单片机控制全自动洗衣机电控板设计.docx

单片机控制全自动洗衣机电控板设计.docx

《单片机控制全自动洗衣机电控板设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《单片机控制全自动洗衣机电控板设计.docx（27页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

单片机控制全自动洗衣机电控板设计

摘要…………………………………………………………………………………………………4

一概述……………………………………………………………………………………………..5

1.1国外单片机发展概况……………………....…………………………………………..5

1.2发展趋势…………………………………………………………………………………..5

1.3系统工作流程……………..…………………………………………………………..…..6

1.4本文主要解决的问题……………………………………………………………………..6

二.系统的整体设计方案…………………………………………………………………………7

2.1系统的整体架构………………………………………………………………………….7

2.1系统的功能方案…………………………………………………………………………..9

三系统的硬件设计………………………………………………………………………………9

3.1主控电路的设计…………………………………………………………………………..9

3.1.1AT89C51图的引脚及总线结构图……………………………………………………..9

3.1.2AT89C51外围辅助电路的设计………………………….……………………………..10

3.2.1晶闸管驱动电路的设计……………………………………………………...………...12

3.2.2水位检测电路的设计………………………………………………………………...14

3.2.3开关电源电路的设……………………………………………………………………15

3.2.4键盘输入及显示电路的设计…………………………………………………………..16

3.2.5报警路的设计…………………………………………………………………………..20

3.3本章小结…………………………………………………………………………………..21

四系统的软件设计………………………………………………………………………………21

4.1主程序……………………………………………………………………………………..21

4.2键盘中断子程序设计………………………………………………………………….…23

4.3部定时中断程序设计…………………………………………………………………..24

4.4外部中断设计……………………………………………………………………………..24

4.5本章小结…………………………………………………………………………………..25

五总结……………………………………………………………………………………………25

六致……………………………………………………………………………………………27

七参考文献………………………………………………………………………………………28

单片机控制全自动洗衣机电控板的设计

亳州职业技术学院金凡

【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、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

一概述

1.1国外单片机发展概况

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。

国外的研究现状也有所不同。

1910年世界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。

20世纪60年代以后，洗衣机在一些发达国家的普及率迅速上升。

70年代，日本生产出波轮式套桶全自动洗衣机。

70年代后期，日本又生产出微电脑控制型波轮式套桶全自动洗衣机。

80年代后，“模糊控制”开始应用于洗衣机，生产出了智能型模糊控制洗衣机，使洗衣机的功能更加完善，其洗衣程序更随人意，其使用操作更简单化。

进入90年代，由于电机调速技术的提高，实现了洗衣机宽围、大调速比的转速变换与调节，诞生了各种新水流洗衣机。

20世纪末到21世纪初，变频洗衣机问世，使洗衣机的功能更具人性化，实现真正意义上的智能化控制，成为目前人们研究的主要方向。

由于我国洗衣机起步晚，在技术方面存在问题，不可避免的在现有洗衣机型中存在噪声大，漏电和漏水等弊病，在质量方面与国外存在一定的差距。

所以现在资品牌正立足技术升级，也开始重视高端产品研发，洗衣机的技术革命正在国愈演愈烈。

1.2发展趋势

随着更多国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。

除此之外，由于传统双缸洗衣机用水量可以随意选择，因此又重新被消费者认可。

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。

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本论文主要解决的问题

本论文主要解决以下一些主要问题：

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故障报警。

洗衣机控制器系统整体构架如图2.1所示：

2.1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，调出部相应的操作程序，通过电路处理后，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。

2.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部电路组成，产生的振荡频率为单片机提供时钟信号，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系统功能方案

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：

（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。

3.有水位控制，能自动断水。

3系统的硬件设计

3.1主控电路的设计

3.1.1AT89C51外围辅助电路的设计

1.复位电路

单片机的复位就和计算机的重启是一样的概念。

任何单片机工作之前都要有个复位的过程，复位对于单片机来说，程序还没有开始执行，是在做准备工作，一般的复位只需要5ms的时间。

复位操作有上电自动复位和按键手动复位两种方式。

上电复位是外部的复位电路在系统通上电源后直接使单片机工作，单片机的起停通过电源控制。

手动复位是在复位电路中设计按键开关触发复位电平，控制单片机复位。

一般都用上电复位电路。

上电自动复位原理：

通电时，电容两端相当于短路，于是RESET引脚上为高电平，然后电源通过电阻对电容充电，RESET端电压慢慢下降，降到一定程度即为低电平，单片机开始正常工作，如图3-3所示：

图3-3复位电路图

2．振荡电路

振荡电路对于单片机来说是非常重要的，没有晶振就没有时钟周期，没有时钟周期，就无法执行程序代码，单片机就无法工作。

单片机工作时是一条一条地从ROM中取指令，然后一步一步地执行。

单片机部有一个用于构成片振荡器的高增益反相放大器，引脚XTAL1和XTAL2分别是该放大器的输入端和输出端。

这个放大器与作为反馈元件的片外石英晶体（或瓷振荡器）一起构成自激振荡器，振荡电路图3-4所示。

图中外接石英晶体（或瓷振荡器）以及电容C1或C2构成并联振荡电路，接在放大器的反馈回路中。

电容的大小没有严格的要求，但也会影响振荡器频率的高低、振荡器的稳定性、起振的快速性和稳定性。

外接石英晶体时，C1和C2一般去30pf

10pf，外接瓷振荡器时，C1和C2一般取40pf

10pf。

本系统采用12MHz的晶振，电容取30pf。

图3-4振荡电路图

3.单片机最小系统图如图3-5所示：

图3-5最小系统图

3.2.1晶闸管驱动控制电路设计

1.驱动芯片ULN2803

ULN2803驱动芯片为高电压大电流八达林顿晶体管阵列，该阵列系列的八达林顿晶体管是低逻辑电平数字电路（如TTL、CMOS或PMOS/NMOS）和大电流高电压要求的灯、继电器、打印机和其它类似负载间的理想器件。

