洗衣机.wrod.doc

基于89C51单片机在洗衣机全自动控制器中的应用姓 名：张帅 学 号：080113038 系 别：机电 专 业：数控技术 前言单片机是在一块芯片上集成了CPIJ(喊血目pl仪月骊mg切血)、存贮器、定时Z计数器和多功能F()口的微处理器，主要用于控制系统中。它具有体积小、功能强和价格便宜等优点，因而广泛地应用在家用电器上。单片机在洗衣机上的应用起步较早，无论是国内外现在都已比较成熟。以下是两种具有典型意义、代表不同发展阶段的全自动洗衣机单片机(微机)控制电路图。_早期的全自动洗衣机单片机控制电路大多如图1所示。单片机通过双向可控硅(电子开关)直接驱动单相异步交流电机。控制方式为开环，控制电机的正反转，完成最基本的洗涤、漂洗、脱水功能。为了获得更为理想的洗涤效果，逐步发展到图2所示的控制电路。这时的单片机可通过专用集成驱动芯片间接驱动洗涤/脱水用直流无刷电机，闭环控制电机的运行状态。在全自动洗衣机发展过程中，除了一般意义_L的“全自动，外，还推出了模糊控制洗衣机、健康分洗式洗衣机、变频洗衣机、仿生搓洗式洗衣机，等等。它们所应用的单片机控制理论和控制方式虽不尽相同，但都经历了由单片机被控对象单输人一单输出的“经典控制”、多输人一多输出的“现代径制”到被控对象不具有“常规数字模型”的“模糊智能控制理论”阶段，今后单片机会在以下五个方面进一步发展:1价格低廉离开价格谈单片机的应用毫无意义。技术的进步，市场的竞争必然提高单片机的性能/价格比。这是各厂商竞争的焦点。2.节省电能未来单片机的设计走向是低电压和低功耗。现在直流SV为单片机的标准工作电压，但3v已经开始受到重视。电路的设洲一尽量节省电源。3。多品种，可适用于各种不同场合单片机应用无处不及，单片机品种也会不断扩充。它的cpu从4位、8位发展到16位和32位，不久的未来，还有更高性能单片机的出现。各厂家在cpu性能同等条件下，主要产品选择之分将在外围器件上。集成电路设计、半导体生产技术、化工技术、光学技术等发展都会促进单片机的发展。4.性能增强性能这主要表现在单片机的工作速度和集成电路的高密度、多元化方面、集成电路的高密度化能大大提高一单片机的性能，将传感元件(温度或压力传感器等)以及驱动元件集成到单片机上，就可以用一个硅片实现一套完整的应用系邻多元嘛畔成于单片机上是实现系统性能要求的最直接最简单的途径。5应用软件-、-要做好单片机的应用，软件是关键，尤其是在应用系统设计中。在设计软件时，一定要考虑优化的组织和结构，增加软件的再用度，缩短设计周期，加强品质的可靠性。从应用单片机的实际角度来看，供应商与单片机的应用密切合作，常常是成功的关键。系统组成及工作原理一、AT89C51单片机简介AT89C51单片机是ATMEL公司AT89系列中经济低价产品，指令兼容MCS-51指令集，它内含2KB可重编程的Flash存储器和128字节的RAM，有15条可编程的IO引线和5个中断触发源。在需要IO线不多的控制场合，选用它作为核心控制芯片，可使电路极大地简化，成本也较低。二、硬件描述（参见下图1）1.主控核心部分采用AT89C2051作为控制核心。其中P1.0和P1.1分别用于控制洗衣机的进水阀和排水阀；P1.2和P1.3用于控制洗涤电机的正反转；P1.4P1.7、P3.0、P3.1用于驱动7个LED，作为工作程序、浸泡和强弱洗指示灯。由于AT89C2051每根I/O线的低电平驱动电流达到20mA，所有I/O线的总驱动电流达80mA,而这7个灯最多只有3个灯同时亮，每个灯只需3.5mA左右的电流，再算上其它I/O线的驱动电流总电流也不会超过80mA,所以可这样直接驱动LED发亮；P3.2接暂停/启动键；P3.3分别用于开盖/不平衡中断输入；P3.4被用作输入线，用于监测水位开关状态，为CPU提供洗衣机的水位信息；P35接程序选择键；P3.7采用分时复用技术，具有两个功能，一方面接强弱选择浸泡选择键，在洗衣机未进入工作状态时，按触该键可选择强弱洗或开启/关闭浸泡功能，另一方面在进水和脱水时，又作为告警声的输出口。2.按键和开关部分（1）强弱洗选择K 1。洗衣机的强、弱洗可通过按触K1键进行循环选择。按住K1超过2秒，可开启或关闭浸泡功能。（2）程序选择键K2。洗衣的四种工作程序可通过K2键循环选择。（3）盖开关/平衡开关K3。脱水期间，若打开机盖或转动不平衡时，则K3闭合，引起中断，洗衣机就会自动停止脱水操作，合上盖或恢复平衡后又继续脱水。