洗衣机控制器崔贺 改好的3Word格式.docx
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副教授
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指导教师
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2011.10.25
至
2011.11.2
确定指导老师和毕业设计题目
完成
马宁丽
2011.11.3
2011.11.10
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2011.11.11
2011.11.14
确定方案、电路图
2011.11.15
2011.11.25
编写程序
2011.11.28
对电路进行测试
2011.11.29
2011.12.15
写论文准备PPT答辩
教师对进度计划实施情况总评
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年月日
本表作评定学生平时成绩的依据之一。
目录
1引言8
2全自动洗衣机电路设计10
2.1方案的选择10
2.1.1全自动洗衣机的控制功能要求10
2.1.2实现方法：
11
2.1.3整机组成框图12
2.2硬件电路设计12
2.2.1全自动洗衣机的逻辑控制总电路12
2.2.2AT89C51单片机13
2.2.3数码管显示电路16
2.2.4电机控制电路18
2.2.5进水阀控制电路19
2.2.6排水阀控制电路20
2.2.7按键及报警电路21
2.2.8洗衣机的暂停功能采用中断处理方式电路22
2.3软件设计23
3Proteus仿真25
4结束语31
谢辞32
参考文献：
33
文献39
洗衣机控制器
【摘要】
本论文主要阐述了全自动洗衣机的控制电路的设计，以AT89C51为核心元件，设计出了洗衣机的控制电路，特别是进行洗衣程序的控制设计。
从这一角度出发，对洗衣机的功能进行分析，设计的全自动洗衣机的主要功能有一下七项：
具有强、弱洗涤功能；
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；
进、排水系统故障自动诊断功能；
脱水期间安全保护功能；
间歇驱动方式；
暂停功能；
声音显示功能。
最后对设计的电路进行了仿真，仿真的结果证明了该电路的可行性、合理性，并且给出了图。
关键词：
AT89C51；
全自动洗衣机；
控制电路；
Proteus仿真
Abstract:
Thispapermainlydiscussestheautomaticwashingmachinecontrolcircuitdesign,basedonAT89C51singlechipasthecorecomponents,designoutofthewashingmachinecontrolcircuit,especiallyinlaundryprogramcontroldesign.Fromthisperspective,thewashingmachinefunctiontocarryontheanalysis,thedesignofautomaticwashingmachinemainfunctionsaretheseven:
strong,weakwashingfunction;
Fourkindsoflaundryworkingprocedures,namelystandardprocedure,economicprogram,separateproceduresanddrainageprogram;
Intothedrainagesystem,automaticfaultdiagnosisfunction;
Duringthedehydrationsafetyprotectionfunction;
Intermittentdrivingmode;
Stopfunction;
