课程设计洗衣机水位控制Word文档下载推荐.docx
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设计一个基于单片机的洗衣机控制系统，洗衣机的工作流程由进水、洗衣、排水和脱水四个过程组成，并且能达到“正常运行”和“强制停止”两种控制要求：
（1）按下启动按钮，开始进水直到水满（即水位达到高水位）时停止进水开始洗涤。
（2）洗涤时，正转30秒，停2秒；
然后反转30秒，停2秒，如此循环5次，总共320秒开始排水。
（3）水位下降到低水位时开始脱水并继续排水，脱水30秒。
（4）开始清洗，重复
（1）—（4），清洗三遍。
（5）清洗完成，报警3秒并自动停机。
（6）若按下排水按钮，可实现手动排水。
（7）若按下停止按钮，不管洗衣机工作在什么状态，洗衣机需停止工作。
工作量
2周时间，每天3学时，共计42学时
进度安排
第1-3天：
根据任务书的要求查阅相关资料。
阅读相关文献。
搞清楚本课题的设计内容，对本课题的设计有个初步的设想。
第4-5天：
完成本课题设计的基本设计方案，通过指导老师的审核。
第6-7天：
完成课题的硬件电路的设计,完成程序设计。
第8-9天：
进行调试。
第10-11天：
撰写课题设计报告书，并根据指导教师的意见进行修改。
第12天：
完成课程设计报告书。
第13天：
提交报告书。
第14天：
指导教师批阅课程设计报告书。
主要参考资料
1、韩志军，沈晋源，王振波.单片机应用系统设计[M]机械工业出版社，2005年
2、李全利.单片机原理与接口技术[M]高等教育出版社，2009年第二版
3、马淑兰.单片机技术及应用实例分析[M]西安电子科技大学出版社，2009年
指导教师签字
教研室主任签字
摘要
本文详细介绍了国内洗衣机控制系统的发展现状，发展中所面临的问题。
从产品质量、性能及应用方面看洗衣机机的差距；
整个行业看国产洗衣机机所存在的问题以及它的发展趋势。
同时也详尽的介绍了此次设计中最重要的组成部件单片机的概念、工作原理及设备总体结构，其中包括MCS-51的发展历程，选型依据。
设计了一种基于单片机MCS-51的洗衣机机，介绍了所选用的8051、8255等单片机。
关键词：
洗衣机；
单片机；
电动机
前言
利用电能产生机械作用来洗涤衣物的清洁电器。
按其额定洗涤容量分为家用和集体用两类。
中国规定洗涤容量在6kg以下的属于家用洗衣机：
家用洗衣机主要由箱体、洗涤脱水桶（有的洗涤和脱水桶分开）、传动和控制系统等组成，有的还装有加热装置。
洗衣机一般专指使用水作为主要的清洗液体，有别于使用特制清洁溶液，及通常专人负责的干洗。
要了解硬件上单片机内部功能部件，如A/D,D/A,PWM.WATCHDOG,LCD驱动器，串行口等，又要认识C语言在计算机仿真调试，产品更新以及软件升级中的重要作用。
但是要做实际的系统，单单从网站上的学习是不够的，所以我从书籍和期刊上查阅了大量的资料。
以下是关于洗衣机的一些文献资料。
第1章课题研究价值
第1.1节洗衣机的发展历程
从古到今，洗衣服都是一项难于逃避的家务劳动，而在洗衣机出现以前，对于许多人而言，它并不像田园诗描绘的那样充满乐趣，手搓、棒击、冲刷、甩打……这些不断重复的简单的体力劳动，留给人的感受常常是：
辛苦劳累。
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。
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，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。
第1.2节洗衣机的分类
当今主流洗衣机主要有三大类，分别是波轮式洗衣机，滚筒式洗衣机和搅拌式洗衣机。
三种洗衣机各有所长，下面我们详细介绍一下三种洗衣机的特点：
（1）波轮式洗衣机
洗衣特点：
微电脑控制洗衣及甩干功能、省时省力。
缺点：
耗电、耗水、衣物易缠绕、清洁性不佳，适合洗涤衣物：
除需要特别洗涤之外的所有衣物。
轮式洗衣机流行于日本、中国、东南亚等地。
（2）滚筒式洗衣机
微电脑控制所有功能衣物无缠绕。
最不会损耗衣物的方式。
耗时，时间是普通的几倍，而且一旦关上门，洗衣过程中无法打开，洁净力不强，适合洗涤衣物：
羊毛、羊绒以及丝绸、纯毛类织物。
