MCS-51单片机的全自动洗衣机控制

1、毕业论文基于mcs-51单片机的全自动洗衣机控制系统的实现automatic washing machine control systembased on mcs-51基于mcs-51单片机的全自动洗衣机控制系统的实现摘要 随着数字技术的快速发展，数字技术被广泛应用于智能控制的领域中。单片机以体积小、功能全、价格低廉、开发方便的优势得到了许多电子系统设计者的青睐，它适合于实时控制，可构成工业控制器、智能仪表、智能接口、智能武器装置以及通用测控单元等。 本文以mcs-51单片机为核心，设计了全自动洗衣机控制系统。本系统实现了对洗衣机整个洗衣过程的控制，包括用户参数输入、洗衣、脱水和结束四个阶段。

2、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。电源电路为数字控制电路提供稳定的5v直流电压，为电动机提供220v市电；数字控制电路负责控制洗衣机的工作过程，主要由mcs-51单片机、两位共阴数码管、按键、蜂鸣器、led指示灯组成；机械控制电路实现水位检测、电机驱动、进水、排水等功能，主要由水位检测器、电动机、传动系统部件、进水排水电磁阀组成。 本系统的电路并不复杂，给mcs-51单片机载入软件程序后，能够实现全自动洗衣机的基本功能。虽然不能与电器市场上的洗衣机控制系统媲美，但也具有一定的实用性。关键词：单片机 全自动洗衣机 实时控制 控制系统 automatic washin

3、g machine control system based mcs-51 abstract with the rapid development of digital technology, digital technology has been widely used in the field of intelligent control. to the size of a small single-chip, full-featured, low cost, easy development of a number of advantages in favor of electronic

4、 system designers, it is suitable for real-time control, may constitute industrial controllers, smart instrumentation, smart interface, smart weapons and devices, as well as general such as monitoring and control unit.based on mcs-51 single-chip microcomputer as the core, the design of a full-automa

5、tic washing machine control system. the system of washing machines control the entire laundry process, including user input parameters, laundry, dehydration and the end of four stages. control system mainly by the power circuit, digital control circuitry and mechanical control circuit of the three m

6、odules. power supply circuit for the digital control circuit to provide a stable dc voltage of 5v for the motor city to provide 220v power; digital control circuit to control the work of washing process, mainly by the mcs-51 microcontroller, two were negative digital pipes, buttons, buzz device, led

7、 indicator composition; mechanical control the water level detection circuit, motor driver, water, drainage and other functions, mainly by the water level detectors, motor, drive system components, the composition of water drainage solenoid valve.circuit of the system is not complicated, to the mcs-

8、51 single-chip software loading process, to achieve the basic functions of full-automatic washing machine. although it can not be with the electrical appliances market, comparable to the washing machine control system, but also a certain practicality.keywords: single-chip microcomputer full-automati

9、c washing machine real-time control control system目 录前言1第一章 洗衣机概况21.1 洗衣机的发展史21.1.1 洗衣机的发展历程21.1.2 我国洗衣机的发展历程31.2 洗衣机发展现状和趋势31.3 洗衣机的分类及特性41.4 全自动洗衣机的功能要求41.5 本课题的研究目的和意义5第二章 洗衣机控制系统的硬件电路设计72.1 mcs-51单片机概述72.1.1 单片机的概念与特点72.1.2 mcs-51单片机的概述72.1.3 mcs-51单片机的组成图82.1.4 mcs-51的信号引脚92.2 复位电路112.3 时钟振荡电路1

10、12.4 衣物量检测电路122.5 水位的检测电路122.6 led显示电路132.7 电机正反转控制电路142.8 指示灯电路14第三章 进水阀和电源电路的一些改进163.1 电磁进水阀电路的改进定时保护163.1.1 进排水阀常用电路163.1.2 电磁进水阀改进的背景163.1.3进水阀改进保护硬件电路173.1.4进水阀保护电路连接图183.2 全自动洗衣机的电源电路改进 异常电压保护电路183.2.1 电源常用电路183.2.2 电源电路改进背景193.2.3 异常电压保护电路的硬件组成193.2.4 异常电压保护电路的工作过程20第四章 控制系统的整体硬件设计21第五章 程序设计2

11、55.1 系统控制流程图255.2 洗衣流程说明265.3 编程27结 论36致 谢语37参考文献38附录a39附录b40v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、各有所短，相互之间彼此竞争与融合，逐新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

