智能洗衣机控制电路设计

智能洗衣机控制电路设计1绪论概述随着社会与国家经济的蓬勃发展，我国居民的生活水平越来越高，要求也越来越高，而在这个时期的智能洗衣机就作为把人们从繁忙的家务中解放出来的帮手的形象出现了，而且愈加受到人们的欢迎。智能洗衣机是利用物理学的原理，将电能转化为机械能的家用电器。而且按照其规格的不同以及洗涤对象的不同，容量重量按Kg计算可分为家用洗衣机与集体用洗衣机。按我国的规定，洗衣机的容量在6Kg以下的属于家用洗衣机。洗衣机可根据结构原理的不同分为：①滚筒式（或称滚桶式）。②波轮式。③搅拌式（又称摆动叶式）o现在一般的洗衣机主要由洗涤脱水桶、箱体、控制系统与传动等构建而成，有的洗衣机还装备有加热的器件。洗衣机的基本功能如洗涤脱水漂洗的控制常采用定时器所给定的时间程序来控制；洗衣机的驱动电动机提供动力。而智能洗衣机的电动机正反转和进出水阀的相应的时间转换由洗衣机的定时器来控制，在等所有程序结束以后，洗衣机发出声响用来提醒。定时器有几种类型的分别是电动式驱动式与电子式。而有电脑控制的新型定时器，则具有很多功能，它能根据被洗异物的质量和干净程度智能选择洗涤方式，洗涤时间并判断洗涤的效果进行调整改正。洗衣机的未来趋向有很多种，在这里简单列取几种.电脑化。2.塑料化。3.新型化。4.大容量化。全自动滚筒式洗衣机的特点和洗涤原理全自动滚筒式洗衣机的特点目前在整个家用洗衣机市场上，滚筒式、波轮式、搅拌式洗衣机三足鼎立，其中滚筒式占60%在欧美国家可高达90%以上。滚筒式洗衣机80年代末开始进入中国，由于滚筒式洗衣机在许多性能上优于传统的波轮式，如对衣物的磨损小、洗涤量大、节水、不缠绕等，特别适合大批量及高档服装的洗涤，因而愈来愈受到广大家庭的青睐，所以本设计洗衣机的微机控制系统是往滚筒式洗衣机方向设计的。滚筒式全自动洗衣机有如下特点：⑴自动化程度比较高：用户只需要插上电源，放入衣物，调好程序选项，以后一切任务则交于全自动洗衣机了。预洗、主洗、漂洗、脱水及在主洗中加热，在漂洗中防皱等，洗衣机都将根据专家经验给以最好的洗涤效果。⑵对衣物的磨损率低；洗涤容量大，洗涤范围广，滚筒式洗衣机采用滚动加微摩擦方法的洗涤方式，洗涤中较为柔和，对衣物的磨损小，尤其适合洗涤毛料织物、羽绒织物及大件衣物。⑶节能节水节电：滚筒式洗衣机的耗电量小，洗一次最多耗点0.3kW/h〜0.4kW/h,洗涤过程中进水次数不超过7次，每次进水为20千克左右，整个洗涤过程下来不超过140千克。⑷整机性能配置合理：由于机体内采取了整体吊装的方式，采取两个减震器支撑其内筒底，所以其工作非常的稳定，性能也比较好，震动也非常小，无摆动而且噪音非常低。而采用单片机控制器控制方式，使得洗衣机的抗干扰能力更加强大，洗衣机的使用寿命大大延长。⑸使用寿命长：滚筒式洗衣机结构合理，用料讲究，并且由控制器统一控制。在整机性能上，具有使用方便，故障少，寿命长（可达15年）的优点。全自动滚筒式洗衣机的洗涤原理滚筒式洗衣机的洗涤原理与其他类型洗衣机不同，其主要利用洗涤剂和加热手段来达到洗净衣物的目的。衣物放入洗衣机洗涤液中。加入洗涤剂，通过滚筒不同强度的正反转，在转动过程中可以对洗涤进行加热。充分地利用机械作用，化学作用，热作用，对衣物进行洗涤、漂洗。离心式脱水方式可以采用不同的转速度来合理的洗涤衣物。⑴机械作用：智能洗衣机的洗涤元器件的名字为外筒或盛水桶一卧式水桶，而且在其内筒壁上有许多滚珠与小孔。而小孔的作用就是流通洗涤液。衣物装入内筒之中，洗涤液盛放在外筒里。在内筒的一半高度处的水位，可以方便的使被洗异物处于半浸泡状态。电机开始工作以后，带动洗涤异物在筒内进行反转揉搓，而摔打揉搓衣物则依靠内筒的凸筋以及内筒的旋转来完成。⑵化学作用；现代洗涤剂（也称洗衣粉、洗衣膏）的化学成分较为复杂/洗涤剂主要起两个功能：一方面可以起到保护衣物，减小洗涤时对衣物的磨损作用；再一方面还起到溶解衣物的污垢，产生膨胀浸润的作用，使洗涤衣物中的污垢脱落并使其悬浮于碱性溶液中的作用。洗涤剂一般含有费皂和洗涤活性物质，降低水中石灰质的聚磷酸盐，以及增加洗涤效果的碱，增加洗衣香味的添加香料，此外还可以加入漂白、稳定剂等。⑶热作用：全自动滚筒式洗衣机可以对洗涤液进行加热选择。加热洗涤时，不但可以增加分子运动的活性，还可以使洗涤剂充分发挥作用，特别是让洗涤剂中的富氧物质(达硼酸盐)发挥作用。但高温则会对衣物有损害，一般在40C-60C为宜，这样不但可以提高洗净度，还可以达到节能45%。2系统方案的论证与选择总体方案的论证与选择主要技术参数额定洗衣量：3kg电源：交流220V(50Hz)洗涤功率：250W脱水功率：250W进水阀：交流220V排水阀：直流220V洗衣机的主要功能本设计全自动洗衣机的控制功能如下：⑴洗涤功能。洗涤时其正反转的时间定为3S,其间歇的时间定为2S。⑵排水程序、标准程序、单独程序、经济程序是洗衣机的四种洗衣方式。进水至洗涤/漂洗至排水至脱水是其标准程序，然后同样循环三次，具体来说的话第一循环为洗涤其时间定为3.5min,第二次循环是漂洗，定的时间分别为3min与1.5min,采用动态时间法来去顶洗衣机的排水随需时间，其脱水所需时间定为2min.洗衣机的经济程序与标准程序基本相同，除了循环次数为两次。进水至洗涤一结束是智能洗衣机的单独程序。智能洗衣机的排水程序是排水至脱水至结束，时间确定和上述的程序的相对应的环节是相同。(每个程序结束后都会报警)⑶浸泡功能。在开启浸泡功能的情况之下，在上述的前三种洗衣机工作过程第一次进水以后，智能洗衣机会根据程序的设计进入浸泡的过程，先洗涤衣物一分钟，这是为了保证搅匀衣服和洗涤剂，完毕以后停机浸泡十分钟，然后退出浸泡程序转至洗涤程序。