基于单片机的洗衣机控制电路设计毕业设计论文Word格式.docx
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特别是洗衣机行业规范标准不健全，科研开发能力弱，市场培育能力差，安全问题和健康问题严重等制约了行业的进一步发展和品质的提高。
因此，中国洗衣机企业必须抓住新的发展形势，加大科技创新，注重节水节能，提高技术含量，加强售后服务水平打造有效推广策略，对洗衣机行业的国家标准进行统一规划，只有这样才能在新形势下立于不败之地。
如今，钢材、铜、铝、树脂原材料价格上涨和产品售价下滑的双重压力正使国内洗衣机市场面临挑战，技术竞争逐渐成为推动市场发展的重要力量。
高端滚筒洗衣机价格的大幅度下降是推动洗衣机市场增长的主要动力。
节水、节能等环保意识的提高，是消费者进行洗衣机更新换代的重要因素，成为重要的增长点。
1.2国内外研究现状和研究成果
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。
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。
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。
我国相关专家认为节水将成未来洗衣机重点发展方向，洗衣机产业目标主要涵盖节电节水、产品功能、绿色设计三大方向。
在中国家用电器协会编制的冰箱空调、洗衣机的技术路线图中，就节电节水方面，制定了到2015年，波轮式双桶洗衣机达到国家能效2级，波轮式全自动洗衣机达到国家能效1级，能效1级的滚筒式全自动洗衣机要达到欧盟A+等级耗电、耗水要求，滚筒式洗干一体机要达到GB/T23118国标A级耗电、耗水要求。
到2020年，滚筒洗衣机达到欧盟A+++等级耗电、耗水要求，波轮式全自动洗衣机达到国标A+等级耗电、耗水要求，滚筒式洗干一体机达到国标A+等级耗电、耗水要求。
在产品功能方面洗衣机的发展方向是大容量，低噪声、低振动。
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
第二章系统方案设计
2.1设计要求
基于单片机的洗衣机控制电路的设计要求是要能使洗衣机分别在不同的工作模式下完成一次洗衣的过程。
不同的工作模式工作过程也不一样，整个一次完整的洗衣过程大致可分为五个阶段分别是进水、排水、洗涤、漂洗、脱水。
每个阶段的工作时间都可以通过相应的程序来设置，本设计要求洗衣机处于进水工作状态时，工作时间持续4分钟，当进水达到一定的水位后，进水阀关闭，停止进水；
接着洗衣机进入洗涤工作状态并要求洗涤时间也要达到6分钟，洗涤工作完成时，洗衣机就要进行排水1分钟钟后水位降到一定的高度，要求排水阀关闭，进水阀打开，然后进行漂洗。
这里设置了长漂洗时间为4分钟，短漂洗时间为2分钟，漂洗工作完成后要求洗衣机进入脱水状态，脱水工作持续2分钟，一次洗衣过程完成。
洗衣机的工作模式这里分为四种分别是标准洗衣、经济洗衣、单独洗衣和排水洗衣，我们可以根据不同的情况选择不同的洗衣模式以达到节水节电省时的效果。
当洗衣机处于洗涤状态时也要求有两种洗涤方式分别是强洗和弱洗。
2.2总体方案设计
通过对设计要求的分析，总控制系统运用的是AT89C51单片机，利用该单片机设计的洗衣机控制电路系统主要有工作模式选择键、强弱洗涤选择键、水位开关、进排水阀、电机驱动电路和各种工作状态显示电路等组成。
第三章元件和洗衣机功能介绍
3.1AT89C51简介
AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器（FPEROM—FlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低电压、高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。
AT89C2051是一种带2K字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。
单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。
该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。
由于将多功能8位CPU和闪速存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。
AT89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。
封装及引脚排列如图3.1和图3.2所示：
图3.1AT89C51封装
图3.2AT89C51引脚排列
3.1.1主要特性
1.与MCS-51兼容
2.4K字节可编程FLASH存储器
3.全静态工作：
0Hz-24MHz
4.三级程序存储器锁定
5.128×
8位内部RAM
6.32可编程I/O线
7.2个16位定时器/计数器
8.5个中断源
9.可编程串行通道
10.低功耗的闲置和掉电模式
11.片内振荡器和时钟电路
3.1.2特性概述
AT89C51提供以下标准功能：
4k字节Flash闪速存储器，128字节内部RAM，32个I/O口线，两个16位定时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。
