基于AT89C51单片机智能控制洗衣机的毕业设计-已删减

1、基于单片机控制的全自动洗衣机摘 要：洗衣机是现代人必备的日常生活家电，它的发明和应用使人们的洗衣工作变得省时省力，很 好地缓解了人们在家务劳动方面的压力。一般的数字逻辑电路控制的洗衣机只有两三个程序，也有一按 通的傻瓜程序。而基于单片机控制的洗衣机可以复杂程序控制，将水位段细化，漂洗功能细化，加上适 用不同衣物等功能，洗涤程序大大增加。本设计采用 at89c51 单片机作为洗衣机控制系统的主控芯片，洗衣机的各种洗衣程序运行都在单 片机的控制下，使得洗涤、漂洗、脱水等各种功能的操作都不需手动。系统的硬件设计包括电源模块、 谐振式水位监测模块、洗衣机 led 显示、输出控制电路、软件设计包括主程序

2、、内部定时中断服务程序、 外部中断服务程序。关键词：全自动洗衣机；单片机；led 显示基于单片机控制的全自动洗衣机1 绪论1.1 课题提出的目的及意义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。单片机以其集成度高、运算 速度快、体积小、运行可靠、价格低廉等特点，在过程控制、数据采集、机电一体化、智能化仪表、家 用电器及网络技术等方面得到了广泛的应用。洗衣机是现代人必备的日常生活家电，它的发明和应用使人们的洗衣工作变得省时又省力，很好 地缓解了人们在家务劳动方面的压力。而随着人们对生活质量的不断追求，普通的洗衣机已经不能满足 部分人的需求，所以研究多功能的全自动洗衣机具有重大的

3、意义。基于单片机的自动洗衣机控制系统具有精度高、功能强、经济性好的特点。无论在提高产品质量还 是产品数量，节约能源还是改善劳动条件等方面都显示出无比的优越性。对基于单片机的全自动洗衣机 控制系统设计进行深入研究，可是我们掌握全自动洗衣机这种重要家电的工作原理和控制系统，进一步 了解单片机在不同领域的应用方法，学会单片机控制全自动洗衣机的电控板设计，同时也为将来从事电 子行业打下一定基础，所以本次设计具有重大意义。1.2 国内外研究现状及发展趋势洗衣机的起源：自 19 世纪中期，美国人史密斯研制出世界上首台洗衣机至今，洗衣机的发展已经 历了一个多世纪。国内外的研究现状也有所不同。1910 年世界

4、上第一台洗衣机问世，标志着人类家务 劳动自动化的开始。1922 年世界上第一台搅拌式洗衣机在美国诞生。1937 年世界上第一台全自动滚筒 式洗衣机投放市场。1957 年三洋公司推出世界上第一台涡流式波轮洗衣机。从此，确立了搅拌式、滚 筒式和波轮式三种工作方式的洗衣机三足鼎立天下的局面。随着更多国内外强势品牌加入研究新的技术，开发新的产品，洗衣机行业将爆发新一轮以“绿色环 保”、“节水节能”为主题的大战。而技术制高点则是未来的竞争焦点。消费者选择自动选择进水量和 洗衣程序，进一步实现省水、省电。在国内从洗衣机市场得到的商情显示，由于受水资源不断减少，自 来水费有所提高等因素的影响，市场上那些用水

5、量较大的洗衣机销售受阻，而具有节水功能的洗衣机销 路不断看好。针对市场需求的变化，一些生产厂家如小天鹅、小鸭、海尔等，先后向市场推出了一批节 水型全自动洗衣机，受到消费者的青睐，成为洗衣机中的购买热点。节水型全自动洗衣机的主要特点是 可供用水水位在选择上有 6 种、8 种、10 种等多种。有的节水型全自动洗衣机最低水位在 12 升至 20 升之间，用水量大大减少。今后，洗衣机将以高可靠性，完善的功能，节水省电，降噪省时以及规格品种多样化为发展方向。 但是由于普通洗衣机采用按键和机械定时器进行控制，导致出现触点易磨损，故障率高，并在使用过程 中不能给用户准确的定时和醒目的显示，而采用单片机实现洗