12、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。第一章 洗衣机概况1.1 洗衣机的发展史1.1.1 洗衣机的发展历程洗衣机的历史得追溯到19世纪。1874年，美国的比尔.布莱克斯发明了木制手摇洗衣机。布莱克斯的洗衣机结构极为简单，是在木桶里装上6块叶片，用手柄和齿轮传动，使衣服在筒内翻转，从而达到洗涤的目的。虽然这套装置的结构简单，而且洗涤

13、效果也不见得如何，但是布莱克斯的构思启发了后人，使得洗衣机的改进进程大大加快。之后，随着工业技术的发展，先后出现了以蒸汽、水力和内燃机为动力的洗衣机，这些洗衣机已经解放了人的劳动力。1910年，美国的菲舍尔试制成功了世界上第一台以电动机作为动力的洗衣机。电动洗衣机的问世，也标志着人类家务劳动自动化的开始。进入电气化时代之后，洗衣机的功能日益增强。电动洗衣机几经完善，在1922年迎来了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。这种洗衣机是在洗衣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，以此洗涤污垢。搅拌

14、式洗衣机结构科学合理，损衣率较低，受到了人们的普遍欢迎，但是存在耗电量大的缺点。在之后不到10年的时间里，德国于1928年研制成功了第一台滚筒洗衣机。滚筒洗衣机的特点就是洗衣内筒卧轴，以内筒凸筋作为原动力，带动衣物正反向转动，举起衣物，依靠重力的作用摔打衣物达到洗涤的目的。由于洗衣筒底不转动，洗净度、损衣率等性能居中。1955年，在引进英国喷流式洗衣机的基础上，日本研制出了独具风格的波轮式洗衣机。波轮洗衣机洗衣筒的筒底装有波轮，电机带动波轮正反向旋转，湿衣物压在波轮上面随之旋转，同时筒内水流使衣物翻转，从而达到了洗涤的目的。由于波轮式洗衣机的相互搓揉力较大，所以洗净度最高，但是存在损衣率较高，

15、洗涤均匀性较差，衣物易缠绕等缺点。至此，洗衣机生产领域初步形成了搅拌式、滚筒式和波轮式洗衣机三分天下的局面。1.1.2 我国洗衣机的发展历程我国的洗衣机是改革开放之后发展起来的新兴工业。作为家电中的骨干产品，洗衣机发展迅速。我国的洗衣机行业发展大致经历了三个阶段。第一阶段为初期的起步阶段，这个阶段始于上世纪八十年代中期至八十年代末期。这一阶段的主要特征为集中的技术引进。当时大量引进的是日本的波轮洗衣机生产技术和设备，迅速完成了由无到有的跨越。同时波轮洗衣机也因此奠定了在中国的市场地位。第二阶段是洗衣机的平稳发展阶段，时间从上世纪八十年代末期到九十年代中期。这个阶段内，我国洗衣机生产企业的技术水

16、平与质量水平稳步提高，成本不断降低，国内品牌的竞争优势不断得到提升，市场的份额不断增加，逐渐主宰我国市场。第三阶段始于上世纪九十年代的中期，在这段时间内，之前渐渐退出我国市场的外国品牌纷纷重新登陆，其中以生产滚筒洗衣机的欧洲家电企业为主。外国企业在我国投资兴建合资公司，加剧了洗衣机行业的激烈竞争。目前，我国的家用洗衣机产品的发展已经进入了成熟期，国营、集体、个体、外资、合资企业遍布全国各地，我国已经成为全球洗衣机生产和消费的大国。我国洗衣机年产量约占世界年产量的四分之一，居于世界首位。除了在数量和品种上满足国内市场外，还出口到北美、欧洲、东南亚等地，跻身于国际洗衣机市场的竞争行列。1.2 洗衣

17、机发展现状和趋势洗衣机使人们告别了搓衣板、洗衣棒的手工洗衣时代，但是最初的洗衣机的自动化程度并不高，洗衣的几个过程仍需要人工来进行切换。随着技术的发展，作为洗衣机核心的电机驱动技术有了长足的发展，洗衣机也由最初的洗涤、脱水过程的手工切换发展到半自动半手工切换，再发展到了现在的全自动洗衣机。洗衣过程的全自动化并没有完全满足人的要求。目前，绝大多数洗衣机的电机驱动系统引入了微处理器。微处理器的引入使得洗衣机的功能更加强大。洗衣机生产行业通过对微处理进行编程，实现洗涤、脱水模式的多样化，满足用户洗涤不同衣质、不同污脏程度的衣物。而用户在操作过程当中只需要按几个按键即可完成选择工作。同时，人们在原来洗

