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设计一个由AT89S52控制的全自动洗衣机系统，并具有强、弱洗涤功能和四个标准程序、进、排水系统故障自动诊断功能、脱水期间安全保护和防震动功能、间歇驱动、暂停功能、声光显示功能。

要求：

采用AT89S52单片机作为主控芯片，对单片机进行编程，由程序执行相关过程的控制操作，四个I/O口充分指派给水位检测控制、电机正反转控制、进水与排水控制、数码显示等模块电路，各电路部分相互区分又构成统一整体，外加水容器、器件等形成最终的洗衣机控制模型。

1.2洗衣机的发展和分类

1.2.1洗衣机的发展史

1858年，一个叫汉密尔顿·

史密斯的美国人在匹茨堡制成了世界上第一台洗衣机。

该洗衣机的主件是一只圆桶，桶内装有一根带有桨状叶子的直轴。

轴是通过摇动和它相连的曲柄转动的。

同年史密斯取得了这台洗衣机的专利权。

但这台洗衣机使用费力，且损伤衣服，因而没被广泛使用，但这却标志了用机器洗衣的开端。

次年在德国出现了一种用捣衣杵作为搅拌器的洗衣机，当捣衣杵上下运动时，装有弹簧的木钉便连续作用于衣服。

19世纪末期的洗衣机已发展到一只用手柄转动的八角形洗衣缸，洗衣时缸内放入热肥皂水，衣服洗净后，由轧液装置把衣服挤干。

1874年,“手洗时代”受到了前所未有的挑战，美国人比尔·

布莱克斯发明了木制手摇洗衣机。

布莱克斯的洗衣机构造极为简单，是在木筒里装上6块叶片，用手柄和齿轮传动，使衣服在筒内翻转，从而达到“净衣”的目的。

这套装置的问世，让那些为提高生活效率而冥思苦想的人士大受启发，洗衣机的改进过程开始大大加快.

1880年，美国又出现了蒸气洗衣机，蒸气动力开始取代人力。

经历了上百年的发展改进，现代蒸汽洗衣机较早期有了无与伦与的提高，但原理是相同的。

现代蒸汽洗衣机的功能包括蒸汽洗涤和蒸汽烘干，采用了智能水循环系统，可将高浓度洗涤液与高温蒸气同时对衣物进行双重喷淋，贯穿全部洗涤过程，实现了全球独创性的“蒸汽洗”全新洗涤方式。

。

与普通滚筒洗衣机在洗涤时需要加热整个滚筒的水不同，蒸汽洗涤是以深层清洁衣物为目的，当少量的水进入蒸汽发生盒并转化为蒸汽后，通过高温喷射分解衣物污渍。

蒸汽洗涤快速、彻底，只需要少量的水，同时可节约时间。

对于放在衣柜很长时间产生褶皱、异味的冬季衣物，能让其自然舒展，抚平褶皱。

“蒸汽烘干”的工作原理则是把恒定的蒸汽喷洒在衣物上，将衣物舒展开之后，再进行恒温冷凝式烘干。

通过这种方式，厚重衣物不仅干得更快，并且具有舒展和熨烫的效果。

蒸汽洗衣机之后，水力洗衣机、内燃机洗衣机也相继出现。

水力洗衣机包括洗衣筒、动力源和与船相连接的连接件，洗衣机上设有进、出水孔，洗衣机外壳上设有动力源，洗衣筒上设有衣物进口孔，其进口上设有密封盖，洗衣机通过连接件与船相连。

它无需任何电力，只需自然的河流水力就能洗涤衣物，解脱了船民在船上洗涤衣物的烦恼，节约时间，减轻家务劳动强度。

1910年，美国的费希尔在芝加哥试制成功世界上第一台电动洗衣机。

电动洗衣机的问世，标志着人类家务劳动自动化的开端。

1922年，美国玛塔依格公司改造了洗衣机的洗涤结构，把拖动式改为搅拌式，使洗衣机的结构固定下来，这也就是第一台搅拌式洗衣机的诞生。

这种洗衣机是在筒中心装上一个立轴，在立轴下端装有搅拌翼，电动机带动立轴，进行周期性的正反摆动，使衣物和水流不断翻滚，相互摩擦，以此涤荡污垢。

搅拌式洗衣机结构科学合理，受到人们的普遍欢迎。

1932年，美国本德克斯航空公司宣布，他们研制成功第一台前装式滚筒洗衣机，洗涤、漂洗、脱水在同一个滚筒内完成。

这意味着电动洗衣机的型式跃上一个新台阶，朝自动化又前进了一大步！

第一台自动洗衣机于1937年问世。

这是一种"

