波轮式洗衣机 课程设计.doc

北华大学专业方向课程设计 摘要 随着国民经济的发展 人民的生活水平不断提高 全自动洗衣机使人们从繁杂 的家务劳动中解放出来 愈来愈受到消费者的青睐 全自动洗衣机综合运用了大量 力学 电学 光学等知识 同时具有洗涤 漂洗和脱水各种功能 它们之间的转换 不用手工操作而能自动进行的洗衣机 以下就其原理和构造作一分析 关键词 全自动洗衣机 洗涤 漂洗 脱水 北华大学专业方向课程设计 Abstract With the development of national economy the people s living standards improve automatic washing machine makes people from multifarious housework liberate more and more get the favour of consumer Fully automatic washing machine the integrated use of a large number of mechanical and electrical optical and knowledge at the same time can wash rinse and dehydration various kinds of functions they conversion between without manual operation and automatic washing machine The following is the principle and the structure is analyzed Key words Full automatic washing machine Washing Rinse Dehydration 北华大学专业方向课程设计 0 0 目录 第一章 绪论 1 第二章 基本结构及工作原理 2 2 1 进水 排水系统 2 2 1 1 水位开关 3 2 1 2 进水电磁阀 4 2 1 3 排水电磁阀 5 2 2 传动系统的结构及其工作原理 6 2 2 1 离合器结构和工作原理 7 2 3 洗衣脱水桶设计 10 2 4 波轮设计 11 2 5 安全开关及脱水不平衡自动复位系统 11 第三章 波轮式全自动洗衣机电气控制部分 12 3 1 电动机功能及其选择 12 3 2 控制台设计 12 3 3 传感器功能及使用 13 3 4 控制电路的设计 13 3 4 1 设计方法 14 第四章 硬件电路设计 15 4 1 控制系统的电路组成 15 4 2 电源电路 15 4 3 单片机控制电路 16 4 3 1 AT89S51 单片机主控系统 16 4 3 2 单片机的复位电路 18 4 3 3 单片机的时钟电路 18 4 3 4 显示电路 19 4 3 5 蜂鸣器报警电路 20 4 3 6 电动机的控制电路 21 4 3 7 进水 排水电路 22 4 3 8 总体电路图和元件清单列表 22 课程设计体会 24 结语 25 参考文献 26 北华大学专业方向课程设计 0 0 第一章 绪论 从古到今 洗衣服都是一项难于逃避的家务劳动 在洗衣机出现以前 这项劳 动并不像田园诗描绘的那样充满乐趣 手搓 脚踩 棒击 冲刷 摔打 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 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 1880 年 美国又出现了蒸汽洗衣机 蒸汽动力开始取代人力 之后 水力洗衣 机 内燃机洗衣机也相继出现 1911 年 美国试制成功世界上第一台电动洗衣机 标志着人类家务劳动自动化 的开端 1922 年 电动洗衣机迎来一种崭新的洗衣方式 搅拌式 搅拌式洗衣机由美 国玛依塔格公司研制成功 70 年代后期 微电脑控制的全自动洗衣机出现引领新的发展方向 让人耳目一 新 90 年代 由于电动机调速技术的提高 洗衣机实现了较宽范围的转速变换与调 节 诞生了许多新水流洗衣机 全自动洗衣机其特点是能自动完成洗涤 漂洗和脱水的转换 整个过程不需要 人工操作 这类洗衣机均采用套筒式结构 其进水 排水都采用电磁阀 由程序控 制器按人们预先设计好的程序不断发出指令 驱动各执行器件动作 整个洗衣过程 自动完成 所用的程序控制器可分为电动机驱动式和单片机式 