6、衣机的智能控制可以有效地克服这些缺 点，并能灵活的实现多功能技术兼容，所以采用单片机来控制全自动洗衣机的系统会应用的越来越广泛。 1.3 系统的工作流程洗衣机的工作流程包括：洗涤脱水漂洗脱水漂洗烘干。上述工作程序中，包括三个过程， 洗涤过程漂洗过程脱水过程。1. 洗涤过程：放好待洗物，启动开关，进水阀通电，向洗衣机供水，当供水达到预定水位时，水位 开关接通，进水阀断电关闭，停止供水。洗涤电动机接通电源，带动波轮旋转，搅动衣物进行洗涤。通 过电动机不停地正转，停，反转，反复循环，形成洗涤水对衣物产生强烈的翻滚作用，同时，衣物之间， 衣物与四周桶壁之间产生相互摩擦和撞击力，以此达到洗涤衣物的目的。

7、2. 漂洗过程：与洗涤过程动作完全一样。3. 脱水过程：洗涤或漂洗过程结束后，电动机停止转动，排水阀通电打开，进行排水，当水位低到 一定程度时，满足安全条件，脱水电动机接通，带动脱水桶高速旋转，利用离心力把衣服上的水从桶壁 的小眼里甩出，全部洗衣工作完成后，由蜂鸣器发出音响，表示衣物已洗干净。1.4 本论文主要研究内容本论文的主要内容安排如下：1.设计主控板模块硬件电路芯片选型，确定选用的芯片2了解芯片的外围电路，分析芯片间的接线方式，设计硬件原理图用 visio 绘制电路图元器件的选型等2.设计外围电路及附加设备蜂鸣电路的选型与设计液晶显示电路的选型与设计上面两个电路的电路图的绘制3.该系统

8、软件的设计编制主控板读写程序编制蜂鸣器及液晶显示相关程序4.对软件、硬件进行调试1.5 本论文主要解决的问题1.洗衣机主控模板硬件、软件设计； 2.水位监测设计； 3.液晶显示软件、硬件设计；4.系统电源 设计2 系统的整体方案设计2.1 系统的整体构架主控制系统运用的是 at89c51 单片机，其控制的对象包括：进水阀、排水阀、电机。这些被控对象 需要根据不同的洗衣程序来设定它们不同的工作状态和工作时间，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不同的工作状态及运行剩余时间。发光二极管用来指示洗衣机的运行状态；按 键用来控制程序的运行和设置洗涤模式；蜂鸣器用来进行程序运行提示及

9、故障报警。洗衣机控制器系统 整体构架如图 1 所示：变压器整流滤波稳压时基蜂鸣时钟74ls240led显示洗衣机状态 显示指示灯d0-d6电机正转电机反转进水阀双向可控3/8译码器驱动电路at89c5182按键输入55水位选择复位电路排水阀硅图 1 硬件结构框图各框图的作用：1. 单片机电路：单片机电路是程序控制的中心，它把计算机的各种功能电路都集成在一块芯片上， 主要包括中央处理器 cpu、程序存储器 rom、数据存储器 ram、输入/输出接口电路及计时、分频、 扫描、定时、时间设定等电路，rom 内已固化了洗衣机操作程序，单片机根据输入指令和检测信号， 调出内部相应的操作程序，通过电路处理

10、后，输出各种电路控制信号，使洗衣机自动完成程序操 作过程。如果单片机自身出故障，或控制电路传送给单片机的信息不正确，洗衣机就不能正常工 作。32. 直流电源电路：这是为单片机及其外围控制电路提供直流电源的电路，它将输入的 220v 交流电经 过变压、整流、滤波、稳压后，变为稳定的低压直流电，送给单片机、可控硅触发电路、显示电 路等。3. 复位电路：此电路的作用是复位。在单片机接上电源以后，若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，以消除由于各种原因引 起的程序紊乱。4. 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

