基于AT89C51的全自动洗衣机毕业论文.doc

洛阳理工学院毕业设计（论文）基于AT89C51的全自动洗衣机毕业论文目录前言1第1章 概述21.1 洗衣机发展史21.1.1 洗衣机的发展历程21.1.2 我国洗衣机的发展历程41.2 洗衣机发展前景和待解决问题61.2.1 国外先进技术及开发前景71.2.2 洗衣机待解决的一些问题81.3洗衣机的分类及特性91.3.1 按洗衣机自动化程度分类91.3.2 按洗衣机结构原理分类101.4 全自动洗衣机的功能要求111.4.1 全自动洗衣机的简要介绍111.4.2 工作原理121.5 本课题的研究目的和意义13第2章 系统的整体方案设计142.1 系统的整体架构142.2 系统技术方案152.3 系统功能方案16第3章 硬件电路设计193.1 MCS-51单片机概述193.1.1 单片机的概念与特点193.1.2 MCS-51单片机的概述203.1.3 单片机的组成图203.1.4 AT89C51单片机的引脚及总线结构图223.2 AT89C51单片机外围辅助电路的设计253.2.1 复位电路253.2.2时钟震荡电路253.2.3 AT89C51单片机最小系统图263.4 衣物量检测电路273.5 水位检测电路283.5.1 水位开关283.5.2 水位监测模块：293.6 LED显示电路313.7 报警电路设计323.9 电动机的控制电路333.9.1继电器的作用333.9.2. 电动机控制电路的工作原理333.10 进水/排水电路343.11 电源电路34第4章 软件设计和调试364.1 主程序流程图364.2 各子程序流程图364.3 程序功能部分384.4 调试404.4.1 硬件调试404.4.2 软件调试41结论42谢 辞43参考文献44附录45外文资料翻译6816前言洗衣机是每个家庭中最熟悉的家用电器，在80年代作为彩电、冰箱、洗衣机三大件之一出现在家庭中，彻底改变了人们的生活方式，使人从繁重的洗涤劳动中解放出来，有更多的时间和精力休息和娱乐，洗衣不再是使人烦恼的家务事。各国的技术人员不断开拓进取、研制出许多不同洗涤方式的洗衣机。这些洗衣机各具所长、又有所短，相互之间彼此竞争与融合，逐渐形成当今世界的三大种类滚筒式洗衣机、波轮式洗衣机和搅拌式洗衣机。随着生活水平的提高，人们对洗衣机的功能要求也不断提高，早期的单缸洗衣机已经淘汰，这种洗涤后还须人工拧干水分的洗衣机早已不适应市场需求。目前市场上的洗衣机以全自动洗衣机为主，尤其是在城市中占有绝对的垄断地位，半自动双筒洗衣机只能在农村市场找到。全自动洗衣机以其强大的功能、优良的性能以及操作方便对人的生活影响越来越大，因此全自动洗衣机将成为洗衣机市场未来发展的必然趋势，其发展必将更加辉煌。 全自动洗衣机需要对进水、洗涤、漂洗、脱水、排水等过程实现自动检测、程序控制等功能。其中，将要涉及控制电路、检测电路、驱动电路和执行主电路等硬件方面的设计。另外，还需要进行程序编程实现软件设计，以此来辅助硬件部分完成相关的功能。整个设计中需要硬件设计要尽可能简单易行，软件则要与硬件配合并易于编程，因此需要二者相互协调。硬件电路需要考虑到衣物量检测电路、水位检测电路、显示电路、电机正反转控制电路、指示灯电路和安全保护电路等。软件则需要实现整个洗衣过程按预先设定的方式运行，以实现洗衣的全自动处理。近年来，基于时代发展的要求，新一轮以“绿色环保”、“节水节能”为主题的洗衣机研究大战渐渐拉开了序幕。本文主要在洗衣机研究发展热潮的背景下，对洗衣机的单片机全自动控制做一些简单的探索，以便提高学习知识运用知识的能力，进而有助于对洗衣机的发展变化产生更多更深的认识。 第1章 概述1.1 洗衣机发展史1.1.1 洗衣机的发展历程从古到今，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。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比的提高，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。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，标志着人类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。