基于单片机的自动洗衣机控制器设计.docx
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基于单片机的自动洗衣机控制器设计
基于单片机的自动洗衣机控制器设计
摘要：
全自动洗衣机的出现，使人们的洗衣工作变得省时省力，正因为如此它才迅速的走进了千家万户。
本文详细研究了一个自动洗衣机控制器电路结构，以及控制原理。
通过按键来设定洗衣机的运行时间，采用ULN2003芯片和超声波测距模块实现单片机对步进电机的驱动和水位高低的测量，用放光二极管来只是当前工作的状态，最后还用LCD1602液晶显示器来显示剩余运行时间和水位的高低。
文中详细论述了洗衣机控制器各个模块的工作原理，对一些参数做了计算和取值。
并且还通过C语言来编写程序来实现其完整的功能。
文章的最后还给出了电路原理图以及详细的C语言程序。
关键词：
全自动洗衣机；控制器；单片机
DesignofFull-automaticWashingMachineControllerBasedonSCM
Abstract：
Theemergenceofthefull-automaticwashingmachinecontributestosavingtimeandeffortsforpeopledoinglaundry,resultinginitsrapidpopularityamongthousandsofhouseholds.Thispaperresearchesonthecontroller'scircuitstructureandcontrolprincipleofthefull-automaticwashingmachineindetail.Weusebuttonstosettheworkingtimeofthewashingmachine,applychipULN2003andultrasonicrangingmoduletorealizethedriveofsteppermotorandthemeasurementofwaterlevelbythesinglechip.UseLEDtoindicatethecurrentworkingstatus,finallyuseLCD1602todisplaytheremainingworkingtimeandthewaterlevel.Thispaperparticularlydiscussestheoperatingprincipleofvariousmodulesofthewashingmachine'scontroller,calculatesandvaluessomeparameters.Moreover,wealsoprogramtorealizethecompletefunctionintheClanguage.ThispaperconcludesbyprovidingwithaschematiccircuitdiagramandadetailedClanguageprogram.
KeyWords:
full-automaticwashingmachine；controller；SCM
前言·····································································1
第1章方案设计························································4
1.1设计方案一····························································4
1.2设计方案二····························································4
1.3两种方案比较选择······················································5
第2章硬件设计························································6
2.1单片机的选择及外围电路设计············································6
2.1.1AT89C51型单片机与STC89C52型单片机比较与选择························6
2.1.2STC89C52型单片机介绍···············································7
2.1.3外围电路····························································8
2.2电源电路·····························································10
2.2.17805与AMS1117比较与选择··········································10
2.2.2AMS1117介绍以及实际电路。
···········································10
2.3电机选择及驱动电路···················································11
2.3.1电机选择及比较·····················································11
2.3.228BYJ-48型步进电机················································11
2.3.3ULN2003驱动芯片···················································12
2.3.4单片机控制及驱动···················································13
2.4显示模块及电路·······················································14
2.4.1显示器件选择比较···················································14
2.4.2LCD1602液晶显示器·················································15
2.4.3LCD1602液晶显示器操作控制及指令集·································15
2.5水位测量·····························································17
2.5.1测量器件的选择·····················································17
2.5.2HC—SR04超声波测距模块简介········································17
2.5.3HC-SR04基本工作原理···············································18