前置"

式自动洗衣机。

靠一根水平的轴带动的缸可容纳4000克衣服。

衣服

在注满水的缸内不停地上下翻滚，使之去污除垢。

到了40年代便出现了现代的"

上置"

随着工业化的加速，世界各国也加快了洗衣机研制的步伐。

首先由英国研制并推出了一种喷流式洗衣机，它是靠筒体一侧的运转波轮产生的强烈涡流，使衣物和洗涤液一起在筒内不断翻滚，洗净衣物。

1955年，在引进英国喷流式洗衣机的基础之上，日本研制出独具风格、并流行至今的波轮式洗衣机。

至此，波轮式、滚筒式、搅拌式在洗衣机生产领域三分天下的局面初步形成，

60年代的日本出现了带干桶的双桶洗衣机，人们称之为“半自动型洗衣机”。

70年代，生产出波轮式套桶全自动洗衣机。

70年代后期，以电脑（实际上微处理器）控制的全自动洗衣机在日本问世，开创了洗衣机发展史的新阶段。

80年代，“模糊控制”的应用使得洗衣机操作更简便，功能更完备，洗衣程序更随人意，外观造型更为时尚……

90年代，由于电机调速技术的提高，洗衣机实现了宽范围的转速变换与调节，诞生了许多新水流洗衣机。

此后，随着电机驱动技术的发展与提高，日本生产出了电机直接驱动式洗衣机，省去了齿轮传动和变速机构，引发了洗衣机驱动方式的巨大革命。

之后，随着科技的进一步发展，滚筒洗衣机已经成了大家耳濡目染的产品。

伴随着科技的进一步发展，相信新型更适合人们使用的洗衣机会给我们的生活带来新的方式。

1.2.2洗衣机的分类

1、按洗衣机洗涤方式分

A波轮式 

B搅拌式 

C滚筒式　D喷流式 

E振动式 

F超声波式

2、按操作方式分

A普通型 

B半自动型 

C全自动型

3、按其它方式可分

A按排水方式可分：

上排水式.下排水式

B按水流方式可分：

涡卷式水流.新水流及新水流加气泡爆炸式

C按箱体结构可分：

喷涂钢板.喷涂铝合金板.塑料及上部喷涂钢板下部朔料

4、结构形式可分：

单桶型、双桶型。

1．3国内洗衣机的发展方向（多功能节电节水）

洗衣机是国内家电业惟一不打价格战的行业，经过几年的平稳发展，国产洗衣机无论在质量上还是功能上都和世界领先水平同步。

纵观省会的洗衣机市场，高效节能、省水、省电、环保型洗衣机一直在市场上占主导地位。

市场需要啥样的洗衣机

洗衣机无论在质量、技术、功能还是在外观上面，谁能接近于为人们的生活服务这一主题，谁就能得到长足的进步和发展。

今后一段时间，以下几种洗衣机将是市场和消费者的最爱。

高度自动化 

从最初的单桶洗衣机到双桶、套桶洗衣机、全自动洗衣机，再到智能全模糊控制洗衣机。

总之，每一次技术的进步都极大地推动了洗衣机自动化程度的提高。

品种多样化 

波轮式、滚筒式和仿生搓洗式洗衣机满足了不同偏好的消费者的需求。

节能和健康化 

现在的消费者在节能方面对家电提出了更高的要求，对于健康型洗衣机更是人们趋之若鹜的首选。

大容量和微型化 

大容量洗衣机满足了人们洗大件衣物的需求。

同时，微型化洗衣机也备受青睐，如市场上出现的1．5公斤、2．5公斤不等的海尔小小神童洗衣机，可以满足少量衣物即时洗的需要。

洗衣机大品牌当霸主

近年来，根据对全自动洗衣机销售的品牌监测情况看，两大主导品牌占据主要市场地位。

牢牢地占据一定的市场份额。

两大品牌高居前10位品牌之先，市场综合占有率分别为27．44％和23．57％。

国外品牌的实力不可忽视。

虽然目前国外品牌市场综合占有率还不很高，

但在前10位品牌中已占据了5位，一些国外品牌根据中国市场的情况改变了价格策略，在定价上充分参考了国产品牌的价格，有些甚至比国产品牌还要低，而在功能上又比较先进，因此吸引了一部分消费者的目光。

