全自动洗衣机控制系统设计：智能化的自动控制方案

第1章前言

1.1全自动洗衣机的发展背景

从古到今，洗衣服都是一项难于逃避的家务劳动，而在洗衣机出现此前，对

于许多人而言，它并不像田园诗描绘的那样充斥乐趣，手搓、棒击、冲刷、甩打……

这些不停反复的I简朴的体力劳动，留给人的感受常常是：辛劳劳累。

1858年，汉密尔顿•史密斯制成了世界上第一台洗衣机。1874年，“手洗时

代”受到了前所未有的挑战，美国人比尔•布莱克斯发明了世界上第一台人工搅

动洗衣机°1923年美国人又研制了世界上第一台电动洗衣机。1923年美国日勺玛

依塔格企'也又把洗衣机的木制桶改为铝制桶体，次年又把铝制桶体改为外层铸铝、

内层为铜板的双层构造。1936年，他们又将搪瓷用于洗衣机桶体。与此同步，

世界各地也相继出现了洗衣机。欧洲国家研究成功了喷流式洗衣机和滚筒式洗衣

机。

1932年后，美国一家企业研制成功了第一台前装式滚筒全自动洗衣机，洗

涤、漂洗和脱水都在同一种滚筒内自动完毕，使洗衣机的发展跃上了一种新台阶。

这种滚筒洗衣机，目前在欧洲、美洲等地得到了广泛的应用。

第二次世界大战结束后，洗衣机得到了迅速向发展，研制出具有独特风格的

波轮式洗衣机。这种洗衣机由于其波轮安装在洗衣机桶底，又称涡卷式洗衣机。

1.2全自动洗衣机的设计目的和意义

目前中国洗衣机市场正进入更新换代期，市场潜力巨大，人们对于洗衣机

的规定也越来越高。这就规定设计者们有更高的专业和技术水平，可以提

出更多好的提议和新的课题，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。目前的洗衣机都没有实现全面的兼

容，大多洗衣的厂家都重视各自品牌口勺洗衣机的专长，突出一两个与别的

洗衣机不一样的个性化的功能，洗衣机的各项功能是由单片机控制实现的,

单片机的体积小，控制功能灵活，因此，设计出基于单片机日勺全自动洗衣

机控制电路系统具有很强的实用性。

1.3设计任务

（1）将水位通过水位开关设在合适日勺位置（高、中、低），按下“启动"按钮，

开始进水，到达设定H勺水位（高、中、低）后，停止进水；

（2）进水停止2s后开始洗衣；

（3）洗衣时，正转20s,停2s,然后反转20s,停2s；

（4）如此循环共5次，总共220s后开始排水，排空后脱水30s；

（5）然后再进水，反复（I）〜（4）步，如此循环共3次：

（6）洗衣过程完毕，报警3s并自动停机。

第2章硬件设计

2.1洗衣机控制器的外部设计

洗衣机控制面板重要包括：启动开关K0、拨码器(选择水位)。

完毕洗衣一次洗衣所需要的过程包括：

(1)进水动作进行洗涤时，盛水桶内的水量必须到达水位设定规定。洗衣机H勺进

水和水位判断，是由水位开关和进水阀的开合来进行控制日勺，当桶内没有水或

水量到达设定水位时，单片机程序将控制进水阀闭合，开始注水，当桶内的水位

到达设定水位时，水位开关受压闭合，程序就可进入下步。

(2)排水动作进入脱水动作前应先排水。为了防止空排水导致时间挥霍以和排水

不完而带水脱水导致走电机日勺损害。洗农机可以根据实际水量对排水时

间进动态控制。

(3)洗涤动作是电机周期性日勺“正转一停止一反转一停止”。不一样日勺洗衣过程，

控制电机执行“正转一停止一反转一停止”的时间是相似日勺。

2.2硬件设计框图

针对上述，首先涉和到硬件电路，另首先要配合对应日勺软件，才能完毕上述

功能。下面为本设计的整机框图如下:

图2.2整机设计框图

洗衣机控制系统是由AT89c51单片机控制，其重要控制H勺对象包括:进水阀、

排水阀、电机和数码管显示。这些被控刘象是需要根据不一样的洗衣程序来设定

它们的不一样工作状况和工作时间H勺，进水阀和排水阀的控制还需要水位检测,

同步需要数码管显示洗衣的次笫和每次洗衣电机正反转的次笫和电机正反转所

用H勺时间。发光二极管用来指示工作状态。

(1)直流电源电路这是为单片机和其外…控制电路提供晓以电压直流电源

的电路，它将输入的220V交流电通过变压、整流、滤波、稳压后，变为稳

定日勺低压直流电，送给单片机、可控硅触发电路、显示电路等。

(2)复位电路此电路的作用是复位。在单片机接上电源后来，或电源出现

过低电压时，将单片机存储器复位，使其各项参数处在初始位置，即处在开机

时日勺原则程序状态，以消除由于某种原因的程序紊乱。

(3)时钟电路由晶振元件与单片机内部电路构成，产牛区I振荡频率为单片

机提供时钟信号，供单片机信号定期和训时。

(4)按键输入电路按键开关按定日勺矩阵排列，当按键被按动时，其接通

的信号将输送到单片机。单片机对应地调出内部软件进行工作，使洗衣机进入

对应的洗涤程序。除了启动开关，水位开关有拨码器替代。

(5)显示电路由发光一极管按一定欧I矩阵排列而成，它是程序控

制系统向顾客直接观测到洗衣机日勺工作状态日勺窗口。预设工作程序时，可根据

指示灯日勺闪亮来判断洗衣机与否接受了指令；还可以通过指示灯的显示来判断洗

衣机工作与否正常。

(6)负载驱动电路该电路多由双向可控硅和触发电路构成。双各可控硅作

为无触点开关控制电机等负载的通断和运行。单片机根据按键输入指令或接受

到的检测信号，输出对应的控制信号，控制可控硅触发电路的导通，使电机等

负载得电运转。

2.3系统硬件电路

水位选择开关

本设计中水位高、中、低的选择是采用六路选择开关来选用口勺。仿真图中采

用拨码开关选用。拨码器如下图:

2

AY0

3

4_OF^_ONBY1

Y2

EY3

拨码器74LS139

图2.3.La2位拨码开关2—4译码器

这

74LS139

图2.3.1.c水位选择控制电路

水位检测电路

水

位

传

LI105cR7

感

器4>HZZH-・单片机

I

输乜8

出

图2.3.2水位检测电路

Proteus中无法进行水位的检测，故采用软件延时控制实现。

进水（排水）和报警电路

图2.3.2.a进水（排水）电路

邺P3.4

图2.3.2.b报警电路

电机正反转电路

图2.3.3.a"H”桥式驱动电路

如上图，该电路是基PWM原理的“II”桥式驱动电路。单片机各引脚提供10mA

左右的驱动力，可以作为“H”形驱动电路中各达林顿管的基极电流。“H”桥式

驱动电路的4个达林顿管与单片机得4个I/O段口相连。4个二极管以对角组合

分为两组；根据两个输入端日勺高、低电平决定达林顿管日勺导通和截止。4个二极

管在电路中起防止达林顿管产生反向电压的保护作用。

当Q1和Q4导通，电流方向从左到右。则直流电动机正转；Q3和Q2导通时，

电流方向从右向左，则直流电机反转。当QI、Q2、Q3和Q4均截止，无电流流

过直流电动机，则直流电动机停机。

仿真图中采用继电器电路来简朴控制电机时正反转。如下图所示:

图2.3.3.a继电器电路

2.3.5单片机的复位与震荡电路

图2.3.4.aAT89c51单片机的震荡电路

图2.3.4.bAT89C51单片机口勺复位电路

图2.3.4.cBCD数便管

AT89c51单片机引脚和功能

(1)信号引脚的功能简介

①输入/输出口线

P0.0〜P0.7P0口的8位双向口线；

P1.0-P1.7P1口欧|8位双向口线；

P2.0〜P2.7P2口的8位双向口线；

P3.0〜P3.7P3口的8位双向口线。

②ALE地址锁存控制信号

在系统扩展时，ALE用于控制把P0口输出的低8位地址送入锁存器锁存起

来，以实现低位地址和数据H勺分时传送，此外由于ALE是以六分之一的晶振频率

日勺固定频率输出正脉冲，因此可作为外部时钟或外部定期脉冲使用。

③PSEN外部程序存储器选通信号

在读外部日勺ROM时PSEN有效(低电平)，以实现外部ROM单元的读操作。

④EA访问程序存储器控制信号

当宓信号为低电平时，对ROM的读操作限定在外部程序存储器；而当成信

号为高电平日勺时候，则对于ROM的读操作是从内部程序存储器开始，并可以延续

至外部程序存储器。

⑤RST复位信号

当输入H勺复位信号延续2个机器周期以上高电平时即为有效，用以完毕单片

机口勺复位操作。

©XYAL1和XTAL2外接晶体引线端

当使用芯片内部时钟时，此二引线端用于外接石英晶体和微调电容；不过当

使用外部时钟脉冲信号。

⑦VSS地线

⑧VCC+5V电源

以上就是80C51单片机芯片的40条引脚的定义和简朴阐明。

⑵信号引脚H勺第二功能

由于工艺和原则化等原因，芯片的引脚数目是有限的，例如MCS-51系列芯

片引脚数目40条，但单片机为实现其功能所需要日勺信号数目却远远超过此数，

因此就出现了供需矛盾。

①EPROM存储器程序固化所需要日勺信号

有内部EPROMH勺单片机芯片，如87c51,为写入程序需提供专门的编程脉冲

和编程电源，它们是由信号引脚的第二功能的形式提供H勺，即：

编程脉冲：30脚（ALE/PROG）

编程电源：（25V）31脚（EA/VPP）

②备用电源日勺引入

MCS-51单片机日勺备用电源也是以信号引脚的第二功能方式由9WCRST/VPD)

引入的。当电源发生故障日勺时候，电源下降到下限值时，备用电源经此端向内部

的RAM提供电压，以保护内部RAM信息不会丢失。

表2.4P3口线的第二功能

口线第二功能信号名称

P3.0RXD串行数据接受

P3.1TXD串行数据发送

P3.2/NTO外部中断0时申请

P3.3INT1外部中断1的申请

P3.4T0定期器/计数器0计数输入

P3.5T1定期器/计数器1计数输入

P3.6WR外部RAM的写通道

P3.7~RD外部RAMH勺读通道

(3)最终，引脚的第一、第二功能是不会在用日勺时候混淆欧I，由于:

①对于多种型号H勺芯片，所有管脚的第一功能信号是相似日勺，所不一样的

是引脚日勺第二功能信号上。

②对于9、30和31各个引脚，由于第一功能信号与第二功能信号是单片机

在不一样的工作方式下日勺信号，因此不会发生使用上日勺矛盾。

③P3口线的状况却有所不一样，它的第二功能信号都是单片机上日勺重要控

制信号，因此，在实际使用H勺时候，总是先按照需要优先选用它日勺第二功能，剩

余不用口勺再考虑作为口线使用。

第3章软件设计和软硬件调试

3.1设计流程图

根据设计任务设计流程框图:

AM»rec

3.2硬件调试

单片机应用系统的硬件调试和软件调试是分不开的，许多硬件故障是存调试

软件时发现日勺，但一般是先排除系统中明显日勺硬件故障后才和软件结合起来

调试。

常见的硬件故障有：

逻辑错误：硬件的逻辑错误是由丁设计错误和加工过程中的工艺性错误所导

致的。此类错误包括：错线、开路、短路、相位等。

元器件失效：元器件不符合规定；方向装反、二极管极器件失效的原因包括

两个方面，首先是器件自身已损坏，另首先是组装过程中导致元器件失效，如电

解电容方面性接反、集成电路或排电阻方向错误、三极管引脚接错等

可靠性差：引起系统不可靠的原因诸多，如金属化孔、接插件接触不良会导

致系统时好时坏，经不起振动：内部和外部n勺干扰、电源纹波系统过人、器件负

载过大或热稳定性差等导致逻辑电平不稳定；此外，走线和布局的不合理等也会

引起系统可靠性差。

电源故障:若样机中存在电源故障,加电后将导致器件损坏。电源故障包括：

电压值不符合设计规定，电源引出线和插座不对应，电源功率局限性，负载能力

苦笺

左寸O

硬件的调试方式有:

脱机调试：脱机调试是仿真机加电之前，先月万用表等工具，根据硬件电气

原理图和装配图仔细检查样机的对的性，并查对元器件日勺型号、规格和安装与否

符合规定。就尤其注意电源的走线，防止电源之间的短路和极性错误，并重点检

查扩展系统总路线与否存在互相间的短路或与其他信号线的短路。对于样机所用

电源事先必须单独调试，调试好后，检查其电压值、负载能力、极性等均符合设

计规定，才能加到系统的各个部件上。在不插芯片的状况下，加电检查各插件上

引脚的电位，仔细测量各点电位与否正常'，尤其应注意甲.片机插座上的电位与

否正常，若有高压，也许损坏仿真机。联机调试：通过脱机调试可排除某些明显

的硬件故障。有些硬件故障还是要通过联机调试才能发现和排除。

3.3软件调试

软件调试与所选用日勺软件构造和程序设计技术有关。假如采用模块化程序发

计技术，则逐一模块请好后来，再进行系统程序总调试。调试子程序时，一定规

定符合现场环境，即入口条件和出口状态。调试的手段可采用单步运行方式和断

点运行方式，通过检查顾客系统CPU日勺现场、RAM的）内容和I/O口的状态，检

测程序执行成果与否符合设计规定。通过检测，可以发现程序中日勺死循环错误、

机器码错误和转换地址错误，同步也可以发现顾客系统中的硬件故障、软件算法

和硬件设计错误。在调试过程中逐渐调整顾客系统的软件和硬件。

各程序模块调试好后，可以把有关日勺功能模块联合起来起进行整体综合调试。

存这个阶段若发生错误，可以考虑各子程序存运行时与否存破坏现场，缓冲区数

据与否发生变化，标志位的建立和清除与否影响其他标志位日勺变化，堆栈区日勺深

度与否小够，输入设备日勺状态与否正常等。

单步和断点调试后，还应进行持续调试，由于单片机的运行是在严格的时序

下进行日勺，单步运行成功并不代表持续运行成功。待所有调试完毕后，应反复运

行多次，除了观测稳定性之外，还要考虑仿真条件与否与实际相符，如晶振频率

与否与样机一致，所使用CPU资源与否与实际CPU资源相符等等。如调试时采用

52系统CPU,并且程序中使用RAM地址80H〜FFH,而目日勺程序写入51系列就不

能正常运行程序。

参照文献

[1]宁爱民，兰如波.单片机应用技术.[M]北京：北京理工大学出版社，2023

[2]姜志海，赵艳蕾.8051单片机C语言程序设计与应用.[M]北京：电子工业出版社，2023

[3]周向红.51单片机课程设计.[M]武汉：华中科技大学出版社，2023

[4]张毅刚，彭喜元，彭宇.单片机51开发与应用.[M]北京：高等教育出版社，2023

[5]程铮等.单片机原理与应用系统开发.[M]北京：国防工业出版社，2023

结束语

通过对课程设计论文的方案设计与提出，程序的设计与编程。使我对大学所学的

知识有了一种清晰明确的总体概括，虽然最终仿真试验未能成功，但还是让我学

到了诸多，亦让我明白还很需要学习。当然，通过本次课题设计，我理解到洗衣

机控制器的重要设计思绪，巩固了自己所学电子控制方面的大量学科知识，也加

深了诸如preteus、office办公软件特殊功能等。课程设计论文所需要的必须

辅助技能的使用纯熟程度，此外尚有专门值得一提日勺是对新生事物日勺熟悉和迅速

掌握其特性规律、构造原理和有关功能作用日勺认知能力有了大幅提高，这是关键

日勺，也是我最看重欧I，最爱惜的。同步，也理解到洗衣机控制器系统详细环节措

施、这其中的要点难点、技术处理，和作为主控制器的AT89c51单片机日勺工作原

理以和电源电路日勺内部功能构造，完毕本次设计后，使自己数年来所学日勺理论知

识和实践有了一次有机结合允分发挥日勺绝好机会，进步深化巩固了自己的专业

知识。

附录I程序

ttinclude<reg51.h>

#defineucharunsignedchar

#defineuintunsignedint

sbitLow_key=Pl5;

sbitMid_key=Pl6;

sbitHig_key=Pl7;

sbitStart_key=Pl"4;

sbitP34=P3-4;

sbitP36=P3飞；

sbitP37=P3";

sbitP33=P3c3;

sbitP30=P3“0;

sbitP31二P3」；

sbitpio=pro：

sbitP13=Pr3;

sbitP14=Pr4;

ucharcodetablet[10]={OXFO,0XF1,0XF2,0XF3,0XF4,0XF5,

0XF6,0XF7,0XF8,0XF9};

ucharcodetable2[10]={0X0F,0X1F,0X2F,0X3F,0X4F,0X5F,

0X6F,0X7F,0X8F,0X9F};

voidDelay(uinti)

uintj;

for(;i>0;i-)

for(j=0;j<333;j+-);

)

voidr_display(void!〃电机转动计时

(

uintj,k;

uintcount;

for(count=0;count〈二20;count++)

(

if(count==20)

continue;

j=count/10:〃十位数

k=count%10;〃个位数

P0=table2[j]&tablelEk];

Delay(1000);

}

)

voids_display(voidj〃电机停转计时

uintj,k;

uintcount;

for(count=20;count<=22;count++)

{

if(count==22)

continue;

j=count/10;〃十位数

k=count%10;〃个位数

P0=table2[j]&tablel[k];

Delay(1000);

)

)

void