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。伴随着科技的进一步发展，相信新型更适合人们使用的洗衣机会给我们的生活带来新的方式。1.1.2 我国洗衣机的发展历程1. 小天鹅的飞舞始建于1958年的无锡小天鹅股份有限公司， 1978年生产出中国第一台全自动洗衣机，经过几十年的发展，2011年其品牌价值达180.01亿元，成为世界上极少数能同时制造全自动波轮、滚筒、搅拌式全种类洗衣机的全球第三大洗衣机制造商。1990年，小天鹅洗衣机唯一荣获行业内国优金奖；1997年，小天鹅商标被认定为中国洗衣机行业第一枚驰名商标；2001年，小天鹅洗衣机荣获中国名牌产品称号；2005年，小天鹅荣获商务部重点培育和发展的中国出口名牌；2007年小天鹅被商务部认定为最具市场竞争力品牌；2009年小天鹅连续三年荣获美国读者文摘信誉品牌金奖；2010年小天鹅洗衣机蝉联国家知识产权局颁发的自主创新设计奖。在国内市场，小天鹅洗衣机连续14年全国销量第一；在国际市场，产品出口至100多个国家和地区，洗衣机成功进入到美国、日本等高端市场。今天，小天鹅已赢得全球4200多万消费者的喜爱，成功地实现了由国内家电制造商向国际家电制造商的转变，全力打造国际名牌。2. 海尔发展海尔作为中国洗衣机行业第一个世界名牌，海尔洗衣机见证了中国家电业悲喜动荡的近10年历程，在众多家电企业从明星到流星陨落的背景里，海尔洗衣机以自己的独特优势，支撑起国产洗衣机的主要市场版图，并抵挡住了世界洗衣机大鳄的强势冲击，避免了中国洗衣机品牌遭遇滑铁卢中国洗衣机行业幸有海尔洗衣机的存在与实力，从而没有给其他世界洗衣机品牌机会。以下是海尔洗衣机产品：(1) 1995年，第一台全塑外壳全自动洗衣机、洗衣脱水烘干三合一的滚筒洗衣机在海尔诞生。同年，海尔气泡洗双桶洗衣机荣获第九届全国发明展览会发明金奖。 (2) 1996年，第一台小小神童洗衣机在海尔问世，它填补了世界微型全自动洗衣机的空白，并开始独享小型洗衣机市场。(3) 1997年，海尔洗衣机实现了“10水位选择”、“10分钟速洗”技术，成为世界上首台洗涤速度最快、水位选择最多的洗衣机。并在同年开发出了第一台电脑型滚筒洗衣机。(4) 1998年，海尔生产了第一台特色产品大地瓜洗衣机，标志着海尔洗衣机个性化产品生产的开始，此后相继开发出“打酥油”的洗衣机、“洗荞麦皮枕头”的洗衣机、专门洗虾的“洗虾机”、第一台可洗羊绒的“圆梦”滚筒机和可以“洗毛毯”的洗衣机，个性化产品层出不穷。(5) 1999年，海尔洗衣机首次实现了“手搓式”技术，引领洗衣机发展潮流，并于2000年11月，香港国际发明博览会上，该技术获得金奖。(6) 2001年，海尔首创“不用皮带，直接传动”的“同心洗”洗衣机，其系列洗衣机获得第十三届全国发明展览会金奖。同年研制出我国首台1200转滚筒机，实现了滚筒转速技术在我国的新突破。(7) 2002年，海尔创新发明的世界第四种洗衣机 “双动力”洗衣机，创建了中国洗衣机行业“XQS”新标准。(8) 2003年3月，海尔推出了具有杀菌消毒功能的“保健双动力”洗衣机，在非典中创造了销售奇迹，成为当时洗衣机行业惟一的亮点。同年，我国首台能够“知衣量、识习惯”的“自选挡”1268和国际3A级滚筒机业先后研制成功。同年9月，海尔洗衣机推出了世界首台真正不用洗衣粉的“环保双动力”洗衣机，引领了行业未来发展新趋势，上市两个月就问鼎中国最具推广价值新品，并成为中国家电行业首家也是惟一一个获得“绿色之星”的产品。(9) 2004年5月，海尔双动力洗衣机荣获国际PCT发明专利证书。6A级“变频自动挡”洗衣机研发成功，成为我国首款6项指标同时达到国际领先水平的洗衣机。海尔“双动力”荣获第95届法国列宾国际发明博览会惟一发明金奖。在GE、西门子、惠尔浦等世界知名品牌的参展产品中脱颖而出，给中国家电产品开创了先例，引起世界家电行业专家的高度关注。同年9月，海尔推出了变频A8双动力洗衣机，它拥有行业8项领先的技术，不仅外观时尚，而且创造了行业节水、节能的最底线，不用洗衣粉带来健康和环保，其8大技术优势在行业内无法替代，被业内专家誉为最完美的洗衣机。11月6日，海尔“变频A8双动力”获得了“绿色之星”产品称号，同月，海尔“双动力”及“环保双动力”双双获得科学技术进步一等奖。