流行于欧洲、南美等主要穿毛、绵为主的地区，几乎100％的家庭使用的都是滚筒洗衣机。
滚筒洗衣机优点：
全面的洗涤能力鹤立鸡群。
因为衣物在洗涤过程中不缠绕、洗涤均匀、磨损小，所以就连羊绒、羊毛、真丝衣物也能在机内洗涤，做到真正的全面洗涤性能。
可以利用加热激活洗衣粉中的活性酶，充分发挥出洗衣粉的去污效能。
由于用水量较小，可以在桶内形成高浓度洗衣液，在节水的情况下带来理想的洗衣效果。
这种发源于欧洲的洗衣机是模仿棒锤击打衣物原理设计，利用电动机的机械做功使滚筒旋转，衣物在滚筒中不断地被提升摔下，再提升再摔下，做重复运动，加上洗衣粉和水的共同作用使衣物洗涤干净。
滚筒洗衣机的发展最为成熟，多年来在结构上没有多少变化，基本是不锈钢内桶，机械程序控制器，经过磷化、电泳、喷涂三重保护的外壳，和两块笨重的水泥块用于平衡滚筒旋转时产生的巨大离心力，由于用料比波轮洗衣机好，所以寿命一般在15－20年，而以塑料件为主的波轮寿命一般只有8－10年左右。
（3）搅拌式洗衣机
衣物洁净力最强，省洗衣粉。
喜欢缠绕相比前两种方式损坏性加大，噪音最大，适合洗涤衣物，除需要特别洗涤之外的所有衣物，北美普遍使用。
第1.3节洗衣机的工作原理
普通型波轮洗衣机：
结构：
由洗衣桶、电动机、定时器、传动部件、箱体、箱盖及控制面板等组成。
工作原理：
依靠装在洗衣桶底部的波轮正、反旋转，带动衣物上、下、左、右不停地翻转，使衣物之间、衣物与桶壁之间，在水中进行柔和地磨擦，在洗涤剂的作用下实现去污清洗。
机械全自动洗衣机：
由电动程控器、水位开关、安全开关（盖开关）、排水选择开关、不排水停机开关、贮水开关、漂洗选择开关、洗涤选择开关等组成。
通过各种开关组成控制电路，来控制电动机、进水阀、排水电磁铁及蜂鸣器的电压输出，使洗衣机实现程序运转。
为使洗衣机长期运转正常好用，必需按时认真进行正确的润滑维护保养，需要润滑的地方主要是轴承和齿轮，轴承需由注油孔注入抗磨性和抗氧化安定性好的L-TSA22号防锈抗氧化润滑油，一般2-3年加油一次，如用一般机械油则需每年加油一次。
齿轮则应用粘附性好的2号极压锂基润滑脂，或油性好的，加质量分数为1%的二烷基二硫代磷酸锌，或质量分数为3%的MoS2，L-CKC100号中等极压抗磨齿轮油进行润滑。
甩干机的轴承和齿轮都应每年或半年加入抗氧化防锈抗磨性好的L-AN15和L-AN68号润滑油。
用密封滚动轴承的，则应由轴承厂封入使用寿命在1000h以上的，聚脲基稠化精制石油润滑油，并加防锈抗氧化剂的2号润滑脂。
中国家电研究院的洗衣机专家指出，洗衣机内部的环境非常潮湿，闲置几天之后，就会孳生大量霉菌。
使用时间越长，内部孳生霉菌的机会就越多。
一台洗衣机用久了之后，如不及时清洗，慢慢地就会出现水发浑，漂洗不干净。
久而久之，对下一次要洗的衣物就会造成污染。
人们如果长期使用有霉菌的洗衣机洗衣服，就有可能产生交叉感染，引发各种皮肤病。
第1.4节任务要求
第2章系统硬件设计
第2.1节MCS—51单片机主要应用特性
MCS-51单片机是美国Intel公司于1980年推出的产品,与MCS-48单片机相比，它的结构更先进，功能更强，在原来的基础上增加了更多的电路单元和指令,指令数达111条，MCS-51单片机可以算是相当成功的产品，一直到现在，MCS-51系列或其兼容的单片机仍是应用的主流产品，各高校及专业学校的培训教材仍用MCS-51单片机作为代表进行理论基础学习。
我们也以这一代表性的机型进行系统的设计。
MCS-51系列单片机主要包括8031、8051和8751等通用产品，其主要功能如下：
8位CPU；
4kbytes程序存储器（ROM）；
128bytes的数据存储器（RAM）；
32条I/O口线；
111条指令，大部分为单字节指令；
21个专用寄存器；
2个可编程定时/计数器；
5个中断源，2个优先级；
一个全双工串行通信口；
外部数据存储器寻址空间为64kB；
外部程序存储器寻址空间为64kB；
逻辑操作位寻址功能；
双列直插40PinDIP封装；
单一+5V电源供电。
MCS-51以其典型的结构和完善的总线专用寄存器的集中管理，众多的逻辑位操作功能及面向控制的丰富的指令系统，堪称为一代“名机”，为以后的其它单片机的发展奠定了基础。