⑷进、排水系统故障自动诊断功能。在此工作状态中洗衣机如果没有在规定的期限内进排水达到标准，据此可以表明系统有问题，智能洗衣机的控制系统检测出此问题以后告知使用者并通过警告程序发出报警提示，用来提醒使用者进行人工检修。⑸安全保护和防振动功能。如果想打开洗衣机盖的话，在处于脱水状态，此状态就会被洗衣机自动终止。在脱水状态下，出现衣物放置不平衡以及由异物缠绕所引起的重心不稳的情况，智能洗衣机也会根据程序设定而自动终止脱水，从而避免震动幅度过大，然后等待使用着人工解决以后再次工作。(6)间歇驱动方式。脱水状态下所采用的工作方式是间歇驱动方式，此目的是节省耗电。本系统的程序设计要求驱动4秒，间歇为2妙，脱水桶间歇期的高速旋转是考惯性来实现的。⑺暂停功能。无论智能洗衣机出于什么工作状态，只要按下洗衣机的暂停键，洗衣机就会暂时停止所有工作，智能洗衣机待启动键按下后又能按原来所选择的状态继续进行[11]o⑻声光显示功能。智能洗衣机的各种状态的选择和模式选择都是有声音、灯光说明和显示的。依据智能洗衣机控制电路的技术限制和功能要求，综合考虑要选择51系列单片机AT89C2051模块方案论证与选择时钟电路AT89C2051芯片内部有一个高增益反相放大器。用于构成振荡器。反相放大器的输入端为XTALO,输出端为XTAL1,两端跨接石英晶体及两个电容可构成稳定的自激振荡器。本设计的时钟电路两个电容取30pF,可稳定频率并对振荡频率有微调作用。本设计选用JA95A型号石英振荡器，振荡脉冲频率选用6MH五复位电路在加电瞬间电容通过充电来实现来实现上电自动复位的。在通电一瞬间，电容通过电阻充电，RST端出现正脉冲，用以复位。只要电源VCC的上升时间不超过一毫秒，就可以实现复位。手动复位是通过接通复位开关，使智能洗衣机控制电路的单片机进入到复位的状态[10]o参数的选定：在振荡稳定以后应该确定复位高电平持续的时间大于两个机器的周期。本设计的晶体频率为6MHz,取C=22nF,R=1K?。电源电路电源电路是采用220V的交流电先经变压器降压，再经桥式整流电路整流，整个电路的控制器的工作电池使用三端稳压器所得到的5伏电压做为的。本设计使用5V的电压作为整个控制器的工作电源，故选用CWM780契稳压器，CWM780契稳压器的输入电压为7~35V,为了保证稳压性能，电源电路接三端稳压器时，输入电压和输出电压至少要相差2V以上，但是也不能取得过大，因为太大则会增大器件本身的功耗以至于损坏器件，所以本设计在稳压器的输入电压取10V,在输入和公共端，输出和公共端之间分别接了0.1nF和0.33nF的电容，可以防止产生自激振荡。指示电路系统的所有LED指示灯全部选用BT系列LED,型号为BT101,BT101型号LED的反向击穿电压》5伏，为了保证LED不被反向击穿，使用时必须用联限流电阻以控制通过管子的电流。限流电阻R用下式计算：R=(E—UF)/IF式中：E电源电压，本设计E=5VUF为LED的正向压降，BT101型号LED的正向压降UF<2V,此处取1.5V,IF为LED的工作电流，本设计取3.5mA.所以LED的限流电阻R=(E—UF)/IF=(5-1.5)/3.5X10-3=100?其中译码器选用74LS139型号2-4线译码器。电机的正反转、进水阀和排水阀电路电路的工作原理：当把P1.0〜P1.3分别置于1时，控制电路的输出信号经过反相器之后变为0,固态继电器的输入端获得正五伏电压，使得输出端导通，实现进水阀、排水阀的开启和电机的正反转。当P1.0~P1.3分别置在0时，电路的输出信号经过反相器之后变为1,固态继电器的输入端的电压为0,固态继电器关闭，从而实现对洗衣机进水阀、排水阀的关闭和电机的停转。本设计电动机选用XDS型洗衣机用单相电容电动机，型号为XDS-250,额定功率为250皿额定电流为2A,电容器容量为16仙F。因为电机是感性负载，所以选择固态继电器的额定电流取为电机额定电流的2.5倍，为此四种驱动电路全部选用GTJ2-5A220VAC型交流固态继电器。GTJ2-3A220VAC型交流固态继电器的额定电压为220V,额定电流为5A,控制电压为3〜32VDC,关断电压为1.2VDC开启电流为5mA控制电流＜25mA故本设计控制电压取4VDC,控制电流取10毫安交流固态继电器的限流电阻R=(5-4)V/10X10-3A=100?电动机正反转驱动电路中的二极管选用1N4148型硅开关二极管，其在IF=10mA的测试条件下正向压降VFC1.0V,由上面的计算可知，流过发光二极管的电流为3.5mA,故此处1N4148型硅开关二极管的正向压降VF取0.5V。所以电机反转驱动电路中和发光二极管和开关二极管串连的限流的电阻：R=(5-1.5-0.5)V/3.5X10-3A^857?，所以限流电阻R取820?固态继电器的电流为10mALED指示灯的电流为3.5mA,总共需要13.5mA的驱动电流，本设计选用7406型号的反相器来提高驱动能力。具低电平驱动能力达到40mA足以满足要求。在控制电路的固态继电器的输出端并联一吸收电路，从而可以有效的抑制加至继电器的瞬态电压和电压指数上升率，保护固态继电器。吸收电路的电阻R取4.5K,电容取4700pF。XJD系列电磁塑料进水电磁阀,XJD系列电磁塑料进水电磁阀,型号为XJD-11。其适用电压为AC220V,适用压力为0.02~0.08MPa.