机电一体化(波轮式全自动洗衣机)课程设计

目 录 前言前言.1 1 洗衣机说明书洗衣机说明书 1.1. 课程设计的任务课程设计的任务.2 2 2.2. 洗衣机简介洗衣机简介.2 2 2.1 全自动洗衣机特点 .3 2.2 洗衣机工作原理概述 .4 3.3. 传动方案讨论传动方案讨论.4 4 4.4.传动系统的设计计算传动系统的设计计算.6 6 4.1 减速离合器的结构和工作原理简介 .6 4.2 减速离合器零部件的计算与选择 .13 4.3 减速离合器零件装配图 .16 5.5.进进/ /排水系统结构原理简介排水系统结构原理简介.1616 5.1 进水电磁阀的结构及工作原理 .17 5.2 排水电磁阀的结构及工作原理 .18 5.3 水位开关控制原理 .20 6 6. .控制系统的设计控制系统的设计.2222 6.1 控制芯片的选择 .22 6.2 程序框图 .22 6.3 控制程序设计 .24 6.4 电气控制图 .39 心得体会心得体会.4040 参考文献参考文献.4141 附录附录.4141 精选文库 1 前言前言 本次机电一体化课程设计的重点在于硬件部分的减速离合器设计。经过小 组提出方案对比与讨论，最终决定使用单向轴承式减速离合器，具体讨论过程 将在后面的说明书中详细介绍。 减速离合器的各部件的选择、设计是洗衣机硬件部分的设计重点，其具有 体积小，功能多，零部件构成复杂等特点。主要构成部分有离合装置，制动装 置以及行星轮系二级减速装置，这些装置的设计尺寸选择，功能原理将在后面 的洗衣机说明书中详细介绍。 考虑到设计的是家用洗衣机，并根据对洗衣机体积，功能的要求确定洗衣 机采用以单片机为核心的通用自动控制装置，它具有功能强、可靠性强、编程 简单、使用方便、体积小等特点。该控制系统可实现用编写的程序进行逻辑控 制、定时、记数和算术运算等，并通过数字量和模拟量的输入/输出来控制机械 设备或生产过程。 该设计为单片机控制的全自动家用洗衣机，主要介绍了全自动洗衣机的工 作原理（主要是重点设计部件减速离合器） ，控制系统的单片机的选型和资源的 配置，控制系统程序设计与调试，控制系统单片机程序。 最后，在该设计过程中给予极大鼓励和帮助的老师、同学，在此表示衷心 的感谢。由于在设计过程中存在许多不足，希望老师同学指正。 精选文库 2 1.1. 课程设计的任务课程设计的任务 设计一种波轮式全自动洗衣机的机电系统，要求最大洗衣质量为 3.8kg， 内筒直径为 400mm，洗衣机转速约为 140200r/min，脱水转速约为 700800r/min.要求具有自动调节水位、根据衣服种类设定洗涤模式、自动进 水、排水和自动脱水等功能。 硬件设计： 主要是传动系统结构（减速离合器）的各部分原理，零件尺寸的选择，以 及可实现的功能 软件设计： 全自动洗衣机的功能要求：强弱洗功能；4 种洗衣程序（标准、经济、单 独、排水） ；进排水系统故障自动诊断功能；脱水期间安全保护和防震功能；间 歇驱动方式；暂停功能；声光显示功能 硬件电路设计（protel 上机绘图） 控制程序设计 2.2. 洗衣机简介洗衣机简介 全自动洗衣机是指洗涤、漂洗、脱水各功能的转换都不需要手工操作，完 全是自动进行的洗衣机。在选定的工作程序内，整个洗衣过程是通过程控器发 出各种指令，控制各个执行机构的动作而自行完成。 波轮式洗衣机又称波盘式洗衣机，依靠波轮定时正、反向转动或连续转动 的方式进行洗涤。 按控制方式不同可分为机电式和微电脑式两类。机电式全自动洗衣机是由 机电程控器控制触点的开关来完成洗涤、漂洗和脱水全过程。微电脑式全自动 洗衣机是由微电脑式程控器输出控制信号。两值得主要区别在于电气控制部分， 其总体结构基本相同。 精选文库 3 2.12.1 全自动洗衣机特点全自动洗衣机特点 全自动洗衣机有多种洗涤程序，可供您自由选择，工作时间可任意调节， 工作状态及洗、脱时间在面板都有显示，能自动处理脱水不平衡，具有各种故 障和高低压自动保护功能，工作结束或电源故障会自动断电，无需看管确保安 全。