Voicedisplayfunction.Finally,thedesignofcircuitsimulation,simulationresultsshowthatthecircuitthefeasibilityandrationality,andgivesthediagram.
Keywords:
AT89C51;
Fullyautomaticwashingmachine;
Controlcircuit;
Proteussimulation
1引言
洗衣机市场经历了最初单杠洗衣机，随后又发展了双杠洗衣机，半自动洗衣机，全自动波轮式洗衣机，滚筒式洗衣机，模糊全自动洗衣机等等，技术发展越来越成熟和稳定，但是也是存在着各自的缺陷。
在国内，双缸洗衣机购买的人已经是越来越少了，滚筒洗衣机和波轮洗衣机将成为市场的主流，使用洗衣机就是图个方便省力，现在的全自动洗衣机都符合人们的要求。
全自动洗衣机的发明是洗衣机技术的一个重大革命，设计人员设计的洗衣程序使这款洗衣机更加智能化。
它不仅大大节省了人力，而且还进一步扩大了机洗衣物的范围。
羽绒服、羽绒被、面料结实的棉服等等都可省去手洗的麻烦和送到洗衣店干洗的费用。
使用全自动洗衣机洗衣时可以根据衣物的质地、体积，在微电脑控制板上选择水流的强弱、时间的长短以及水量的多少。
所以从问世至今，全自动洗衣机一直都受到消费者的偏爱。
但是，由于全自动洗衣机的缸体仍旧以波轮式为主，所以在衣物甩干后极易发生缠绕，像羊毛、丝绸类的衣物则不能用此种洗衣机洗涤。
此外，这类洗衣机对衣物的磨损程度也大于其他洗衣机。
在国外据说，欧美几乎100％的家庭使用的都是滚筒洗衣机。
与中国消费者偏爱的波轮式洗衣机相比，滚筒洗衣机洗衣范围广，能够洗涤羊毛、丝绸之类的高档衣物，洗好的衣物不缠绕，对衣物磨损小。
如春兰滚筒洗衣机衣物磨损率仅为普通波轮洗衣机的1／30；
滚筒洗衣机转速快，最高每分钟可达1000转，还可将水加热，衣物洗净度很高；
滚筒洗衣机同时利用特有的减震、平衡系统，将噪声降到了最低；
因为技术先进、做工精湛，滚筒洗衣机的使用寿命是波轮洗衣机的2倍。
滚筒洗衣机有两大优点：
其一是省水。
波轮洗衣机要在桶中注入大量的水来带动衣物；
而滚筒洗衣机是使衣物落下与水拍打，需要水量较小。
其次滚筒洗衣机对衣物的磨损度要低。
滚筒洗衣机洗衣时颇似南方人洗衣用棒槌敲打衣物，而波轮洗衣机是使衣物来回搅动，因此，滚筒洗衣机对衣物的磨损度更低。
此外，滚筒洗衣机还是环保先锋，这或许是它们在欧美大受欢迎的另一个重要原因。
滚筒洗衣机不仅能节省一半以上的水，还能大量节约洗涤剂，减少生活污水的排放[1]。
尖端洗涤技术的革新，一直是洗衣机行业发展的主导力量。
首先表现在洗涤方式发生巨大变化。
原先大多侧重于水流的改变、动力的加大。
现在，超音波、电解水、臭氧和蒸汽洗涤的运用，使洗衣机的去污能力从单纯依靠洗衣粉、洗涤剂的化学作用和强弱变化的水流机械作用，向更高层次的健康、环保洗涤方式转变，特别是电解水、超音波技术在洗衣机行业的运用几乎改变了洗衣机的历史——洗衣不用或少用洗衣粉、洗涤剂，减少化学品对皮肤的损害和对环境的污染。
电解水、臭氧、蒸汽的杀菌除味及消毒功能倍受青睐，引发了洗衣机消费健康潮。
另一变化就是高度自动化、智能化、人性化。
从半自动、全自动到现在流行的人工智能、模糊控制，只需按一下按钮一切搞定！
同时，用户可以按照自己的洗衣习惯，自主选择时间和方式，自编和记忆程序让用户真正做到随心所欲。
人性化还表现在使用的方便和舒适，如子母分洗洗衣机可以做到不同衣物分开洗；
斜桶和顶开滚筒可以做到取放衣物方便不需深弯腰；
蒸汽烘干功能使得晾晒更加方便，DD直驱电机在节能降噪方面效果更加突出，等等。
另外，大容量成为不变的消费趋势。
前几年，洗衣机容量多为4-5公斤，6公斤的大容量尚很少见。
现在，7公斤的容量已经很普遍，8公斤也正常。
现代人居空间不断扩大，对宽敞、舒适、方便要求更多，大能容小，大容量洗衣机一台可顶一套。
业内人士表示，尖端洗涤技术的革新，所表现出的洗衣方式更加注重健康和个性化，已在市场发展中倍受欢迎[2]。
本设计采用物美价廉的ATMTEI单片机AT89C2051为控制核心,为保证洗衣机及人身安全,设计了蜂鸣报警电路。
因本设计输入按键较少,所以采用直接输入方式,使电路简单化。
电源采用三端集成固定稳压器7805提供+5V电源。