18、衣方式的基础上，通过优化洗衣机的结构，再与电机驱动相配合，来实现对洗衣机内部水流的控制，从而使洗涤更彻底。技术总是不停向前发展的，洗衣机也向着几个明显的方向发展。智能化。传统的洗衣机只按进水漂洗出水甩干这几个工作过程进行合理组合工作。而智能洗衣机除了实现上述的功能之外，还能对洗涤衣物的衣质、衣量、衣物的污脏性质以及污浊度进行识别，并根据具体的情况选择合适的洗涤剂、水量和水流状态进行有针对性的洗涤。洗衣机智能化技术有赖于微处理器和传感器的发展。高效节能。不可再生能源日益减少和人类对能源要求量日益增加的矛盾，决定了节能成为整个社会活动的趋势。对于洗衣机行业来说，要在保证洗净度的基础上实现省电、节水

19、。高效节能已经成为洗衣机行业发展必然的趋势。静音。噪音容易使人疲劳，造成神经系统紧张，从而影响睡眠、休息和工作。减少噪音污染对提高生活质量具有相当的重要性。生活水平的提高，家用电器日益增多，家用电器的噪音已经成为提高生活质量的一个负面因素。所以，静音洗衣机也是洗衣机行业发展的一个必然趋势。1.3 洗衣机的分类及特性按洗涤方式分：洗衣机可分为滚筒式、波轮式、搅拌式。波轮式洗衣机洗净度高，洗涤时间也较其他洗衣机短，但磨损度较高，用水量也较高。滚筒式洗衣机不磨损不缠绕，与波轮洗衣机相同条件下洗净度较低。搅拌式洗衣机综合性能较好，但体积较大，结构复杂且制造技术难度大，成本高。按结构型式分：洗衣机可分为

20、单筒洗衣机、双筒洗衣机、套筒洗衣机。按照自动化程度分为：普通型洗衣机、半自动化洗衣机、全自动洗衣机。自动化程度越高，操作越方便，但价位也相应较高。按照外壳类型分为：生锌钢板外壳和塑料外壳。生锌钢板式防震、抗腐蚀；塑料外壳式耐腐蚀、可以放置在潮湿的地方。1.4 全自动洗衣机的功能要求单片机控制全自动洗衣机，以软化硬，能使硬件电路简单、功能明确，机械传动机构大为简化。随着在规模集成电路的发展，性能价格比的不断提高，成本将不断下降。另外只要增加适当的传感器电路，为布量传感器、测量洗净度的光电传感器等，稍稍改动主程序，就可以使全自动洗衣机的性能向智能化发展。会自动根据衣物的质地、脏污程度、衣物投放量的

21、多少而自动决定进水量、洗涤剂的投入量及水流、漂洗次数等 ，它代表着全自动洗衣机的方向。结合实际应用及洗衣机自动化特点对全自动洗衣机的功能要求如下：（1）强弱洗涤功能。洗衣机要有强洗和弱洗两种功能，要求强洗时正反驱动时间各为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，即标准程序、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，如次循环三次，每循环一次或漂洗环节时间比上一循环同一环节时间减少2分钟，具体是：第一循环为洗涤，时间为6分钟，第二、第三次循环为漂洗，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

22、程序与标准程序一样，只是循环次数为二次。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）进排水系统故障自动诊断功能。洗衣机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，就说明进排水系统有故障，此故障由控制系统测知并通过警告程序发出警告信号，提醒操作者进行人工排除。（4）脱水期间安全保护和防震动功能。洗衣机脱水期间，若打开机盖时，洗衣机就会自动停止脱水操作。脱水期间，如果出现衣物缠绕引起脱水桶重心偏移而不平衡，洗衣机也会自动停止脱水，以免震动过大，待人工处理后恢复工作。（5）间歇驱动方式。脱水期间采用间歇驱

23、动方式，以便节能。间歇期间靠惯性力使脱水桶保持高速旋转。（6）暂停功能。不管洗衣机工作在什么状态，当按下暂停键时，洗衣机须停止工作，待启动键按下后洗衣机又能按原来所选择的工作方式继续工作。（7）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有声光提示或显示。1.5 本课题的研究目的和意义 洗衣机全自动控制系统就是一种以单片机为控制核心的系统，它把以往对洗衣机的烦琐的操作变得简单化，不但其机器性能显著提高，还增加了难以实现的功能，同时也提高了控制的精确度，硬件与软件相互配合实现洗衣工作的智能化和自动化。控制器是全自动洗衣机的主要部件之一，其中四位单片电路在实现国产化，进入实用及向更高级发展