(10) 2005年3月，我国首台8公斤的洗干一体机“阳光丽人”上市，它不但获得了中国家用电器研究院颁发的2005年创新设计奖，同时还被中国电子报和SOHU网站联合评为“2005年最值得购买产品”，并被经济参考报评为“2005年春季中国家电十大炫酷产品”之一。3. 西门子进入中国市场西门子洗衣机是滚筒洗涤技术的承载者，自1928年生产出世界第一台上置式洗衣机以来，西门子一直领导着欧洲滚筒洗衣机的市场，成为欧洲家庭身份和地位的象征。1996年，西门子家电正式进入中国市场。1997年，江苏博西家电销售公司在南京成立，负责销售西门子洗衣机、冰箱和即将上市的热水器。博西威和博西华分别是西门子公司在中国的生产基地，博西威生产洗衣机。公司全面引进德国的生产技术，严格执行德国的质量标准，每一台西门子洗衣机都要接受AEA电脑200多项自动监测。博西华专门从事冰箱的制造，严格执行WTS全球统一技术标准，这使得西门子电冰箱无论产地在德国、美洲还是中国都具有同样高的技术和质量水准。销售公司在全国的11区域和14个地区成立了精干而强有力的销售组织。凭借强大的品牌力量和先进的技术，西门子家电在中国取得了巨大的成功。根据中怡康市场调研公司的数据显示，西门子滚筒洗衣机的市场份额和销售额跃前茅，在3000元以上高价格段的份额也超过了51%。1.2 洗衣机发展前景和待解决问题1.2.1 国外先进技术及开发前景当今世界是技术、知识大爆炸的年代，只要人们有需要，就有可能生产出某种产品来满足人们的需要。洗衣机的发展正是这样，人们生活中发现了它的某些不便，就会在实际中不断地改进和完善它，新型洗衣机正是在这种情况下诞生的。主要机型有：1. 超声波洗衣机 超声振动产生空穴现象，在洗涤中通过边生产气泡边消失的运动，产生强水压，再加入小量洗衣剂，振动纤维，超声乳化，去污，水中气泡上升，产生了从洗涤桶中央向外侧翻动的水流，使衣服之间相互摩擦，并与洗涤剂充分接触产生很有效的洗涤作用。这种洗衣机洗涤桶小，桶内无运动部件，无机械电气故障，修理方便。词典均匀性好，不缠绕，不伤布料，洗净效果好，省水，省电。2. 电磁洗衣机 这种洗衣机洗涤桶内有4个洗涤头，上面各有个夹子，把衣物伸展夹住，每个洗涤头上有个电磁线圈，接通电源发生2500次/秒的微击振动，使衣物在洗涤液中洗涤。因不用电机驱动，无噪声，省水50%，省电75%。3. 高温泡沫洗衣机 日本大阪研制的一种不用水用高温泡沫来洗净衣物的洗衣机，洗涤剂罐于洗衣机底部，放衣物后拨动开关，开始鼓风，将空气送入罐中产生泡沫，由加热到70高温泡沫洗净衣物，然后进入洗衣桶旁边的消泡装置，一般洗510分钟/次，21L/kg干衣。4. 真空洗衣机 原苏联研制的不用洗衣粉或洗涤剂的洗衣机，真空泵将洗衣桶内吸成真空状态，桶中水运动产生气泡爆破并去污。其洗净度高，不损衣，无噪声，造价高。实际上是采用冷沸腾原理，在几秒钟内从洗衣桶的上部将空气抽空出，稀薄空气与水如沸腾状，衣物在泡沫漩涡中搅拌，1.52分钟就能洗净衣物，一般洗衣服710分钟即可完成全过程。5. 喷射式洗衣机 意大利扎努西公司研制的一种将洗涤剂不断喷向衣物的洗衣机，似乎无水，可以节省水20%，洗涤剂30%，能源35%，时间10%。这种洗衣机完全不同于前装式滚筒洗衣机，安装在喷淋系统内的喷射装置持续不断地将水和洗涤剂喷淋在衣物上进行洗涤，并在不锈钢桶内搅动衣物。衣物在液体中不停地搅动，就像桶内根本没有水一样。然而水却渗透过衣物流入位于滚筒底部的一个储水槽中。在槽中，水被重新加热再次循环喷射到衣物上，洗涤桶做周期性脱水，以排去水和污物，随后漂洗3次，最后脱水洗完。1.2.2 洗衣机待解决的一些问题由于我国洗衣机厂起步晚，加上技术方面的一些问题，不可避免在现有的机型中出现一些弊病。主要有：1. 结构类型方面 我国洗衣机多属波轮式。今后波轮式任然是主要型式。为了适应国外市场的不同需求，要适当地生产些新形式的滚筒式和搅拌式洗衣机，进而生产具有波轮式、搅拌式两种洗衣机优点的新机型。为了使波轮式洗衣机洗涤更合理，应努力将全自动洗衣机提高到电脑型的水平。双筒洗衣机在提高漂洗的条件下，以重点生产全自动型喷淋式洗衣机为宜。同时要注意避免新水流洗衣机一味地提高波轮式的转数及其转动时间或增高波轮筋高的倾向，以免损伤衣率和缠绕率回升，降低了新水流洗衣机的优越性。2. 质量方面 我国洗衣机的质量问题具体反映在功能、外观和可靠性三方面，与国外存在较大的差距。