本设计洗衣机的排水方式为下排水方式，排水阀选用江阴市电磁阀厂生产的XFD系列电磁塑料排水电磁阀，型号为XFD-10,其适用电压为DC220V适用压力为0.02~0.08MPa.时间显示电路考虑到本设计所选择的CPUAT89C2051的I/O不多，时间显示器采用用行口静态扩展。选用74HC164移位寄存器。74HC164是串入并出移位寄存器，并带有清除端。电路原理：用行口工作在方式0,即为同步移位寄存器输入/输出方式，用行数据通过RXD俞入，TXD用于输出移位时钟，作为74HC164移位寄存器的同步信号。在发送过程中，当执行一条将数据写入缓冲器SBUF的指令时，用行口把SBUF中的8位数据以1/12的波特率从RXD端输出。发送完毕置中断标志TI=1。四个共阳极显示器分别显示分、分、秒、秒。移位寄存器选用74HC164可实现串行输入，并行输出。选用BS211A-B型号共阳极显示器，其最大工作电流IM为10mA正向压降UF<2V,本设计共阳极显示器的每个LED发光二极管的工作电流取3.5mA,正向压降取1.5V。固限流电阻R=(5-1.5)V/3.5X10-3A=1000?,限流电阻取1000?。因为74HC164允许通过的电流为八毫安，故不必添加驱动电路。蜂鸣报警电路蜂鸣器选用P231906-C34型号压电式蜂鸣器。其额定电压为4~8V,本设计使用5V,故不必使用限流电阻；额定电流015mA.电路中P1.0接晶体管输入端。当.P1.0输出高电平1时，晶体管导通，压电式蜂鸣器两端获得正五伏的电压所以进行鸣叫；当P1.0输出低电平0时，晶体管中止，蜂鸣器中断发音。三极管选用2SC1815型号开关三极管。电路中的两电阻分别选用3.3K和5.6K。系统总体设计方案本设计全自动洗衣机的总体方案如图2-3所示：

门技开关—技愫扫描轴入PMid峰呜器电机反转电机正转门技开关—技愫扫描轴入PMid峰呜器电机反转电机正转本设计洗衣机控制方案是依据技术参数要求，本着线路简单，可靠性高和成本低的原则选择的。3系统硬件设计3.1AT89C2051单片机介绍AT89C2051功能特性和引脚功能AT89C2051是一个低电压，高性能CMOS8位单片机，功能强大，但它只有20个引脚。其主要功能特性为[19]：?兼容MCS51指令系统?15个双向I/O口?两个16位可编程定时/计数器?时钟频率0-24MHZ?两个外部中断源?可直接驱动LED?低功耗睡眠功能?可编程UARL通道?2k可反复擦写（＞1000次）FlashROM?6个中断源?2.7-6.V的宽工作电压范围?128x8bit内部RAM?两个串行中断?两级加密位?内置一个模拟比较放大器?软件设置睡眠和唤醒功能按照功能可将硬件电路分为：(1)单片机最小系统：包括CPUAT89C2051,按键和显示接口电路⑵检测电路：包括水位检测电路和门状态检测电路⑶驱动电路：包括电动机正反转驱动电路，进水阀、排水阀驱动电路和蜂鸣器驱动电路⑷人机对话驱动电路：主要包括按键，显示器。其中按键用于洗衣机程序设定，并控制洗衣机的运行，发布有关指令信息。显示器为用户提供直观的洗涤时问显示。⑸直流稳压电源电路各部分硬件介绍和说明控核心部分采用AT89C2051作为控制核心。其中P1.0用于控制洗衣机的进水阀和P1.1用于控制洗衣机的排水阀；P1.2用于控制洗涤电机正转和P1.3用于控制洗涤电机的反转；P1.4和P1.5用作译码器74LS139的输入线，74LS139译码器的四个输出线分别用于连接LED1、LED2、LED3、LED4四个LED灯。P1.6用于驱动LED5。串行口VXD和TXD用于扩展四个LED显示器。外部中断口INT0和INT1分别用做盖开关K4和暂停/启动键K3的中断口，P3.7用于驱动蜂鸣器。按键和开关部分部分.程序选择键K1本设计的洗衣机有四种工作程序，循环选择洗衣机的四种工作程序使用该键即可。.暂停/启动键K2该开关因为采用分时复用技术而具有三个功能。其中一个是智能洗衣机处于停用或工作的状态，用K2启动智能洗衣机进入工作状态或原来状态；其二是洗衣机处于工作状态，按下这个开关则进入暂停的状态；其三是在

故障报警期间，按下K2开关停止报警，然后回到初始的待命状态[ii].盖开关/平衡开关K3在洗衣机脱水期间，若出现打开机盖或者转动不平衡时的情况，则应该使K3闭合，引起中断，从而实现洗衣机自动停止脱水操作，而[ii]在合上盖或者恢复不平衡以后又继续脱水。.水位开关K4在水满的时刻，K4会闭合。在进水期间，系统会不断的检测K4,若在2.5分钟内检测到K4闭合。则会停止进水。否则认为进水出故障，并发声提示，关闭进水阀；在排水期间，系统会一直检测K4,若在一分钟内检测不到K4的断开，则认为是排水系统出故障，从而发声警示，然后会关闭排水阀，否则的话按正常处理[11]o.开启/关闭浸泡键K5该键用于开启或者关闭洗衣机的浸泡功能。.强制复位键K6按下该键可以使单片机强行复位。LED指示灯LED1,LED2,LED3,LED4分别用来指示排水程序，单独程序，经济程序，标准程序四种洗衣工作程序；LED5用于指示浸泡功能开启，闪烁时表示正在浸泡衣物；LED6,LED7,LED8,分别用来表示洗涤，排水，进水三种状态。译码器74LS139为双2-4线译码器，之所以选用它是因为AT89C2051单片机只有20个引脚，I/O线不足，选用它可解决CPUI/O线数量的不足。本设计洗衣机有4种不同的工作程序，分别要用四种不同的显示来加以区别。