的都是滚筒式洗衣机。这和中国消费 者所偏爱的波轮式洗衣机相比，那就是滚筒洗衣机洗衣范围广范，能够洗涤丝绸、 羊毛之类的高档衣物，洗好的衣物具有不缠绕，对衣物磨损小的特点。比如春兰 滚筒洗衣机衣物它的磨损率仅为普通波轮洗衣机的大约l 3 0 ：滚筒洗衣机转速 比较快，最高每分钟可达到1 0 0 0 转，还可以将水加热，衣物的洗净度很高；滚 筒洗衣机能够同时利用特有的减震和平衡系统，将噪声降到了极低；同时因为技 术先进、做工精湛，使滚筒洗衣机的使用寿命达到波轮洗衣机的2 倍。 滚筒洗衣机具有两大优点：其一就是省水。波轮洗衣机需要在桶中注入许多 的水来带动衣物；而滚筒洗衣机则是使衣物落下时与水拍打，所以需要水量比较 4 一 笫一章绪言 二二一一 小。其次就是滚筒洗衣机对衣物的磨损度比较低。滚筒洗衣机洗衣时很象南方人 洗衣时用棒槌来敲打衣物，而波轮洗衣机则是使衣物来回搅动，所以，滚筒洗衣 机相对衣物的磨损度更低。另外，滚筒洗衣机还是环保先锋，这大概是它们在欧 美大受欢迎的另一个重要原因吧。滚筒洗衣机不仅能够节省一半以上的水，还能 够大量的节约洗涤剂，减少生活污水排放。 1 2 4 洗衣机的发展趋势 现在的洗衣机形式多种多样，在上海这种大城市，双缸洗衣机购买的人群已 经是越来越少了，而滚筒洗衣机以及波轮洗衣机将成为市场的主流，人们使用洗 衣机就是为了图个方便省力，所以现在的全自动洗衣机都符合功能要求。那么洗 衣机还会怎样发展呢? 归纳起来，大概有如下几个趋势。 高度的自动化：现在的洗衣机也越来越高度自动化，衣服只要放入洗衣机， 只需简单的按两个键，系统就会自动注水，某些先进的通过电脑控制的洗衣机， 还能够自动感觉衣物的重量，会自动添加适合的水量以及洗涤剂，能自动设置洗 涤的时间以及洗涤的力度，洗涤完之后还会自动的漂洗甩干，甚至更有些滚筒洗 衣机还能将衣物烘干，在整个洗衣的过程完成之后用动听的音乐声提醒用户，使 用户可以在洗衣的过程中做其它的事，从而大大节省了时间。总之，每一项技术 的进步都将极大的推动了洗衣机自动化程度的提高。 健康化：从现代人对健康格外的重视来看，对洗衣机也提出了进一步的要求， 有的洗衣机厂家通过采用纳米内桶，来减少污垢附着，还有的洗衣机在设置有改 进型漂洗程序，来彻底漂净衣物上所残留的洗涤剂，防止其对人体的侵害。甚至 一些洗衣机采用臭氧进行杀菌，从而达到彻底灭菌的目的。 节能：节能也是用户在选择洗衣机时所要考虑的问题，有些洗衣机白带洗涤 剂循环利用系统，可以将在外桶和排水泵之间浓度比较高的洗涤剂通过水流循环 带回外桶内，循环使用大概可以节约2 0 的洗涤剂。还有的洗衣机采用专利无孔 内桶节水技术，普通的波轮式洗衣机在注水的同时，在内桶和外桶之间也有很多 的水，洗涤的时候内桶外的水就白白浪费了，但无孔内桶只有内桶有水，这样就 可以充分的利用洗衣机内部的水，注水的时候能比其它洗衣机少使用大概4 0 的水量，这同时也可以节省洗涤剂以及省电。 基于单j j 机的全自动洗衣机系统设计 大容量和微型化：现代人在居家时总是希望有宽敞的空间，所以各厂家都推 出了超小型或者超薄型的洗衣机，比较具有代表。l s l t 9 有西门子4 0 厘米的超薄滚 筒洗衣机，惠尔浦维纳斯系列上开门立式滚筒洗衣机，小鸭的迷你式滚筒洗衣机， 海尔的小小神童波轮式洗衣机满足了人们对占地空间的要求。 品种的多样化：从洗涤形式可以上分为波轮式、滚筒式洗衣机，而从洗涤 容量上可以自2 公斤到7 公斤具有很多的等级，另外高中低档洗衣机在功能上， 也有很多的不同，而品种的多样化也满足了不同偏好的消费者需求。 