它还具有浸泡、手洗水流功能。 全自动洗衣机的洗衣桶（外桶）和脱水桶（内桶）是以同一中心安放的。 外桶固定，作盛水用。内桶可以旋转，作脱水（甩水）用。内桶的四周有很多 小孔，使内外桶的水流相通。 该洗衣机的进水和排水分别由进水电磁阀和排水电磁阀来执行。进水时， 通过电控系统使进水阀打开，经进水管将水注入到外桶。排水时，通过电控系 统使排水阀打开，将水由外桶排出到机外。洗涤正转、反转由洗涤电动机驱动 波盘正、反转来实现，此时脱水桶并不旋转。 脱水时，通过电控系统将离合器合上，由洗涤电动机带动内桶正转进行甩 干。高、低水位开关分别用来检测高、低水位。启动按钮用来启动洗衣机工作。 停止按钮用来实现手动停止进水、排水、脱水及报警。排水按钮用来实现手动 排水。 进水口启动按钮停止按钮 排水按钮 控制器 高水位开关 低水位开关 排水口 内桶 外桶 波盘 洗涤电机 精选文库 4 2.22.2 洗衣机工作原理概述洗衣机工作原理概述 全自动洗衣机已经是普及的家用电器，根据家用洗衣机的特点,目前的家用 洗衣机都采用单片机进行控制。该控制对象具有如下功能：波轮式全自动洗衣 机的洗衣桶（外桶）和脱水桶（内桶）是以同一中心安装的。外桶固定，作盛 水用；内桶可以旋转，作脱水（甩干）用。内桶的四周有许多小孔，使内外桶 水流相通。洗衣机的进水和排水分别由进水电磁阀和排水电磁阀控制。进水时， 控制系统使进水电磁阀打开，将水注入外桶；排水时，使排水电磁阀打开，将 水由外桶排到机外。洗涤和脱水由同一台电动机拖动，通过电磁阀离合器来控 制，将动力传递给洗涤波轮或甩干桶（内桶） 。电磁离合器失电时，电动机带动 洗涤波轮实现正、反转，进行洗涤；电磁离合器得电时，电动机带动内桶单向 旋转，进行甩干（此时波轮不转） 。水位高低分别由高低水位开关进行检测，启 动按钮用来启动洗衣机工作。 3.3. 传动方案讨论传动方案讨论 3.13.1 传动方案一传动方案一 方案一采用电机直接驱动，这是一种洗衣机专用电机，其结构如图 3-1 所示，这里 介绍的洗衣机专用电机除了起到电机的作用，还起到离合器的作用。其结构组成为：主 要由内轴、外轴、单向轴承、电磁制动装置（制动装置有多种形式，这里只是设定其中 一种） 、减速器、脱水电机、洗衣电机等部分组成。 洗衣机专用电机的工作原理是： (1) 洗衣程序时，洗衣电机通电，转子转动，通过减速器使内轴减速旋转，此时电 磁制动装置处于制动状态。 (2) 脱水程序时,洗衣电机不通电，脱水电机通电，转子转动，使外轴与转子等速旋 转，此时电磁制动装置处于不制动状态。 (3) 当洗衣机处于脱水状态时，如人为打开机盖，则通过连动开关使电机断电，同 时使电磁制动装置处于制动状态，使脱水桶停止转动，从而达到有关安全标准要求。 精选文库 5 图图 3-1 方案三传动简图和结构图方案三传动简图和结构图 其优缺点为： （1）优点 重量集中在中心因而不需要装置平衡块，内外轴旋转转换直接由电机实 现，不需要拉动离合器手柄的牵引器，因为没有皮带对轴拉紧的张力，可以将洗衣机专 用电机直接安装在外桶上，不需要安装底板。减少摩擦，降低噪声及延长使用期，使洗 衣机装配程序大大简化，使洗衣机容易维修。 （2）缺点 对制造要求相对较高，制造成本也相对较高，国内对这种机型的制造较 少，普及面不高。 3.23.2 传动方案二传动方案二 传动方案二属于间接驱动方式，通过普通电机，一般为单相异步交流电机通过一级 皮带传动带动离合器工作，以实现洗衣和脱水。 其基本工作原理为: (1) 洗衣程序时，电机通过皮带带动离合器皮带轮转动，使离合器内轴（输入轴）作 减速旋转，此时外轴（脱水轴）处于制动状态，离合器离合弹簧处于“分”的状态。 (2) 脱水程序时，控制方丝离合弹簧的棘爪开始工作，使离合弹簧处于“合”的状态。 然后电机带动离合器皮带轮旋转，使离合器外轴与与离合器皮带轮作等速旋转 其优缺点为： 精选文库 6 (1) 优点 制造成本和制造精度相对较低，价格便宜，国内这种类型的洗衣机普及 面广，制造工艺成熟，零部件易更换维修。 (2) 缺点 洗衣机的驱动系统结构复杂、工作效率低、转速不稳定、启动电流大、 故障率比较高、控制精度低；在结构设置上，洗衣机的电机轴与滚筒的几何中心轴不可 能同轴（需要皮带减速） ，处于偏置状态，而正是这种“偏置” ，造成了洗衣机在工作时 会出现振动，难以平衡的问题。所以，迫使我们不得不增加平衡块，以抑制整个机体工 作时的振动和噪音；电机的固有结构及特性决定了这种电机的单位体积功率偏小、起动 力矩偏弱、过载能力不足等。 3.33.3 传动方案的选择传动方案的选择 经过小组成员深入讨论对比了各方案，考虑到传动系统的设计和制造难度、制造成本、 通用性、互换性、工艺性、维修便捷性，选用方案二的传动系统。下面将对方案二的传动 系统具体组成结构和原理作详细分析。 4.4. 传动系统的设计计算传动系统的设计计算 4.14.1 减速离合器的结构和工作原理简介减速离合器的结构和工作原理简介 早期设计的小波轮全自动洗农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。目前应用最为广 泛的有两种：单向轴承式减速离合器与带制动式减速离合器。 基本结构 (分为离合器与行星减速器) 离合器主要结构如图 7(1) (2)所 示。离合器中部有两根轴：输入轴 l 和 脱水轴 l8。输人轴 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 固定在输人轴 1 上，由于方轴与 精选文库 7 方孔的紧密配合，从而带轮 3、输入轴 I 和离合套 20 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 l 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 和离台套 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 精选文库 8 20 传递到脱水轴 18，这就是“合”时的脱水状态。在洗涤时，可以将方丝离 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，图 8 是其工作 原理简图。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。 图 7 中的 8 是单向滚针轴承部件，它的内圈与脱水轴 18 相接触，它的外 圈与齿轮轴承座过盈配合成一体，齿轮轴承座嵌在支撑架 19 中，支撑架用螺 栓和离合器外罩 14 固定在一起。在单向滚针轴承 8 的作用下，脱水轴 l8 只 能向一个方向自由旋转。单向滚 针轴承是滚针轴承产品领域中一 种科技含量较高的产品，其结构 紧凑，径向截面小。因为其外圈 工作面是楔形所以只允许一个 方向的转动可以起到单向离合 器的作用。洗衣机单向滚针离合 器的工作原理如图所示，它由 带楔形面的外圈 7 以及利用保持架 3 隔开的一系列滚针 6 组成，轴承直接套 在脱水轴 5 上。当脱水轴 5 顺时针转动时，滚针落入楔形槽的大端中，此时 脱水轴可顺时针转动；而当脱水轴逆时针转动时，滚针则卡紧在楔彤槽的小 端处，这时脱水轴将无法转动 在图 7 中，刹车装置外罩 9、刹车扭簧 l0、刹车带 15、刹车盘 16 和十 宁轴套 17 等组成了脱水轴 18 的刹车装置。十字轴套 17 用两颗紧定螺钉和脱 水轴 18 固定在一起，刹车盘 16 又和十字轴套 17 用螺栓固定在一起，所以刹 车盘 16 和脱水轴 18 联成了一体。刹车装置外罩 9 安装在脱水轴 18 上，为间 隙配合，它对脱水轴的作用由刹车扭簧 10 控制。刹车扭簧 10 套装在刹车装 置外罩 9 的外圆上，其下端固定在离合器外罩上，它的上端则嵌在拉杆 21 的 一个方孔中，由排水电磁铁带动拉杆控制其状态。洗涤时，排水电磁铁断电， 刹车扭簧处于自由旋紧的状态。