基于STC单片机的全自动洗衣机控制系统设计

1、测试系统接口技术设计报告基于STC单片机的全自动洗衣机控制系统设计专 业： 学 号： 姓 名： 2013年12月30日前言： 本系统基于STC89C52单片机来模拟洗衣过程的洗涤、漂洗、脱水过程。洗衣机开始工作时，进水阀打开，洗衣机开始进水，当洗衣机桶内的水位达到一定水量时，进水阀就会关闭。然后电机就洗涤，当洗涤结束暂停时，排水阀就会打开，排出污水，再次注入清水，洗衣机就进入了漂洗状态，漂洗程序完成后，就开始排水，同时排水电磁阀开始打开，为脱水会开始启动。89C52单片机控制电机的正、反转工作，带动洗衣机叶轮的运动，完成过程作好准备。排水结束后系统控制电机单方向高速运转完成脱水过程。当脱水程序

2、完成时系统控制排水电磁阀和电动机断电，排水阀复位，蜂鸣器响起报警，整个洗衣程序完全结束。一、STC89C52单片机简介(1) STC89C52芯片的特点STC89C5的主要特性如下： 1.属于增强型的8051单片机机种，机器周期有6时钟和12时钟两种，这两种时钟周期可以根据使用选择，指令代码与传统8051完全兼容。2.89C52工作频率的范围:0-40MHz，相当于普通8051工作频率的0-80MHz，89C52的实际工作频率可以达到48MHz。 3.用户应用程序空间为8K字节，片上集成512字节RAM。4.通用I/O口(32个)，复位后为:P1/P2/P3/P4是准双向口/弱上拉， PO口是

3、漏极开路输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为 I/O口用时，需加上拉电阻。共3个16位定时器/计数器。即定时器TO, T1. T2。 5.外部中断4路，下降沿中断或低电平触发电路，Power Down模式可由外部中断低电平触发中断方式唤醒。 STC89C52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，下面是各个引脚的功能：图1-1 STC89C52引脚图1)输入/输出口线P0.0P0.7 ( 3932引脚) PO口是一个漏极开路的8位双向I/O口。P1.0P1.7 (18引脚) P1口是一个带有内部上拉电阻的8位双向口线。表1-1 P1.0和P1.1引脚复用功能引脚

4、号 功能特性 Pl.0 T2(定时器/计数器2外部计数输入)，时钟输出 Pl.1 T2EX(定时器/计数器2捕获/重装触发和方向控制) P2.0-P2.7(21-28引脚) P2口是一个内部上拉电阻的8位双向I/O端口。P3.0-P3.7(10-17引脚) P3是一个内部上拉电阻的8位双向I/O端口。P3口的第二功能见表1-2。 表1-2 P3口的第二功能引脚号 复用功能 P3.0 RXO(串行输入口) P3.1 TXD(串行输出口) P3.2 INT0(外部中断O) P3.3 INT1(外部中断1) P3.4 T0(定时器0的外部输入) P3.5 T1(定时器1的外部输入) P3.6 WR(

5、外部数据存储器写选通) P3.7 RD(外部数据存储器读选通) 2)控制信号线RST (9引脚):复位输入。当输入连续两个机器周期以上高电平时为有效，用来完成单片机的复位初始化操作。EA/VPP(31引脚):访问外部程序存储器控制信号,外部程序存贮器访问允许信号/编程电压输入端，当EA信号为低电平时，对ROM的读操作限定在外部程序存储器:当EA信号为高电平时，对ROM的读操作是从内部程序存储器开始的，并可延至外部程序存储器。 PSEN (29引脚)一低电平有效，可实现对外部ROM单元的读操作。 ALE/PROG(30引脚)一低字节地址锁存信号/编程脉冲输入端.3)电源和外部晶振引脚 VCC电源