功率驱动电路由可控硅实施对电动机,进水阀,排水阀的控制。
为方便读者更快地了解,熟悉本设计,作为基础知识,还介绍了与全自动洗衣机有关的一些常见的电子元器件的基本功能。
本设计只设计了全自动洗衣机的基本功能,其他的一些功能可在原有的基础上扩展升级,使全自动洗衣机能更加智能化,更加完善。
2全自动洗衣机电路设计
2.1方案的选择
2.1.1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。
对于一台套桶式单缸低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。
（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，只是循环次数为二次。
单独次序是进水→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。
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，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。
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。
（5）暂停功能。
不管洗衣机工作在什么状态，当按下暂停键时，洗衣机须停止工作，待驱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。
（6）声音显示功能。
洗衣机各种工作方式的选择和各种工作状态均有声提示或显示。
基于上述要实现软硬件结合，软件控制硬件电路，考虑到AT89C51的特点，完全有能力控制实现上述功能，所以以AT89C51作为核心器件，控制系统主要由电源电路、数字控制电路和机械控制电路三大模块组成，电源电路为数字控制电路提供稳定的+5V直流电压，为电动机提供220V市电；
数字控制电路负责控制洗衣机的工作过程，主要由AT89C51单片机、两位共阴数码管、按键、蜂鸣器、LED指示灯组成；
机械控制电路实现水位监测、电机驱动、进水、排水等功能，主要由水位检测器、电动机、传动系统部件、进水排水电磁阀组成。
2.1.3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2.1所示。
图2.1整机电路组成框图
2.2硬件电路设计
2.2.1全自动洗衣机的逻辑控制总电路
全自动洗衣机的逻辑控制总电路如图2.2所示。
它由单片机AT89C51为核心加上有关集成电路及元器件组成。
从图中看出，这个全自动洗衣机控制逻辑电路相当简单。
全自动洗衣机的工作部件有3个，这就是电机、进水阀和排水阀。
电机是洗衣机的动力源，它的转动带动洗衣桶和波轮的转动，从而时现对衣物的洗涤。
进水阀用于控制洗衣机的进水量。
排水阀用于控制排水。
电机在脱水时还高速旋转带动衣物脱水。
电机的状态有3种，即正转、反转及停止状态。
电机一般工作在这三种状态的不断转换之中，从而实现洗涤。
但在脱水时，只工作在正转高速状态。
进水阀和排水阀则只有开、关这两种状态。
从图2的控制电路中可以看出，控制要求可知，洗衣机有4种不同的显示来加以区别。
分别用了AT89C51的四个接口供4种不同显示的驱动，其逻辑关系是：
P1.0为LED1亮，指示标准程序；
P1.1为LED2亮，指示经济程序；
P1.2为LEDD3亮，指示单独程序；
P1.3为LED4亮，指示排水程序。
暂停功能采用中断处理方式。
这个中断对应于CPU的外部中断“0”。
中断信号直接通过K4加到CPUP3.2口线直到CPU响应中断为止。
本系统对开盖和不平衡中断采取相同的处理方法，因此，共用外部中断“1”。
为了充分利用CPU的I/O口线，P3.2口线集中了运行，暂停和解除警报功能。
在洗衣机未进入工作状态或洗衣机处于暂停状态期间，P3.2为输入线，用于检测启动键的状态，当启动键按下时，洗衣机即进入工作状态或从暂停状态恢复到原来的工作状态；
在洗衣机暂停中断响应期间，P3.2为输出线，用于撤消暂停中断请求。
在洗衣机进水或排水期间，P2.2被用作输入线，用于监测水位开关状态，为CPU提供洗衣机的水位信息；