我国家用电动洗衣机产品的发展已进入成熟期，全国家用电动洗衣机年产量超过10万台的企业超过100家。

就品种而言，波轮式、搅拌式、滚筒式洗衣机满足了不同消费者的需求。

在今后一个时期内，家用电动洗衣机的产品性能质量将是企业竞争的焦点，开发新型的产品是竞争获胜的主要手段。

今后，家用电动洗衣机将朝着多功能、节电、节水方向发展。

多功能主要表现在以下几个方面：

1．去污能力的多样化。

如去除蛋白质、皮脂、血渍、奶渍、咖啡、果汁的能力。

2．洗涤容量的多样化。

洗涤容量可以从0．5kg到13kg。

3．控制方式的多样化。

如机械定时器、电动程控器、电子程控器、模糊电脑控制。

4．外观造型多样化。

为适应不同消费层次的需求，洗衣机的外观形状及颜色将是各种各样的。

节电、节水是今后我国家用电动洗衣机发展的主流。

目前，我国正在修订的国标GB4288已将用电量、用水量指标列入了其考核的主要指标。

另外，为了引导消费和指导洗衣机制造企业的设计和制造，新国标GB4288将洗净比、用电量、用水量、噪声、含水率、寿命这6个主要性能指标进行分等级考核，即以上6个指标分别分为A、B、C、D4个级别。

消费者可根据自己的需要选择不同级别的产品。

1.4洗衣机的基本工作原理

自动洗衣机是以电脑控制器上的单片机为主体，配以各种控制电路，构成全自动洗衣机的程序控制系统。

程序控制系统接受来自操作面板的动作指令，直流电源电路将输入的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压（如+5V），送给单片机，单片机ROM内已掩膜固化了全自动洗衣机操作程序，单片机根据输入指令和检测信号，调出内部响应的操作程序，通过电路运算处理后，输出各种电路控制信号，全自动洗衣机开始工作前，进水系统接到程序控制器发出的指令打开进水阀，水位传感器对水位进行控制，从而保证洗衣机工作时的用水量，当洗衣机进水达到所设定的水位时，水位开关闭合，并将闭合信号传输给单片机这时单片机经过判断，一方面不再向进水电路输入触发信号，电路开关截止，进水阀关闭而停止进水；

另一方面，单片机又通过另外的输出端将触发信号交替输入程序控制器内的电动机电路开关，使开关处于交替导通状态，使电机在电容器和电感线圈配合下，实现正转和反转，电机又通过机械传动，使波轮正转和反转，以完成洗涤和漂洗过程，洗涤和漂洗程序结束后，均应进行排水，这时，单片机通过输出口将触发信号输入排水阀电路开关，使开关转换为导通状态。

这知，220V交流电经过程序控制器内的整流器转换为直流电，直流电经过回路，使排水阀们开启，洗衣机完成排水，结束后，单片机通过输出口将触发信号输入程序控制器内的电机电路开关，使开关转换为导通状态，电流经过回路，使电机正向旋转。