24、的过程中将会遇到二方面的困难：一方面是来自洗衣机厂家。他们想电脑化，但不知提出怎样的功能才是微机所能胜任的。如果提得过高、过全，将受到微机容量及价格的限制 ，如果提的过低，则又不能充分发挥微机的作用；另一方是来自编程序的器件厂，他们不知在程序中编入哪些功能才是洗衣机厂家所迫切需要而又必不可少的。此外，为实用化，外围电路提出的特殊要求，在微机编程中也应体现出来，以简化外围电路的设计。本课题研究的主要目的在于使洗衣机能够实现各种功能的基础上实现自动化，简化和优化洗衣机的控制系统，并且方便实用，稍稍几个按钮就能完成洗衣的全过程。如果全自动洗衣机能够得到广泛的应用，那么将会给人们的生活带来极大地方便。

25、第二章 洗衣机控制系统的硬件电路设计2.1 mcs-51单片机概述2.1.1 单片机的概念与特点 单片微型计算机(single chip microcomputer)简称单片机，又称微控制器(microcontroller unit)或嵌入式控制器(embeded controller)，是将计算机的基本部件微型化，使之集成一块芯片上的微机。片内含有cpu、rom、ram、并行i/o、串行i/o、定时器/计数器、中断控制、系统时钟及系统总线等。单片机具有体积小、功耗低、功能强、性能价格比高、易于推广应用等显著优点。新型单片机可承担数据与数值分析、信号处理、机器人智能控制，以及图象处理等复杂任务

26、。目前，单片机已在自动化装置、智能化仪表、过程控制和家用电器等领域得到日益广泛的应用。2.1.2 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系列是目前8位单片机的主流机型，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单片机片内含有掩膜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

27、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，可用紫外线光照擦除，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用户程序的eprom后，就相当于一片8751，因而使用方便灵活，加之价格低廉，目前是应用最广的机型。mcs-51系列增强性产品有8052、8752和8032，它们与8051、8751和8031相比分别增加了一个定时器/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，除具有运行时的低功耗外(1

28、6ma，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。2.1.3 mcs-51单片机的组成图mcs-51单片机(此处以8051为例)芯片的基本组成如图2-1所示：图2-1 8051芯片的内部组成框图现简要介绍图中各组成部分。a.中央处理器(cpu)。它是单片机的核心，包括运算器和控制器两个主要组成部分，用于实现运算和控制功能。运算器主要包括算术逻辑运算部件(alu)、位处理器、累加器a、寄存器b、缓存器tmp1和tmp2、程序状态字寄存器psw以及十进制调整电路等。其主要功能

29、是实现数据的算术运算、逻辑运算、位操作及数据传送等。控制器主要由时钟和时序电路以及一些控制寄存器组成。其主要功能是协调整个单片机的工作，产生时序脉冲和提供控制信号等。b.数据存储器。mcs-51系列单片机芯片数据存储器共有128个存储单元，用于存放可读写的数据。为了与外部扩展的数据存储器相区别，通常称芯片内部的数据存储器为内部数据存储器，简称内部ram。c.程序存储器。8051芯片内部有4kb掩膜rom，8751芯片内部有4kb eprom，用来存放程序和原始数据。通常称之为内部程序存储器或内部rom。d.定时器/计数器。mcs-51共有两个16位的定时器/计数器，以实现定时和计数功能。e.并

30、行i/o口。mcs-51共有四个8位的i/o口(即p0、p1、p2和p3)，用以完成数据的并行输入/输出。f.串行i/o口。mcs-51有一个全双工串行口，以实现单片机和其他计算机或设备之间的串行数据传送。g.中断控制系统。mcs-51共有5个中断源，分高和低两个优先级别。2.1.4 mcs-51的信号引脚 mcs-51是标准的40引脚双列直插式集成电路，其引脚排列及逻辑符号如图2-2所示：图2-2 8051单片机芯片现简要介绍各引脚的功能。a：主电源引脚vss-(20脚)：地线vcc-(40脚)：+5v电源b：外接晶振或外部振荡器引脚xtal1-(19脚)：当采用芯片内部时钟信号时，接外部晶

31、振的一个引脚；当采用外部时钟信号时，此脚应接地。xtal1-(18脚)：当采用芯片内部时钟信号时，接外部晶振的一个引脚；当采用外部时钟信号时，外部信号由此脚输入。c：控制、选通或电源复用引脚rst/vp0-(9脚)：复位信号输入；vcc掉电后，此脚可接上备用电源，在低功耗条件下保持内部ram中的数据。ale/prog-(30脚)：ale即允许地址锁存信号输出，当单片机访问外部存储器时该脚的输出信号用于锁存p0的低8位地址，其输出的频率为时钟振荡频率的1/6。prog为编程脉冲输入端，当选用8751单片机时，由此脚输入编程脉冲。-(29脚)：访问外部程序存储器选通信号，低电平有效，用于实现外部程