74LS139双2-4线译码器仅占用CPU的P3.0和P3.1两口线即可提供4种不同显示的驱动，其逻辑关系是：P3.0,P3.1为“11”时LED1亮，指示标准程序；为“10”时LED2亮，指示经济程序；为“01”时LED3亮，指示单独程序；为“00”时LED4亮，指示排水程序。固态继电器交流固态继电器是一种无触点通断电子开关，为四端有源器件。其中两个端子为输入控制端，另外两端为输出受控端，交流固态继电器内有发光二极管及光触发双向可控硅，输入输出之间电气隔离是用光电隔离，。整个器件无可动部件及触点，可实现相当于常用的机械式电磁继电器一样的功能。选择这个器件的原因是，它既可以使控制电路更加的简洁，还可以使强、弱两类电完全被分开，从而确保主板的安全，不被损坏。反相器选用反相器是防止AT89C2051型号单片机的驱动电流不足，4个反相器可分别驱动4个交流固态继电器。移位寄存器本设计CPU的I/O数量不是很多，考虑到这个问题，所以本设计时间显示电路采用串行口扩展，通过移位寄存器的输出控制，可实现四位LED显示器的驱动控制。LED显示器四个共阳极的LED显示器分别显示分、分、秒、秒。用来作为显示屏幕，从而使使用者观察更加方便。3.3各部分电路控制逻辑电路模块全自动洗衣机的控制原理图如图3-1所示。它由单片机AT89C2051为核心加上有关集成电路及元器件组成。田1喳卡挥G——川元E於c——氐长理世肥捋盘能EI里长城JCCTCLIs^.在8?AT89C2051A/I.星寸L蹄长崎叵MR山寸74LS139_仁r--氐长理世肥捋盘能EI里长城JCCTCLIs^.在8?AT89C2051A/I.星寸L蹄长崎叵MR山寸74LS139_仁r--(—]一寸gr--l-li_i..p.I-...昌篌正正三目£罡左■I：iS&'S'gi本设计全自动洗衣机有3个工作部件：电机、进水阀与排水阀。洗衣机的动力源是电机，洗衣机滚筒的转动是靠它的转动带动，从而实现对衣物的洗涤。控制洗衣机的进水量是用进水阀来控制的。智能洗衣机的排水使用排水阀控制的。电机在脱水时还继续旋转带动衣物以便脱水。电机有3种状态，即正转.反转和停

止状态。电机一般工作就在这三种状态的不断转换之中，从而实现洗涤。但在脱水时，只工作在正转状态。开.关这两种状态是进水阀和派排水阀仅有的两种状态。时钟电路□6MHz3QpF丁全自动洗衣机的微机控制系统的时钟电路如图3-2□6MHz3QpF丁XTALOXTAL16MHz。AT89C2051用于构成振荡器。本设计选用JA95A6MHz。复位电路本设计微机控制系统的复位电路采用手动复位和上电复位组合，具电路图如图3-3所示。加电瞬间电容通过充电来实现上电自动复位的。在通电瞬间，电容通过电阻充电，RST端出现正脉冲，用以复位。只要电源VCC的上升的时间不超过1毫秒,就可以实现复位。手动复位是通过接通复位开关，使单片机进入复位状态。参数的选定：在振荡稳定后应保证复位高电平持续时间大于2个机器周期。本设计的晶体频率为6MHz,取C=22科F,R=1K?。电源电路电源电路如图3-4所示：电源电路是采用220V的交流电先经变压器降压，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。本设计使用5V的电压作为整个控制器的工作电源，故选用CWM780驶稳压器，CWM7805稳压器的输入电压为7~35V,为了保证稳压性能，电源电路接三端稳压器时，输入电压和输出电压至少要相差2V以上，但是也不能取得过大，因为太大则会增大器件本身的功耗以至于损坏器件，所以本设计在稳压器的输入电压取10V,在输入和公共端，输出和公共端之间分别接了0.1pF和0.33pF的电容，可以防止产生自激振荡。二极管的选型：根据式Uo=1.2Ui式中：Ui整流电路的输入电压Uo整流电路的输出电压因为电源电路中的三端稳压器CWM7805输入电压取10V,所以整流电路的输出电

压Uo=10V由式Uo=1.2Ui可得：Ui=Uo/1.2=10/1.2=8.333V整流二极管所承受的最高反向电压URW=2Ui=11.783V选用2CZ52A®硅二极管，其最大整流电流为100mA反向工作峰值URWN25V,URWN>URM考虑到变压器二次侧绕组及管子上的压降，变压器的二次侧电压大约要高出10%,即8.333X1.1=9.1663=9V。指示电路本系统的指示电路设计如图3-5图3-5指示电路系统的所有LED指示灯全部选用BT系列LED,型号为BT101,BT101型号LED的反向击穿电压》5伏，为了保证LED不被反向击穿，使用时必须用联限流电阻以控制通过管子的电流。限流电阻R用下式计算：R=(E—UF)/IF式中:E电源电压，本设计E=5VUF为LED的正向压降，BT101型号LED的正向压降UF<2V,此处取1.5V,IF为LED的工作电流，本设计取3.5mA.所以LED的限流电阻R=(E—UF)/IF=(5-1.5)/3.5X10-3=100?其中译码器选用74LS139型号2-4线译码器。电机的正反转、进水阀和排水阀电路电动机正反转、进水阀和排水阀电路如图3-6所示:"220V排水阀进水阀"220V排水阀进水阀图3-6电动机正反转、进水阀和排水阀电路电路的工作原理：当P1.0~P1.3分别置于1时，输出信号经过反相器之后变为0,固态继电器的输入端获得+5V电压，使得输出端导通，实现进水阀、排水阀的开启和电机的正反转。当P1.0~P1.3分别置0时，输出信号经过反相器之后变为1,固态继电器的输入端的电压为0,固态继电器关闭，实现对洗衣机进水阀、排水阀的关闭和电机的停转。本设计电动机选用XDS型洗衣机用单相电容电动机，型号为XDS-250,额定功率为250皿额定电流为2A,电容器容量为16仙F。GTJ2-3A220VAC型交流固态继电器的额定电压为220V,额定电流为5A,控制电压为3~32VDC,关断电压为1.2VDC,开启电流为5mA控制电流＜25mA故本设计控制电压取4VDC,控制电流取10mA交流固态继电器的限流电阻R=(5-4)V/10X10-3A=100?电动机正反转驱动电路中的二极管选用1N4148型硅开关二极管，其在IF=10mA的测试条件下正向压降VFC1.0V,由上面的计算可知，流过发光二极管的电流