从控制方式的发展 阶段上分 全自动洗衣机可分为两大类 第一类电动控制洗衣机 它的程序控制器由电动元件组成 第二类是电脑控制洗衣机 它的程序控制器由微型计算机组成 电动控制全自 动洗衣机是较早出现的自动控制类家用电器 其产品类型还属于传统的机械产品 是自动控制的初级阶段 随着计算机的及微电子技术的发展 自动控制系统正在逐 步实现硬件化 因此 电动控制洗衣机将逐步退出家电舞台 可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统 专为在工业环境下应用而设计 它采用可编程序的存贮器 用来在其内部存贮执行逻辑运算 顺序控制 定时 计 数和算术运算等操作的指令 并通过数字的 模拟的输入和输出 控制各种类型的 机械或生产过程 可编程序控制器及其有关设备 都应按易于与各种控制系统形成 一个整体 易于扩充其功能的原则设计 北华大学专业方向课程设计 1 1 第二章 基本结构及工作原理 波轮式全自动洗衣机结构比较复杂 采用的零部件也多 看上去像一台体积比 普通单桶洗衣机稍大的产品 但其内部结构却有很大的差别 普通型或半自动型单 桶洗衣机内部只有一个洗衣桶 而全自动洗衣机则有两个套在一起的桶 正是这两 个套在一起的桶 以其相应的控制和传动装置 使它既具有洗衣功能 又能自动脱 水的作用 这也是单桶及双桶洗衣机无法比拟的功能 所以 全自动洗衣机又称为 套缸洗衣机 全自动洗衣机的基本结构 主要是由控制台 洗衣机脱水桶 波轮 电机 传 动机构 进水和排水系统 安全开关 支撑机构和箱体等部件组成 如图 2 1 所示 图 2 1 波轮式全自动洗衣机的结构 1 排水管 2 溢水管 3 吊杆 4 脱水桶 5 盛水桶 6 平衡环 7 盖板 8 安全开关 9 控制面板 10 水位控制器 11 进水电磁阀 12 进水接头 13 压力软管 14 贮气室 15 支架 16 电动机 17 离合器 18 波轮 19 脱水轴 20 排水电磁阀 21 法兰盘 22 脱水孔 2 1 进水 排水系统进水 排水系统 全自动洗衣机的进 排水系统主要由进水电磁阀 排水电磁阀和水位开关等组 北华大学专业方向课程设计 2 2 成 全自动洗衣机进水 排水装置和箱体的结构 与双桶洗衣机基本相同 只是它 的控制部分可以自动进行 不需要人工操作 支撑机构则是与箱体结合为一体 它除了起着最基本支承作用外 还有减振 隔振的作用 支承机构减振作用如图 2 2 所示 图 2 2 波轮式全自动洗衣机的结构 2 1 1 水位开关水位开关 水位开关又称为压力开关 洗衣机洗涤桶进水时的水位和洗涤桶排水时的状况 是压力开关检测的 当洗衣机工作在洗涤或漂洗程序时 若桶内无水或水量不够 压力开关则发出供水信号 当水位达到设定位置时 压力开关将发出关闭水源的信 号 微电脑全自动洗衣机工作在排水程序时 若排水系统有故障 水位开关则发出 排水系统受阻信号 1 结构 波轮式全自动洗衣机上使用最多的水位开关是空气压力式 如图 2 3 所示 北华大学专业方向课程设计 3 3 图 2 3 空气压力式水位开关 这类压力开关按其功能可大致分为气压传感装置 控制装置及触点开关三部分 气压传感装置由气室 11 橡胶膜 10 塑料盘 9 顶心 6 等组成 触点开关由动弹簧 8 开关小弹簧 7 动静触点组成 其中公共触点和常闭触点组成动断触点 公共触 点 COM 和常开触点 NO 组成动合触点 动弹簧 8 是由铍青铜板制成 2 工作原理 当水注入内桶时间气室封闭 随着水位上升封闭在气室内的空 气压力不断提高 压力经过软管传到水位开关气室 水位开关气室内的空气压力向 上推动橡胶膜和塑料盘 推动动簧片中的内动簧片向上移动 压力弹簧被压缩 当 注水到选定水位时 此时内动簧片移动到预定的平衡位置开关小弹簧将拉动外动簧 片并产生一个向下的推力 使开关的常闭触点 NC 与公共触点 COM 迅速断开 常开触 点与公共触点闭合从而发出关闭水源的信号 排水时当水位下降到规定的复位水位时 水位产生的压力减小 压力弹簧恢复 伸长 推动顶心 使动簧片中的内动簧片向下移动 当移动到预定的力平稳位置时 开关小弹簧对外动片产生一个向外的推力 使开关的常开触点 NO 与公共触点 COM 迅 速断开 常闭触点 NC 与公共触点 COM 闭合 从而改变控制电路的通断 表 2 1 水位开关的主要技术参数 配用的程序控 制器 额定电压额定电压气密性接触电阻绝缘电阻机气强度 机械式程 序控制器 AC2203 1 5A 微电脑式程序 