当脱水轴 18 顺时针旋转时，由于刚性刹车带 15 紧紧抱住刹车盘 16，而其一端又卡在刹车装置外罩 9 的方槽中，所以刹车 精选文库 9 盘、刹车带以及刹车装置外罩 9 都将一起顺时针旋转。刹车装置外罩 9 在顺 时针旋转过程中，刹车扭簧 10 将被迅速旋紧，强大的摩擦力使刹车装置外罩 9 无法动作，此时刹车带 15 和刹车盘 16 将发生剧烈摩擦，对脱水轴 18 产生 制动作用，防止脱水桶产生跟转现象。在脱水时，排水阀通电，排水电磁铁 带动拉杆使刹车扭簧处于放松状态。由于刹车装置外罩 9 在顺时针旋转过程 中，与旋松的刹车扭簧之间可以自由滑动，刹车不起作用，因此刹车装置外 罩 9、刹车盘 16、刹车带 15 都将与脱水轴 18 一起高速旋转，完成脱水功能。 行星减速器结构如图 10 所示。减速器外罩 8 和减速器底盖 10 用螺钉 紧固在一起，再安装在法盘 12 上，法兰盘 12 和脱水轴 2 通过锁紧块 13 固定 在一起，因为法兰盘 12 和脱水桶相联接，所以减速器外罩 8、减速器底盖 10、法兰盘 12 和脱水桶成一整体。减速器底盖 10 有上、下两个止口，从而 保证了减速器和脱水轴 2 安装时的同心度。对行星减速器来说，输入轴 1 是 精选文库 10 动力的传入轴，其花键端插人中心轮 l1 的内孔中。行星轮 4 其有 4 个，与中 心轮 11 以及内齿圈 6 相啮合。内齿圈 6 通过其圆周槽卡在减速器底盖 10 上， 与之联成一体。行星轮通过销轴 5 安装在行星架 7 上，当行星轮绕中心轮公 转时，将带动行星架一起旋转。波轮轴 9 两端都加工成齿形花键，其下端与 行星架 7 联接，上端与波轮相联，从而使波轮以低速旋转洗涤衣物。 2)工作原理 脱水状态 减速离合器脱水时的状态及装配示意如图 11 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 精选文库 11 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 680800rmin。 洗涤状态 如图 12 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。 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 140200rmin。 精选文库 13 对于洗衣机传动系统三种工作情况，各零部件工作状态如下表所示： 精选文库 14 4.24.2 减速离合器零部件的计算与选择减速离合器零部件的计算与选择 波轮式全自动洗衣机的传动系统的设计计算内容较多，但大多数零部件可 以选用而无需进行设计，一般设计内容主要有：方案设计、电动机选用、带传 动设计、行星减速器设计等。 1、 方案设计 波轮式洗衣机常用布局为输入轴布置在内桶的中心处，整个传动系统基本上 同轴布置，电动机只能偏置一边，为了保持平衡，可将排水电磁阀和排水管 与电动机对称布置，必要时可加平衡块。根据设计任务中给出的内桶直径为 400mm，电动机轴与洗涤输入轴之间中心距只能为 150mm 左右，在此范围内 选择合适的一级降速传动比和采用带轮传动 2、 基本参数的选择 目前洗衣机洗衣量、电动机功率、内筒直径等基本参数，大多数企业是 通过实验进行设计选用的。根据机电一体化系统设计课程设计指导书 表 6-15 提供的目前常用波轮式全自动洗衣机基本参数情况，以及设计任务 要求最大洗衣量为 3.8kg，选用电动机功率为 180W，电动机满载时转速为 1370r/min。 3、 V 带传动设计计算 因为 V 带传动允许的传动比较大，结构较紧凑，在同样的张力下，V 带 传动较平带传动能产生更大的摩擦力，所以此处选用了最常用的 V 带作为第 一级降速。 