正因为其优越的性能和完善的结构，导致后来的许多厂商多沿用或参考了其体系结构，有许多世界大的电气商丰富和发展了MCS-51单片机，像PHILIPS、Dallas、ATMEL等著名的半导体公司都推出了兼容MCS-51的单片机产品，就连我国的台湾WINBOND公司也发展了兼容MCS-51的单片机品种。
近年来MCS-51获得了飞速的发展，MCS-51的发源公司Intel由于忙于开发PC及高端微处理器而无精力继续发展自己的单片机，而由其它厂商将其发展，最典型的是PHILIPS和ATMEL公司，PHILIPS公司主要是改善其性能，在原来的基础上发展了高速I/O口，A/D转换器，PWM（脉宽调制）、WDT等增强功能，并在低电压、微功耗、扩展串行总线（I2C）和控制网络总线（CAN）等功能加以完善。
ATMEL公司推出的AT89Cxx系列兼容MCS-51的单片机，完美地将Flash（非易失闪存技术）EPROM与80C51内核结合起来，仍采用MCS-51的总体结构和指令系统，Flash的可反擦写程序存储器能有效地降低开发费用，并能使单片机作多次重复使用。
8051是MCS-51系列单片机中的代表产品，它内部集成了功能强大的中央处理器，包含了硬件乘除法器、21个专用控制寄存器、4kB的程序存储器、128字节的数据存储器、4组8位的并行口、两个16位的可编程定时/计数器、一个全双工的串行口以及布尔处理器。
MCS-51采用模块式结构，MCS-51系列中各种加强型单片机都是以8051为核心加上一定的新的功能部件后组成的，从而使它们完全兼容。
表2.1为MCS-51系列单片机常用产品特性。
表2.1MCS-51系列单片机常用产品特性
型号
片内存储器
I/O线
定时器/计数器
片外寻址空间（KB）
程序
数据
8051
4KROM
128
32
2个16位
64
8751
4KEPROM
8031
无
80C51
87C51
80C31
8052
256
3个16位
8752
8032
MCS-51具有比较大的寻址空间，地址线宽达16条，即外部数据存储器和程序存储器的寻址范围达216=64kB，这作为单片机控制来说已是比较大的，这同时具备对I/O口的访问能力。
此外，MCS-51采用模块化结构，可方便地增删一个模块就可使引脚和指令兼容的新产品，从而容易使产品形成系列化。
由于MCS-51集成了几乎完善的8位中央处理单元，处理功能强，中央处理单元中集成了方便灵活的专用寄存器，硬件的加、减、乘、除法器和布尔处理机及各种逻辑运算和转移指令，这给应用提供了极大的便利。
MCS-51的指令系统近乎完善，指令系统中包含了全面的数据传送指令、完善的算术和逻辑运算指令、方便的逻辑操作和控制指令、对于编程来说，是相当灵活和方便的。
MCS-51单片机的工作频率为2-12MHz，当振荡频率为12MHz时，一个机器周期为1us,这个速度应该说是比较快的。
MCS-51把微型计算机的主要部件都集成在一块芯片上，使得数据传送距离大大缩短，可靠性更高，运行速度更块。
由于属于芯片化的微型计算机，各功能部件在芯片中的布局和结构达最优化，抗干扰能力加强，工作亦相对稳定。
因此，在工业测控系统中，使用单片机是最理想的选择。
单片机属于典型的嵌入式系统，所以它是低端控制系统最佳器件。
鉴于MCS-51的以上特点，本文的设计就是基于MCS-51的8051型号单片机来设计的洗衣机控制系统。
第2.2节洗衣机控制系统面板设计及控制原理图
2.2.1面板设计
洗衣机控制控制系统面板如图2.1所示。
图2.1控制面板
在图2.1中控制面板中设置了一个电源开关，启动按纽，洗涤控制等按纽。
2.2.2系统控制原理图
图2.2洗衣机控制系统控制原理图
在本系统设计的洗衣机控制系统中，采用8051单片机设计一个最小系统，为了增加单片机的驱动能力，系统中扩展一组上位排阻电路和一组数码管位驱动电路,其原理图如图2.2所示。
第2.3节微型处理器
2.3.18051性能特点
8051引脚功能：
MCS-51是标准的40引脚双列直插式集成电路芯片，引脚分布请参照----单片机引脚图：
（1）P0.0~P0.7P0口8位双向口线（在引脚的39~32号端子）。
（2）P1.0~P1.7P1口8位双向口线（在引脚的1~8号端子）。
（3）P2.0~P2.7P2口8位双向口线（在引脚的21~28号端子）。
（4）P3.0~P3.7P3口8位双向口线（在引脚的10~17号端子）。
图2.3单片机8051管脚图
2.3.28051主要性能晶体管的动态扫描
P0口有三个功能：