同时，AT89C51可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。
空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。
掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。
3.1.3引脚说明
VCC：
供电电压
P0口：
P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。
当P0口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。
P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的低八位。
在FIASH编程时，P0口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须接上拉电阻。
P1口：
P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。
P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。
在FLASH编程和校验时，P1口作为低八位地址接收。
P2口：
P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。
并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。
P3口：
P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。
当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。
作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。
P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下所示：
1.P3.0RXD（串行输入口）
2.P3.1TXD（串行输出口）
3.P3.2/INT0（外部中断0）
4.P3.3/INT1（外部中断1）
5.P3.4T0（计时器0外部输入）
6.P3.5T1（计时器1外部输入）
7.P3.6/WR（外部数据存储器写选通）
8.P3.7/RD（外部数据存储器读选通）
9.P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。
RST：
复位输入。
当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。
ALE/PROG：
当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的低位字节。
在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。
在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。
PSEN：
外部程序存储器的选通信号。
在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。
但在访问外部数据存储器时，这两次有效的PSEN信号将不出现。
EA/VPP：
当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。
XTAL1：
反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。
XTAL2：
来自反向振荡器的输出
3.2L298电机驱动芯片
L298是ST公司生产的一种高电压、大电流电机驱动芯片。
该芯片的主要特点是:
工作电压高，最高工作电压可达46V；
输出电流大，瞬间峰值电流可达3A，持续工作电流为2A；
内含两个H桥的高电压大电流全桥式驱动器，可以用来驱动直流电动机和步进电动机、继电器、线圈等感性负载；
采用标准TTL逻辑电平信号控制；
具有两个使能控制端，在不受输入信号影响的情况下允许或禁止器件工作；
有一个逻辑电源输入端，使内部逻辑电路部分在低电压下工作可以外接检测电阻，将变化量反馈给控制电路。
3.2.1L298引脚功能
L298芯片引脚图3.3所示，引脚功能见表3.1。
图3.3L298引脚图
表3.1L298引脚功能表
引脚
符号
功能
1
15
SENSINGA
SENSINGB
此两端与地连接电流检测电阻，并向驱动芯片反馈检测到的信号
2
3
OUT1
OUT2
此两脚是全桥式的两个输出端，用来连接负载
5
7
IN1
IN2
输入标准的TTL逻辑电平信号，用来控制全桥式驱动器A的开关
6
11
ENABLEA
ENABLEB
使能控制端，输入标准TTL逻辑电平信号；
低电平时全桥式驱动器禁止工作
4
Vs
电机驱动电源输入端
8
GND
接地端，芯片本身的散热片与8脚相通
9
Vss
逻辑控制部分的电源输入端口
10
12
IN3
IN4
输入标准的TTL逻辑电平信号，用来控制全桥式驱动器B的开关
13
14
OUT3
OUT4