控制器 DC610MA 7 6KPA 历时 1min 0 03 100 2500V 历时 1min 2 1 2 进水电磁阀进水电磁阀 在全自动洗衣机中 进水电磁阀是与程控器 水位控制开关配合使用 根据洗 衣程序的需要 起着自动进水及停止进水的作用 目前全自动洗衣机中普遍是采用无填料函型导阀动作式电磁阀 其结构如图 2 4 所示 主要由两部分组成 上部分为先导阀 下部分为主阀 当电磁阀线圈断电时 铁心在自重和小弹簧作用下下压 使铁心下端的小橡胶 塞堵住泄压逐渐增大 最终使橡胶阀紧张在出水管的上端口 将阀关闭 同时 因 铁心上面空间与控制腔相通 控制腔内水压的增大还会使铁心上面空间气体压强增 大 导致橡胶阀更紧地压在泄压孔上 增加了阀关闭的可靠性 当进水电磁阀线圈通电后 产生的电磁吸力将铁心向上吸起 泄压孔被打开 北华大学专业方向课程设计 4 4 控制腔内的从迅速从泄压孔中流入出水管 同时经压孔流入控制腔的水又进行补充 但由于加压孔比泄压孔小 使控制腔内的压力迅速下降 当控制腔中的水压降到低 于进水腔谁呀时 橡胶阀被进水腔中的水向上推开 水从进水腔直接进入出水管 进而流入盛水桶 水到位后 由水位开关切断进水电磁阀线圈的电源 进水阀重新 关闭 图 2 4 进水电磁阀结构图 2 1 3 排水电磁阀排水电磁阀 排水电磁阀由电磁铁与排水阀组成 如图 2 5 所示 电磁铁和排水阀是两个独 立的部件 两者之间以电磁铁拉杆连接起来 北华大学专业方向课程设计 5 5 图 2 5 排水阀的结构与电磁铁的装配关系 排水阀是由排水阀座 橡胶阀 内外弹簧 导套和阀盖等组成排水阀门采用橡 胶材料制成 内有一个由硬质塑料制作的导套 导套内装有内弹簧 它一端卡在导 套左边槽口 另一端钩挂在电磁铁拉杆上 内弹簧处于拉紧状态 在倒要外装有一 个外弹簧 它的刚度比内弹簧小 它的一端与阀盖接触 另一端与导套的基座接触 外弹簧出租压缩变形状态 电磁铁有交流和直流两种 机械式全自动洗衣机一般采用交流电磁铁 而电脑 式全自动洗衣机一般采用直流电磁铁的主要技术参数表 表 2 2 交流电磁铁的主要技术参数 额定拉力 N额定行程 mm额定电流 A使用电压 V绝缘电阻机电强度 20140 2 40150 3 5016 50 48 187 242 100 1500V 历时 1min 表 2 3 直流电磁铁的主要技术参数 电流 A 额定拉力 N 额定行程 MM启动保持 额定电压 V电压范围 V 绝缘电阻电气强度 40161 70 06 60161 90 07 200170 220 100 1500V 历时 1min 其工作原理是 当洗衣机处在进水和洗涤时 排水阀处于关闭状态 此时主要 由外弹簧吧橡胶阀紧压在排水阀座的底部 排水时 排水电磁铁通电工作 衔铁被吸入 牵动电磁铁拉杆 由于拉杆位移 在它上面的挡套拨动制动装置的刹车扭簧伸出端 使制动装置处于非制动状态 另 一方面随着电磁铁拉杆的左端离开导套 外弹簧被压缩 使排水阀门打开 正常排 水时 橡胶阀离开排水阀座密封面的距离应不小于 8mm 排水电磁铁的牵引力约为 40N 2 2 传动系统的结构及其工作原理传动系统的结构及其工作原理 传动机构主要由皮带 皮带轮 洗涤 脱水离合装置 减速装置和刹车装置组成 北华大学专业方向课程设计 6 6 洗涤 脱水离合装置 其作用是用来解决洗衣机在工作时 波轮在洗衣 漂洗时 需要较低的转速 而脱水时需要较高的转速的矛盾 解决波轮和脱水桶在工作时不 用转速的矛盾 主要是依靠离合器 离合器在结构上 一端为输出端 其中内输出 轴与波轮固定 外输出轴与脱水桶固定 另一端为输入端 固定着皮带轮 在全自动洗衣机中 减速装置的作用是将电动机动力 转换为适合洗涤和脱水 衣物时所需要的不同转速 刹车装置是与离合器结合在一起工作的 传动系统的工 作示意如图 2 6 所示 图 2 6 套桶式全自动洗衣机传动系统示意图 2 2 1 离合器结构和工作原理离合器结构和工作原理 离合器是动力传动中的一个关键部件 由它实现波轮的正 反转和脱水桶旋转 早期设计的小波轮全自动动洗衣机的离合器没有减速功能 故洗涤和脱水转速 相同 新型大波轮全自动洗衣机的离合器都具有洗涤减速功能 称为减速离合器 其种类很多 但主要结构和工作原理基本相同 目前应用最广泛的有两种 一种是 单向轴承式减速离合器 其结构如图 2 7 所示 另一种是带制动式减速离合器 其 结构如图 2 8 所示 北华大学专业方向课程设计 7 7 图 2 7 单向轴承式减速离合器 图 