1、外部扩展存储器时，当做数据总线（如图1中的D0~D7为数据总线接口）
2、外部扩展存储器时，当作地址总线（如图1中的A0~A7为地址总线接口）
3、不扩展时，可做一般的I/O使用，但内部无上拉电阻，作为输入或输出时应在外部接上拉电阻。
P1口只做I/O口使用：
其内部有上拉电阻。
P2口有两个功能：
1、扩展外部存储器时，当作地址总线使用
2、做一般I/O口使用，其内部有上拉电阻；
P3口有两个功能：
除了作为I/O使用外（其内部有上拉电阻），还有一些特殊功能，由特殊寄存器来设置，具体功能请参考我们后面的引脚说明。
有内部EPROM的单片机芯片（例如8751），为写入程序需提供专门的编程脉冲和编程电源，这些信号也是由信号引脚的形式提供的，
即：
编程脉冲：
30脚（ALE/PROG）
编程电压（25V）：
31脚（EA/Vpp）
接触过工业设备的兄弟可能会看到有些印刷线路板上会有一个电池，这个电池是干什么用的呢？
这就是单片机的备用电源，当外接电源下降到下限值时，备用电源就会经第二功能的方式由第9脚（即RST/VPD）引入，以保护内部RAM中的信息不会丢失。
在介绍这四个I/O口时提到了一个“上拉电阻”那么上拉电阻又是一个什么东东呢？
他起什么作用呢？
都说了是电阻那当然就是一个电阻啦，当作为输入时，上拉电阻将其电位拉高，若输入为低电平则可提供电流源；
所以如果P0口如果作为输入时，处在高阻抗状态，只有外接一个上拉电阻才能有效。
ALE/PROG地址锁存控制信号：
在系统扩展时，ALE用于控制把P0口的输出低8位地址送锁存器锁存起来，以实现低位地址和数据的隔离。
（在后面关于扩展的课程中我们就会看到8051扩展EEPROM电路，在图中ALE与74LS373锁存器的G相连接，当CPU对外部进行存取时，用以锁住地址的低位地址，即P0口输出。
ALE有可能是高电平也有可能是低电平，当ALE是高电平时，允许地址锁存信号，当访问外部存储器时，ALE信号负跳变（即由正变负）将P0口上低8位地址信号送入锁存器。
当ALE是低电平时，P0口上的内容和锁存器输出一致。
关于锁存器的内容，我们稍后也会介绍。
在没有访问外部存储器期间，ALE以1/6振荡周期频率输出（即6分频），当访问外部存储器以1/12振荡周期输出（12分频）。
从这里我们可以看到，当系统没有进行扩展时ALE会以1/6振荡周期的固定频率输出，因此可以做为外部时钟，或者外部定时脉冲使用。
PORG为编程脉冲的输入端：
在第五课单片机的内部结构及其组成中，我们已知道，在8051单片机内部有一个4KB或8KB的程序存储器（ROM），ROM的作用就是用来存放用户需要执行的程序的，那么我们是怎样把编写好的程序存入进这个ROM中的呢？
实际上是通过编程脉冲输入才能写进去的，这个脉冲的输入端口就是PROG。
PSEN外部程序存储器读选通信号：
在读外部ROM时PSEN低电平有效，以实现外部ROM单元的读操作。
（1）内部ROM读取时，PSEN不动作；
（2）外部ROM读取时，在每个机器周期会动作两次；
（3）外部RAM读取时，两个PSEN脉冲被跳过不会输出；
（4）外接ROM时，与ROM的OE脚相接。
EA/VPP访问和序存储器控制信号
1、接高电平时：
CPU读取内部程序存储器（ROM）扩展外部ROM：
当读取内部程序存储器超过0FFFH（8051）1FFFH（8052）时自动读取外部ROM。
2、接低电平时：
CPU读取外部程序存储器（ROM）。
在前面的学习中我们已知道，8031单片机内部是没有ROM的，那么在应用8031单片机时，这个脚是一直接低电平的。
3、8751烧写内部EPROM时，利用此脚输入21V的烧写电压。
RST复位信号：
当输入的信号连续2个机器周期以上高电平时即为有效，用以完成单片机的复位初始化操作，当复位后程序计数器PC=0000H，即复位后将从程序存储器的0000H单元读取第一条指令码。
XTAL1和XTAL2外接晶振引脚。
当使用芯片内部时钟时，此二引脚用于外接石英晶体和微调电容；
当使用外部时钟时，用于接外部时钟脉冲信号。
VCC：
电源+5V输入；
VSS：
GND接地。
AVR和PIC都是跟8051结构不同的8位单片机，因为结构不同，所以汇编指令也有所不同，
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