6、电压输入引脚。 VSS-电源地。 XTAL 1, XTAL2 外部晶振引脚。（2）单片机的复位电路复位方式包括自动和手动复位。当复位端经一个电阻与VCC端电源接通时，就会实现的按键电平复位程序。而自动上电复位则是利用外部复位电路的电容元件充电才实现其功能的，如此，电源VCC端上升时间只要不多于1ms时，上电自动复位功能就会实现。该设计中采用自动复位，如下图1-2所示：图1-2 复位电路（3）单片机时钟电路时钟电路：单片机内部电路和石英晶振元件连接而成。通过产生一定的振荡频率向单片机及时提供需要时钟信号，单片机就可以通过时钟信号来及时定时并计时。单片机STC89C52的内部还有个高增益反相的放大

7、器，XTAL 1引脚为其输入端为，XTAL2引脚为其输出端。只要在端口XTAL 1和端口 XTAL2两个引脚间接上电容C1、C2和石英晶振，这样一个稳定自激振荡器就会构成的。通常情况下，电容（33pF）C1和C2;晶体振荡器也就是晶振（频率范围是1.2- 12MHz）。单片机系统的时钟频率会在晶振的频率升高的情况下也会变得更高，在这样的情况下单片机运行的速度就会变快得。一般的，选用振荡频率典型值为6MHz或12MHz的晶振。由于在设计中运用了单片机的串行口通信，则该系统选用晶振频率是11.0592MHz。单片机时钟电路如图1-3所示：图1-3 单片机时钟电路图二、控制系统的电路组成本系统组成主

8、要包括STC89C52单片机、电动机、蜂鸣器、5只按键、进/排水阀、3个数码管、及7个指示灯。单片机主控系统包括电机控制电路、蜂鸣器报警电路、显示电路以及进排水电路。下图为系统组成：图2-1 系统组成示意图下图为主电路图：图2-2 系统主电路示意图1）电机控制电路：该设计系统中电动机选择的是步进电动机，它有两个控制端，步进电动机电动机由端口P2.1、P2.2、P2.4、P2.5接到ULN2803(高电压大电流达林顿晶体管阵列，该阵列中的八NPN达林连接晶体管是低逻辑电平数字电路)，电动机带动洗衣机的叶轮旋转，产生一定的水流来带动需要洗涤的衣物旋转，从而洗涤衣物。2）蜂鸣器报警电路： 单片机输出

9、的是固定频率的方波信号，蜂鸣器工作的电压范围是“4-12V”，因此本论文设计用的是无源蜂鸣器。蜂鸣器报警电路的外围元件比较少，其工作电压增益的可调范围是20-200。单片机的端口P2.3输出高电平，以此，就可以使蜂鸣器报警。当洗衣全过程完全完成时，蜂鸣器会报警提醒使用用户系已结束，5只按键（K0、K1、K2、K3、K4）分别接到端口P3.0、P3.1、P3.2、P3.3、P3.4。蜂鸣器报警的电路如图下1-6所示:图2-3 蜂鸣器报警的电路图3）时钟电路和复位电路是控制单片机正常运行的，不可或缺的电路。4）进排水阀控制电路：进水阀控制进水过程，由端口P3.5的控制，而排水阀控制排水过程，由 P

10、3.6的控制，进/排水阀的开、关保证洗衣机洗涤衣物时的进水、排水的及时作用。图2-4 进水/排水的电路图图 5）显示电路：数码管是由P0端口控制的，明确的显示洗涤各阶段所需的时间以及洗涤过程中洗涤过程所处的阶段。七个指示灯分别接到端口P1.0、P1.1、P1.2、P1.3、P1.4、P1.6、P1.7，哪个灯点亮就说明洗衣哪个阶段的运行，保证了洗衣操作的准确性。 （5） LED显示器的显示电路设计显示不仅是洗衣过程的时间，还有通过不同字母显示洗衣过程处于不同的工作状态，通过LED显示器，系统就可以实现预定结果。如下图2-7所示:1) LED显示器的结构本设计系统选用的是8段数码显示器。一个段就

