全自动洗衣机设计Word文件下载.docx

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第2章控制功能需求分析

2.1全自动洗衣机的控制功能要求

洗衣机要完成洗衣工作，除了对一般洗衣过程的人工工作及效能进行模拟之外，还要根据洗衣机的机械电子性质进行有关控制和检测。

对于一台套桶式缸波轮全自动洗衣机而言，首先要求能完成洗衣功能；

同时还要根据用户的不同设置几种不同的洗衣程序；

还要考虑水流的情况决定洗涤的弱强情况；

另外，还要对洗衣过程出现的故障进行诊断；

保证高速运转时脱水的安全性等。

所以，对全自动洗衣机，一般要求具有如下基本功能。

1）强、弱洗涤功能。

要求强洗时正、反转驱动时间各为4s，间歇时间为1s，弱洗时正、反转驱动时间各为3s，间歇时间为2s。

2）4种洗衣工作程序，即标准程序、经济程序、单独程序和排水程序

标准程序是进水→洗涤→漂洗→排水→脱水，如此循环3次，每循环一次洗涤或漂洗环节时间比上一循环同一环节时间减少2min，具体是：

第一循环为洗涤，时间为6min，第二，第三次循环为漂洗，时间分别为4min和2min。

排水时间采用动态时间法确定，脱水时间为2min。

经济程序与标准程序一样，只是洗涤次数为二次。

单独程序是进水→洗涤（6min）→结束（留水不排不脱）。

排水程序是排水→脱水→结束，时间确定与上述程序相应环节相同。

3）进、排水系统故障自动诊断功能

洗衣机在进水或者排水过程中，若在一定的时间范围内进水或排水未能达到预定的水位，就说明进、排水系统有故障，此故障由控制系统测知并通过警告程序发出警告信号，提醒操作者进行人工排除。