2 8 带制动式减速离合器 1 单向轴承式减速离合器 1 总体结构 输入轴 1 的下端加工成四方形 与之相配的带轮 3 和离合套 20 的 内孔也是方形 离合套 20 和带轮 3 被螺母 2 固定在输入轴 1 上 由于方轴与方孔的 紧密配合 从而带轮 3 输入轴 1 和离合套 30 联成了一体 输入轴 1 的上端加工成 齿形花键 和行星减速器的中心轮内孔配合联接输入轴 1 的外部是脱水轴 18 在衣 服洗涤时 脱水轴静止不转 而洗涤结束后 脱水轴应将带轮 3 的高转速直接传递 给脱水桶 完成脱水功能 这种转换功能是由方丝离合弹簧 4 完成的 方丝离合弹 簧的形状呈锥形 上端几圈的直径比下端略小一些 由于脱水轴 18 和离合套 20 的 外径比方丝离合弹簧的内径略大 在自由状态时 方丝离合弹簧就抱紧在离合套 20 和脱水轴 18 的外壁上 当带轮带动离合套向弹簧旋紧方向旋转时 通过方丝离合弹 簧就将带轮 3 的转动由离合套 20 传递到脱水轴 18 这就是 合 时的脱水状态 在洗涤时 可以就将方丝离合弹簧向反方向旋松 使其内径变大 从而与离合套 20 脱离接触 这就是 离 时的洗涤状态 实现弹簧旋松的机构是棘轮棘爪装置 方 丝离合弹簧下端的弹簧卡 2 卡在棘轮 3 的内槽中 通过棘爪 5 的摆动使棘轮 3 转动 从而带动方丝离合弹簧向旋松方向转动 2 工作原理 脱水状态 减速离合器脱水时的状态及装配关系如图 2 9 所示 脱水状态下 排水电磁铁通电吸合 牵引拉杆移动约 13mm 使排水阀开启 拉杆在带动阀门开 启的同时 一方面拨动旋松刹车弹簧 使其松开刹车装置外罩 这时刹车盘随脱水 轴 5 一起转动 刹车不起作用 另一方面又推动拨叉旋转 致使棘爪 18 脱开棘轮 4 棘轮被放松 方丝离合弹簧 3 在自身的作用力下回到自由旋紧状态 这时也就抱 紧了离合套 2 大带轮 l 在脱水时是顺时针旋转的 由于摩擦力的作用 方丝离合弹 簧 3 将会越抱越紧 这样脱水轴 5 就和离合套 2 联在一起 跟随大带轮 1 一起做高 速运转 由于此时脱水轴 5 做顺时针运动 和单向滚针轴承 7 的运动方向一致 因 此单向滚针轴承 7 对它的运动无限制 由于脱水轴 5 通过锁紧块与法兰盘 9 联接 而内桶 12 与行星减速器 10 均固定在法兰盘 9 上 所以脱水轴 5 带动内桶 12 以及减 北华大学专业方向课程设计 8 8 速器内齿圈的转速 与输入轴带动减速器中心轮的转速相同 这样致使行星轮无法 自转而只能公转 从而行星架的转速与脱水轴是一样的 即波轮与脱水桶以等速旋 转 保证了脱水桶内的衣物不会发生拉伤 脱水状态传动路线是 电动机 小带轮 大带轮 l 输入轴 6 离合套 2 方丝 离合弹簧 3 脱水轴 5 法兰盘 9 内桶 12 由于电动机输出转速只经带轮一级减 速 所以内桶转速较高 约 680 800r min 洗涤状态传动路线是 电动机 小带轮 大带轮 l 输入轴 6 中心轮 行星轮 行星架 波轮轴 11 波轮 其间 电动机输出转速经带轮一级减速后 再经减速 比约为 4 的行星减速器减速 所以转速约为 140 200r min 图 2 9 脱水工作状态示意图 图 2 10 洗涤工作状体示意图 洗涤状态 如图 2 10 所示 洗涤状态下 排水电磁铁断电 排水阀关闭 拉 杆复位 这时刹车扭簧 16 被恢复到自然旋紧状态 扭簧抱紧刹车装置外罩 刹车装 置 8 起作用 同时拨叉回转复位 棘爪 18 伸入棘轮 4 将棘轮拨过一个角度 方丝 离合弹簧 3 被旋松 其下端与离台套 2 脱离 这时离合套只是随输入轴空转 大带 轮 1 带动输入轴 6 转动 经行星减速器减速后 带动波轮轴 11 转动 实现洗涤功能 输入轴至波轮轴的传动称为二级减速 其工作过程为 输人轴通过中心轮驱动行星 轮 行星轮既绕自己的轴自转又沿着内齿圈绕输人轴公转 因为行星轮固定在行星 架上 所以行星轮的公转也将带动行星架转动 行星架以花键孔与波轮轴下端的花 键相联接 带动波轮轴和波轮转动 行星减速器的减速比 i 计算公式为 i 1 内齿 圈齿数 中心轮齿数 内桶跟转现象的解决方案 洗涤时防止内桶出现跟转是设计中一个非常重要的 问题 洗涤时 波轮将传动力矩传递给水和洗涤物 而转动的水和洗涤物又将转矩 传递给内桶 因此 内桶如果不固定或固定不可靠 就要随之转动 这就是跟转现 象 洗涤时 内桶跟转现象将减弱洗涤效果并对洗衣机不利 所以要防止山桶出现 北华大学专业方向课程设计 9 9 跟转 