11、会连着一个发光二极管。共阴极显示器和共阳极显示器是这种显示器的两个选择类型。LED共阴极显示器：它的发光二极管阴极都相连到一起，公共阴极一般会接地。在某一个发光二极管阳极处在高电平的情况下，这个发光二极管就会点亮，这样该段就会被显示出来。一样的原理，LED共阳极显示器，发光二极管所有阳极也是接在一起的，公共阳极一般会接到正电压，在某一个发光二极管处在低电平情况下，这个发光二极管就会被点亮，这段就会被显示出来。2) LED显示器的工作原理LED显示器分为动态显示显示和静态显示。当LED显示器处于静态显示工作方式时，各位的共阴极连在一起接地，共阳极接在一起+5V;每位的字型码(a-dp)将会分别与

12、8位的锁存器输出相连。由于LED的显示的各个字符一旦被确定，在送入另一个的字型码之前，对应的锁存器锁存字型码输出将不变，因此被叫做静态显示。所以，静态显示器的亮度相对较大，但在显示器将要显示的位数过多的情况下，就要增加锁存器的数量，所以大多都会采用动态显示来显示需要的字符。当需要LED显示多为字符的情况下，一般会把对应的字段并联，由1个P端口控制，这样字符码线得到多路复用，各位的分时选通就是把各位的共阴极或各位的共阳极分别被对应的I/O线控制起来。本系统采取的是3位共阳极数码管，字符码线连接了1个P0的8位I/O端口。而其G端口分别叫P2.0、P2.6、P2.7。各位的字符码线都是并联的，8位

13、I/O口输出的字符码对各个显示器每段是一样的，因此控制也是相同原理的。若在同一时刻，各位选处在选通的状态时，3位不同LED显示器可以显示出相同字符。采用动态显示时，各LED显示器可以显示出与本位对应的字符，即让其中一位的位选线处在选通的状态下，同时其他位的位选关闭，这样字符码线上将输出对应要需要显示的字符。图2-5 LED显示器电路图3、 洗衣机的软件设计方案 1）洗涤方式洗涤时间12分钟；漂洗时间6分钟；脱水3分钟。进水、排水时时间各3min.2） 控制键设置K0键决定了系统自动或者手动操作运行，K1键保证了洗衣机程序的全自动运行K2、K3、K4三键分别决定洗衣、漂洗和脱水程序的运行。洗涤时

14、电机8秒正转，停2秒，反转8秒，停2秒，到洗涤时间结束为止；漂洗时电机4秒正转，停1秒，反转4秒，停1秒，到漂洗时间结束为止。脱水也是到时间结束的。表3-1 按键的功能表按键功能作用K0功能选择键自动洗衣/手动洗衣选择K1自动启动键自动完成洗衣全过程K2洗涤功能键手动操作运行洗衣程序K3漂洗功能键手动操作运行漂洗程序K4脱水功能键手动操作运行脱水程序3） 指示灯和显示控制进水时进水指示灯1闪烁；排水时排水指示灯5闪烁；洗涤时洗涤指示灯2闪烁:漂洗时漂洗指示灯3闪烁;脱水时脱水指示灯4闪烁；指示灯6表示自动功能灯，在通电的开始就会点亮；指示灯7则是手动功能灯，在确定洗衣程序需手动操作时，才会点亮

15、。在洗衣过程中，当洗衣程序进行时，每个阶段都有相应的字母来表示相应的阶段程序的运行，字母“A”表示进水，字母“B”表示洗涤过程，字母“C”表示漂洗过程，字母“D”表示脱水过程，字母“E”表示排水过程，字母“F”表示报警，洗衣过程结束。4） 洗衣过程接通电源后，在选择手动操作还是全自动运行程序后，洗衣机就会进入洗涤过程。洗的过程开始时，进水阀首先接通，就向洗衣机供洗衣所需的清水，当进水满足需要的水位时，接着进水阀就要关闭，停止向洗衣机进水;电动机M接通然后开始工作，带动波轮形成了洗衣的旋转水流。电动机M是一个可以正反转的步进电动机，带动叶轮旋转，可以形成正逆水流，更方便用水流来洗涤衣物。漂洗过程