4）脱水期间安全保护和防振功能

洗衣机在脱水期间若打开机盖时，洗衣机就会自动停止脱水操作。

在脱水期间，如果出现衣物缠绕引起脱水桶重心偏移而不平衡，此时洗衣机也会自动停止脱水，以免振动过大，待人工处理后恢复工作。

5）间歇驱动方式

脱水期间采取间歇驱动方式，以便节能。

本系统要求驱动5s，间歇2s，间歇期间靠惯性力使脱水桶保持高速旋转。

6）暂停功能

不管洗衣机工作在什么状态，当按下暂停键时，洗衣机必须停止工作，等待驱动键按下以后洗衣机又能按照原来所选择的工作方式继续工作。

7）声光显示功能

洗衣机各种工作方式的选择和各种工作状态均有声、光提示或显示。

2.2整机组成框图

针对上述，一方面，涉及到硬件电路，另一方面要配合相应的软件，才能完成上述功能。

下面为本设计的整机框图如图1。

如下图2-1中所示，通过压力传感器，将洗衣机桶内水位的压力值送到微处器内部，进行分析、处理，然后分别进行控制，如进水量、进水阀电路、出水阀电路。

通过二极管管显示相应状态，由简单按键控制，遇到险情由扬声器发声。

由软件和硬件对电机的转速进行控制。

图2-1整机电路组成框图

第3章硬件电路设计

针对上文的功能，硬件电路应包括七个部分：

微处理器控制电路、显示电路、传感器电路、电机控制电路、进水阀控制电路、排水阀控制电路和按键报警电路。

通过这几个部分电路的协调工作，再由软件的配合工作洗衣机就可以模拟人脑进行操作，下面分别阐述各电路的组成原理。

基于AT89C51单片机控制的智能洗衣机原理：

原理图见附录C

控制板电路使用AT89C51芯片，时钟电路采用6MH晶振。

组成的输入信号有：

洗衣机的主程序选择，即洗衣机的控制功能，包括设置洗衣机的强洗弱洗设置,洗衣机的程序选择（标准程序、经济程序、单独程序、排水程序）。

输出控制信号包括：

发光二极管显示、蜂鸣器鸣叫、进水阀控制、排水阀控制、电机正反转的控制信号。

主电路是由交流220V电压经变压、整流、滤波后，其中一路接至低电压保护电路，另一路提供稳定的+5V电压供应给控制板各元件。

当低电压保护电路检测到低电压时，将向单片机的INT0引脚产生中断，单片机将响应该中断，关闭各输出端口，以保护执行部分如电机等设备不因欠压而损坏。

3.1微处理控制电路

微处理电路中我采用的是ATMEL公司的单片机，原因是考虑到其价格便易、功能齐全、可靠性高、使用普遍。

AT89C51单片机是ATMEL公司8位单片机系列产品之一，是一种40引脚双列直播式芯片。

它含有4KB可反复烧录及擦除内存和128字节的RAM，有32条可编程控制的I/O线，5个中断触发源，指令与MCS-51系列完全兼容。

选用它作为核心控制新片，可使电路极大地简化，而且程序的编写及固化也相当方便、灵活。

选用它设计制作全自动洗衣机控制电路，其电路的组成相对简单，工作原理清晰，易于理解。

由于洗衣机的基本功能是实现对衣物的洗涤，所以，关键在于进行洗衣程序的控制。

从这一角度出发，对洗衣机的功能进行分析，确定其最优化的功能。

这些功能主要有以下几种。

1）洗衣工作状态功能：

强、弱洗涤。

2）洗衣程序功能：

含4种独立程序，即标准洗衣程序、经济洗衣程序、单独洗衣程序、排水程序。

3）特殊功能：

故障诊断、安全保护、防振、暂停、间歇工作功能，声光显示功能。

89C51芯片具有40根引脚，其引脚图如下图3-1所示。

在一小块芯片上，集成了一个微型计算机的各个组成部分，即89C51单片机芯片内包括：

（1）一个8位的80C51微处理器（CPU）；

（2）片内256字节数据存储器RAM/SFR

片内4KB程序存储器FlashROM；

（3）4个8位并行I/O端口P0～P3，每个端口既可以用作输入，也可以用作输出；

（4）2个16位的定时/计数器；

（5）具有5个中断源，2个中断优先级的中断控制系统；

（6）1个全双工的串行I/O口；

（7）片内振荡器和时钟产生电路（最高允许振荡频率为24MHz）；

（8）具有节电工作方式（即空闲方式及掉电方式）。

以上各个部分通过片内8位数据总线（DBUS）相连接。

图3-189C51芯片引脚结构

3.289C51单片机的引脚分类

1.电源线2根。

Vcc：

编程和正常操作时的电源电压，接+5V。

Vss：

地电平。

2.晶体振荡器2根。

XTAL1：

振荡器的反向放大器输入。

使用外部振荡器时必须接地。

XTAL2：

振荡器的反向放大器输出和内部时钟发生器的输入。

当使用外部振荡器时用于输入外部震荡信号。

3.I/O口共有P0、P1、P2、P3四个8位口，32根I/O线，其功能如下：

（1）P0.0—P0.7（AD0—AD7）是I/O端口0的引脚。

端口0是一个8位漏极开路的双向I/O端口。

在存取外部存储器时，该端口分时地用作低8位的地址线和8位双向的数据端口（在此时内部上拉电阻有效）。

（2）P1.0—P1.7是端口1的引脚，是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O通道，专供用户使用。

（3）P2.0—P2.7（A8—A15）是端口2的引脚。

端口2是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，在访问外部存储器时，它输出高8位地址A8—A15。

（4）P3.0—P3.7是端口3的引脚。

端口3是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，该口的每一位均可独立地定义第一I/O口功能或第二I/O口功能。

作为第一功能使用时，口的结构与P1操作与口完全相同，第二功能如下所示：

引脚第二功能

P3.0RXD（串行输入口）

P3.1TXD（串行输出口）

P3.2INT0（外部中断）

P3.3INT1（外部中断）

P3.4T0（定时器0外部输入）

P3.5T1（定时器1外部输入）

P3.6WR（外部数据存储器写选通）

P3.7RD（外部数据存储器读选通）

由上看出，89C51单片机不是将地址总线、数据总线和控制总线分开，而是地址线、数据线和部分控制均由I/O口完成。

3.3时钟电路

89C51片内设有一个由反向放大器所构成的振荡电路，XTAL1和XTAL2分别为振荡电路的输入和输出端，时钟可以由内部方式产生或外部方式产生。

内部方式时钟电路如主电路图中所示。

在XTAL1和XTAL2引脚上外接定时元件，内部振荡电路就产生自激振荡。

定时元件通常采用石英晶体和电容组成的并联谐振回路。

晶振可以在1.2MHz到12MHz之间选择，电容值在5-30PF之间选择，电容的大小可起频率微调作用。

外部方式的时钟很少用，若要用时，只要将XTAL1接地，XTAL2接外部振荡器就行。

对外部振荡信号无特殊要求，只要保证脉冲宽度，一般采用频率低于12MHz的方波信号。

时钟发生器把振荡频率两分频，产生一个两相时钟信号P1和P2供单片机使用。

P1在每一个状态S的前半部分有效，P2在每个状态的后半部分有效。

3.4复位操作电路

89系列单片机与其他微处理器一样，在启动时需要复位，使CPU及系统各部件处于确定的初始状态，并从初始状态开始工作。

89系列单片机的复位信号是从RST引脚输入到芯片内的施密特触发器中的。

复位是单片机的初始化操作。

其主要功能是把PC初始化为0000H，使单片机从0000H单元执行程序。

除了进入系统的正常初始化之外，当由于程序运行出错或操作错误使系统处于死锁状态时，为摆脱困境，也须按复位键重新启动。

在系统控制电路中，复位电路是靠电容充放电完成的，当电路需要复位时，按下复位键后RES被强制为高电平，使电路复位，同时电容也开始放电。

在正常工作时，电容充满电后相当于短路，此时RES为低电平无效。

下图3-2所示为复位操作电路

图3-2复位电路

3.5显示电路

洗衣过程中的各状态显示：

标准、经济、单独、排水、强洗和弱洗指示等工作状态。

如图3-3所示。

图3-3LED显示电路

由于本电路CPU管脚有限，所以需要通过74LS139（74LS139为双2-4线译码器，选用它可解决CPUI/O线数量的不足）来扩口，通过两根口线即可实现P3.0、P3.1，如图5中所示。

通过A、B两个口即可完成位码切换。

从控制要求可知，洗衣机有4种洗衣工作程序，因此须有4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：

P3.2，P3.3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。

3.6进水阀控制电路

进水阀控制电路如图3-4所示。

它是通固态继电器来实现隔离，反相器74S05实现缓冲，发光二极管指示工作状态，进水阀