电机又通过机械转动使脱水桶在规定脱水时间内正向高速旋转，甩干衣物内的水分，全自动洗衣机的整个洗衣程序结束。

第二章总体设计方案

2.1方案论证与比较

2.1.1控制系统的选择

方案一：

采用PLC可编程控制器控制，PLC可靠性高，抗干扰能力强；

配套齐全，功能完善，适用性强；

应用领域范围大。

但其内部的CPU除了速度快之外，其他功能还不如普通的单片机，且系统较为庞大，对单项工程控制的使用，购买成本较高。

方案二：

选用AT89S52单片机，它体积小、质量轻、使用不同的接口电路及编制不同的应用程序就可完成不同的功能；

电路设计简单，使用方便，为学习、应用和开发提供了便利条件，且市场价格比较便宜、对于本洗衣机控制系统完全能满足要求。

AT89系列单片机的基本特征：

（1）、内部含Flash存储器，存储器容量可达20K

（2）、程序易修改，信息可有效保存

（3）、与89C51插座兼容

（4）、静态时钟模式，低功耗

（5）、错误编程亦无废品产生

（6）、程序烧录方便、可进行反复系统实验

（7）、32个可编程I/O口线

（8）、2个可编程定时/计数器

（9）、5个中断源，2个优先级

（10）、单一+5V电源供电

（11）、一个全双工串行通信口

经深入比较，我们选用方案二

2.1.2水位检测

选用浮球自动控制水位，水位实际高度由浮子带动的电位计测出，但这样一来，只能单个测出某一高度水位，不能灵活切换三个水位状态（高、中、低），且需要不同的至少三个电机来驱动进水控制电路。

一般洗衣机的水位的检测都是水位传感器受到细长的软管水位压力来工作的。

水位压力的大小是根据洗衣桶水的多少在细长的软管产生的压强而定的。

所以这里我们选用方案二。

2.1.3电动机驱动电路

使用电机驱动芯片LMD18200，峰值输出电流高达6A，连续输出电流达3A，完全可驱动12V直流电机。

但其双极性驱动方式存在着电流波动大，且市场价格昂贵。

使用电容运转分相起动式，由220V交流电驱动，可实现正、反转控制。

系由辅助起动绕组来辅助启动，其起动转矩不大。

运转速率大致保持定值。

主要应用于电风扇,空调风扇电动机，洗衣机等电机。

，因此我们选用方案二。

2.1.4显示模块

用LED数码显示器，作数据显示，过于简单，虽用空间小，但不适合本设计系统中显示水位数字模式和洗衣重复次数等要求。

使用PS7219，它是一种新型的,多位LED显示驱动模块.采用简单的三线SPI接口,内部自带时钟电路,无需任何外围元件,显示功能多样化等特点.每片PS7219最多可同时驱动8位8段共阴级LED.当使用多于8位LED时,只需将N片级联,便可轻松实现N×

8位LED显示，我们选择方案二。

2.1.5进水与出水电路

采用市场上的220V交流电磁阀进行进水与排水，进排水速度快，考虑到本洗衣水容器体积较大，且需要单片机控制。

利用12V的直流抽水泵进行进水与排水，由单片机调用程序控制继电器，从而控制抽水电动机的工作，效果较佳。

鉴于实际情况，我们选用方案一较为妥当。

2.2控制系统的功能

本系统采用AT89S52单片机作为主控芯片，对单片机进行编程，由程序执行相关过程的控制操作，四个I/O口充分指派给水位检测控制、电机正反转控制、进水与排水控制、数码显示等模块电路，各电路部分相互区分又构成统一整体，外加水容器、器件等形成最终的双桶洗衣机控制模型。

洗衣机控制器可设定高、中、低水位和洗衣过程，控制电动机的正反转，自动进水和排水。

具体功能如下：

（1）强、弱洗涤功能。

要求强洗时正、反转驱动时间各为4秒，间歇时间为1秒；

弱洗时正、反转驱动时间各为3秒，间歇时间为2秒。

（2）四种洗衣工作程序，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，如此循环三次，每循环一次洗涤或漂洗环节时间比上一循环同一环节减少2分钟。

具体是：

第一循环为洗涤，时间为6分钟，第二、第三次循环为漂洗，时间分别为4分和2分。

排水时间采用动态时间法确定，脱水时间为2分钟。

经济程序与标准程序一样，只是循环次数为2次。

单独程序是进水→洗涤（6分钟）→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震动功能。

洗衣机脱水期间，若打开开机盖时，洗衣机就会自动停止脱水操作。

（5）引起脱水桶重心偏移而不平衡，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。

（6）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5秒，间歇2秒，间歇期间靠惯性力使脱水桶保持高速旋转。

（7）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，待启动键按下后洗衣机又能按原来所选择的工作方式继续工作。