在洗衣机高速脱水期间，当发生开盖和不平衡中断时,P2.3为输出线，用于撤消中断请求信号。
CPU的P2.1线用于驱动蜂鸣器发出各种报警信号。
K1为强制复位键。
洗衣机的强、弱洗可通过K3键进行循环选择。
K4还具有第二功能，当洗衣机发生故障转入报警程序后，按下K4键可使洗衣机退出报警状态回到处始待命状态。
洗衣机工作程序可通过K2键循环选择。
洗衣机的工作状态可通过LED2～LED5进行显示。
脱水期间系统在响应开盖终止后，脱水指示灯LED10就会亮，这时表面洗衣机进行脱水操作。
图2.2全自动洗衣机的逻辑控制总电路
2.2.2AT89C51单片机
各类单片的指令系统各不相同，功能各有所长，而市场占有率最高的是MCS-51系列，并且还在不断推出功能更强的新产品，因此基于学习与实际设计的需要本次设计我选用MCS-51系列单片机作为洗衣机控制器的主控芯片。
MCS-51系列单片机泛指以8051为内核的MCS-51。
主要产品有8051、8751、89C51、8031。
8051是ROM型单片机，内部有4KB掩膜编程的ROM程序存储器；
8751是EPROM型单片机，内部有4KB可编程的程序存储器；
而AT89C51是Flash型单片机，即把快擦等存储器应用于单片机中，可以对ROM中程序进行多次修改，使用方便；
8031是内部无ROM程序存储器的单片机，必须外接程序存储器，这样使用起来就很不方便。
基于上述的分析，本次设计选用AT89C51作为控制的核心。
AT89C51单片机是一种低功耗/低电压、高性能的8位单片机，它采用了CMOS和ATMEL公司的高密度非易失性存储器技术，而且其输出引脚和指令系统都与MCS-51兼容，是一种功能强、灵活必高而且价格合理的单片机，可方便应用于各种控制领域
图2.3AT89C51
AT89C51单片机主要包括以下几个功能：
（1）8位的CPU
（2）4KB可改编的片内程序存储器
（3）128B的片内数据存储器
（4）32条可编程的I/O口
（5）2个16位定时/计数器
（6）5个中断源
（7）21个专用寄存器
（8）1个全双工串行I/O，可实现多机通信
（9）三级程序存储器保密
（10）片内时钟振荡器
（11）具有两种省电方式：
空闲方式和掉电该方式
引脚定义及功能：
AT89C51有实际有效引脚40条，有3种封装形式，一种是DIP封装形式，另外两种从外形看均为方形封装，但引脚排列是有区别的，分别是称为PLCC封装和POFP/TOFP封装。
各引脚的功能描述如下[6]：
（1）主电源引脚
VCC、GND：
单片机电源输入引线。
VCC为+5V，VSS为接地线。
（2）外接晶体引脚XTAL1和XTAL2
XTAL1：
接外晶体的一个引脚。
在单片机内部，它是构成片内振荡器的反相放大器的输入端。
当采用外部振荡器时，该引脚接收振荡的信号，即把此信号直接接到内部时钟发生器的输入端。
XTAL2：
接外晶体的另一个引脚。
在单片机内部，它是上述振荡器的反相放大器的输出端。
当彩外部振荡器时，此引脚应悬浮不连接。
（3）控制引脚
①RET：
复位输入引脚.当振荡器运行时,该引脚上出现两个机器周期的高电平将使单片机复位.
②ALE：
地址锁存允许/编程线。
在访问片外存储器时，CPU在P0.7~P0.0引脚线上输出片外存储器低8位地址的同时还在ALE上输出一个高电平，用于把这个片外存储器低8位地址锁存到外部专用地址锁存器，以便空出P0.7~P0.0各引线去传送随后而来的片外存储器读写数据。
在不访问片外存储器时，CPU自动在ALE线上输出频率为fosc/6的脉冲序列。
需注意的是：
当访问外数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。
在程序存储器编程期间，用于输入编程。
③EA/VPP：
当保持高电平时，单片机访问内部程序存储器，但在PC超过片内最大程序存储器地址时，将自动转向执行外部程序存储器内的程序。
当保持低电平时，则只访问外部程序存储器。
如果保密位LBI被编程，复位时在内部会锁存EA状态。
④PSEN：
外部程序存储器通用信号引脚。
读程序存储器时每个机器周期两次有效，访问数据存储器时，无脉冲输出。