把国内外洗衣机放在一起，从功能、电源插头、面板装饰、旋钮结合、塑料件的光整度（光洁、毛刺和变形）、外箱和螺丝钉的成形及防锈、皮带的耐磨及噪音进排水阀和水位开关质量、电脑控制各种功能的能力、电脑的抗压波动、抗干扰防静电的能力以及传感器的灵敏度等方面，很容易看出哪几台是国产，再加上装备工艺较落后，致使我国洗衣机的质量稳定性差，出口有一定的困难。目前我国洗衣机无故障运行水平约为250500小时，而国外同类产品达15002000小时，即十年不用修理。我国的洗衣机出口切不可立足于搞好售后服务，否则将带来很多麻烦。因此提高洗衣机的质量要从提高零部件的质量入手。关键电器件和传动件应组织专业分工，制定标准，组织攻关，进行认证，在改进功能方面、外观质量和可靠性三方面，进行全面整理，提高水平。3. 原材料和磨具方面 洗衣机的原材料和薄钢板，目前均供不应求，需进口。一旦进口受阻，生产便要停滞下来。生产的塑料件注塑工艺和塑料模具的质量问题也同样影响洗衣机的生产质量。另外，塑料的各种规格来源也不足，靠进口成本就降不下来，以每台洗衣机10公斤塑料件估计，年产1000万台需塑料10万吨，现在远远不能满足需求。薄钢板若以6公斤台粗计，年产1000万台每年需薄钢板6万吨，目前50%还供应不上。我国洗衣机要维持生产，大型模具的设计、制造和使用寿命，应组织攻关解决。4. 管理方面 各洗衣机厂从国外引进的设备和技术的消化吸收还没有落在实处，有的厂只是计划了一下，软件技术既没有消化，也没有吸收，照老办法生产，甚至买来就一直锁在柜子里。现在出口洗衣机和前几年引进类似，盲目自我竞争，各自为政，因此在出口管理方面，应协调一致，统一对外。1.3 洗衣机的分类及特性家用洗衣机的种类很多，一般按自动化程度和结构原理两种方法进行分类。1.3.1 按洗衣机自动化程度分类1. 普通型洗衣机 洗涤、漂洗、脱水各功能的操作都需用手工转换。这种洗衣机结构简单，价格便宜，占地少，容易搬动。它装有定时器，可根据衣物的脏污程度选定洗涤和漂洗时间，到达预定时间，即可自动停机。普通型洗衣机有单桶和双桶两种。不带脱水装置的洗衣机，衣物洗净后需人工拧干再去晾晒。 2. 半自动型洗衣机 在洗涤、漂洗、脱水功能中，其中任意两个功能的转换不用手工操作而能自动进行。一般由洗衣系统和脱水系统两部分组成，常见的为双桶半自动型洗衣机。在洗衣桶中可以按预定时间完成洗涤和漂洗程序，但不能自动脱水，需要人工把衣物从洗衣桶中取出，放入脱水机中甩干。 3. 全自动型洗衣机 洗涤、漂洗、脱水各功能间的转换全部不用手工操作，包括进水、排水在内的各工序都可以用程序控制器自动控制。衣物放入洗衣机后能自动洗涤、漂洗、脱水，全部程序自动完成。当衣物甩干后，蜂鸣器会发出声响。全自动型洗衣机多为套桶洗衣机，即洗衣桶和脱水桶套装一起。有一种带有传感器的高级微电脑全自动洗衣机，具有人工智能，它能根据洗涤物的数量、种类、脏污程度，自动选定对洗涤物的最佳程序，自动进行洗涤。1.3.2 按洗衣机结构原理分类1. 波轮式洗衣机 在洗衣桶的底部中心处装有一个带凸筋的波轮，波轮旋转时，洗涤液在桶内形成螺旋状涡卷水流，从而带动衣物旋转翻动而达到洗涤目的。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 滚筒式洗衣机为套桶装置，内桶为圆柱形卧置的滚筒，筒内有34条凸棱，当滚筒绕轴心旋转时，带动衣物翻滚，并循环反复地摔落在洗涤液中，从而达到洗涤的目的。滚筒式洗衣机，按投放衣物的位置不同，可分为上装入式和侧装式。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 搅拌式洗衣机在立式洗衣桶的中央置有一根垂直立轴，轴上装有搅拌桨。靠轴的旋转使衣物在洗涤液中不断地被搅动，达到洗涤的目的。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 喷流式洗衣机的洗涤容器为立桶，只是波轮装在桶的侧上。电动机起动后，侧壁波轮产生强烈的水流将衣物在洗涤液中甩打、抛掷、揉搓、冲刷，使衣物洗净。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。但由于水流激烈，衣物容易拧绞在一起，因而洗涤不均，对衣物损伤较重，洗涤时洗涤液容易飞溅。 5. 其他型式的洗衣机 (1) 波轮搅拌式洗衣机 它是波轮式和搅拌式洗衣机两种型式的结合。为了使衣物免于绞缠，在洗衣桶中央，波轮的中心竖起根长轴，在长轴的下端靠近波轮处有几个均匀分布之轴上的小翼，其波轮比普通波轮式洗衣机的大。