现在已经有厂家又开发出了洗衣机不需要使用洗涤剂，还有的厂家开发出了 更迷你的小型旅行洗衣机，甚至小到可以在出外旅行的时候随身携带，同时为了 更方便的操作有的厂家开发出t = - 1 以实现远程控制的洗衣机，怎么样? 是不是看 的眼花缭乱，将来的洗衣机或许会朝着使用更节能、更方便、更个性化的方向发 展。 1 3 本课题的任务和要求 以单片机做为核心功能部件，设计一个单片机控制的洗衣系统，要求能够实 现以下操作及功能： 洗衣机的功能主要就是能够完成衣服的洗涤、漂洗以及脱水功能。而这三个 功能的组合可以形成总共9 种选择，而选择哪一种组合来执行洗衣程序，则是由 用户通过控制板的选择按键( 开始暂停按键) 来决定。比如：单独进行脱水，或 者进行洗涤和漂洗操作而不进行脱水等过程，则是单片机根据用户的需要来执行 相对应程序实现的。 在洗涤和漂洗的过程中，都需要盛水桶内的水位达到所设定要求。假如遇到 无水或者水位不足，则需要随时进水。 当设定水位、按下电源开关以后，洗衣机将要进入洗衣功能过程选择状态， 则此刻面板指示为00 ，若此时按启动暂停键则可以选择不同的过程( 在 0l 09 之问进行循环显示以指示选择不同的洗衣过程) ，进入洗衣 机的洗涤、漂洗或脱水程序等。 如果进入洗衣程序开始洗涤或漂洗或脱水时，此时数码管显示的是剩下 的时问( 单位为分钟) 。若此时如果按下暂停按键，那么显示的时间就不闪烁， 第一章绪言 并且要关闭所有的执行功能部件；只有当再次按暂停按键后( 也就是重启) ，那么 洗衣程序才能重新从暂停处继续执行，此时显示的时间将再次闪烁，执行功能部 件就重新开始动作。随着程序的运行，显示的时问将会不断减少直到洗衣程序完 成后显示0 。 一个洗衣过程结束后，蜂鸣器将呜叫用以提醒，此时不再接受用户的按键 输入，显示值为0 ，等待用户关掉洗衣机的电源。 4 工程技术方案 目前国内和国外市场上有很多类型的洗衣机，可以采用不同的控制系统，一 般都是以单片机以及p l c 可编程控制器为主。基于实际情况本次设计主要选用 8 9 c 5 1 单片机的各部件的控制要求。以单片机为主体的控制芯片，加上由振荡时 钟、输入开关、按键、8 位l e d 数码管显示器、蜂鸣报警器以及双向可控硅驱 动电路和欠压检测保护电路等组成的系统，来形成一个完整的单片机控制系统。 对于故障的排除，在检测过机械部件以后，一般来说先检测外围的有关控制电路， 等确定正常后，再判断单片机的故障，控制系统接受有关的动作指令，然后发出 相应的执行指令，是电机，进水阀，排水阀按照程序的要求通电运行，同时要对 洗衣机的的工作状态进行检测和显示，以确定工作是否正常，一旦出现异常，则 立刻发出命令，并进入报警故障状态。通过系统的各部分功能协调控制洗衣机的 工作。 第二章系统的总体设计 2 1 控制系统的硬件组成 交流2 2 0 伏变压器 5 v 1 水位开关 检测j i i 安全开关 l 报警i 单片机控 i 功能输入 制芯片 数码管显示 复位驱动 姬挣li 驱动1( m ) u 正反转电机 图1 电气电路 该电气图的核心部件是由单片机控制芯片，再加上由振荡时钟电路、输入开 关、按键、8 位l e d 数码管显示器、蜂呜报警器和双向可控硅驱动电路以及欠 压检测保护电路等组成的系统，来形成一个完整的单片机控制系统。通过对单片 机编程以实现对洗衣机整个洗涤程序和过程进行监测、判断、控制以及人机交互。 从整个控制板引出的导线主要包括：电源线、 安全开关引线、水位压力开 关引线、进水电磁阀引线以及电动机引线( 包括正向和反向) 和排水阀引线等。 