参照表 6-15，初步选定电动机功率 P 为 180W，洗衣转速为 180r/min， 脱水转速为 720r/min，则传动比为 = 1 2 = 1370 720 = 1.9 (1) 计算功率：由于载荷变动小，因此取工作情况系数 = 1.0 精选文库 15 = = 0.18 (2) 选择带型：根据小带轮转速为 1370r/min，以及小带轮安装尺寸的 大概范围，查机械设计手册新版第 14-10 页图 14.1-2，选取普 通 V 带 Z 型 (3) 带轮的基准直径和：初选小带轮的基准直径，查机械设 121 计手册新版第 14-13 页表 14.1-17b，选取，大于 V 1= 56 带轮的最小基准直径的要求 50mm。大带轮的基准直径为： 2 , 查机械设计手册新版第 2= 1= 1.9 56 = 106.4 14-23 页表 14.1-18 圆整为。 2= 106 (4) 验算带的速度 v = 11 60 1000 = 56 1370 60 1000 / = 4.02/ 普通 V 带的最大速度,故满足要求。 = 2530/ (5) 中心距 a 和带的基准长度 0.7（1+ 2） 0 2(1+ 2) 112.7 P1 时,中触片上跳,与上触片 闭合,主电动机动作,进水阀关闭. 全自动洗衣机的排水系统由程序来控制排 水电磁阀，牵引排水阀。排水阀主要同阀盖、阀芯弹簧、阀芯拉簧，橡皮阀 和阀体组成。 排水电磁铁主要用来控制自动型洗衣机排水阀的开闭,在套桶 式自动型洗衣机中同起到改变减速离合大的洗涤、脱水状态、排水电磁铁主 要由线圈、磁轭、静铁芯、衔铁和短路铜环等组成 5.15.1 进水电磁阀的结构及工作原理进水电磁阀的结构及工作原理 1.进水电磁阀的结构 进水电磁阀也称为进水阀或注水阀，其结构如下图所示： 精选文库 19 (a)断电关闭 (b)通电开启 1.金属过滤网 2.阀座 3.导磁铁座 4.线圈 5.小弹簧 6.铁芯 7.小橡胶塞 8.塑料 盘 9 橡胶阀 图图 5-15-1 进水阀结构图进水阀结构图 2.进水电磁阀的工作原理 进水电磁阀的作用主要为控制自来水进水，为洗衣机提供适量的洗涤、 漂洗用水。进水电磁阀实物图和结构图如图 7-1 所示。进水电磁阀的开关主 要由阀内的线圈控制动铁芯来完成。如果线圈不通电，这时打开自来水龙头， 水不会流入洗衣机；当线圈通电后，阀被打开，自来水通畅地流入洗衣机。 实物图 结构图 橡胶阀 接线端子 线圈绝缘层 线圈 阀心骨架 弹簧 阀芯 壳体 塑料导阀 导管 塑料限流垫 橡胶限流垫 过滤网 出水口 电磁铁 接线端子 阀体 进水口 精选文库 20 图图 5-25-2 进水电磁阀实物图和结构图进水电磁阀实物图和结构图 进水电磁阀基本结构主要由一个螺管电磁铁和橡胶阀构成。其工作原理 是，电磁铁线圈通电后，形成磁场，吸引铁质阀芯上移，离开膜片，水流导 通。电磁铁线圈失电后，在复位弹簧及重力作用下，阀芯下沉压紧膜片堵住 水道，停止向洗衣机内注水。进水电磁阀的进水口一般有一个过滤网，以防 污垢堵塞进水电磁阀橡胶阀。 5.25.2 排水电磁阀的结构及工作原理排水电磁阀的结构及工作原理 1排水电磁阀结构 排水阀是由排水阀座 1、橡胶阀 2、内外弹簧 3 与 4、导套 5 和阀盖 6 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 5。导 套 5 内装有内弹簧 3，它一端卡在导套左边槽口， 另一端钩挂在电磁铁拉 杆 7 上，内弹簧 3 处于拉紧状态。在导套 5 外装有一个外弹簧 4，它的刚度 比内弹簧 3 小，它的一端与阀盖 6 接触，另一端与导套 5 的基座接触，外弹 簧 4 处在压缩变形状态。结构如下图： 1.排水阀座 2.排水阀门 3.弹簧 B 4.弹簧 A 5.导套 6.阀盖 7.电磁铁拉杆 8.销钉 9.铁垫圈 10.微动开关 11.引线端子 12.电磁铁 13.衔铁 14.开口销 15.外 桶 16.挡套 17.刹车扭簧伸出端 图图 5-35-3 排水系统结构图排水系统结构图 精选文库 21 电磁铁有交流和直流两种，电脑式全自动洗衣机一般采用直流电磁铁， 本设计采用交流电磁铁。 2.