32、序存储器的读操作。/vpp-(31脚)：为访问内部或外部程序存储器选择信号，=0，单片机只访问外部程序存储器，故对8031此脚只能接地；1，单片机访问内部程序存储器，固对8051和8751此脚应接高电平，但若程序指针pc值超过4kb(offfh)范围，单片机将自动访问外部程序存储器。d：多功能i/o引脚p0口-(3239脚)：p0数据/地址复用总线端口。p1口-(18脚)：p1静态通用端口。p2口-(2128脚)：p2动态端口。p3口-(1017脚)：p3双功能静态端口。除作i/o端口外，它还提供特殊的第二功能，其具体含义为：p3.0-(10脚)rxd：串行数据接收端。p3.1-(11脚)tx

33、d：串行数据发送端。p3.2-(12脚)int0：外部中断0请求端，低电平有效。p3.3-(13脚)int1：外部中断1请求端，低电平有效。p3.4-(14脚)t0：定时器/计数器0计数输入端。p3.5-(15脚)t1：定时器/计数器1计数输入端。p3.6-(16脚)wr：外部数据存储器写选通，低电平有效。p3.7-(17脚)rd：外部数据存储器读选通，低电平有效2.2 复位电路 上电、按键手动复位如图2-3所示，按下按键 sw-pb，电源对c充电，使rst端快速到达高电平；松开按键，c向芯片的电阻放电，恢复为低电平，从而使单片机可靠复位。既可以上电复位，又可以按键复位。一般r1选470欧，

34、r2选8.2千欧，c选22微法。图2-3 复位电路2.3 时钟振荡电路 xtal1脚为片内振荡电路的输入端，xtal2脚为片内振荡电路的输出端。8051单片机的时钟有两种方式，一种是片内时钟振荡方式，但需在18和19脚外接石英晶体（频率为1.212mhz）和振荡电容，振荡电容的值一般为1030pf；另外一种是外部时钟方式，即将xtal1 接地，外部时钟信号从xtal2脚输入。本例使用第一种方式，如图2-4所示：图2-4 时钟振荡电路2.4 衣物量检测电路布质和布量的检测是在洗涤之前进行的。在水位一定时，不同的布质和布量的产生的布阻抗不同。具体检测布质和布量时，首先注入一定的水位，然后起动主电机

35、旋转，接着断电，让主电机以惯性继续运转直到停止。在主电机断电惯性旋转时间内主电机处于发电状态，会产生感应电动势输出。显然，随着布阻抗大小的不同，主电机处于发电机状态的时间长短也不同。因此，只要检测出主电机处于发电机状态的时间长短,就可以反过来推理出布阻抗的大小。主电机发电时间愈长，布阻抗就愈小；反之布阻抗就愈高。 主电机发电时间可直接通过检测起动电容两端输出电势，并将此电势半波整流后，由光电隔离后放大整形为一矩形脉冲系列的脉冲数而定。脉冲个数反映布阻抗的大小，脉冲个数越多，布阻抗越小，反之亦然。图2-5 布制布量检测电路2.5 水位的检测电路水位检测的精度直接影响洗净度、水流强度、洗涤时间等参

36、数。对于模糊控制的洗衣机, 要求水位的检测必须是连续的，故常采用谐振式水位传感器。谐振式水位传感器是利用电磁谐振电路lc 作为传感器的敏感元件，将被测物体的变化转变为lc 参数的变化，最终以频率参数输出。其工作原理是：将水位的高低通过导管转换成一个测试内腔气体变化的压力，驱动内腔上方的一块隔膜移动，带动隔膜中心的磁芯在某线圈内移动，从而线圈电感发生变化，由此引起谐振电路的固有频率随水位变化。水位测量电路如图2-6所示，为便于与单片机接口，水位传感器采用数字振荡电路，电感与电容组成的三点式振荡电路经c2 耦合接入数字式谐振放大器a 1，随着水位变化，谐振频率作相应变化，放大器在a点输出，经a 2

37、 整形，由c 点输出，此时即可将数字量接到单片机。图2-6 水位检测电路2.6 led显示电路led显示电路用来显示洗衣机的洗涤和脱水时间，其有两个八位的数码管显示器以及三极管和电阻组成。ds1显示高位，ds2显示低位，可显示洗衣机的某过程剩余时间。如图2-7所示：图2-7 led显示电路2.7 电机正反转控制电路洗衣机在洗衣过程中电机的正反转起着决定性的作用，在洗涤和漂洗中电机循环间歇的正反转，以使衣物来回翻滚进行洗涤，此时电机的转速不可过快，在脱水过程中电机需朝某一方向快速进行旋转，使衣物甩干。其电路由电机、固态继电器sp1110、六反相器74s05和电阻电容等器件组成，两个六反相器74s

