洗衣机控制模型设计报告.doc

洗衣机控制模型设计报告作者：陈金秀，黎宗伟，谢伟敏 摘要：本控制系统以单片机为核心，以个独立键盘分别做为输入达到启动、控制水位高低、洗衣重复次数、电机循环次数的控制，加入了复位（预设重置）功能，用个八位数码管分别显示以上各种预设值；用芯片驱动电机正转反转以及暂停达到控制洗衣脱水全过程以及控制排水阀的进排水；最后用蜂鸣器发出洗衣结束信号。完成了题目的基本要求部分后有自己的发挥。关键字：单片机达林顿驱动,模数转换器，故障预警, 断电记忆 , , , , , , ( ) , , , ; ; . .: , , .目录一设计题目 、设计任务 、设计要求 二系统方案选择与论证 、最终方案设计思想及框架示意图 三系统各模块单元的理论分析与实际电路设计 （一）电源模块设计 （二）数字控制电路设计 按键输入模块 数码管显示模块 蜂鸣器报警模块 （三）、机械控制电路设计 水位检测电路模块 进（排）水电磁阀及电机控制模块 四发挥部分设计 、进排水故障预警、断电记忆功能五程序总流程图 六、设计总结 七、附录 附录、部分元器件明细表附录、印制电路板图附录、部分程序清单一、洗衣机控制模型、设计任务 设计并制作洗衣机控制模型，该洗衣机装水容量为升，控制器可设定高、中、低水位和洗衣过程，控制电动机的正反转，自动进水和排水。系统结构框图如下：、设计要求对洗衣机控制程序的要求如下：、接通电源后，数字显示“0”，电动机准备投入运行。、设定高、中、低水位和洗衣重复次数（进水、排水次数），可在次内任意预置。、设定电动机的循环次数（四个节拍表示一个循环），可在次循环周期内任意预置。、按下起动开关，按设定水位自动进水，到达设定水位后停止进水。、电动机开始循环运行，每次循环由四个节拍组成：电动机正转，持续秒；电动机停转，持续秒；电动机反转，持续秒；电动机停转，持续秒。每个循环周期为秒。数字显示电动机已经循环的次数。到达预定循环次数后，电动机停转、打开排水阀，自动排水和脱水。脱水时电动机正转秒，停转秒又正转秒。、重新进水和控制电动机循环运行，数字显示进排水已经重复的次数。、到达洗衣重复次数后，发出次蜂鸣声，洗衣过程结束。数字显示出最终的循环次数。二系统方案选择与论证方案：控制系统主要由电源电路、数字控制电路和机械控制电路三大模块构成。以为核心，通过变压器对市电降压整流滤波后经和三端稳压给供电，输出给电机和电磁阀供电；用户从键盘传递水位、洗衣次数、循环次数数据，位数码管分别显示，由对水位电阻丝的模拟电压进行实时采集后并行传输到，由对电磁阀进行进排水以及电机正转反转的控制，当系统发生进排水故障和洗衣结束时，蜂鸣器发出报警信号，最后又具有2C总线接口的24C解决掉电数据保存问题。总方案设计思想及框架示意图： 转换器数码管显示键盘电路电机正转反转进排水电磁阀数字量电阻丝模拟电压量初始状态设置24C断电记忆蜂鸣器报警故障和结束预警锁存三系统各模块单元的理论分析与实际电路设计（一）电源模块交流电通过电源变压器降压后经整流桥整流,电容滤波，三端稳压器经二极管输出伏供给集成芯片供电磁阀，另一端经二极管,电容滤波后到输出伏供给单片机。（二）数字控制部分、按键输入模块为启动暂停键，当按下键外部中断置低电平，触发启动，为高，中，低水位键，当检测到按下时，水位从到显示，当按键超过次时，水位自动清零。 