（4）水位开关K5。水满时，K5闭合。在进水期间，系统不断检测K5，若在4分钟内检测到K5闭合，则停止进水。否则认为进水出故障，关闭进水阀，并发声提示；在排水期间，系统不断检测K5，若在1分钟内检测不到K5断开，则认为排水出故障，关闭排水阀，并发声提示，否则按正常处理（见软件描述部分）。（5）暂停/启动键K4。在洗衣机未进人工作状态或处于暂停状态期间，K4用来启动洗衣机进入工作状态或恢复到原来的工作状态；在进入工作状态后，按触该键则进入暂停状态；在故障报警期间，按K4停止报警，并回到初始的待命状态。3.输出控制部分输出全部采用固态继电器SAI2403控制，包括控制电机正反转、控制进水阀和排水阀开启或关闭。SAI2403的控制电流630mA，在这里取10mA，加上指示灯的电流（取34mA），总共需要14mA的驱动电流，所以采用7406来提高驱动能力。7406是集电极开路的缓冲/驱动器，其低电平驱动能力达到40mA。另外，还在可控硅输出回路上增加了阻容吸收回路来保护可控硅。4.电源部分市电先经变压器降压，再经桥式整流电路整流，最后用三端稳压器稳压得到5V的电压作为整个控制器的工作电源。5.LED指示部分LED6用于指示强洗状态，LED7用于指示弱洗状态；LED1LED4分别用来指示排水程单独程序、经济程序、标准程序四种洗衣工作程序；LED5用于指示浸泡状态。LED5亮时表示浸泡功能开启，闪烁时表示正在浸泡衣物；LED8LED10分别用来指示洗涤、排水、进水三种状态。6.喇叭控制部分通过CPU的P3.7输出频率为1KHz的脉冲信号来控制喇叭。三、软件描述1.主程序框图（参见下图2）2.工作过程（1）初始化及按键扫描。从主程序框图中可以看出程序的基本流程，系统上电复位后，首先进行初始化，默认标准洗衣工作程序和强洗方式，不浸泡，然后循环扫描K1，K2和启动键K4，这时洗衣机处于待命状态。通过K1，K2可分别修改强弱洗方式、开启/关闭浸泡功能、选择洗衣工作程序。扫描过程中当发现启动键K4按下时，洗衣机即从待命状态进入工作状态。（2）进水。洗衣机进入工作程序后，系统首先根据RAM中27H单元的特征字判断洗衣机的洗衣工作程序，若特征字为00H，则为排水程序，这时程序直接跳转至排水操作程序段，执行单独的排水操作，否则调用进水操作子程序water_in。进水操作将P1.0置位驱动进水阀开启。进水期间系统不断检测水位开关K5的状态，当检测到K5闭合时，说明进水已达到预定的水位。若在规定的4分钟时间内未检测到K5闭合，则将故障标志01h位置位。退出子程序后，检查01位，若其为“1”，说明进水系统发生故障，应让洗衣机退出洗衣工作状态所以程序跳转到trouble为标号地址的故障处理程序段进行故障处理。具体处理方法是：将P1.0P1.3位全部置“0”中止洗衣机的各种操作；循环调用报警声子程序，使喇叭以响1秒、停2秒的规律不断地发出报警信号，直到按下K4后为止(按下K4后，程序进入暂停中断子程序intx0，在intx0内，通过测试01h位的状态来判断是在什么情况下按了K4。若01h位为“1”，表明是在进水或排水出错的情况下按了K4，程序跳转回主程起始地址，洗衣机又回到初始的待命状态。如果01h位为“0”，则按照暂停处理)。（3）浸泡。在进水前，查询P3.0，若P3.0=0,（这时浸泡灯LED5亮），表明已开启浸泡功能，将浸泡执行标志置位。进水完成后，查询浸泡标志位，若为“1”，表明尚未执行，则先执行浸泡功能，完成后清除浸泡标志（这样，后面的漂洗环节才不会执行浸泡功能），然后进入洗衣环节；若浸泡标志为“0”，则直接进入洗衣环节（4）洗衣。在正常情况下，进水期间检测到K5闭合时，说明进水已达预定水位，这时洗衣机进入洗涤子程序wash。洗涤是通过驱动电机的正反转实现的。电机的启停用P1.3，P1.2控制，当P1.3，P1.为00时电机间歇，为“01时正转，为“10时反转。洗涤时间为6分钟。洗涤结束后，退出wash子程序，然后判断洗衣工作程序是否为单独程序。若为单独程序则不排水，这时程序直接跳到结束报警程序段，报警三声后跳回主程序，洗衣机进入初始待命状态，单独洗衣工作程序结束否则，调用water_out子程序进入排水进程（5）排水。排水操作通过将P11置位而驱动排水阀开启。