洗涤时，波轮和搅拌翼一起作正反向转动。 (2) 喷淋漂洗洗衣机 在波轮式洗衣机的基础上，为了省电、省时间，把经洗涤液洗净的衣物放在脱水桶中，一边喷水漂洗，一边脱水。 (3) 振动式洗衣机它没有波轮，也没有旋转式电动机，而是在洗衣桶中安置洗涤头，洗涤头与电磁线圈相连。洗涤时，线圈带动洗涤头振动，频率达25000次/s，夹在洗涤头上的衣物在洗涤液中来回摆动，与桶壁及洗涤液发生摩擦，产生洗涤效果。振动式洗衣机，对衣物磨损小，但其振动与噪声较大。 (4) 超声波洗衣机机中装有超声波发生器，当超声波(频率在20000Hz以上)进入水中以后，可使水中的微小气泡随着超声波的频率而缩胀，气泡在压缩时破裂，产生很大的压力；在急速膨胀时产生部分真空，可将附着在衣物上的污垢分解吸出，同时将衣物中的细菌杀灭。这种新颖的洗衣机有较高的洗涤效果。1.4 全自动洗衣机的功能要求1.4.1 全自动洗衣机的简要介绍全自动洗衣机将洗衣的全过程浸泡、洗涤、漂洗、脱水预先设定好N个程序，洗衣时选择其中一个程序，打开水龙头和启动洗衣机开关后洗衣的全过程就会自动完成，洗衣完成时由蜂鸣器发出响声，而且洗衣机采用高分子聚合塑钢材料作为外箱体，不怕水，不腐烂，永不生锈，耐碰撞，防漏电，机身轻便，易于搬动，还不占位，特意添加的抗老化剂，令外箱体历久弥新。 1.4.2 工作原理洗衣机的洗涤过程主要是在机械产生的排渗、冲刷等机械作用和洗涤剂的润湿、分散作用下，将污垢拉入水中来实现洗净的目的。首先充满于波轮叶片间的洗涤液，在离心力的作用下被高速甩向桶壁，并沿桶壁上升。在波轮中心处，因甩出液体而形成低压区，又使得洗涤液流回波轮附近。这样，在波轮附近形成了以波轮轴线为中心的涡流。衣物在涡流的作用下，作螺旋式回转，吸入中心后又被甩向桶壁，与桶壁发生摩擦。又由于波轮中心是低压区，衣物易被吸在波轮附近，不断地与波轮发生摩擦，如同人工揉搓衣物，污垢被迫脱离衣物。其次，当衣物被放进洗涤液之后，由于惯性作用运动缓慢，在水流与衣物之间存在着速度差，使得两者发生相对运动，水流与衣物便发生相对摩擦，这种水流冲刷力同样有助于污垢离开衣物。再次由于洗衣涌形状的不规则，当旋转着的水流碰到桶壁后，其速度和方向都发生了改变，形成湍流。在湍流的作用下，衣物做无规则地运动并翻滚，其纤维不断被弯曲、绞纽扣拉长，衣物相互相摩擦，增大了洗涤的有效面积，提高衣物的洗净的均匀性。 全自动洗衣机是通过水位开关与电磁进水阀配合来控制进水、排水以及电机的通断，从而实现自动控制的。电磁进水阀起着通、断水源的作用。当电磁线圈断电时，移动铁芯在重力和弹簧力的作用下，紧紧顶在橡胶膜片上，并将膜片的中心小孔堵塞，这样阀门关闭，水流不通。当电磁线圈通电后，移动铁芯在磁力作用下上移，离开膜片，并使膜片的中心小孔打开，于是膜片上方的水通过中心小孔流入洗衣桶内。由于中心小孔的流通能力大于膜片两侧小孔的流通能力，膜片上方压强迅速减小，膜片将在压力差的作用下上移，闭门开启，水流导通。 水位开关实际上是一个压力开关。气室的入口与洗衣桶中的贮气室相联接。当水注入洗衣桶后，贮气室口很快被封闭，随水位上升，贮气室的水位也上升，被封闭的空气压强亦增大，水位开关中的波纹膜片受压而胀起，推动顶杆运动而使触点改变，从而实现自动通断。 智能型模糊控制的全自动洗衣机还可以自动判断水温、水位、衣质衣量、衣物的脏污情况，决定投放适量的洗涤剂和最佳的洗涤程序。当洗衣桶内衣物的多少和质地不同，而注入水使其达到相同的水位时，其总重量是不同的。利用这一点，通过对洗衣电动机低速转动后的惯性测量，可以判断衣质和衣量。方法是：在洗衣桶内注入一定量水后使电机低速运转，平稳后快速断电，洗衣桶在惯性作用下带动电机继续转动。此时，电机绕组产生反电动势，对其半波整流并放大整形后获得一矩形脉冲系列。通过分析脉冲个数和脉冲宽度。就能得到衣质衣量情况。 衣物的脏污程度是通过水的透明度来判断的。在洗衣桶的排水口处加一红外光电传感器，使红外光通过水而进入另一侧的接收管。若水的透明度低，接收管获得的光能小，说明衣物较脏。 脱水时采用压电传感器。当脱水桶高度旋转时，从脱水桶喷射出来的水作用于压电传感器上，根据这个压力变化，自动停止脱水运转。1.5 本课题的研究目的和意义近年来，伴随着经济的快速发展，人们消费水平日益提高，用户对洗衣机提出了更高的要求，从而对洗衣机的生产提出了新的课题。