VF取0.5V0为3.5mA,VF取0.5V0所以电机反转驱动电路中和发光二极管和开关二极管串连的限流的电阻：R=(5-1.5-0.5)V/3.5X10-3A=857?，所以限流电阻R取820?固态继电器的电流为10mALED指示灯的电流为3.5mA,总共需要13.5mA的驱动电流，本设计选用7406型号的反相器来提高驱动能力。具低电平驱动能力达到40mA足以满足要求。吸收电路的电阻R取4.5K,电容取4700pF。洗衣机的进水阀选用江阴市电磁阀厂生产的XJD系列电磁塑料进水电磁阀，型号为XJD-11。其适用电压为AC220V,适用压力为0.02〜0.08MPa.本设计洗衣机的排水方式为下排水方式，排水阀选用江阴市电磁阀厂生产的XFD系列电磁塑料排水电磁阀，型号为XFD-10,其适用电压为DC220V,适用压力为0.02〜0.08MPa.显示电路时间显示电路如图3-7所示:TXDVXD+5V图3-7TXDVXD+5V图3-7时间显示电路考虑到本设计所选择的CPUAT89C2051的I/O不多，时间显示器采用用行□静态扩展。选用74HC16彩位寄存器。74HC16锂用入并出移位寄存器，并带有清除端。电路原理：用行口工作在方式0,即为同步移位寄存器输入/输出方式，串行数据通过RXD俞入，TXD用于输出移位时钟，作为74HC164K位寄存器的同步信号。在发送过程中，当执行一条将数据写入缓冲器SBUFF勺指令时，用行□把SBU叶的8位数据以1/12的波特率从RXW输出。发送完毕置中断标志TI=1o[16]0四个共阳极显示器分别显示分、分、秒、秒。移位寄存器选用74HC164可实现用行输入，并行输出。选用BS211A-B型号共阳极显示器，其最大工作电流IM为10mA正向压降UE2V,本设计共阳极显示器的每个LED发光二极管的工作电流取3.5mA,正向压降取1.5V。固限流电阻R=(5-1.5)V/3.5X10-3A=1000?,限流电阻取1000?。因为74HC164允许通过的电流为8mA,故不必添加驱动电路。蜂鸣报警电路蜂鸣报警电路如图3-8所示图3-8蜂鸣报警电路蜂鸣器选用P231906-C34型号压电式蜂鸣器。其额定电压为4~8V,本设计使用5V,故不必使用限流电阻；额定电流w15mA.电路中P1.0接晶体管输入端。当.P1.0输出高电平1时，晶体管导通，压电式蜂鸣器两端获得+5V的电压而鸣叫；当P1.0输出低电平0时，晶体管截止，蜂鸣器停止发声。三极管选用2SC1815型号开关三极管。电路中的两电阻分别选用3.3K和5.6K。本章小结⑴从程序图4-1主流程图中可以看出本程序设计的基本流程，系统上电复位后，首先要进行初始化，标准的洗衣工作程序是以默认的洗衣工作程序为标准的，然后扫描程序选择键K1,开启浸泡键K5和启动键K2,这时洗衣机处于待命状态。通过K1可修改洗衣工作程序，通过K5可开启洗衣机的浸泡功能，扫描过程中当发现启动键K2按下时，洗衣机即从待命状态进入工作状态[11]o⑵洗衣机进入工作程序后，系统首先根据RAM+57H单元的特征字判断洗衣机的洗衣工作程序，若特征字为0F0H,为排水程序，程序直接跳转进入排水操作，而01H为单独程序，02H为经济程序，03H为标准程序。如果57H单元的特征字为01H,02H或者03H,则进入进水操作，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K4的状态，当检测到K4闭合时，说明进水以达到预定水位。若在规定的2.5min极限内没有检测到K4闭合，说明进水系统发生故障，此时洗衣机退出工作状态，程序跳转到GUZHANGCHENGXU号地址的故障处理程序段进行报警，本设计洗衣机的故障处理方法是：将P1.0~P1.3位全部置“0”，中止洗衣机的各中操作，然后洗衣机以响1s停2s的规律不断地发出报警信号，直到人工干预即按下K2（暂停/启动键）键后为止（按下K2后，程序跳转回主程起始地址，洗衣机又回到待命的初始状态0）[11]。⑶在正常情况下，进水期间检测到K4闭合时，说明进水已经达到预定水位。这时洗衣机通过判断55H单元中的内容是否为01H,如果是则执行浸泡功能，执行浸泡功能后设置55H单元为00H,似的后面的漂洗环节不会再次执行浸泡功能，执行浸泡功能后即进入洗涤工作程序；如果不是则洗衣机直接进入洗涤工作程序。因为电机在洗涤或漂洗工作时有三中状态，分别是正转、反转和间歇状态，所以用P1.2尸1.3两线来实现对惦记这三种状态的控制是合理的。其逻辑关系是：P1.3,P1.2为“00”时电机间歇，为“01”时正转，为“10”时反转。洗涤时间为4.5min.洗涤结束后，判断是否排水。由控制要求可知，若不排水则为单独程序，这时程序直接跳到结束，否则进入排水程序[11]0⑷本程序设计采用动态时间法来确定洗衣机的排水时间，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11cm后，水位开关才断开），在排水过程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+50s（查海尔洗衣机经验值）。