排水阀排水时间采用动态时间法确定，其原理是：根据常用的空气压力水位开关的特性(即在进水中当水位达到预定水位时水位开关就接通；在排水中当桶内水位下降1l cm后，水位开关才断开)，在排水中若从开始到开关断开所需时间为D，则整个排水所用时间为2D+5秒(经验值)。若在规定的l分钟极限时间内，系统检测不到水位开关K5断开，说明排水系统有故障，则将故障标志01h位置位，后面的处理方法与进水系统故障相同。（6）脱水。排水结束后，系统调用dry子程序进行脱水操作，P1.1维持置位状态，保持排水阀开启，离合器在排水阀的带动下使电机主轴与脱水桶联动。P1.2按5秒置位、2秒清零的规律连续驱动电机旋转2分钟，从而带动脱水桶高速旋转2分钟，实现衣物脱水。（7）结束或者进入下一循环。脱水结束后，将下次漂洗时间减少2分钟，然后判断整个洗衣工作是否结束。其原理是：洗衣机在每次洗涤或漂洗工作环节结束后，将存放洗衣工作程序标志的R 5寄存器减1，在脱水工作环节结束后，系统即对该单元进行检测，当检测到R5为0时，说明整个洗衣工作结束，洗衣机报警三声后，即返回初始待命状态。若洗衣工作尚未结束，洗衣机再次执行进水操作，进入下一循环。以上是洗衣机工作的大概流程，工作过程中所需的各种计时，均由定时器0的定时中断务程序提供。定时器0设置为定时方式1，每100毫秒产生一次中断，因此，T L 0，T H 0装入时间常数分别为0B0H，3CH。定时器0中断服务子程序人口地址放在0BH单元中，洗衣机进入工作状态后定时器即被启动。每中断一次，2AH单元累加1一次，累加到0AH时（正好l秒），将2AH单元清零，而将2BH单元加1。2BH单元累加至3CH时（正好1分钟），将2BH单元清零，而将2CH单元加1。每次定时前，先将2BH、2CH单元清零，此后根据这几个内存单元中的数据就可以确定洗衣机工作各个进程的时间。在暂停中断以及开盖或不平衡中断响应期间，定时中断被禁止，各计时单元内容不变。结论1.强、弱洗涤功能。强洗时正、反转驱动时间各为4秒，间歇时间为1秒；弱洗时正、反转驱动时间各为3秒，间歇时间为2秒。2.四种洗衣工作程序:标准程序、经济程序、单独程序和排水程序。标准程序是进水洗涤/漂洗排水脱水，如此循环3遍，第一遍为洗涤，时间为6分钟，第二、第三遍漂洗，时间分别为4分钟和2分钟。排水时间采用动态时间法确定,脱水时间为2分钟。经济程序与标准程序一样，只是没有第三遍的漂洗环节。单独程序是进水洗涤(6分钟)结束(留水不排不脱)，排水程序是排水脱水结束，时间确定与上述程序相应环节相同。3.浸泡功能。开启浸泡功能后，在上述前三种工作程序的第一次进水之后，会进入浸泡环节，先洗涤1分钟以搅匀衣物和洗涤剂，再停机浸泡10分钟，然后退出浸泡环节进入洗涤环节。4.进、排水故障自诊断功能。在进水或排水过程中，若在一定的时间范围内进水或排水未能达到预定的水位，就认为进、排水系统有故障，因此通过报警程序发出警告信号，提醒操作者进行人工排除。5.安全保护和防振动功能。脱水期间，若打开机盖，洗衣机会自动暂停脱水；若出现衣物缠绕引起脱水桶重心偏移而不平衡，洗衣机会自动暂停脱水，以免振动过大，待人工处理后恢复工作。6.间歇驱动方式。脱水期间采取间歇驱动方式（驱动5秒，间歇2秒），以便节能。间歇期间靠惯性力使脱水桶保持高速旋转。7.暂停功能。当按下暂停键/启动键时，洗衣机须停止工作，再按该键，洗衣机又能按原来所选择的工作方式继续工作。8.声光显示功能。洗衣机各种工作方式的选择和各种工作状态均有声、光提示或显示。学习体会通过设计全自动洗衣机在单片机中的应用，实现了强、弱洗涤功能、浸泡功能、进、排水故障自诊断功能、安全保护和防振动功能、.间歇驱动方式、暂停功能等功能，我了解了单片机的基础知识，MCS-51单片机硬件结构和原理、指令系统、汇编语言程序设计、中断系统与定时计数器、串行通信技术等知识。用“无孔不人”来描述单片机应用的广泛性和将来的趋势是最恰当不过的了。近几年来)单片机在家电上的应用达到火爆地步，取得惊人的进步和成果，新应用层出不穷，单片机在今后的发展中起到了直观重要的用。要学好单片机我们还应该结合一下几点首先，学习单片机要有一定的基础其次，是单片机教材选择。单片机是一门非常重视实践的技术，不能总是看书，但要学习它首先应看书，对单片机引脚、内部结构、寄存器和原理有一定地了解和感官认识，它的是怎样工作的，能干些什么？刚开始时，也许你看不明白，但这并不要紧，因为你还缺乏实践经验。学习单片机没有捷径，别指望两三天就学会,要坚持不懈，重在积累。（2） 别崇拜高手，别相信天才，大部分人都不是天才