因为内桶和脱水轴是连成一体的 所以只要将脱水轴可靠固定 就 可使内桶不跟转 为此 除了刹车装置外 在脱水轴上还安装有单向滚针轴承 其工作原理如图 2 11 所示 图 2 11 刹车装置工作原理示意图 当波轮逆时针方向旋转时 内桶有逆时针方向跟转的倾向 这时与内桶成一体 的脱水轴被单向滚针轴承卡住 不能转动 所以内桶也就不能转动 但在波轮顺时 针力向转动时 单向滚针轴承允许转动的方向与之致 所以对脱水桶没有制动作用 当波轮顺时针方向转动时 内桶有顺时针方向跟转的倾向 这时自然状态的刹 车扭簧将被旋紧 紧紧抱住刹车装置外罩的轴端 相互之间产生足够的摩擦力使两 者成为一整体 刹车装置外罩的顺时针旋转摩擦力将刹车带拉紧 刹车带对刹车盘 转动产生摩擦阻力 这样就阻止了内桶跟转 刹车装置工作原理如图 13 所示 综合所述 当波轮逆时针转动时 依靠单向滚针轴承来防止内桶跟转 当波轮 顺时针方向转动时 依靠刹车装置来防止内桶跟转 脱水过程中突然打开洗衣机上 盖 排水电磁铁失电 方丝离合弹簧恢复到洗涤状态 由于脱水是顺时针旋转 刹 车扭簧将抱紧 刹车装置起作用 刹车带将使内桶迅速制动 2 带制动式减速离合器 带制动式减速离合器是由排水阀电磁铁来切换高低 速状态 洗涤时 排水阀电磁铁断电 排水阀关闭 由制动杆 21 通过棘爪拨叉 25 使棘爪 27 卡住棘轮 3 棘轮内的方丝离合弹簧 4 松开 带轮的动力无法传给上 半轴 15 同时制动带 6 刹住制动轮 16 避免上半轴 15 因波轮轴转动而跟转 方丝 离合弹簧 4 外部同轴安装棘轮 3 上端处于自由状态 下端插入棘轮 3 内壁孔中 方丝离合弹簧 4 内部套住方孔离合套 29 和上半轴 28 为柔性接触 旋紧时使两者 联为一体 脱水时 排水阀电磁铁得电 排水阀处于排水状态 电磁铁带动制动杆 21 移动一个距离 刹车带 6 放松 制动轮 16 可自由转动 同时 棘爪拨叉 25 随制 动杆转过一个角度 棘爪和棘轮 3 分开 方丝离合弹簧 4 旋紧 方孔离合套 29 和下 半轴 28 两者联动 大带轮 2 的扭矩由方孔离合套 29 方丝离合弹簧 4 下半轴 28 制动轮 16 传给上半轴 15 为高速脱水提供动力 北华大学专业方向课程设计 10 10 2 3 洗衣脱水桶设计洗衣脱水桶设计 洗衣脱水桶是由两个桶套制作而成 里面实际上是一个脱水桶 外面的一个则 是盛水桶 在整台洗衣机结构上 洗衣脱水洗是由四条带有避震弹簧的吊杆悬吊在箱体内 以减少洗衣机在工作过程中产生的振动 由于脱水桶是用来洗涤衣物 又兼脱水作 用 这样 它的结构比较独特 在套桶里面的内壁上 设有很多小孔 脱水时这个 内桶会进行高速旋转 利用离心力作用将衣物上的水通过小孔 经排水管流出机外 同时 由于波轮在套桶里面旋转 产生一定的洗涤水流 因此这个内桶又有循环水 装置 用以过滤水中的残渣 为了防止衣物在放置时不不均匀而引起洗衣脱水桶不平衡 造成洗衣机工作时 产生不良后果 在这个洗衣脱水桶上方还设有一内注有比重较大溶液的平衡环 或 叫液体平衡器 这样 当洗涤或脱水时 该平衡环内的液体可起到平衡的作用使桶 尽量保持平衡 减少机械振动和噪音 保护机件免受损坏 在洗衣脱水桶上 还设有漂白剂撒布器 柔顺剂注入口 2 4 波轮设计波轮设计 目前 国产全自动洗衣机一般都采用大波轮或偏置波轮 考虑到全自动洗衣机 是自动脱水 为了减少脱水时衣物的不均匀性和衣物的缠绕 波轮在工作时的转速 都比较慢 各种形状的波轮 基本上都是采用塑料注塑成型的 表面都有几条突起或凹入 的筋 均匀分布 2 5 安全开关及脱水不平衡自动复位系统安全开关及脱水不平衡自动复位系统 安全开关结构和工作原理如图 2 9 通常状态 水桶盖关闭时 安全开关的接点 处于接通状态 脱水启动时 若水桶内的衣物偏挤一边时 脱水桶之振动将会加大 而当碰触到安全开关的接触转换棒 使开关接点瞬时转换至断开位置 在机电程控的全自动洗衣机中 遇到这种情况就断开电源 等待操作人员将衣 物放置均匀 重新接通电源工作 在微电脑控制的全自动洗衣机中 接点断开为 20 140 毫秒时 微电脑将会以不 平衡的情况处理 当安全开关接点的断开信号传至微电脑时 由微电脑控制停止脱 水操作 并自动开始漂洗程序的进水操作 北华大学专业方向课程设计 11 11 图 2 9 安全开关结构工作原理图 第三章 波轮式全自动洗衣机电气控制部分 3 1 电动机功能及其选择电动机功能及其选择 电动机是整个洗衣机工作的动力来源 全自动洗衣机电动机运转通过散热论 