基于时代发展的要求，新一轮以“绿色环保”、“节水节能”为主题的洗衣机研究大战渐渐拉开了序幕。基于单片机控制系统具有精度高、功能强、经济性好的优点，无论在提高产品质量还是产品数量，节约能源还是改善劳动条件方面都显示了无比的优越性，在实际应用中得到了广泛的使用。本文主要在洗衣机研究发展热潮的背景下，对洗衣机的单片机全自动控制做一些简单的探索，以便提高学习知识运用知识的能力，进而有助于对洗衣机的发展变化产生更多更深的认识。第2章 系统的整体方案设计2.1 系统的整体架构主控制系统运用的是AT89C51单片机，其控制的对象包括：进水阀、排水阀、电机等。这些被控对象需要根据不同的洗衣程序来设定它们不同的工作状态和工作时间，进水阀和排水阀的控制还需要水位检测，同时需要数码管显示不同的工作状态及运行剩余时间。发光二极管用来指示洗衣机的运行状态；按键用来控制程序的运行和设置洗涤模式；蜂鸣器用来进行程序运行提示及故障报警。洗衣机控制器系统整体构架如图2-1所示： 图2-1 硬件结构框图各框图的作用： 1. 单片机电路：单片机电路是程序控制的中心，它把计算机的各种功能电路都集成在一块芯片上，主要包括中央处理器CPU、程序存储器ROM、数据存储器RAM、输入/输出接口电路及计时、分频、扫描、定时、时间设定等电路，ROM内已固化了洗衣机操作程序，单片机根据输入指令和检测信号，调出内部相应的操作程序，通过电路处理后，输出各种电路控制信号，使洗衣机自动完成程序操作过程。如果单片机自身出故障，或控制电路传送给单片机的信息不正确，洗衣机就不能正常工作。 2. 直流电源电路：这是为单片机及其外围控制电路提供直流电源的电路，它将输入的220V交流电经过变压、整流、滤波、稳压后，变为稳定的低压直流电，送给单片机、可控硅触发电路、显示电路等。 3. 复位电路：此电路的作用是复位。在单片机接上电源以后，若电源出现过低电压时，将单片机存储器复位，使其各项参数处于初始位置，即处于开机时的标准程序状态，以消除由于各种原因引起的程序紊乱。 4. 时钟电路：由晶振元件与单片机内部电路组成，产生的振荡频率为单片机提供时钟信号，供单片机信号定时和计时用。 5. 按键输入电路和显示电路6. 负载驱动电路 该电路多由双向可控硅及触发器电路组成。双向可控硅作为无触点开关控制电机等负载的通断及运行。单片机根据按键输入指令或接收的检测信号，输出相应的控制信号，控制可控硅触发电路的导通，使电机等负载得电运转。 7. 报警电路 此电路在洗衣机中起提示和报警的作用。根据程序安排和软件设置，当洗衣完成后，洗衣机将发出蜂鸣声以提示用户洗衣完成。 8. 水位开关和安全开关电路 水位选择开关，用户根据需要选择水位，在进水期间，系统不断检测，当到达设定水位时就停止进水。水位电路和安全开关电路由传感器监测，其通断状态由电路输送给单片机，由单片机进行指令控制。 2.2 系统技术方案目前国内外市场上有很多种类的洗衣机，采用的控制系统也各不相同，基于学习与实际的情况，本设计选用AT89C51单片机来实现洗衣机控制器的各控制要求。此设计以单片机为主体，配以各种控制电路，构成洗衣机的程序控制系统。当有故障时，在排除了机械系统和程序控制器外接部件后，一般来说，先检测判定单片机外围的控制电路，正常后，再判断单片机的故障。程序控制系统接受来自操作面板的动作指令，送出相应的执行命令，使电动机、进水阀、排水阀等按程序通电运行；同时还可以监测和显示洗衣机的工作状态，并判断工作是否正常，一旦出现异常，会立即送出停止命令，并发出声音报警。程序控制系统的这些功能是由它的各种控制电路相互配合工作来实现的。 2.3 系统功能方案 本设计用AT89C51单片机实现洗衣机的控制，通过对拨码开关和键盘的操作实现手动、自动模式以及自动模式下水位的选择，也可以在自动模式下不进行任何操作，进入默认模式。当选择好模式后进入该模式，设置相应参数，然后再次扫描键盘，选择水位，进入该水位模式，设置水位参数。在P1.4为低电平时进入手动模式，手动模式下若P1.5为低电平则进入单洗过程，单洗完成，声光报警提示用户；若P1.5为高电平则检查P1.6，若为低电平则进入漂洗程序进行漂洗，漂洗完成，声光报警提示用户。若P1.6为高电平则检查P1.7，若为低电平则进入长脱水程序，进行长脱水，长脱水结束，声光报警提示用户；若P1.7为高电平则从P1.5重新检查直到检查到低电平，进入相应处理。