此两脚是全桥式驱动器B的两个输出端，用来连接负载
3.3洗衣机控制电路系统的功能介绍
用AT89C51单片机控制自动洗衣机的运行，使其自动的完成进水、洗涤、漂洗、脱水等功能。
不同的洗衣程序洗涤、漂洗、脱水所用的时间不同，要求设计能够实现以下功能：
1、洗衣工作状态功能：
强、弱洗涤。
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1S。
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、单独洗衣、排水洗衣功能。
标准程序是进水-洗涤-排水-进水-较长时间漂洗-排水-进水-较短时间漂洗-排水-脱水-报警。
经济洗衣程序是进水-洗涤-排水-进水较长时间漂洗-排水-报警。
单独洗衣程序是进水-洗涤-报警。
排水洗衣程序是排水-脱水-报警。
3、特殊功能：
故障诊断、暂停、启动、盖开关保护、声光指示等。
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报程序发出警报信号，提醒操作者进行人工排除。
洗衣期间安全保护功能：
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。
暂停功能：
不管洗衣机工作在什么状态，当按下暂停键时，洗衣机需暂停工作，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。
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和显示。
第四章洗衣机控制系统的硬件设计
该洗衣机控制电路系统的硬件电路框图如图4.1所示，在该硬件系统中主要由核心单元电路、进/排水阀控制电路、电机控制电路、按键和开关电路、输出控制电路、特殊功能电路、电源电路等单元组成。
图4.1硬件电路框图
在设计过程中采用AT89C51作为控制核心。
其中P1.0到P2.0分别控制标准经济、单独、排水、强洗、弱洗、洗涤、漂洗、脱水的LED指示灯。
由于AT89C51每根I/O线的低电平驱动电流达到20mA，所有I/O线的总驱动电流达80mA,而这7个灯最多只有3个灯同时亮，每个灯只需3.5mA左右的电流，再算上其它I/O线的驱动电流，总电流也不会超过80mA,所以可这样直接驱动LED发亮；
P3.0接程序选择键，P3.1接强弱选择键，P3.2接暂停/启动/解除警报键，P3.6接水位开关，用于进/排水过程中的水位控制，为CPU提供洗衣机水位信息，P3.7接盖开关，这是安全保护措施，P2.1来控制蜂鸣器，P2.2引脚来控制进水阀和进水状态显示灯，P2.3引脚来控制排水阀和排水状态显示灯，单片机的复位引脚RST接洗衣机的强制复位键。
4.1单片机辅助电路设计
4.1.1复位电路的设计
单片机在启动时都需要复位，以使CPU及系统各部件处于确定的初始状态，并从初态开始工作。
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。
当系统处于正常工作状态时，且振荡器稳定后，如果RST引脚上有一个高电平并维持2个机器周期以上，则CPU就可以响应并将系统复位。
单片机系统的复位方式有：
手动按钮复位和上电复位。
上电复位是外部的复位电路在系统通上电源后直接是直接使单片机工作，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。
工作原理是：
单片机通电时，电容两端相当于短路，则RST上位高电平，然后电源通过对电容充电，RST两端电压慢慢下降，降到一定程度，即为低电平，单片机开始正常工作。
上电复位时间要在10ms以上，才能保证上电，一般可以取电容的大小为10uF,电阻为1KΩ。
电路图如图4.2所示：
图4.2复位电路
4.1.2振荡电路的设计
振荡电路对于单片机来说非常重要，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。
单片机工作时时一条一条地从ROM中取指令，然后一步一步地执行。
单片机内部有一个用于构成片内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片外石英晶体以及电容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、振荡的快速性和稳定性。
外接石英晶体时，C1和C2一般取30pf±
10pf，外接陶瓷振荡器时，C1和C2一般取40pf±
10pf。
本系统采用12MHz的晶振，电容取30pf。
振荡电路如图4.3所示：
图4.3振荡电路
4.2洗衣机功能电路设计
4.2.1按键和开关
图4.4按键和开关电路
1.强弱洗选择键K3：
洗衣机的强弱洗可以通过该键来循环选择，系统默认下为强洗状态。
2.程序选择键K2：
通过该键可以选择不同的洗衣程序，可以选择的洗衣程序有标准洗衣、经济洗衣、单独洗衣、排水洗衣。
系统默认下为标准洗衣。
3.暂停/启动/解除警报键K4：
在洗衣机未进入工作状态或处于暂停状态期间，该键用来启动洗衣机进入工作状态或恢复到原来的工作状态；
在进入工作状态后，按触该键则进入暂停状态；
报警期间，按该键停止报警，并回到初始的待命状态。
4.水位开关：
水满时开关闭合。
在进水期间，系统不断检测该开关，若在4分钟之内检测到该开关闭合，则停止进水。