为洗衣次数置数，为电机循环次数，当按下时，洗衣次数从到显示，当按键超过次时，洗衣次数自动返回,按下时，电机循环次数从 到显示，当按键超过次时，电机自动返回到、数码管显示模块方案一：用个数码管动态显示，口加上上拉电阻后直接输出到五个数码管的个段选端，然后用的三个口接一块线线译码器控制位选。本方案成本低容易实现，但本方案存在的问题是占用口过多，将不利于系统后继的扩展需求。方案二：用个数码管动态显示， 两个、锁存器的输入端接单片机的口，对口发送的数据进行锁存，进行数码管的段选，对口发送的数据进行位选，口同时加上上拉电阻。本方案能很好的实现显示控制，再不提升成本和复杂性基础上，既有方案一的优点，又弥补了方案一缺点，节省了系统资源，故选择后者。第一个数码管显示水位状态（无水）、（低）、（中）、（高），第二个显示洗衣次数（）,第三个显示电机循环次数（）；第四个显示已经洗衣次数，第五个显示已经循环次数，最后又第四第五个显示完成后一起显示最终循环次数，不在另用俩个数码管显示。、蜂鸣器报警模块 图中三极管在本电路做开关作用，而不是放大作用，当置高电平时，三极管截止，没有电流流过线圈，蜂鸣器不发声；当置低电平时，三极管导通，这样蜂鸣器的电流形成回路，发出声音。预警一：当程序检测水位高低、洗衣次数以及电机循环次数都设定时（每个的数值）时，如果没有，单片机会给引脚输出低电平，使三极管导通，蜂鸣器报警声。预警二：当洗衣进水时，在一段时间内还没达到预定水位，说明进水有故障蜂鸣器报警声；同理排水发生故障时，报警声。给用户提示，需人工排除故障。还有就是洗衣结束时发出结束信号。三、机械控制电路 方案一：利用压力传感器安装在水容器底部，当水容器的液位发生变化时，压力传感器将获得不同的模拟电压信号再经过运算放大电路放大后变成幅度为 标准信号，送入转换器，转换器把模拟信号变成数字信号量送给单片机进行处理，可精确控制，接口电路方便连接，缺点是压力传感器价格贵。方案二：利用液位传感器，把四个液位传感器放在水容器的高，中，低和底部，当水位发生变化并达到相应的高度时，在相应的传感器中获得模拟电压信号送至转换器变成数字信号给单片机处理，缺点是四个传感器成本高且安装是一个问题。方案三：将一根电阻丝一侧的保护膜刮掉，绕成与容器底部到高水位等距，一端接入伏的电压另一端放入水容器的底部在经一个的电阻后接地，使之能在水中导通，当液位发生变化时，在水中的部分电阻丝将会发生短路，引起浸入水中电阻丝阻值的变化，从而引起不同的模拟电压信号送至转换器变成数字信号并行传送给单片机处理。电阻丝价格低廉，可以对水位进行较精确的控制，且容易实现外围电路的连接，故选择后者。 水位检测电路 转换器具有三态输出锁存器，可直接驱动数据道路总线，故与单片机的接口电路十分简单。获得的一的模拟信号，然后将其转换成位二进制数值，即可以将一的电位信号的次方（）等分。将获得的信号与设定的值进行比较并执行停止进水或是排水的动作。 进水排水电磁阀以及电动机的控制方案一：用三极管搭建桥式驱动电路驱动电机，但用三极管搭建的电路也会稍微麻烦，考虑到市场上有集成桥式驱动电路，且成本不高，于是省去搭建分立元件直接利用电机专用驱动（即集成桥式驱动电路）和达林顿管驱动电磁阀输出比较大的电流能驱动两个电机，驱动器能输出的电流，能驱动进（排）水电磁阀。缺点是两块芯片都不能很好的利用，浪费两块芯片的输出接口和单片机接口。方案二现只用一块达林顿既能驱动电机也能驱动电磁阀，通过把的各输入口接入单片机就能实现全部控制，输出口是接电机，进水阀接入的引脚，排水阀接入的引脚。