若在规定的1min范围时间内，系统检测不到水位开关K4断开，就可以说明排水系统有故障，程序跳转至故障处理程序段并且发出警告信号，其处理程序段发出告警信号，其处理方法与进水系统故障的相同[11]o⑸在排水结束以后，洗衣机会接着执行脱水的操作，P1.1维持置位状态，保持排水发开启，P1.2按4s置位2s清0的规律连续驱动电机旋转2min,然后脱水结束。系统在脱水结束后会通过一条判断指令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之后，洗衣工作程序标志57H单元减1一次，在脱水工作结束，洗衣机在报警三声后，即会返回初始待命状态。若是洗衣工作还没有结束，洗衣机会再次执行进水操作，进入下一循环[11]0⑹以上是本设计洗衣机工作的主流程，工作过程中所需的各种计时，均由定时器“1”定时中断服务程序提供。定时器“1”设置为定时方式1,每10ms产生一次中断，因此，TL0,TH0装入的常数分别为78H,0ECH定时器“1”中断服务子程序入口地址001BH单元中，洗衣机进入工作状态后定时器每10ms被启动中断一次，20H单元累加1一次，累加到64H时，为1s,此时51H和72H单元各累加1一次，每次定时前先将51H单元清0,因此根据51H单元就可以实现对洗衣机整个工作过程的定时；同时当72H单元累加至3CH时，为1min,这时71H单元累加1一次。当71H单元累加到3CH时，为1hour,这时70H单元累加1次，系统根据70H,71H,72H三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，而且定时器每中断1次就调用1次显示子程序，实现洗衣机整个工作过程的时间显示。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，计时各单元内容保持不变[11]o⑺洗衣机的暂停中断在洗衣机进入工作状态后，中断请求即被设置为允许，中断请求有效；而开盖或不平衡中断只有在洗衣机进入脱水工作进程时，中断请求才被设置为允许，请求信号有效。4系统软件设计洗衣机的工作程序流程图洗衣机的工作程序流程图如图4-1所示:上电复位刖始生流麻前的棒层工作图4-1主流程图各部分分流程图进水程序流程图N»关闭进水阀浸泡程序流程图4.2.3洗涤/漂洗程序流程图4.2.4排水程序流程图4.2.4排水程序流程图A故障处理程序4.2.6故障处理程序流程图系统电路图5系统调试Proteus简介Proteus软件是英国Labcenterelectronics公司出版的EDA工具软件(该软件中国总代理为广州风标电子技术有限公司)。它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。虽然目前国内推广刚起步，但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。Proteus是世界上著名的EDA工具仿真软件)，从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年即将增加Cortex和DSP系列处理器，并持续增加其他系列处理器模型。在编译方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多种编译器［21］。Proteus软件具有其它EDA工具软件(例：multisim)的功能。这些功能是：原理布图PCB自动或人工布线SPICE电路仿真革命性的特点互动的电路仿真用户甚至可以实时采用诸如RAM,ROM,键盘，马达，LED,LCD,AD/DA,部分SPI器件，部分IIC器件。(2)仿真处理器及其外围电路可以仿真51系列、AVR、PIC、ARM、等常用主流单片机。还可以直接在基于原理图的虚拟原型上编程，再配合显示及输出，能看到运行后输入输出的效果。配合系统配置的虚拟逻辑分析仪、示波器等，Proteus建立了完备的电子设计开发环境［21］。编辑本段功能模块(1)智能原理图设计(ISIS)丰富的器件库：超过27000种元器件，可方便地创建新元件；智能的器件搜索：通过模糊搜索可以快速定位所需要的器件；智能化的连线功能：自动连线功能使连接导线简单快捷，大大缩短绘图时间；支持总线结构：使用总线器件和总线布线使电路设计简明清晰；可输出高质量图纸：通过个性化设置，可以生成印刷质量的BMP图纸，可以方便地供WORD、POWERPOINT等多种文档使用。