当接通电源后，通过安全开关、水位压力开关和按键开关向单片机输入信号，单 片机则按照预先设定的程序来驱动进水阀、洗涤电机、排水阀等输出部件进行动 作，同时，通过数码管显示和蜂鸣器呜叫与用户进行相互交互，来指示当前f 在 进行的洗衣过程和剩余的时间多少。 二坠墨墨竺箜：望堡墼生 2 2 系统硬件设计 2 2 1 电源电路 交流22 0v 经过电源开关后输入至变压器t 1 、二极管全波整流电路和电 解电容，以变压、整流、滤波后，再经过7 8 0 5 进行稳压，提供稳定的+ 5 v 电压 供应给控制板各器件。 2 2 2 振荡电路 由一个6 m h z 的晶振和两个3 0 p f 电容构成，组成单片机的时钟电路。如图 2 所示： 2 2 3 复位电路 = f 图2 振荡电路 用于单片机上电时产生复位动作，如图3 所示： 了 图3 复位电路 箍于单片机的全自动洗农机系统设计 2 2 4 低电压保护电路 变压器次级绕组经二极管全波整流后的电压作为低电压保护电路的电压检 测端，当该电压低于某一值时，将向单片机的i n t o 引脚产生低电平中断。单片 机响应该中断，关闭各输出端口，以保护执行部件如电机等设备不因欠压而损坏， 如图4 所示。 l j v 2 2 5 显示电路 图4 低压保护电路 接两只共阳8 段l e d 数码管，在开机时显示o o 值；用户按下选择按键后， 显示选择的洗衣过程代码；开始洗涤后，显示剩余的时间( 单位为分钟) 并闪动。 如图5 所示： 图5 显示电路 1 0 2 2 6 开始暂停按键 洗衣机刚加电时，该按键用于选择所需要的洗衣过程；开始洗衣后，该按键 则用于暂停或继续洗衣过程。如图6 所示。 图6 开始暂停按键 2 2 7 水位、安全开关电路 水位开关用于检测洗衣桶内水位高低，若洗衣时遇水不足或需补水，单片机 将根据该开关的通断情况以决定是否需要进水。若需进水，则打开进水阀直至水 位开关闭合。 安全开关用于在脱水时，判断洗衣机的桶盖是否打开。若进入脱水前遇桶盖 打开则通过蜂呜报警，若脱水时遇桶盖打开则通过显示报警，直到闭合桶盖后才 能继续脱水处理；在脱水过程中，当脱水桶因衣物放置不匀而晃动较大，瞬间断 续碰撞造成安全开关的闭和合，单片机将检测到这种短时间的开合信号，使洗衣 机停止脱水，并自动进行脱水不平衡修正。如图7 所示。 图7 水位、安全开关电路 一茎王望墨：垫竺全旦垫选垄塑! 墨竺堡生 一 - _ _ - 一 一 2 2 8 输出可控硅控制电路 该电路由a t 8 9 c 5 1 的输出端口经u l n 2 0 0 3 反相驱动后用以控制以下几部分 电路： ( 1 ) 外接蜂鸣器电路 当有按键按下时，蜂鸣器将发出呜叫( 叫一下) ；当有下列情况发生时，也 能发出呜叫( 连续叫六下) ：不能进水、自动开始洗衣、不能排水、不平衡修正 失效、脱水时安全开关打开、洗衣全过程结束。 ( 2 ) 进排水和电机正反转控制 该电路主要由四只双向可控硅组成，将单片机输出的控制信号转换为电机或 电磁阀的通断动作。当某一时刻通过单片机在可控硅的触发极上加入触发信号 时，可控硅将导通，电机或电磁阀将获得220v 的交流供电而进入工作，因此， 双向可控硅在该电路中起交流电源的开关作用。洗衣机的进水、排水，洗涤过程 中的电机正转、反转，实际上就是通过控制上述四只可控硅的通断来实现的。如 图8 所示： 图8 输出可控硅控制电路 第二章系统的总体设计 2 3 系统的工作过程及其控制 洗衣机的功能主要就是要求能够完成衣物的洗涤、漂洗和脱水过程。