注意到电机和电磁阀这类元器件内部都有线圈，控制他们的启停时，在某一个机械状态切换时，线圈会产生自感电动势，而只用一块也能实现，但是必须接入三个二极管，用于吸收释放电感 线圈断电时产生的反响电动势，防止烧坏芯片和干扰电路，芯片内部做了一个消线圈反电动势的二极管，这样减少了一个集成芯片又节省了保护二极管，节约成本，也易于实现，故选择后者。 四发挥部分设计为了增强本系统的稳定性和用户使用方便角度出发，对一些常见的故障进行预警，用户可根据报警的特征判断故障所在。、进水超时保护功能进排水故障预警：当洗衣进水时，在一段时间内还没达到预定水位，说明进水有故障蜂鸣器报警声；同理排水发生故障时，报警声。给用户提示，进水管连接口有杂质堵塞过滤网等原因致使进水时间过长，此时为防止进水阀线圈长时间通电而发热进而烧毁，需人工排除故障。、断电记忆功能24C具有二线串行接口、双向数据传输协议、 字节页面写模式、允许写部分页面、自定时周期、内部结构 ()、高可靠性，数据保留 年,利用它具有存储的功能，当洗衣机正在运行时，单片机通过和两个引脚输出高电平接上拉电阻后连接到和,当发生断电时，24C会记录停电前已洗衣的次数（可以精确到电机循环次数），当再次通电时，单片机会从24C记录的已经洗衣数开始运行，以完成上次断电时剩余的洗衣次数，这样做可以节约水电资源的。由此可见，断电记忆功能的重要性。五程序流程图洗衣和循环次数是否同时大于启动进水阀通电水位的高，中，低洗衣次数循环次数报错：蜂鸣器响两次启动水位是否达到设定水位电机循环循环次数启动排水阀是否排完关闭排水阀脱水是否达到洗衣次数结束某时段内不到水位报错某时段内不到水位报错蜂鸣器响结束显示总循环次数记忆洗衣次数六、总结我们在整个设计制作过程中，始终关注系统的性能指标和运行的稳定性，本着稳定性和精确性并重的原则，我们采取了诸多的有效措施，完成了设计题目所规定的部分指标和要求，达到基本的性能指标，而且对于有些指标我们的设计还有了一定的的提高，功能也有所扩展。 这次是我们的新团队第一次合作共同完成一个项目，虽然在过程中有很多的麻烦和困难存在，但是最终我们都一一克服，使我们学到了很多书本上没有知识，与此同时也运用了一些课本的只是，这正是我们参加这次比赛的出发点，我们渴望进步，不惧任何艰难险阻，我们希望在未来的努力中可以更加团结，达到更加完美的地步。七、附录附录、部分元器件明细表元件名称元件数量元件单价变压器整流全桥三端稳压三端稳压12M晶振模数转换器锁存器段数码管排阻直流电机电磁阀达林顿管 蜂鸣器 三极管电阻丝按钮按键电容电阻附录、印制电路板图附录、部分程序清单*电机洗衣循环*14 / 14 () () ; (); (); ; ; *开始计时* ; ; ; *电机正转* () *等待中断发生* () ; *触发中断* ; ; *电机停转* ; (); ; *电机反转* ; ; () *等待中断发生* () ; *触发中断* ; ; ; *电机停转* (); ; (); ; *一个循环结束* () (); *24C初始设置* (); () ; (); (); (); *按键检测* () ()() () ; (); (); ; (); ; *进水*水位检测*(); *进水超时检查*(); (); ; (); ; ; ; *记忆洗衣次数* (); (); *发出结束信号*();*启动模数转换器* () () ; (); ();(); (); (); ; *蜂鸣器报警次数* ( ) () ; (); ; (); ; *进水超时检测* ( ) () () ; ();