11、时钟信号，供单片 机信号定时和计时。5. 按键输入电路（1） 按键 k1，接 p1.0，作为工作过程中的启动/停止键；（2） 暂停键 k2，接 p3.3，用外部中断 1 实现工作过程的暂停，根据用户的需要可以进行手工 洗涤；（3） 标准键 k3,接 p3.4，作为标准洗涤选择键；（4） 轻柔键 k4，接 p3.5，作为轻柔洗涤选择键；（5） 快速键 k5，接 p3.6，作为快速洗涤选择键；（6） 压电蜂鸣器接 p1.7，作为洗衣时间到以及故障发生的报警器。6. 显示电路74ls138 译码器为 3-8 译码器，选用它可以解决 i/o 口线数量不足的问题。从控制要求可知，洗衣 机的工作模式以及工

12、作程序必须有 7 种不同的显示加以区别。74ls138 译码器的输入端 c、b、a 分别接 p1.1、p1.2、p1.3，输出端分别与 7 个发光二极管 d0-d6 的阴极相连，发光二极管阳极接 电源，输出端 y0 控制 d0“电源”指示灯；y1 控制 d1“标准”指示灯，y2 控制 d2“轻柔”指示灯； y3 控制 d3“快速”指示灯；y4 控制 d4“洗涤”指示灯，y5 控制 d5“漂洗”指示灯；y6 控制 d6 “脱水”指示灯。7. 负载驱动电路该电路多由双向可控硅及触发器电路组成。双向可控硅作为无触点开关控制电机等负载的通断及 运行。单片机根据按键输入指令或接收的检测信号，输出相应的控

13、制信号，控制可控硅触发电路 的导通，使电机等负载得电运转。8.报警电路此电路在洗衣机中起提示和报警的作用。根据程序安排和软件设置，当洗衣完成后，洗衣机将发 出蜂鸣声以提示用户洗衣完成。9.水位开关和安全开关电路水位选择开关，接 p1.5，用户根据需要选择水位，在进水期间，系统不断检测，当到达设定水位 时就停止进水。水位电路和安全开关电路由传感器监测，其通断状态由电路输送给单片机，由单 片机进行指令控制。2.2 系统方案本设计的全自动洗衣机具备以下功能：1. 洗涤模式选择：该洗衣机有三种不同的洗涤模式，即为标准洗涤，轻柔洗涤，快速洗涤。用户可 以根据需要来选择相应的洗涤模式。2. 洗涤参数选择：

14、（1） 时间选择：标准：洗涤 12 分钟；漂洗 5 分钟二次；脱水 3 分钟。轻柔：洗涤 3 分钟；漂洗 3 分钟，二次；脱水 2 分钟。快速：洗涤 4 分钟；漂洗 1 分钟二次；脱水 2 分钟。洗涤、漂洗 22 秒正转，停 8 秒，反转 22 秒，停 8 秒。（2） 洗涤时，洗涤指示灯亮；漂洗时，漂洗指示灯亮；脱水时，脱水指示灯亮。43. 有水位控制，能自动断水。3 系统的硬件设计3.1 洗衣机控制器控制面板的设计洗衣机控制面板主要包括：启动/停止、标准、轻柔、快速、水位选择按钮以及状态显示灯，如图 2 所示：电源 洗涤 漂洗 脱水 高中低标准 轻柔 快速启动/停止图 2 洗衣机面板图完成一