而这三 种功能的组合就可以形成总共9 种选择，到底是选择由哪一种组合来执行洗衣的 程序，则是由用户通过控制功能板上的选择按键( 开始暂停按键) 来做决定。比 如：若单独进行脱水，或者进行洗涤以及漂洗而不进行脱水这个过程，则是由单 片机系统根据用户的要求来执行相对应程序实现。 洗涤和漂洗两种动作的功能上基本相同，两者都是通过控制电机的正转和反 转来达到清洗衣物的主要目的。并且它们在同一个过程中，洗涤和漂洗的时候电 机的停止、正转、反转的周期是完全相同的。而在洗涤和漂洗过程中，则都需要 盛水桶里面的水位达到所设定的要求。假如遇到没有水或者水位不足的情况，那 么就要随时进水。脱水动作是通过电机的正转来实现的，在脱水的同时要求排水 阀门一直打开，也正是由于排水阀门的打开，才能使脱水时的电机速度和洗涤时 的电机正转速度不相同( 这是通过机械装置实现) 。 而当设定水位以及按下电源开关后，那么洗衣机就将进入洗衣功能的选择状 态，这个时侯控制面板指示为o0 ，通过按启动暂停键就可以选择不同的 过程( 在01 09 之间进行循环显示来指示选择不同的洗衣过程) ， 而在停止按键3 秒钟之后，蜂呜器就开始鸣叫6 次( 其中时间长度总共为3 秒) ， 然后进入洗衣机的洗涤、漂洗或脱水控制程序。在蜂呜器开始呜叫之后，启动 暂停按键就不再能进行洗衣过程的选择，那么此时该按键就只能是暂停或重启功 能。 在进入洗衣程序并且开始洗涤、漂洗、脱水操作的时候，数码管此时显示的 是剩下的时间( 以分钟为单位) ，并且是以1 秒的频率在不停地闪烁。如果此时 按下暂停按键，则显示的时间不再闪烁，并且要关闭所有的执行功能部件( 即进 水，或者排水，或电机的正转或反转) ；而只有当再次按暂停按键以后( 也就是重 启) ，洗衣程序才重新从暂停处开始继续执行，显示的时间则再次闪烁，执行功 能部件重新开始动作。随着程序的运行，显示的时间将不断减少直至洗衣程序完 成后显示00 。 一个洗衣过程结束后，蜂鸣器将呜叫6 下用以提醒，此时不冉接受用户的按 键输入，显示值为00 ，等待用户关掉洗衣机的电源。 基于单”机的全自动洗衣机系统设计 在一次标准的洗衣过程中( 比如选择过程0 3 ) ，洗衣机是以如下步骤 进行的： 开始一进丞二选滏一挂垄= 堕丞= 进丕= 选逢= 塑l 丞= 照壅= 进丞= 进盗 一排水一脱水一结束。在这次动作过程中，洗涤过程是指：进丞= 选盗；漂洗过 程是指盘丞= 避壅= 进坐二选遂= 韭丕= 照丞= 遵丕= 选逢( 两次的洗涤和两次 的时间都为2 分钟的脱水过程) ；脱水过程是指：塑 丕= 题丕。所以，在编写控 制程序的时候，可以将其中的进水动作作为洗涤过程的一部分，排水动作作为脱 水过程的一部分，也就是说要将它们作为一个整体来考虑。在漂洗和洗涤的时候 电机的动作过程( 正转、反转和停止的时间) 也大致相同。所以，在整个洗衣程序 里如果是从大的方面来看那么只需要把握洗涤和脱水过程这两个部分的控制即 可。但是细化到具体的某个动作过程，那么它们几方面都有不同的功能要求： 2 3 1 进水过程 洗涤、漂洗以及浸泡时，则必须首先向盛水桶内进水。洗衣机的进水以及停 止进水，都是通过水位开关和进水阀的开和闭来进行控制的。若桶内没有水或者 水位达不到设定水位时，单片机将通过控制进水阀闭合，开始加水：而当桶内的 水位达到设定的水位时，水位开关则受压力闭合，单片机则根据这一信息而停止 注水。 如果在打丌进水阀之后的2 0 分钟时间以内不能通过进水而使水位开关闭合 的话，那么将报警，用户只有通过关闭洗衣机的电源进行相关检查之后后