在P1.4为高电平时进入自动模式，则去扫描键盘，第一次扫描键盘选择标准，轻柔，快洗模式，待选择好模式并设定好参数后，再次扫描键盘选择水位，选择好水位并设置好参数后进入洗衣过程。如果15秒内没有扫描到模式按键，则进入默认模式。洗衣程序包括单洗、漂洗、长脱水三个过程。自动模式下的三个模式都包括这三个过程，只是在不同模式和水位下的参数不同。洗衣过程：进入洗衣程序开定时器开始倒计时，根据选择的水位进水，进水完成后，在没有超出要求水位的情况下，进入单洗过程，电动机开始正反转，根据所选模式中设置的正反转次数以及不同模式下正反转的时间自动洗衣；待单洗完成进入排水过程，排水时间由水位模式设置，排水结束后进入漂洗过程；先进行短脱水，脱水结束再进水，进水完成再进行短洗，时间为四分钟，短洗完成再排水，然后重复上述过程一次即完成漂洗过程；之后进入长脱水过程，时间为四分钟，电机高速旋转，长脱水结束即整个洗衣过称结束，此时声光报警提示用户洗衣完成。标准模式下的单洗过程，电机正反转36次，每次正转十八秒停两秒，再反转十八秒停两秒；轻柔模式下单洗过程，电机正反转36次，每次正转三秒停两秒，再反转三秒停两秒；快洗模式下单洗过程，电机正反转24次，每次正转十八秒停两秒，再反转十八秒停两秒。三种模式下的漂洗过程和长脱水过程相同。进排水控制：每个水位下设置好了进排水的时间，进水时P3.4置1，表示开进水阀，进水完成后P3.4置0表示关进水阀；排水时P3.5置1表示开排水阀，排水完成后P3.5置0表示关排水阀。电机的正反转实现方式：当P3.6为1，P3.7为0时电机正转，当P3.6和P3.7都为0时电机停转，当P3.6为0，P3.7为1时电机反转。电机正反转用直流电机模拟。在显示时开始考虑的是通过按键实现交替显示，但是这样就必须时刻扫描键盘，使程序进入了扫描键盘的死循环，无法正常进行其他工作。多次考虑后发现在进排水和电机动作时没有其他的要求，可以利用这段时间驱动数码管显示模式、水位、状态、温度以及剩余时间等，其中剩余时间单独显示，其他的一起显示，这样只需显示两次，每次十秒，交替进行。单洗和短洗，电机正转时模式、水位、状态及温度显示十秒，再熄灭十秒或五秒；电机反转时剩余时间显示十秒，再熄灭十秒或五秒，循环进行；脱水和进排水时两种显示每次交替十秒。这样在整个过程中多有显示，很好地解决了显示与洗衣同时进行的问题。自动模式中，显示模式1下，数码管右边第一位表示模式，b表示标准，q表示轻柔，3表示快洗；第二位表示水位，分别用1、2、3、4表示；中间两位表示正在进行的动作即状态，7H表示进水，dH表示短脱水，dd表示短洗，CH表示长脱水，PH表示排水；左边两位显示水的温度。显示模式2下用四个数码管显示剩余时间。手动模式中，单洗，漂洗，长脱水需要单独设置参数，具体设置见附录的程序中；单洗时，模式、水位显示位显示d7表示手动下的单洗；漂洗时显示P7表示漂洗；长脱水时，显示CH表示长脱水。另外，默认模式下调用的是标准模式下水位二的洗衣程序，显示也完全相同。每一个动作完成时都有一秒钟的蜂鸣提示。 第3章 硬件电路设计3.1 MCS-51单片机概述3.1.1 单片机的概念与特点单片机是一种集成电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。单片机的特点：1. 高集成度，体积小，高可靠性单片机将各功能部件集成在一块晶体芯片上，集成度很高，体积自然也是最小的。芯片本身是按工业测控环境要求设计的，内部布线很短，其抗工业噪音性能优于一般通用的CPU。单片机程序指令，常数及表格等固化在ROM中不易破坏，许多信号通道均在一个芯片内，故可靠性高。2. 控制功能强为了满足对对象的控制要求，单片机的指令系统均有极丰富的条件:分支转移能力，I/O口的逻辑操作及位处理能力，非常适用于专门的控制功能。3. 低电压，低功耗，便于生产便携式产品为了满足广泛使用于便携式系统，许多单片机内的工作电压仅为1.8V3.6V，而工作电流仅为数百微安。 4. 易扩展片内具有计算机正常运行所必需的部件。芯片外部有许多供扩展用的三总线及并行、串行输入/输出管脚，很容易构成各种规模的计算机应用系统。 5. 优异的性能价格比单片机的性能极高。为了提高速度和运行效率，单片机已开始使用RISC流水线和DSP等技术。单片机的寻址能力也已突破64KB的限制，有的已可达到1MB和16MB，片内的ROM容量可达62MB，RAM容量则可达2MB。