（2）完善的电路仿真功能（Prospice）XProSPICE混合仿真：基于工业标准SPICE3F5,实现数字/模拟电路的混合仿真；X超过27000个仿真器件：可以通过内部原型或使用厂家的SPICE文件自行设计仿真器件，Labcenter也在不断地发布新的仿真器件，还可导入第三方发布的仿真器件；X多样的激励源：包括直流、正弦、脉冲、分段线性脉冲、音频（使用wav文件）、指数信号、单频FM、数字时钟和码流，还支持文件形式的信号输入；X丰富的虚拟仪器：13种虚拟仪器，面板操作逼真，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器、直流电压/电流表、交流电压/电流表、数字图案发生器、频率计/计数器、逻辑探头、虚拟终端、SPI调试器、I2C调试器等；X生动的仿真显示：用色点显示引脚的数字电平，导线以不同颜色表示其对地电压大小，结合动态器件（如电机、显示器件、按钮）的使用可以使仿真更加直观、生动；派高级图形仿真功能（ASF）:基于图标的分析可以精确分析电路的多项指标，包括工作点、瞬态特性、频率特性、传输特性、噪声、失真、傅立叶频谱分析等，还可以进行一致性分析；（3）独特的单片机协同仿真功能（VSM）派支持主流的CPU类型：如ARM7、8051/52、AVR、PIC10/12、PIC16、PIC18、PIC24、dsPIC33、HC11、BasicStamp、8086、MSP430等，CPU类型随着版本升级还在继续增加，如即将支持CORTEX、DSP处理器；派支持通用外设模型：如字符LCD模块、图形LCD模块、LED点阵、LED七段显示模块、键盘/按键、直流/步进/伺服电机、RS232虚拟终端、电子温度计等等，其COMPIM（COM口物理接口模型）还可以使仿真电路通过PC机用口和外部电路实现双向异步串行通信；派实时仿真：支持UART/USART/EUSARTs仿真、中断仿真、SPI/I2C仿真、MSSP仿真、PSP仿真、RTC仿真、ADC仿真、CCP/ECCP仿真；X编译及调试：支持单片机汇编语言的编辑/编译/源码级仿真，内带8051、AVR、PIC的汇编编译器，也可以与第三方集成编译环境（如IAR、Keil和Hitech）结合，进行高级语言的源码级仿真和调试；（4）实用的PCB设计平台冰原理图到PCB的快速通道：原理图设计完成后，一键便可进入ARES的PCB设计环境，实现从概念到产品的完整设计；派先进的自动布局/布线功能：支持器件的自动/人工布局；支持无网格自动布线或人工布线；支持引脚交换/门交换功能使PCB设计更为合理；冰完整的PCB设计功能：最多可设计16个铜箔层，2个丝印层，4个机械层（含板边），灵活的布线策略供用户设置，自动设计规则检查，3D可视化预览；派多种输出格式的支持：可以输出多种格式文件，包括Gerber文件的导入或导出，便利与其它PCB设计工具的互转（如protel）和PCB板的设计和加工［21］。系统电路图rJ，E-««E--S参考文献致谢附录1软件程序本设计全自动洗衣机的程序编写如下:MINEQU71H；存放分钟艾量SECEQU72H;存放秒钟艾量SEC0EQU73H;存放旧的秒数TABEQU80H;存放段码首地址K1EQUP3.5;按键1引脚定义K2EQUP3.2;按键2引脚定义K3EQUP3.3;按键3引脚定义K4EQUP3.4;按键4引脚定义K5EQUP1.6;按键5引脚定义ORG0000H;程序代码由地址0000H开始执行AJMPBEGIN；初始化ORG0003HAJMPINT0CHENGXU；暂停/启动中断中断向量0RG001BH

AJMPT1CHENGXU;定时器1中断向量0RG0013HAJMPINT1CHENGXU;开盖、不平衡中断向量主程序开始;====================================================本设计定时器T1的工作在方式1。FOSC=6MHz,每10ms产生1次中断。T1的方式1为16位计数方式。方式寄存器TMOD各个位的取值如下表格所示：GATEC/TM1M0GATEC/TM1M000010000所以TMOD的取值为#10H;记数初值m为:m=216—6X106X10X10-3/12=EC78HBEGIN:MOVP1,#0F0HMOVP3,#07FHMOVSP,#35HMOV55H,#00（指定55H为浸泡标志单元）MOV56H,#0F0H（指定56H为标志单元）MOV57H,#03MOV58H,#0FH存放，即15个30秒）CLRAMOVMIN,AMOVSEC,AMOVSEC0,AMOV51H,ACLRET0SETBEACLRIT0触发CLRIT1触发SETBET0SETBTR0STEBPX0STEBPT0;设置浸泡标志单兀为#00H;#0F0H排水标志;洗衣机标准洗衣工作程序标志（指定57H）;漂洗4.5分钟赋值（指定58H;禁止开盖、/、平衡中断;开总中断;设置外部中断0为低电平;设置外部中断1为低电平;开定时器0中断;启动定时器0;设置中断优先级别

STEBPX1MOVTMOD,#10H;设置定时器1工作在1方式MOVTL0,#78H;设置10ms中断时间常数MOVTH0,#0ECH以下为按键扫描程序AJ:JNBK1,AJ1AJMPAJ2AJ1:ACALLCHENGXUXUANZEAJ2:JNBK5,AJ3AJMPAJ3AJ3:ACALLJINPAOJIANJBK2,AJ;按键扫描程序结束MOVR5,#01HACALLDUANYANSHI；按键消抖KB:JBK2,AJACALLFENGMINGQI;按键扫描后蜂鸣器报警JNBK2,$;等待键放开SETBET0;开定时器0中断SETBTR0;启动定时器0SETBEX0;允许外部INT0中断MOVA,57HCJNEA,#00H,JINSHUICHENGXU；是排水程序？AJMPPAISHUICHENGXU;是则跳转排水程序以下为以下为进水程序NA关闭进水阀附录1-图1进水程序流程图;打开进水阀;打开进水阀;进水达预定水位？；进水系统有故障？;有则跳转故障处理程序；进水结束，关闭进水阀；是否有开启浸泡功能；没有开启转入洗涤程序JINSHUICHENGXU:MOV51H,#00HSTEBP1.0JS:JNBK4,JS1CJNE51H,#150,JSAJMPGUZHANGCHENGXUJS1:CPLP1.0MOVA,55HCJNEA,#01H,XIDICHENGXU以下为浸泡程序