减速器带波轮和内桶运转 实现洗涤和脱水 双桶洗涤电机运转通过散热轮 减速 器或皮带轮带动运转 实现洗涤 双桶脱水电机直接带动脱水桶运转 我国现阶段 生产的套筒式洗衣机大多采用的是电容运转式电动机 产品遵循中华人民共和国机 械行业标准 JB T3758 1996 家用洗衣机用电动机 通用技术条件 目前常用的 电容运转式电动机技术参数如表所示 表 3 1 XD 型洗衣机电动机技术参数 XDL 90 XDS 90 XDL 120 XDS 120 XDL 180 XDS 180 XDL 250 XDS 250 额定功率 W90120180250 额定电压 V220 额定频率 Hz50 电流 A0 881 11 542 0 转速 r min 1 1370 满 载 时 效率 49525659 北华大学专业方向课程设计 12 12 功率因数0 95 堵转电流 A2 02 54 05 5 堵转转矩 Nm 额定转矩 Nm 0 950 90 80 7 最大转矩 Nm 额定转矩 Nm 1 71 71 71 7 3 2 控制台设计控制台设计 全自动洗衣机的控制台 一般都包括有仪表板 仪表板底座 装饰面板 程序 控制器或电脑组合控制板 水位选择旋钮 洗涤方式选择键开关或按钮 蜂鸣器等 整个控制台是洗衣机电气系统控制总成 当接通水 电源后 选择好程序并让程序 器开始工作 洗衣机就会按照编排的程序来控制水位开关 进水电磁阀 排水电磁 阀和电动机等在规定的时间内动作 自动完成整个洗衣过程 当洗涤全过程完毕后 控制台的蜂鸣器则鸣响并自动停机 电动控制洗衣机和电脑控制洗衣机主要 区别在于控制器 一个是采用步进电机 控制凸轮组 换向凸轮组和相应簧片组组成机电合一的程控器 而另一个是采用集 成模块组成的电子线路的程控器 3 3 传感器功能及使用传感器功能及使用 传感器即相当于上一章所述的压力开关 当设定好一个压力值后 注水后产生 水压 达到压力值后就自动通电 达到了开关的作用 洗衣机的水位开关分为电子 式和开关式两种 它们都是通过水位上升时所产生的空气压力通过管道传递到传感 器使电阻发生变化或内部开关接通来使电脑产生动作 它损坏后会产生注水不稳等 现象 3 4 控制电路的设计控制电路的设计 随着数字技术的发展 单片机作为控制领域最典型的嵌入式系统 在现代电子 系统 中得以空前的应用和发展 在家用电器 仪 器仪表 自动化设备 通讯产品 等领域成为最重要的智能化工具 波轮式全自动洗衣机是 家用电器领域的重要一员 在全 自动洗衣机市场 中占有很大的比例 其中的绝大多数产品是用单片机来控制 的 本文试用与 8051 单片机兼容的 AT89C51 芯片来实现对波轮式全自动洗衣机的控 北华大学专业方向课程设计 13 13 制 设计系统方框图如图 3 1 所示 3 1 设计系统方框图 3 4 1 设计方法设计方法 洗衣机控制系统是由 51 单片机控制 其主要控制的对象包括 进水阀 排水阀 电机及数码管显示 这些被控刘象是需要根据不同的洗衣程序来设定它们的不同工 作状况和工作时间的 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 示洗衣的次第和每次洗衣电机正反转的次第及电机正反转所用的时间 发光二极管 用来指示工作状态 部分电路简析如下 1 复位电路此电路的作用是复位 在单片机接上电源以后 或电源出现过低 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 以消除由于某种原因的程序紊乱 2 时钟电路由晶振元件与单片机内部电路组成 产牛的振荡频率为单片机提 供时钟信号 供单片机信号定时 3 按键输入电路按键开关按定的矩阵排列 当按键被按动时 其接通的信号 将输送到单片机 单片机对应地调出内部软件进行工作 使洗衣机进入相应的洗涤 程序 4 显示电路由发光二极管按一定的矩阵排列而成 它是程序控制系统向用户直接观察到 洗衣机的工作状态的窗口 预设工作程序时 可根据指示灯的闪亮来判断洗衣机是否接受了指 令 还可以通过批示灯的显示来判断洗衣机工作是否正常 北华大学专业方向课程设计 14 14 第四章 硬件电路设计 4 1 控制系统的电路组成控制系统的电路组成 该电路主要组成部件是由 AT89S51 单片机 指示灯 电动机 蜂鸣器 电控水 龙头 LED 显示灯 及 4 只按键组成 洗衣机要实现衣服的洗涤 漂洗和脱 水 离不开进水 电机正转 电机反转和排水这四个动作 上述四个动作 