38、05用作为中间缓冲器,可分别驱动两个固态继电sp1110 。sp1110是一种交流固态继器，内有发光二极管及光触发双向可控硅，1050ml输人电流即可使双向可控硅完全导通，输出端通态电流为3a（平均值），浪涌电流15a（不重复）。之所以选用这个器件，乃是因为它一方面可使电路进一步简化，另一方面还可使强、弱两类电完全隔离，保证主板的安全。电路如图2-8所示：图2-8 电机正反转控制电路 2.8 指示灯电路 该控制电路由74ls138译码器、7只发光二极管及电阻组成，由于单片机pi口有限，故用一个译码器来扩展其口。74ls138 的输入端c、b、a 分别接单片机的pi口，输出端y0、y1、y2、y

39、3、y4、y5、y6 分别与7 个发光二极管的阴极相连，发光二极管的阳极接电源。74ls138的输出端y0 控制“洗衣剩余时间”指示灯，y1 控制“脱水剩余时间”指示灯，y2 控制“强洗”指示灯，y3 控制“弱洗”指示灯，y4 控制“洗涤次数”指示灯，y5 控制“洗衣定时”指示灯，y6 控制“脱水定时”指示灯。电路图如图2-9所示：图2-9 指示灯电路第三章 进水阀和电源电路的一些改进3.1 电磁进水阀电路的改进定时保护3.1.1 进排水阀常用电路如图3-1所示，进排水控制电路有固态继电器sp1110、六反相器74s05、二极管整流电路、电阻、发光二极管等组成。六反相器的作用与正反转控制电路中

40、的六反相器相同，用来驱动固态继电器sp1110，固态继电器导通之后在经过电容器c1、c2的滤波，形成比较稳定的电流。进水阀的控制电流须经过二极管整流器的整流，而排水阀不需要。进排水阀是否导通由单片机进行控制，导通期间发光二极管呈闪亮状态。 洗衣机在进水或排水洗衣过程中，若在一定的时间范围内进水或排水未能预定的水位，说明进排水系统出现故障，此故障由测控系统进行检测，通过警告系统发出警告，提醒操作者对故障进行排除。图3-1 进排水阀控制电路3.1.2 电磁进水阀改进的背景 全自动洗衣机电磁进水阀被烧坏是常见故障之一。分析其烧坏的原因，多因水压过低造成进水时间加长，使电磁进水阀超时间工作，最终导致发

41、热烧坏，这种现象特别容易发生在供水紧张，楼层比较高的场合。因此，若能在原洗衣机线路上加装一个能自动控制洗衣机进水时间的电路，使洗衣机的进水时间确定在电磁阀能承受的时间内，如十分钟以内，则进水阀即能安全工作，当然增设该电路应确保原来的工作程序不受影响。本文介绍一种洗衣机电磁进水间保护电路，经在多台全自动洗衣机中使用效果良好。3.1.3进水阀改进保护硬件电路电路的工作原理：电路如图3-2所示，接通电源，发光二极管工作，指示d2灯亮表明该保护电路工作。电路中的km 选常闭继电器。当电源接通时，由于常闭开关触点km闭合，电磁进水阀ev通电工作，给洗衣机注水。同时，交流电源经c1 r1电路降压后，经桥式

42、整流电路整流，c2、r3、c3组成的型滤波电路滤波，在稳压二极管 d7两端获取12v直流电压。12v直流电压经电位器w1 、r4、w2 、r5给电容c4充电。当c4两端电压充电到使时基集成电路555集成块的、脚的电压高于该电源电压的23，即8v时，集成块处于复位状态，即脚呈低电位，继电器km 工作，使常闭触点km断开，电磁进水阀ev断电，停止进水。此时，c4开始经r5、w2 通过脚和脚放电。当放电到使、脚的电压低于13电源电压，即4v时，集成块处于触发状态 ，脚电位由低转变为高电位，km 继电器又重新起控，常闭触电km闭合，电磁进水阀恢复工作。12v电压又开始对c4充电，恢复到起始状态。其中，