附录1-图2浸泡程序流程图MOV50H,#00HMOV51H,#00H;先洗涤一分钟JP1:STEBP1.2MOVR5,#30ACALLCHANGYANSHICPLP1.2MOVR5,#20ACALLCHANGYANSHISTEBP1.3MOVR5,#30ACALLCHANGYANSHICPLP1.3MOVR5,#20ACALLCHANGYANSHICJNE51H,#3CH,JP1;浸泡10分钟JP2:MOV51H,#00HJP3:MOVA,51HCPLP1.6;浸泡开始后，LED以亮停50ms的形式闪烁MOVR5,#05H;延时50msACALLDUANYANSHICJNEA,#3CH,JP3INC50HMOVA,50HCJNEA,#0A,JP2;10min到了没？MOV55H,#00H;清除浸泡标志单元50ms,STEBP1.6;关闭浸泡指示灯以下为洗涤/漂洗工作程序本设计的洗涤时间为4.5min,洗涤的定时方法是先对50H和51H单元清零，之后每过30s,51H单元清零1次，50H单元自加1,然后通过比较50H和58H单元的大小，（本程序设计在初始化时设置58H单元为#15）则刚好为4.5min,之后如果是标准和经济程序，漂洗时间分别为3min和1.5min。则每次洗涤/漂洗完后，58H单元减去5,即减去1.5min。附录1-图3洗涤/漂洗程序流程图XIDICHENGXU:MOV50H,#00HXD:MOV51H,#00HSTEBP1.2;正转洗涤/漂洗驱动3sMOVR5,#30ACALLCHANGYANSHICPLP1.2;洗涤/漂洗间歇2sMOVR5,#20ACALLCHANGYANSHISTEBP1.3;反转洗涤/漂洗驱动3sMOVR5,#30

ACALLCHANGYANSHICPLP1.3;洗涤/漂洗间歇2sMOVR5,#20ACALLCHANGYANSHICJNE51H,#1EH,XD;50H单元是否达到30s?INC50HMOVA,50HCJNEA,58H,XD;洗涤/漂洗是否结束？MOVA,56HCJNEA,#0F0H,PAISHUICHENGXU;洗涤/漂洗工作结束,排水否？以下为排水程序附录1-图4排水程序流程图PAISHUICHENGXU:DECMOVSTEB57H51H,#00HP1.1;洗衣工作循环次数减1DECMOVSTEB57H51H,#00HP1.1;洗衣工作循环次数减1PS:CJNEAJMP51H,#3CH,PS1GUZHANGCHENGXU；排水操作，打开排水阀；排水系统有故障？;有则跳转故障处理程序PS1:JNBK4,PS;水位下降至预定水位?MOVA,51HADDA,#50;排水时间延长d+50s（经验值）MOV51H,#00HCJNEA,51H,$以下为脱水程序开始附录1-图5脱水程序流程图TUOSHUICHENGXU:SETBEX1；脱水期间，开盖、不平衡中断允许MOV50H,#00HTS:STEBP1.2MOVR5,#40;脱水驱动4sACALLCHANGYANSHICLPP1.2;脱水间歇2sMOVR5,#20ACALLCHANGYANSHICJNZ50H,#120,TS;脱水时间达2min?CLRP1.1

CLR平衡中断CLR平衡中断MOVCJNEAJMPJSPD:SUBBMOVAJMPA,57HA,#00,JSPDBAOJINGCHENGXUMOVA,58HA,#05H58H,AKAISHI;脱水结束，禁止开盖、不;脱水结束，禁止开盖、不;洗衣工作是否结束？;结束跳转结束报警程序;58H单元中的内容减去5个30sBAOJINGCHENGXU:（报警程序）BJ:MOVR4,#03H;设置循环为3次STEBP3.7;启动蜂鸣器报警MOVR5,#0AH;延时1sACALLCHANGYANSHICLPP3.7;关闭蜂鸣器MOVR5,#0AH;延时1sACALLCHANGYANSHIDJNZR4,BJ;判断循环是否结束AJMPBEGIN;洗衣工作结束，返回主程序以下为洗衣工作程序选择键处理程序CHENGXUXUANZE:JNBK1,XZAJMPXZ4XZ:ACALLFENGMINGQIMOVA,57HCJNEA,#00H,XZ1STEBP1.4;标准洗衣工作程序赋值STEBP1.5MOV57,#03HMOV56H,#0F0HAJMPXZ4XZ1:CJNEA,#03H,XZ2STEBP1.4;经济洗衣工作程序赋值CLRP1.5MOV57H,#02HMOV56H,#0F0HAJMPXZ4XZ2:CJNEA,#02H,XZ3CLRP1.4;单独洗衣工作程序赋值SETBP1.5MOV57H,#01HMOV56H,#00HAJMPXZ4XZ3:CJNEA,#01H,XZ4CLRP1.4;排水洗衣工作程序赋值CLRP1.5MOV57H,#00HMOV56H,#00HXZ4:JNBK1,XZ4;等待该键释放RET以下为洗衣机浸泡键处理程序JINPAOJIAN:JNBK5,JPJAJMPJPJ1JPJ:CLRP1.6MOV55H,#01HJPJ1:JNBK5,JPJ1;等待该键释放RET以下为蜂鸣器程序FENGMINGQI:STEBP3.7;启动蜂鸣器MOVR5,#03H;设置延时为30msACALLDUANYANSHI;关闭蜂鸣器CLRP3.7RET以下为长延时子程序程序中设计有2个延时子程序，延日的时间分别为R5X10ms和R5X100m