是通过单片 控制双向可控硅通断来实现的 如图 4 1 所示 同时加上输入开关和按钮 数码管 显示 器 蜂 鸣报警器和欠压检测保护电路等 就可以形成完整的单片机控制系统 通过软件编程达到对整个洗衣过程进行控制 检测以及与用户交互 电动机有两个控制端 一端控制电动机正转且该端与 P2 0 相连 另一端控制电 动机的反转且该端与 P2 1 相连 电控水龙头共两个 一个为进水水龙头且受 P1 6 的 控制 另一个为排水水龙头而受 P1 7 的控制 当电控水龙头的控制端为 0 时水 龙头打开 当电控水龙头的控制端为 1 时水龙头关闭 显示器共有两只 P0 控制 高位显示器 P2 控制低位显示器 蜂鸣器有由 P3 5 控制 当 P3 5 输出为 1 时蜂 鸣器发声 本系统采用 12M 的晶体振荡器定时器 0 和定时器 1 的 设置为每隔 100us 产生一次中断 北华大学专业方向课程设计 15 15 4 1 控制系统的电路组成图 4 2 电源电路电源电路 单片机系统电源部分的电气原理图如图 4 2 所示 市电 220V 经过变压器 T 变 压为 12V 交流电 再通过 4 只二极管全桥整流 经过电容 C9 C10 滤波得到光滑的 直流电压后 经过三端稳压管 7805 稳压得到稳定的 5V 电压给各器件供电 4 2 电源电路 4 3 单片机控制电路单片机控制电路 4 3 1 AT89S51 单片机主控系统单片机主控系统 1 单片机的概述 单片机又称微控制器或嵌入式控制器 现在的智能家电没有一个不是采用微控 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 单片机主要应用在计算机外设 实时控制 仪器仪表 通信和家用电器等各个 地方是计算机技术和电子技术的综合性应用 在不同的应用场合其技术要求各不相 同 因此设计方案和研发的步骤也完全不一样 单片机应用系统由硬件和软件组成 硬件是指 MCU 存贮器 I O 接口和外设 北华大学专业方向课程设计 16 16 等物理器件的组合 软件是指系统监控程序的总称 在开发过程中它们的设计是不 能完全分开的 应该互相配合 不断调整才能组成高性能的应用系统 单片机应用 系统的开发包括系统总体设计 硬件设计 软件设计 系统调试等 而且它们有时 交叉进行 单片机是现代电子设计中使用最广泛的电子元件 它价廉 但是功能强大 体 积小 性能稳定 目前在各类产品中都能看到单片机的身影如门铃 电梯 玩具以 及各种数据采用系统中等 2 AT89S51 芯片的特点 AT89S51 是美国 ATMEL 公司生产的低功耗高性能 CMOS8 位单片机内含 4k bytes 的可系统编程的 flash 只读程序存贮器采用 ATMEL 公司的高密度 非易失性 存贮技术产生兼容标准 8051 指令系统及引脚 它集 flash 程序存贮器既可在线编程 ISP 也可以用传统方法进行编程及通用 8 位微处理器于芯片中 ATMEL 公司的 功能强大低价位 AT89S51 单片机可位你提供许多高性价比的应用场合 可灵活应用 于各个控制领域 主要的性能参数 与 MCS 51 产品指令系统完全兼容 4k 字节在系统编程 ISP flash 闪速存贮器 1000 次擦写周期 全静态工作模式 0Hz 33MHz 128 8 字节内部 RAM 32 个可编程 I O 线 2 个 16 位定时 计数器 6 个中断源 低功耗空闲和掉电模式 中断可从空闲模式唤醒系统 掉电标示和快速编程特性 灵活的在于系统编程 ISP 字节或叶写模式 此外 AT89S51 设计和配置了振荡 频率为 11 0529MHz 的振荡电路并可通过软件设置省电模式 空闲模式下 CPU 暂停 工作而 RAM 定时计数器 串行口 外中断系统可继续工作 掉电模式冻结振荡器 而保存 RAM 的数据 停止芯片其他功能直至外中断激活或硬件复位 同时该芯片 还具有 PDIP TQFP 和 PLCC 三种封装形式以适应不同产品的需要 硬件复位电路 主要是实现复位功能 当单片机运行出现死循环时复位电路就可以起保护功能而实 现复位作用 AT89S51 单片机作为控制部件 该型号单片机共有 40 个引脚采用双列直插式的 图 4 3 所示是单片机结构图 北华大学专业方向课程设计 17 17 4 3 AT89S51 单片机结构图 4 3 2 单片机的复位电路单片机的复位电路 复位电路的作用是复位 在单片机接上电源以后 