（8）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。

2.3洗衣机的控制过程：

接通电源后，数字显示“0”，电动机进入准备运行状态。

根据单片机程序设定高、中、低水位和洗衣重复次数（进水、排水次数），可在1～5次内任意预置。

设定电动机的循环次数（四个节拍表示一个循环），可在1～9次循环周期内任意预置。

按下起动开关，按设定水位自动进水，到达设定水位后停止进水。

紧接着电动机开始循环运行，每次循环由四个节拍组成：

①电动机正转，持续8秒；

②电动机停转，持续2秒；

③电动机反转，持续8秒；

④电动机停转，持续3秒。

每个循环周期为20秒。

数字显示电动机已经循环的次数。

到达预定循环次数后，电动机停转。

洗衣过程完成后，打开排水阀，自动排水和脱水。

脱水时电动机正转10秒，停转2秒又正转10秒。

然后重新进水和控制电动机循环运行，数字显示进排水已经重复的次数。

到达洗衣重复次数后，发出5次蜂鸣声，洗衣过程结束。

数码管显示出最终的循环洗衣次数。

主控系统图：

图2-1

第三章硬件设计

根据洗衣机的基本功能要求，硬件电路设计需要整体考虑：

洗衣机进水、排水问题；

水位显示、水位控制；

电动机状态切换、可能抖动的问题；

工作过程中的启动、暂停、复位及结束等问题。

采用51系列单片机作为控制核心，主要包括电源部分、水位检测及模式、电机控制电路、洗衣机洗衣状态、数码显示。

主要组成部件有：

51单片机、7407缓冲器、MOC3061、继电器、指示灯、数码管显示器PS7219、74HC000逻辑控制器、电动机、电磁阀、电动抽水机、蜂鸣器以及按键，还有自制洗衣机构架、滚筒及连接线路等。

设计硬件图

图3-1

3.1电源电路部分

系统电源电气原理图如图3-2，市电220V经过变压器T变压为12V交流电压，通过4只二极管IN4004全桥整流后，再经过电容C滤波后得到直流电压，经过三端稳压器，稳压后得到稳定的+5V电压给各器件供电。

3.2数字控制电路

图见附录

3.2.1AT89S52单片机主控模块

AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。

使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。

片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。

在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。

AT89S52具有以下标准功能：

8k字节Flash，256字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。

另外，AT89S52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。

空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。

掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。

8位微控制器8K字节在系统可编程FlashAT89S52

　　P0口：

P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。

作为输出口，每位能驱动8个TTL逻辑电平。

对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。

　当访问外部程序和数据存储器时，P0口也被作为低8位地址/数据复用。

在这种模式下，P0具有内部上拉电阻。

　　在flash编程时，P0口也用来接收指令字节；

在程序校验时，输出指令字节。

程序校验时，需要外部上拉电阻。

　　P1口：

P1口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，p1输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。

对P1端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。

作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。

　　此外，P1.0和P1.2分别作定时器/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和时器/计数器2的触发输入（P1.1/T2EX），具体如下表所示。

　　在flash编程和校验时，P1口接收低8位地址字节。

　　引脚号第二功能：

　　P1.0T2（定时器/计数器T2的外部计数输入），时钟输出

　　P1.1T2EX（定时器/计数器T2的捕捉/重载触发信号和方向控制）

　　P1.5MOSI（在系统编程用）

　　P1.6MISO（在系统编程用）

　　P1.7SCK（在系统编程用）

　　P2口：

P2口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。

对P2端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入

口使用。

　　在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器（例如执行MOVX@DPTR）

时，P2口送出高八位地址。

在这种应用中，P2口使用很强的内部上拉发送1。

在使用

8位地址（如MOVX@RI）访问外部数据存储器时，P2口输出P2锁存器的内容。

在flash编程和校验时，P2口也接收高8位地址字节和一些控制信号。

　　P3口：

P3口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，p2输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。

对P3端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入

P3口亦作为AT89S52特殊功能（第二功能）使用，如下表所示。

在flash编程和校验时，P3口也接收一些控制信号。

　　端口引脚第二功能

　　P3.0RXD（串行输入口）