15、次洗衣过程所需的动作有：1. 进水动作：进行洗涤时，盛水桶内的水量必须达到设定要求。洗衣机的进水和水位判断， 是由水位开关和进水阀的开合来进行控制的，当桶内没有水或水量达不到设定水位时， 单片机程序将控制进水阀打开，开始注水，当桶内的水位达到设定水位时，水位开关受 压闭合，程序就可进入下一步处理。2. 排水动作：进入脱水动作前应先排水。为了避免空排水造成时间浪费以及排水不完而带 水脱水造成对电机的损害。洗衣机能够根据实际水量对排水时间进动态控制。3. 洗涤动作：洗涤动作指的是电机周期性的“正转-停止-反转-停止”。不同的洗衣过程， 控制电机执行“正转-停止-反转-停止”的时间是不同的。4. 脱

16、水动作：排水结束后进入脱水动作，脱水是通过电机的正反转来实现的，同时要求排 水阀一直打开，也正是由于排水阀的打开，才使得脱水时的电机正转速度不同于洗涤时 的电机正转速度。进行脱水是若遇到洗衣机盖打开，则暂停脱水，并发出报警，直至用 户合上桶盖后，才继续进行脱水。脱水结束后，发出警报，并自动关闭排水阀。5. 脱水不平衡修正：进行脱水处理，电机要正转，电机要进行高速单向正转，若此时衣物 偏向于一边，脱水桶会因离心的作用，在很短的时间内碰撞安全开关装置，使安全开关 产生瞬时的关闭和断开，此时要进行脱水不平衡修正。进行脱水不平衡修正，洗衣机将 停止脱水，并自动插入“进水-洗涤 1 分钟-排水”动作。通

17、话这一插入动作，衣服将调 整到洗衣桶中心位置。在同一脱水工程中，如果连续修正 3 次仍达不到脱水平衡，则进 行报警，等用户打开洗衣机将衣物放置均匀再盖上桶盖，方可继续进行脱水。6. 其他动作：洗衣机控制器在此控制面板上还配有启动/停止、标准、轻柔、快速、水位 选择按钮。53.2 晶闸管驱动控制电路设计控制洗衣机的进水阀、排水阀和电动机的正反转。完成洗衣机的进水、排水以及驱动电机洗 衣功能。单片机 i/o 口直接与驱动芯片 uln2803 连接，将信号放大后驱动晶闸管的导通和关断， 具体电路如图 3 所示：123456781112131415161718驱动芯片q1q2q3q4q5q6q7q81

18、817161514131211图 3 晶闸管驱动电路图洗衣机完成衣物检测或手动设置洗衣程序后，进水阀打开，当水位检测电路检测水位达到预定高 度时，进水阀关闭停止进水。在整个进水过程中，若进水阀打开时间超过 15 分钟水位检测电路 仍未检测到水位达到预定高度，洗衣机将会报警并暂停水，等待故障排除。如果无故障，当进水 满后关闭进水阀，启动电机开始洗涤。洗涤程序结束排水阀将会打开，进入脱水程序。 3.3.3 uln2803 与单片机接口电路图 4：见下页6c0f.0f2ee2ht201avcs11u47k3pcrst1mzxalp1.0p1.1p1.2p1.3p1.4p1.5p1.6p1.7rese

19、t/vpdrxd/p3.0txd/p3.1int0/p3.2int1/p3.3t0/p3.4t1/p3.5wr/p3.6rd/p3.7xtal2xtal1gnd1234567891011121314151617181920at89c514039383736353433323130292827262524232221vccp0.0/ad0p0.1/ad1p0.2/ad2p0.3/ad3p0.4/ad4p0.5/ad5p0.6/ad6p0.7/ad7ea/vppale/progpsenp2.7/a15p2.6/a14p2.5/a13p2.4/a12p2.3/a11p2.2/a10p2.1/a9p2

20、.0/a81817161514131211q1q2q3q4q5q6q7q8uln28031112131415161718123456783pfcxtl1图 4 uln2803 与单片机接口图3.4 水位检测电路设计3.4.1 水位开关水位开关和联动开关是全自动洗衣机中比较重要而结构又相对简单的两个器件。它们一般都在直 流低压下工作，是电子程控器的两个输入端，只有判定它们处于正确的闭合状态，程序才可以正常 地向下运行，完成正常的操作。（1） 工作原理：全自动洗衣机水位开关的主要作用是控制洗衣机的水位高低。正常情况下，微电脑全自动洗衣机的 水位开关只有 2 个插片。在没有受到水压时，两插片的触点是