排水电磁阀工作原理 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 4 把橡胶阀 2 紧压在排水阀座 1 的底部。排水时，排水电磁铁通电工作，衔铁 13 被吸入，牵动电磁铁拉杆 7。由于拉杆 7 位移，在它上面的挡套 16 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（脱水状态） 。另一方 面随着拉杆 7 的左端离开导套 5，外弹簧 4 被内弹簧 3 的拉力压缩，使排水 阀门打开。正常排水时，橡胶阀门 2 离开排水阀座 1 密封面的距离应不小于 8mm，排水电磁铁的牵引力约为 40N。 5.35.3 水位开关控制原理水位开关控制原理 1.水位开关的结构 水位开又称压力开关。洗衣机内桶进水时的水位和排水时的压力状况是 压力开关检测的。当洗衣机工作在洗涤程序时，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。水位开关的剖面图如下： 精选文库 22 1.杠杆 2.导套 3.调节螺钉 4.压力弹簧 5.凸轮 6.顶芯 7.开关小压簧 8.动簧片 塑 9.料盘 10.橡胶膜 11.气室 12.压力软管 图图 5-45-4 水位开关剖面图水位开关剖面图 2.水位开关工作原理 当水注入内桶时，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，压力经过压力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。当水注到选定水位时，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。 其中动簧片的结构如下如： 图图 5-55-5 动簧片结构动簧片结构 旋转水位开关的旋钮选择水位，就是旋转凸轮，通过改变压力开关凸轮 的位置可改变恢复弹簧的弹性力，进而改变橡胶膜片变形所需气体的压力， 改变水位的设定值。 精选文库 23 调节螺钉 凸轮 公共触点 常开触点 常闭触点 气室口 （1）水位开关实物图 开关 波纹 膜片 连接孔 气室 （2）水位开关结构示意图 常开触点 微动 开关 开关引线 橡胶膜 连接软管 洗衣机气室 （3）水位开关原理图 图图 5-65-6 水位开关水位开关 6.6. 控制系统的设计控制系统的设计 6.16.1 控制芯片的选择控制芯片的选择 电脑式全自动洗衣机上使用的微控制器主要是 4 位或 8 位的单片机。常 用的单片机型号有：Intel 公司的 MCS-48 和 MCS-51 系列；NEC 公司的 COM-87 和 pd7500 系列；Motorola 公司的 MC6805 系列；Zilog 公司的 Z8 系列等。 本例中控制电路的微控制器选用 MCS-51 系列的单片机 AT89C2051。该单 片机是 ATMEL 公司 8 位单片机系列产品之一，内含 2K 字节可反复擦写的程序 存储器以及 128 字节的 RAM 单元，具有 15 条可编程控制的 I/O 线，5 个中断 触发源，其指令与 MCS-51 系列完全兼容。选用 AT89C2051 作 CPU，可使洗衣 机的控制电路大大简化。 6.26.2 程序框图程序框图 精选文库 24 精选文库 25 精选文库 26 6.36.3 控制程序设计控制程序设计 #include /*逻辑说明*/ /采用反逻辑，以 0 表示有效，以 1 表示无效/ typedef unsigned int uint; typedef bit bool; typedef unsigned char uchar; #definebiaozhun_flag 0/标准工作程序 #definejingji_flag1/经济工作程序 #define dandu_flag2/单独工作程序 #define paishui_flag3/排水工作程序 /*I/0 口分配*/ /*输入 I/O 口分配*/ /*工作程序按钮分配*/ sbit biaozhun =P00;/标准工作程序选择 sbit jingji =P01;/经济工作程序选择 sbit dandu=P02;/单独工作程序选择 sbit paishui=P03;/排水工作程序选择 /强、弱洗涤功能选择按钮，水位开关，盖开关, 启动/暂停按钮 sbit qiangruo_pin=P04;/强、弱选择按钮 强=0；弱=1； sbit shuiwei_pin=P05; /水位开关 sbit gai_pin=P06;/盖开关 /*启动/停止按钮*/ sbit qiting_pin = P33; /启动/暂停开关占用外部中断 INT1 sbit jixu_pin=P07;/继续开关 占用外部中断 INT0 /*输出 I/O 口分配*/ /*四种工作状态指示灯*/ sbit biaozhun_led =P10;/标准工作状态指示灯 sbit jingji_led=P11;/经济工作状态指示灯 精选文库 27 sbit dandu_led=P12;/单独工作状态指示灯 sbit paishui_led=P13;/排水工作状态指示灯 /*强、弱洗涤状态指示灯*/ sbit qiangxi_led=P14;/强洗指示灯 sbit ruoxi_led=P15;/弱洗指示灯 /*洗涤、漂洗状态指示灯*/ sbit xidi_led=P16;/洗涤指示灯 sbit piaoxi_led=P17;/漂洗指示灯 /*脱水指示灯，报警指示灯*/ sbit tuoshui_led=P20;/脱水指示灯 sbit baojing_led=P21;/报警蜂鸣器 /*电动机控制*/ sbit motor_zheng_pin=P22;/电动机正转 sbit motor_fan_pin=P23;/电动机反转 /*进水、排水阀门控制*/ sbit jinshui_pin=P24;/进水阀控制 sbit paishui_pin=P25;/排水阀控制 /*定义全局变量*/ ucharchengxumodel_flag;/工作程序变量 bool qiangruo_flag;/强=0；弱=1； bool start_flag;/开始=0；未开始=1； bool pause_flag;/暂停=0；未暂停=1； /*函数申明*/ /*延时程序*/ void delay_s(uint);/秒延时 void delay_ms(uint);/毫秒延时 /*电机控制程序*/ void motor_zheng(uint zheng);/电机正转 zheng 秒 精选文库 28 void motor_fan(uint fan);/电机反转 fan 秒 void motor_ting(uint ting);/电机停 ting 秒 /* n 个单独步骤*/ void jin_shui();/进水 void pai_shui();/排水 void tuo_shui();/脱水 void xidi();/洗涤 void piaoxi();/漂洗 void baojing();/报警 void baojing_no();/报警停 void finished();/程序执行通知已经完成 /*4 种工作程序*/ void biaozhun_chengxu();/标准程序 void jingji_chengxu();/经济程序 void dandu_chengxu();/单独程序 void paishui_chengxu();/排水程序 /*初始化函数*/ void initial(); /*按键扫描函数*/ uchar keyscan();/按键扫描函数 void gai_open();/翻盖处理函数 void qiangruo_select();/强、弱洗涤模式选择 void chengxumodel_select();/工作程序模式选择 /*头文件导入*/ #include /*逻辑说明*/ /采用反逻辑