否则认进水出故障，关闭进水阀，并警报提示；
在排水期间，系统不断检测该开关，若在1分钟内检测不到该开关断开，则认为排水出故障，关闭排水阀，并警报提示，否则按正常处理。
5.盖开关：
脱水期间若打开机盖则该开关闭合，引起中断，洗衣机就会自动停止脱水操作，合上盖后又继续脱水。
4.2.2进、排水阀电路
进/排水阀电路图如图4.5所示：
图4.5进、排水阀电路图
在控制系统中，分别用P2.2和P2.3两引脚控制进水阀和排水阀的开启和关闭。
当引脚被设置为高电平，电磁阀开启：
当引脚被设置为低电平，电磁阀关闭。
1.进水电磁阀
主要包括电磁线圈、铁芯、橡皮膜和弹簧等功能部件。
当P3.2引脚为低电平，进水电磁阀的线圈不通电，铁芯受弹簧力和自身的重力下压其顶端的橡胶膜压住橡皮膜的导流孔。
此时，自来水进入到橡皮膜的上方，膜片受到水压而把出水口堵住。
当P3.2引脚为高电平时，进水电磁阀的线圈通电，电磁力克服弹簧和铁芯的重力将铁芯向上提升，膜片中心的导流孔经出水口向洗地桶注水
2.排水电磁阀
主要包括电磁和排水阀两个部分
电磁铁的主要作用是控制进水阀的开启和关闭，在排水电磁铁吸合排水阀开启的同时，控制减速离合器制动臂动作来转换洗衣机的工作状态（即控制洗衣机在洗涤和脱水中的转速）
洗衣机排水时，置P3.3引脚为高电平，电磁铁线圈通电而吸合衔铁，通过阀杆拉开排水阀体，排水开始。
排水时间终了，置P3.3为低电平，电磁铁线圈断电而将衔铁释放，排水阀复位，排水结束。
4.2.3显示电路
显示电路图如图4.6所示：
图4.6显示电路
1.LED指示部分：
用10个LED指示各状态的运行。
LED1指示电源状态，LED2到LED5分别用来指示标准程序、经济程序、单独程序、排水程序四种洗衣工作程序，LED6用于指示强洗状态，LED7用于指示弱洗状态，LED8用于指示洗涤状态，LED9用于指示漂洗状态，LED10用于指示脱水状态。
2.蜂鸣器控制部分：
通过CPU的P2.1输出频率为1KHz的脉冲信号来控制喇叭。
当洗衣机出现故障或者当执行完洗衣机设定的程序后也会出现报警省声，提醒操作者执行人为操作。
蜂鸣器的设计如图所示，使用了一支PNP三极管S8850来驱动蜂鸣器，当单片机的P2.1为高电平时，三极管不导通；
当P2.1为低电平时，三极管导通，蜂鸣器获得了一个高电平信号，发出报警声音。
在不发音的时候，置P2.1为高电平，阻止三极管导通，如图4.7所示：
图4.7蜂鸣器电路
4.2.4电机控制
电机的选取：
交、直流两用电动机
现在比较常用的步进电机包括反应式步进电机、永磁式步进电机、混合式步进电机和单相式步进电机等。
其中反应式步进电机的转子磁路由软磁材料制成,定子上有多相励磁绕组,利用磁导的变化产生转矩。
现阶段,反应式步进电机获得最多的应用。
常用单相交流感应电动机种类
在家用电器设备中,常配有小型单相交流感应电动机。
交流感应电动机因应用类别的差异,一般可分为分相式电动机、电容启动式电动机、永久分相式电容电动机、罩极式电动机、永磁直流电动机及交直流电动机等类型。
一般的三相交流感应电动机在接通三相交流电后,电机定子绕组通过交变电流后产生旋转磁场并感应转子,从而使转子产生电动势,并相互作用而形成转矩使转子转动。
但单相交流感应电动机,只能产生极性和强度交替变化的磁场,不能产生旋转磁场,因此单相交流电动机必须另外设计使它产生旋转磁场,转子才能转动,所以常见单相交流电机有分相启动式、罩极式、电容启动式等种类。
1.分相启动式电动机
分相式电动机广泛应用于电冰箱、洗衣机、空调等家用电器中。
该电机有一个鼠笼式转子和主、副两个定子绕组。
两个绕组相差一个很大的相位角,使副绕组中的电流和磁通达到最大值的时间比主绕组早一些,因而能产生一个环绕定子旋转的磁通。
这个旋转磁通切割转子上的导体,使转子导体感应一个较大的电流,电流所产生的磁通与定子磁通相互作用,转子便产生启动转矩。
当电机一旦启动,转速上升至额定转速70%时,离心开关脱开副绕组即断电,电机即可正常运转。
2.罩极式电动机
罩极式单相交流电动机,它的结构简单,其电气性能略差于其他单相电机,但由于制作成本低,运行噪声较小,对电器设备干扰小,所以被广泛应用在电风扇、电吹风、吸尘器等小型家用电器中。
罩极式电动机只有主绕组,没有副绕级（启动绕组）,它在电机定子的两极处各设有一副短路环,也称为电极罩极圈。
当电动机通电后,主磁极部分的磁场产生的脉动磁场感应短路而产生二次电流,从而使磁极上被罩部分的磁场,比未罩住部分的磁场滞后些,因而磁极构成旋转磁场,电动机转子便旋转启动工作。
罩极式单相电动机还有一个特点,即可以很方便地转换成二极或四极转速,以适应不同转速电器配套使用。
3.电容式启动电动机
该类电动机可分为电容分相启动电机和永久分相电容电机。
这种电机结构简单,启动快速,转速稳定,被广泛应用在电风扇、排风扇、抽油烟机等家用电器中。
电容分相式电动机在定子绕组上设有主绕组和副绕组（启动绕组）,并在启动绕组中串联大容量启动电容器,使通电后主、副绕组的电相角成90°
从而能产生较大的启动转矩,使转子启动运转。
对于永久分相电容电动机来说,均与启动绕组串接。
由于永久分相电机其启动的转矩较小,因此很适于排风机、抽风机等要求启动力矩低的电器设备中应用。
电容式启动电动机,由于其运行绕组分正、反相绕制设定,所以只要切换运行绕组和启动绕组
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