广泛用于计算机，工业和消费类产品中。

所有器件有集电极开路输出和用于瞬变控制的续流箝位二极管。

ULN2803的设计与标准TTL系列兼容。

图3-7ULN2803部结构图

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3-8所示：

图3-8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.ULN2803与单片机接口电路

图3-9ULN2803与单片机接口图

3.2.2水位检测电路设计

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

图3-10水位开关图

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腔气体变化的压力，驱动腔上方的一块隔膜移动，带动隔膜中心的磁芯在某线圈移动，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3-11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，此时即可将数字量接到单片机。

图3-11水位监测电路图

3.2.3开关电源电路设计

开关电源为单片机供电，原理图如图3-12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，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。

图3-12开关电源电路图

1.2.4键盘输入及显示电路设计

显示电路主要由2个数码管、8缓冲数码驱动器74LS240以及I/O扩展芯片8255组成。

1.可编程I/O接口芯片8255

（1）8255部结构

图3-138255部结构图

由图可知，8255具有3个可编程并行I/O端口，A口、B口和C口。

这个8位I/O端口的功能完全有编程决定，但每个都有自己的特点。

A口有三种工作方式：

方式0、方式1、方式2。

B口有两种工作方式：

方式0、方式1.

（2）8255引脚结构及功能

①数据总线：

D0-D7、PA0-PA7、PB0-PB7、PC0-PC7，此32条数据线均为双向三态，其中D0-D7用于传送CPU与8255之间的命令与数据，PA0-PA7、PB0-PB7、PC0-PC7分别与A、B、C3口对应，用于8255与外设之间传送数据。

②控制线：

、

、RESET

：

读信号，输入信号线，低电平有效。

当这个引脚为低电平时，8255输出数据或状态信息到CPU，即CPU对8255A进行读操作。

:

写信号，输入信号线，低电平有效。

当这个引脚为低电平时，8255接收CPU输出的数据或命令，即CPU对8255A进行写操作。

RESET:

复位信号，输入信号线，高电平有效。

此引脚为高电平时，所有8255部寄存器都清零，所有通道都设置为输入方式，24条I/O引脚为高阻状态。

③寻址线：

、A0、A1

:

片选信号，输入信号线，低电平有效。

当这个引脚为低电平时，8255被CPU选中。

A0、A1：

这是两条输入信号线，通常一一对应接到地址总线的最低两位A0和A1上。

当CS有效时，这两位的4种组合00、01、10、11分别用来选择A、B、C口和控制寄存器，所以一片8255共有4个地址单元。

4）8255控制字

图3-148255控制字框图

2.数码驱动器74LS240

74LS240是原码三态输出的8缓冲数码驱动器，其管脚分布图如图示，G为控制端，又称为使能端，其工作原理如下：

当G=0时，A输入为低电平时，Y输出也为低电平。

当G=0时，A输入为高电平时，Y输出也为高电平。

当G=1时，A无论输入为低电平还是高电平，Y为高阻态。

图3-1574LS240引脚图

3.LED显示器

由发光二极管组成的八段数码管（LED）是单片机应用产品中最常用的廉价输出设备。

它由8段发光二极管按一定的规律排列而成。

当某一发光二极管导通时，相应的一个点或一个笔画被点亮，控制不同的组合的二极管导通，就能显示出各种字符。

发光二极管的阳极连在一起的称为共阳极显示器，阴极连在一起的称为共阴极显示器，如图3-16（b）所示。

一位显示器的8个发光二极管用a-g表示，dp表示小数点的亮与暗。

如图3-17（a）所示。

这种笔画式的八段显示器能显示的字符较少，字符的形状有些失真，但控制简单，使用方便。

系统的显示器主要是显示剩余时间。

74LS240是一个反向驱动器，它把由8255输出的电平信号进行一次反向输出低电平，这是由于显示电路中的数码管显示器是共阴极所造成的。

（a）外形结构（b）共阴极

图3-16八段数码管图

4.显示电路设计

LED显示器采用共阴极，由8255的PA口提供位选码。

PA口与8缓冲数码驱动器74LS240连接后再接入数码管，PC口与两个非门连接后接入数码管，驱动数码管显示。

图3-17显示电路图

5.8255与单片机接口电路设计

由单片机送出要显示的信息到8255的PB口（PB口地端口地址是0FF7DH），通过PB0和PB1送出字符信息和时钟，送出的字符信息通过非门并进行输出。

其2位显示器都收到字符信息，具体哪一位亮就取决于共极信号。

这时就要由PA口（PA口地端口地址是0FF7CH）送出的共极信号来决定哪一位有效。

PA口送出的地址经过74LS240反向来控制相应的位点亮。

具体的电路连接如图3-9所示。

图3-188255与单片机接口电路图

3.2.5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3-20所示。

图3-19报警电路图

3.3本章小结

本章介绍了系统硬件电路的设计，由谐振式水位监测模块，驱动控制模块，LED显示模块，主控电路模块，外围设备模块，电源模块等部分组成，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，并简述了模块设计时的注意事项。

实现了自动洗衣机应具备的基本功能。

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4-1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4-1为洗衣机系统控制表：

表4-1洗衣机控制系统表

图4-1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，关闭进水电磁阀，P2.6=0，进水结束。

（2）洗涤过程程序设计H

电机正反转均为22s，间歇时间均为8s，具体见表4-1.

（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

键盘中断子程序流程如图4.1所示。

图4-1键盘中断子程序流程图及各洗衣机程序流程图

4.3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4-2所示。

图4-2部定时中断流程图

4.4外