21、断开的。在选定洗涤程序、选择水位后， 洗衣机开始工作，先进水，当水位到一定高度后，盛水桶气室中的气压到达一定值，通过导气管把气压 传到水位开关橡胶密封圈上，克服水位开关弹簧、扭簧的力而推动橡胶密封圈动作，使两插片触点接通， 这样就给微电脑一个信号，说明已到所选水位。同样选定脱水程序，在洗衣机排水后，水位退到一定高 度时，由于弹簧力作用，水位开关橡胶密封圈复原，而使两触点断开，给微电脑一个动作信号，过一段 排水时间后，微电脑就控制电机运转，开始脱水。（2） 双水位开关示意图 5： 见下页7图 5 水位开关图3.4.2 水位监测模块：水位监测的精度直接影响洗净度，水流强度，洗涤时间等参数，本系统采

22、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化为 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 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 a1，随着水位变化， 谐振频率做相应变化，放大器在 a 点输出，经 a2 整形，由 c 点输出，此时即可将数字量

23、接到单片机。图 6 水位监测电路图3.5 开关电源电路设计开关电源为单片机供电，原理图如图 13 所示。交流 220v 电源经变压器降压再经过电力二极管整流、 滤波后产生直流电压，输入到集成稳压器 7805 组件的输入端，7805 输出稳定的+5v 电压，为单片机供 电。7805 稳压器是一种三端固定正集成稳压器，有输出端、输入端和公共端三个引出端，输入电压为 7-35v，最大的输出电流为 1.0a，内部设置有过流保护芯片过热保护及调整管安全工作区保护电路，所 以使用安全可靠。开关电源电路图 7： 见下页8图 7 开关电源电路图3.6 报警电路设计在洗衣机运行过程中起提示和报警的作用。根据程序

24、安排和软件设置，当洗衣完成后，洗衣机将发 出蜂鸣声以提示用户洗衣完成，具体电路如图 8 所示。图 8 报警电路图4 系统的软件设计4.1 主程序根据硬件设计要求，控制主程序流程图如图 21 示。洗衣机通电之后，单片机上电，首先进行程序 的初始化，包括定时器 0、外部中断 0、外部中断 1 的初始化，以及各参数初始值的设定。然后扫描 k3、 k4、k5 键的状态，确定洗衣模式，洗衣机处于待命状态，控制指示灯显示洗衣模式，数码管 led1 和 led2 显示预设洗衣时间。当发现启动键 k1 按下，洗衣机从待命状态进入工作状态。完成进水-洗涤-脱水- 漂洗的循环过程。当洗衣结束时，控制蜂鸣器发声。表

25、 1 为洗衣机系统控制表：见下页9表 1洗衣机控制系统表按键选洗涤时显示控电机转动时间/s漂洗脱水时择间/min制正转间隔反转时间次数间/min/mink3 标准k4 轻柔k5 快速1234d1 亮d2 亮d3 亮222222888222222531222322主程序流程图 9：开始初始化定义显示码表键盘中断允许 y启动？进水程序洗涤程序脱水漂洗程序报警？y结束nn图 9 主程序流程图1. 进水程序设计当 p2.6=1 时，打开进水电磁阀开始进水，当水位到达要求时 p1.5=0，即水位开关闭合，关10闭进水电磁阀，p2.6=0，进水结束。2. 洗涤过程程序设计电机正反转均为 22s，间歇时间均