由于单片机的广泛使用，因而销量极大，各大公司的商业竞争更使其价格十分低廉，其性能价格比极高。3.1.2 MCS-51单片机的概述尽管单片机不断向纵深发展，但目前乃至今后若干年，8位机仍旧是实际应用中的主导产品。MCS-51系列单片机是目前8位机的主流机型，在实时控制、智能化仪表等方面应用最广。因此，下面简要介绍MCS-51系列单片机。MCS-51系列单片机以片内有无程序存储器及存储的形式分为3种基本产品：8051、8751和8031。8051单片机片内含有掩磨ROM型程序存储器。因为这种只读存储器中的程序要由单片机生产厂制作芯片时为用户固化于片内，所以只适用于批量极大。程序要永久性保留且不会修改的场合。8751片内含有EPROM型程序存储器，用户可以把程序固化在EPROM中，需要修改时，可用紫外光线光照擦出，然后又可写入新的用户程序，但该芯片价格较高。8031片内没有程序存储器，外部扩展一片或多片含有用户程序的EPROM后，就相当于一片8751，因而使用灵活方便，加之价格低廉，目前是应用最广的机型。MCS-51系列增强型产品有8052、8752和8032，它们与8051、8751和8031相比分别增加了一个定时/计数器、一个中断源、128字节片内RAM以及4K字节程序存储器（仅对8052、8752）。采用CHMOS-E工艺制造的80C51、87C51和80C31，除了具有运行时的低功耗外（16mA，5V），还具备空闲（IDLE）操作和掉电（POWER DOWN）操作两种既节电又能保存片内信息的工作方式。此外，87C51还具备二级程序存储器加密电路和智能编程算法。3.1.3 单片机的组成图MCS-51单片机（此处以AT89C51为例）芯片的基本组成如图3-1所示：图3-1 AT89C51芯片的内部组成框图AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压、高性能CMOS 8位微处理器，俗称单片机。单片机的可擦除只读存储器可反复擦除100次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器。AT89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。主要性能有：与MCS-51兼容4K字节可编程闪烁存储器全静态工作：0HZ-24MHZ三级程序存储器锁定1288位内部RAM32可编程I/O线两个16位定时器/计数器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3.1.4 AT89C51单片机的引脚及总线结构图1. 引脚图及各管脚：图3-2 引脚图VCC：供电电压。 GND：接地。 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作为输出口使用时，它的内部电路已经提供了一个推拉电流负载，外接了一个上拉电阻，外电路无需再接上拉电阻，与一般的双向口使用方法相同。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：表3-1 P3口做特殊功能用表P3.0RXD串行输入口P3.1TXD串行输出口P3.2外部中断0P3.3外部中断1P3.4T0记时器0外部输入P3.5T1记时器1外部输入P3.6外部数据存储器写选通P3.7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。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。 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地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，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目的。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指令是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。 ：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