（4）输入/输出端口线
①P0是一个8位漏极开路型双向I/O口，在不访问外部存储器时，作通用I/O口使用，用于C传送CPU的输入/输出数据，当访问外部存储器时，此口作为地址/数据总线，分时复用，作为输出口用时，能吸收8个TTL电平输入的电流，对端口写1时，又可作为高阻抗输入端使用。
②P1口是一个内部带有上拉电阻的8位双向I/O口，P1口的输出缓冲器可驱动4个TTL输入。
对端口写1时，通过内部上拉电阻把端口拉到电位，这时可用作输入口。
③P2口是一个内部带有上拉电阻的8位准双向IO口，P2的输出缓冲器可驱动4个TTL输入。
对端口写1时，通过内部上拉电阻将端口拉到高电位，这时可用作输入口。
在访问外部程序存储器和16位地址的外部存储器时，P2送出高8位地址。
在访问8位地址的外部数据存储器时，P2口引脚上的内容在整个访问期间不改变。
④P3是一个内部带有上拉电阻的8位准双IO口，P3的输出缓冲器可驱动4个TTL输入。
对端口写1时，通过内部上拉电阻把端口拉到电位，这时可用作输入口，在89C51中，P3口还有一些专门功能，如表2.1所示。
表2.1P3口各位的第二功能
P3口引脚
第二功能
说明
P3.0
RXD
串行数据接收口
P3.4
T0
计数器0计数脉冲输入
P3.1
TXD
串行数据发送口
P3.5
T1
计数器1计数脉冲输入
P3.2
INTO
外部中断0输入
P3.6
WR
外部数据存储器写选通信号
P3.3
INT1
外部中断1输入
P3.7
RD
外部数据存储器读选通信号
2.2.3数码管显示电路
本电路包括两部：
一部分为LED显示，主要显示：
进水时间、排水时间、洗涤时间，另一倍分为各状态显示：
标准、快速、慢速、强洗、弱洗等工作状态。
图2.4数码管显示电路图
如图2.4LED显示由发光二极管组成。
由于本电路CPU管脚完全可以实现这么多发光二极管的显示，我们直接通过P1.0到P1.7和P2.0来实现，如图5所示。
本设计主要是显示分钟数、洗涤、进水、排水时间。
图2.5数码管指示电路
数码管指示电路如图2.5所示,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。
那么由于AT89C51单片机管脚齐全，完全有能力实现。
P1.2为LED3亮，指示单独程序；
图2.6发光二极管
发光二极管简称为LED，如图2.6所示。
由镓（Ga）与砷（AS）、磷（P）的化合物制成的二极管，当电子与空穴复合时能辐射出可见光，因而可以用来制成发光二极管，在电路及仪器中作为指示灯，或者组成文字或数字显示。
磷砷化镓二极管发红光，磷化镓二极管发绿光，碳化硅二极管发黄光。
它是半导体二极管的一种，可以把电能转化成光能。
发光二极管与普通二极管一样是由一个PN结组成，也具有单向导电性。
当给发光二极管加上正向电压后，从P区注入到N区的空穴和由N区注入到P区的电子，在PN结附近数微米内分别与N区的电子和P区的空穴复合，产生自发辐射的荧光。
不同的半导体材料中电子和空穴所处的能量状态不同。
当电子和空穴复合时释放出的能量多少不同，释放出的能量越多，则发出的光的波长越短。
常用的是发红光、绿光或黄光的二极管。
与小白炽灯泡和氖灯相比，发光二极管的特点是：
工作电压很低（有的仅一点几伏）；
工作电流很小（有的仅零点几毫安即可发光）；
抗冲击和抗震性能好，可靠性高，寿命长；
通过调制通过的电流强弱可以方便地调制发光的强弱。
由于有这些特点，发光二极管在一些光电控制设备中用作光源，在许多电子设备中用作信号显示器。
把它的管心做成条状，用7条条状的发光管组成7段式半导体数码管，每个数码管可显示0～9十个数字。
2.2.4电机控制电路
电机控控制电路如图2.7所示，由电路中可以看出：
AT89C51的P2.3和P2.4端口共2条I/O线通过2块NPN型三极管经过两个相同型号的固态继电器连接电机驱动芯片L298来控制电机。
图2.7电机控制电路
电机是接在+5v直流电源电压上的，通过电机驱动芯片L298来开通。
如图7所示，我们只要给电机驱动芯片通上+5V电压，电机就会转
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