43、r1 为c1 提供泄放回路。d8 为继电器km 的保护二极管。 图3-2 全自动洗衣机电磁进水阀保护电路3.1.4进水阀保护电路连接图 保护电路的连接图见图3-3所示，由于保护电路的电源a、b端接在水开关的常闭端和交流电源的地线之间。当水注入洗衣机，达到规定的水位后水位开关就能起控，切断a、b端的电压，使该电路停止工作，洗衣机即可执行下一个程序，即进入洗涤程序。通常洗衣机在正常的水压下，进水时间不超过10分钟，所以，该电路控制进水的时间也确定在10分钟，如果10分钟内未能完成进水，则该电路起控，使电磁进水阀自动断电，停止进水。然后休息5分钟，再自动把该电路继电器接通，使电磁进水阀第二次打开，给

44、洗衣机再注水。当注水完成后，由电位开关再把保护电路切断。这样就可以避免电磁进水阀因超时通电而被烧坏的危险。电路的调试：调试该电路时，应先调节w2，使c4 经过r5、w2、和脚放电到使c4电容的电压低于4v时的时间为5分钟，然后在w2固定的前提下，调节w1使c4充电到高于8v时的充电时间控制在l0分钟，这样就能有效地把电磁进水阀通电时间控制在最长不超过10分钟，从而保护电磁进水阀。 图3-3 进水阀保护电路连接电路3.2 全自动洗衣机的电源电路改进 异常电压保护电路3.2.1 电源常用电路系统电源部分电气原理图如图3-4 所示。市电220v 经过变压器t 变压为12v 交流电压, 通过4只二极管

45、1n4004 全桥整流, 再经过电容c 滤波后得到光滑的直流电压, 经过三端稳压器7805 稳压后得到稳定的+5v 电压给各器件供电。 图3-4 系统电源部分电路图3.2.2 电源电路改进背景近年来，随着全自动洗衣机的不断发展，已逐渐被用户所接受。但是由于全自动洗衣机对电网的质量要求高，当使用环境差，特别是供电电压的质量(过压或欠压)较差时，常使全自动洗衣机不正常工作，严重的会引起洗衣机部件的损坏甚至燃烧。为了解决上述问题，提供一个全自动洗衣机的异常电压保护装置。3.2.3 异常电压保护电路的硬件组成 全自动洗衣机的异常电压保护装置是一种能自动处理由于供电电压的不正常工作状况并自动进行保护的装

46、置，该保护装置由单片机、电源、保险丝、压敏电阻、变压器、整流稳压、 采样电路、控制电路、自动断电电源开关、时钟、输入按键、显示器所组成，其中电源、自动断电电源开关、保险丝、压敏电阻形成一个闭合回路，采样电路经保险丝从电源的n端采样，其输出端接单片机的a/d输入端。单片机还分别直接与整流稳压、控制电路、时钟、输入按键、显示器相接。采样电路由分压电阻采样，其输出端接点单片机的a/d输入端，控制电路包括双向可控硅自动断电开关，由单片机输出端连接双向可控硅的触发端。采样电路的输入端接fuse与znr的结点处，且采样电路经r1、d1、r2、c4、d2、d3、c5等的处理，其输出端接单片机的a/d转换口。

47、电路图如图3-5所示：图3-5 异常电压保护电路3.2.4 异常电压保护电路的工作过程变压器采用普通小功率变压器，整流稳压为典型的整流桥加上稳压块7805，采样电路经d1整流、r1、r2分压，c4、c5、d2、d3整形后，尤其是分压电阻r2连接并联电容c4、c5后输入单片机，控制电路通过双向可控硅控制切断电源开关；自动断电电源开关为带有切断线圈的电源开关，由双向可控硅tr1控制自动断电开关的线圈，由单片机的输出端经q1放大后连接双向可控硅的触发端。由单片机输出端亦可以通过一光电耦合器后再去控制强电。先在单片机中设置好规定电压的上限a和下限b，单片机可通过采样电路 a/d转换来随时监控电源电压的

48、变化。当给洗衣机供电的电压在规定值范围内时，洗衣机正常工作。当供电电压小于下限b时，洗衣机电脑 进入低电压保护状态，同时关断所有输出，并进行报警，待电压恢复到正常状态时，电脑自动恢复工作。当供电电压大于上限a而小于压敏电阻额定电压c时，洗衣机电脑进入高压保护状态，同时进行报警，然后通过控制电路自动切断电源开关。当供电电压大于压敏电阻额定电压c时（此情况较为少见，一般发生在误将电源接入三相电网上或电源上有较强的干扰时），则压敏电阻损坏，其电阻迅速降低，从而使快熔保险丝立即熔断切断电源，保护洗衣机的安全。该保护装置能根据供电电压的变化迅速做出反应，同时立即进行处理，及时保护洗衣机的正常工作及其安全