26、为 8s，具体见表 2.3. 脱水、漂洗过程程序设计脱水前先打开排水阀排水，然后启动电动机脱水，并保持排水阀开启，然后停止脱水， 接着根据所选择的洗涤模式判断漂洗次数的值，若为 0 则洗涤结束，开蜂鸣器报警，提 醒洗涤结束；系统返回初始待命状态；若不为0，则再次执行进水动作，进入下一循环。4.2 键盘中断子程序设计入口保护现场设置8255各种命令读键盘判断是标准n判断是轻柔y标准子程序轻柔子程序标准子程序 洗衣时间r3=12漂洗时间71h=5脱水时间72h=2返回轻柔子程序洗衣时间r2=4漂洗时间71h=1脱水时间72h=2返回yn快速子程序洗衣时间判断是启动置启动标志71h=3恢复现场返回图

27、 22y脱水时间72h=2返回键盘中断子程序流程图及各洗衣机程序流程图4.3 内部定时中断程序设计工作过程中所需的各种计时均具有定时器 0 定时中断服务程序提供。单片机晶振频率 12mhz，定时 器 0 选择工作方式 1，设置时间常数，每 0.1s 中断一次。中断处理程序流程图如图 10 所示。见下页11图 10内部定时中断流程图4.4 外部中断设计为了防止外部电压过高或过低对洗衣机的电器及控制硬件产生破坏，用外部中断 0 进行保护，如图 所示。当电压过高或过低时，引起外部中断 0，洗衣机停止一切动作，进入保护状态。用外部中断 1 来实现洗衣过程停止工作。在洗衣过程中，当暂停键按下时，引起外部

28、中断 1，转入 中断 1 处理程序。中断 1 处理程序将使洗衣机停止工作，并将停止前地动作存储起来。当按下启动键时， 洗衣机有恢复工作。程序设计流程图如图 11 和 12 所示：见下页12图 11中断入口关电动机报警5s中断返回外部中断 0 程序流程图中断入口相关存储器进栈n中断返回暂停否？y相关存储器出栈置外部中断控制字图 12 外部中断 1 程序流程图135 结论本毕业设计的基于单片机的全自动洗衣机控制系统集中体现了电子信息技术在人们日常生活中的 应用。本章从硬件和软件两方面进行了介绍。系统硬件部分主要是对硬件各部分电力的设计，包括水位监测模块，驱动控制模块，led 显示模块， 主控电力模

29、块，外围设备模块，电源模块等部分，并详细分析了各个模块的组成及作用，介绍了所用主 要芯片的特性及用法，简述了模块设计时的注意事项。软件部分包括主程序，键盘中断子程序，内部定 时中断程序设计和外部中断程序等部分。每个部分我都画出了程序流程图，使得系统的软件设计思路清 晰地呈现在读者面前，简单易懂。但是由于个人水平能力有限，论文设计上存在许多不足之处，有待于 进一步的改进。在科技高速发展的今天，基于单片机的全自动洗衣机控制系统具有精度高、功能高、经济性好的特 点。无论在提高产品质量还是产品数量，节约能源还是改善劳动条件等方面都显示出无比的优越性。目 前中国洗衣机市场正进入更新换代期，市场潜力巨大，

30、人们对于洗衣机的要求也越来越高，这就要求设 计者们有更高的专业和设计水平，能够提出更好的建议和新的课题，将人们的需要变成现实，设计出更 节能、功能更全面、更人性化的全自动洗衣机。因此，设计出基于单片机的控制全自动洗衣机的电控板 设计具有很强的实用性。参考文献 :1 陈晓军.基于plc的投币式洗衣机控制系统设计.机械制造与自动化,2009 2 舒易茂.plc在自动洗衣机控制系统中的应用.科技信息(学术研究),2008 3 王琰.基于mcs-51单片机的洗衣机控制系统设计.自动化与仪器仪表,2008 4 李志斌.plc和变频器在工业洗衣机控制系统中的应用.电机与控制应用,2008 5 曾璐.基于at89c52单片机的洗衣机智能控制系统.家电科技,20076 曾璐.基于at89c52单片机的洗衣机智能控制系统.电子技术,20067 李全利.单片机原理及应用技术.高等教