或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 以消除由于某种原因的程序紊乱 单片机的复位电路有上电复位和手动复位两种形式 RST 端的高电平直接由上 电瞬间产生高电平则为上电复位 若通过按钮产生高电平复位信号则称为手动复位 图 4 4 为兼有上电复位和手动复位的电路 北华大学专业方向课程设计 18 18 4 4 单片机复位电路 上电复位是利用电容充电来实现复位 其工作原理是 上电瞬间 RST 端的电位 与 VCC 相同 随着电容 C6 充电电流的减小 5V 的电压立即加到了 RST 端 该高电 平使得单片机复位 手动复位是利用开关 K 来实现复位 此时电源 Vcc 经两电阻分压 在 RST 端产 生一个高电平 使得单片机复位 当 RST 由高变低后复位结束 CPU 从初始状态开 始工作 单片机的复位都是靠外部电路实现的 在本次设计中采用手动复位 4 3 3 单片机的时钟电路单片机的时钟电路 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 在 AT89S51 单片机内部有一个高增益反相放大器 其输入端引脚为 XTAL1 其 输出端为 XTAL2 只要在两引脚之间跨接晶体振荡器和微调电容 C4 C5 就可以构 成一个稳定的自激振荡器 本设计采用图 4 5 所示电路 北华大学专业方向课程设计 19 19 4 5 时钟电路 一般地 电容 C1 和 C2 取 33pf 左右 晶体振荡器 简称晶振 频率范围是 1 2 12MHz 晶振频率越高 系统的时钟频率也就越高 单片机的运行速度也就越快 在通常情况下 使用振荡频率为 6MHz 或 12MHz 的晶振 如果系统中使用了单片机的 串行口通信 则一般使用频率为 11 0592MHz 的晶振 而在本次设计中采用的是频率 为 11 0592MHz 的晶振 4 3 4 显示电路显示电路 显示模块由发光二极管和 LED 显示器组成 1 LED Light Emiting Diode 是发光二极管英文名称的缩写 本次设计中我 们采用发光二极管主要是用来指示洗衣机的工作状态 5 个发光二极管分别跟单片 机的 P1 口的 5 个 I O 口连接 如图 4 6 所示 当发光二极管的负极所对应的 P1 口 为低电平时 发光二极管导通 4 6 发光二极管电路 2 LED 显示器是由发光二极管构成的 所以在显示器前面冠以 LED 本次设 计只是显示时间 所以采用 LED 显示器就可以达到目的了 如图 4 7 所示 北华大学专业方向课程设计 20 20 4 6 LED 显示器电路 4 3 5 蜂鸣器报警电路蜂鸣器报警电路 本设计采用无源蜂鸣器 单片机必须输出固定频率的方波信号 其工作电压范 围宽 4 12V 需要外围元件少 电压增益可调范围为 20 200 通过 CPU 的 P3 5 输 出高电平来控制蜂鸣器报警 如图 4 7 所示 4 7 蜂鸣器报警电路 4 3 6 电动机的控制电路电动机的控制电路 1 继电器的作用 继电器是在自动控制电路中起控制与隔离作用的执行部件 它实际上是一种可 以用低电压 小电流来控制高电压 大电流的自动开关 2 电动机控制电路的工作原理 电动机 M 控制部分的电气原理图如图 4 8 所示 电动机有两个控制端 一端控 制电机正传该端与 P2 0 相连 另一端控制电机反转该端与 P 2 1 相连 系统供电时 交流 220V 电压经过继电器加在电动机的两个控制端 当洗衣机接到 正转 指令时 P2 0 输出高电平经过 R19 Q1 使得继电器 Kb 线圈得电导通 Kb 从而使得电机正转 北华大学专业方向课程设计 21 21 当洗衣机接到 反转 的指令时 P2 1 输出高电平经过 R20 Q2 使得继电器 Ka 线圈得电导通 Ka 从而使得电机反转 4 8 电动机控制电路 4 3 7 进水进水 排水电路排水电路 如图 4 9 所示 进水阀受 P1 6 的控制 出水阀受 P1 7 的控制 当电控水龙头 的控制端 P1 6 为 0 时 Ka 线圈得电使得进水阀打开 当电控水龙头的控制端 P1 7 为 0 时 Kb 线圈得电使得出水阀打开 4 9 进水 排水电路 4 3 8 总体电路图和元件清单列表总体电路图和元件清单列表 图 4 10 为总体电路板设计图 北华大学专业方向课程设计 22 22 图 4 10 为总体电路板设计图 表 4 1 元件清单 序号元件名称型号及参数使用个数 1电阻5 1K1 个 2电阻1K7 个