49、。第四章 控制系统的整体硬件设计本文所设计的全自动洗衣机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。电源电路为数字控制电路提供稳定的5v直流电压，为电动机提供220v市电；数字控制电路负责控制洗衣机的工作过程，主要由mcs-51单片机、8255扩展芯片、555定时器、两位共阴数码管、按键、蜂鸣器、led指示灯组成；机械控制电路实现水位检测、电机驱动、进水、排水等功能，主要由水位检测器、电动机、传动系统部件、进水排水电磁阀组成。结合电路理论知识和控制要求对于各分电路与单片机的连接情况如下，（1）8051单片机与8255芯片的连接。mcs-51单片机具有四个并行8位io口（即p

50、0,p1,p2,p3），原理上这四个io口均可用做双向并行io接口，但在实际应用中，p0口常被用做数据总线和低8位地址总线，p2口常被做高8位地址总线，p3口又常用它的第二功能，所以，只有对片内有程序存储器而又不再需外部扩展的单片机系统，即在单片机的最小应用系统下才允许这四个io口作为用户的io口使用。mcs-51单片机需要进行外部扩展时，可提供给用户使用的io口只有p1口和部分p3口线及数据总线用的p0口。因此，在大多数mcs-51单片机应用系统设计中都不可避免地进行并行io的扩展。本系统采用8255a芯片作为它的外扩io芯片，利用它可扩展多个io口，大大增强mcs-51单片机的使用功能。8

51、255a具有3个8位并行口pa、pb和pc，双向三态数据总线dod7通常与cpu数据总线相连。具体连接图如图4-1：图4-1 8051单片机与8255芯片的连接图（2）单片机与74ls138译码器及指示灯的连接。该控制电路由74ls138译码器、7只发光二极管及电阻组成，由于单片机pi口有限，故用一个译码器来扩展其口。74ls138 的输入端c、b、a 分别接单片机的p1.2、p1.1、p1.0引脚，输出端y0、y1、y2、y3、y4、y5、y6 分别与7 个发光二极管的阴极相连，发光二极管的阳极接电源。连接图如图4-2：图4-2 单片机与74ls138译码器及指示灯的连接图（3）键盘、指示灯

52、和水位控制电路与8255a的连接。单片机系统需要安排较多的按键时，为节约微处理器的io接口资源，通常把见排列成矩阵型式，这样可以更合理地利用硬件资源。本系统采用2行5列矩阵式键盘，可占用6个io口，可与8255a的pi口相连。led显示电路有两个八位的数码管显示器以及三极管和电阻组成，用来显示洗衣机的洗涤和脱水时间，可与8255a的pi相连，由单片机进行综合控制。 水位传感器采用数字振荡电路，电感与电容组成的三点式振荡电路经c2 耦合接入数字式谐振放大器a 1，随着水位变化，谐振频率作相应变化，放大器在a点输出，经a 2 整形，由c 点输出，此时即可将数字量接到单片机。连接图如图4-3：图4-

53、3 键盘、指示灯和水位控制电路与8255a的连接图（4）电动机正反转控制电路由电机、固态继电器sp1110、六反相器74s05和电阻电容等器件组成，两个六反相器74s05用作为中间缓冲器,可分别驱动两个固态继电sp1110 。电动机的正反转电路是否导通由8051单片机p1.5和p1.4口进行控制，用p1.5、p1.4两线能够实现对电动机这三种状态的控制。其逻辑关系是：p1.5、p1.4为“00 ” 时电机间歇， p1.5、p1.4为“01” 时正转,，p1.5、p1.4为“ 10”时为反转。连接图如图4-4：图4-4 电动机正反转控制电路与单片机连接图本控制系统对传统控制系统进行了一些改进，包

54、括对单片机电源系统的一些改进和进水阀电路的一些改进。如下两图：改进前的整体电路模型和改进后的整体电路模型。详图见附录a和附录b，附录a是改进前控制系统电路总图，附录b是改进后的控制系统电路总图。第五章 程序设计5.1 系统控制流程图根据控制要求和电路组成编码的系统控制程序流程图如图5-1所示， 图5-1 系统控制流程图5.2 洗衣流程说明从程序流程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；然后扫描k1、k2键，这时洗衣机处于待命状态。通过k1、k2键可分别修改强弱洗方式和洗衣工作程序。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。洗衣机进入工作程序后，系统首先根据ram中57h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（01h为单独程序，02h为经济程序，03h为标准程序），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，否则进入进水操作程序。进水操作将p1.6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。若在规定的时间内未检测到k5闭合，说明进水系统发生故障，此时洗衣机退出洗衣工作状态，程序跳转到fw为标号地址的故障处理程序段进行报警，其处理方法是：将p1.0p1.3全部置零，中止洗衣机的各种操作，然后蜂鸣器以