16、和洗涤操作运行过程相同，但时间只是偏短一些。当洗衣过程洗涤、漂洗结束时，电机就会停止工作，停止下来。接着排水阀就会打开，排出污水，随着污水排出的情况下，当洗衣机内的水剩余到一定值时，洗衣过程就会到脱水阶段。在脱水过程中，排水阀是一直打开的。 5）洗衣程序流程洗衣机在通电之后，单片机上电,程序开始初始化（定时器0、外部中断0、外部中断1），并设定初始参数值。初始化以后，自动功能灯（指示灯6）就会亮，然后系统扫描按键的状态，选择K0键确定洗衣方式，选择手动洗衣还是自动洗衣。若按下K0键就会进入手动洗衣程序（手动功能灯7点亮），然后手动完成进水、洗涤、漂洗、脱水的洗涤过程，K2键管理洗涤程序（指示灯

17、2显示）的运行，K3键则是确定漂洗（指示灯3显示）的操作，K4键就是脱水程序（指示灯4显示）运行的选择键；没按下K0键，在按下K1键时就进入自动洗衣程序，全自动完成进水、洗涤、漂洗、脱水的洗涤过程。当最后蜂鸣器报警，表示洗衣结束。下图为洗衣过程的流程图：图3-1 洗衣过程控制主程序流程图四、仿真模拟洗衣机在通电之后，单片机上电,程序开始初始化（定时器0、外部中断0、外部中断1），并设定初始参数值。初始化以后，自动功能灯（指示灯6）就会亮，然后系统扫描按键的状态，选择K0键确定洗衣方式，选择手动洗衣还是自动洗衣。若按下K0键就会进入手动洗衣程序（手动功能灯7点亮），然后手动完成进水、洗涤、漂洗、

18、脱水的洗涤过程，K2键管理洗涤程序（指示灯2显示）的运行，K3键则是确定漂洗（指示灯3显示）的操作，K4键就是脱水程序（指示灯4显示）运行的选择键；没按下K0键，在按下K1键时就进入自动洗衣程序，全自动完成进水、洗涤、漂洗、脱水的洗涤过程。，蜂鸣器报警过程。当最后蜂鸣器报警时，表示洗衣完全结束。由于仿真操作与实际设计在有些实验仪器上不具备条件，所以开水阀进水和排水阀排水用指示灯停留10s来代替，以表达洗衣程序进水、排水的过程。1） 洗涤洗涤是整个设计过程的重要步骤。进水结束后进入洗衣状态，电动机开始运作，正转-停止-反转-停止-正转，循环运行一直到洗衣时间结束为止，后洗衣结束进入漂洗。仿真洗涤

19、过程选择20s，即循环两次。指示灯2显示洗衣过程。字母“B”表表示洗涤过程。其流程图如图4-2所示:图4-2 仿真模拟洗衣程序设计图洗涤程序： void Wash1() /洗涤子程序，指示灯2亮while(wash1flag=0) LIT2=0; if(num2<9) /电机正转 display2(num2,11);stop_flag = 0; TR2=1; turn=0; else if(num2>8 && num2<11) TR2=0; stop_flag = 1;display2(num2-8,11); else if(num2>10) /电机反转 display2(num2-10,11); stop_flag = 0; TR2=1; turn=1; LIT2=1; TR1=0;TR2=0; TH0 = 0x3C; /重新赋值 TL0 = 0xB0; TR0=1; count=10; 2） 漂洗 漂洗和洗涤过程操作相同，只是时间短一些。仿真漂洗时间10s，即循环两次。指示灯3显示漂洗过程，字母C表示漂洗过程。其流程图如图4-4所示:图4-4 仿真模拟漂洗程序设计图漂洗程序：void Wash2() /漂洗子程序，指示灯3亮 whil