2.6其他部件·····························································19
2.6.1工作状态指示·······················································19
2.6.2按键电路设计·······················································19
2.6.3报警电路设计·······················································19
第3章软件设计·······················································21
3.1程序语言的选择及编写软件·············································21
3.1.1程序语言的选择·····················································21
3.1.2单片机程序编写软件KeilC51·········································22
3.2各部分软件设计·······················································22
3.2.1主程序流程·························································22
3.2.2液晶显示器初始化程序···············································23
3.2.3测距程序···························································24
3.2.4洗衣程序···························································25
第4章软硬件调试·····················································28
第5章总结····························································29
参考文献·······························································30
致谢····································································31
附录一：
元器件清单·····················································32
附录二：
电器原理图·····················································33
附录三：
控制程序·······················································34
前言
一、本次设计的意义和目的
随着数字技术的快速发展，数字技术被广泛应用于控制系统的领域中。
单片机以其集成度高、运算速度快、体积小、运行可靠、价格低廉等特点，在过程控制、数据采集、机电一体化、智能化仪表、家用电器及网络技术等方面得到了广泛的应用。
洗衣机是现代人必备的日常生活家电，它的发明和应用是人们的洗衣工作变得省时省力，很好的解决了人们在家务劳动方面的压力。
而随着人们对生活质量的不断追求，普通的洗衣机已经不能满足部分人的需求，所以研究多功能的全自动洗衣机具有重大的意义。
基于单片机的自动洗衣机控制系统具有精度高、功能强、经济性好的特点。
无论在提高产品质量还是产品数量，节约能源还是改善劳动条件等方面都显示出无比的优越性。
对基于单片机的自动洗衣机控制系统设计进行深入研究，可使我们掌握全自动洗衣机这种重要家电的工作原理和控制系统，进一步了解单片机在不同领域的应用方法，学会单片机控制全自动洗衣机的电控板设计，同时也为将来从事电子行业打下一定基础，所一本次设计具有重大意义。
二、国外先进发展技术
当今世界是技术、知识大爆炸的年代，只要人们有需要，就有可能生产出某种产品来满足人们的需要。
洗衣机的发展正是这样，人们在生活中发现了它的某些不便，就会在实际中不断地改进和完善它，新型的洗衣机正是在这种情况下诞生的。
1、超声波洗衣机超声振动产生空穴现象，在洗涤中通过边生产气泡边消失的运动，产生强水压，再加入小量洗衣剂，振动纤维，超声乳化，去污，水中气泡上升，产生了从洗涤桶中央向外侧翻动的水流，使衣服之间相互摩擦，并与洗涤剂充分接触产生很有效的洗涤作用。
这种洗衣机洗涤桶小，桶内无运动部件，无机械电气故障，修理方便。
词典均匀性好，不缠绕，不伤布料，洗净效果好，省水，省电。
2、电磁洗衣机这种洗衣机洗涤桶内有4个洗涤头，上面各有有个夹子，把衣物伸展夹住，每个洗涤头上有有个电磁线圈，接通电源发生2500次/秒的微击振动，使衣物在洗涤液中洗涤。
因不用电机驱动，无噪声，省水50%，省电75%。
3、高温泡沫洗衣机日本大阪大研制的一种不用水用高温泡沫来洗净衣物的洗衣机。
洗涤剂罐于洗衣机低部，放衣物后拨动开关，开始鼓风，将空气送入罐中产生泡沫，由加热到70oC高温泡沫洗净衣物，然后进入洗衣桶旁边的消泡装置，一般洗5～10分钟/次，21L/1kg干衣。
4、真空洗衣机原苏联研制的衣中不用洗衣粉或洗涤剂的洗衣机，真空泵将洗衣桶内吸成真空状态，桶中水运动产生气泡爆破并去污。
洗净度高，不损衣、无噪声、造价高。
实际上是采用冷沸腾洗涤原理，在几秒钟内从洗涤桶的上部那空气抽空出。
稀薄空气与水如沸腾壮，衣物在泡沫旋涡钟搅动，1.5～2分钟就能洗净衣物，一般洗衣服7～10分钟即可完成全过程。
5、喷射式洗衣机意大利扎努西公司研制一种将洗涤剂不断喷向衣物的洗衣机，似乎无水，可以省水20%，省洗涤剂30%，省能35%，省时间10%。
这种洗衣机完全不同于前装式滚筒洗衣机，安装在喷淋系统内的喷射装置持续不断地将水和洗涤剂喷淋在衣物上进行洗涤，并在不锈钢桶内搅动衣物。
衣物在液体中不停地搅动，就像桶内根本没有水一样。
然而水却渗透过衣物流入位于滚筒底部的一个储水槽中。
在槽中，水被从新加热再次循环喷射到衣物上去，洗涤桶做周期性脱水，以排去水和污物，随后漂洗3次，最后脱水洗完。
三、国内洗衣机待解决的问题
由于我国洗衣机厂起步晚，加上技术方面的一些问题，不可避免底再现有的机型中出现一些弊病。
主要弊病有：
噪声大，麻电和漏水，进水不畅或进水不止或排水不畅，工作周期不平稳、振动大，损伤洗涤物，洗涤效果不佳，脱水桶自动性不佳，脱水不良，重量大，容量不合理。
具体来说，洗衣机的问题存在于结构、质量、原材料和模具及管理方面
1、结构类型方面我国洗衣机多属波轮式。
今后波轮式仍然是主要型式。
为了适应国外市场的不同需求，要适当地生产些新型式的滚筒式和搅拌式洗衣机，进而生产具有波轮式、搅拌式两种洗衣机优点的新机型。
为了使波轮式洗衣机洗涤更合理，应努力将全自动洗衣机提高到电脑型的水平。
双桶洗衣机再提高漂洗的条件下，以重点生产全自动型喷淋式洗衣机为宜。
同时要注意避免新水流洗衣机一味地提高波轮式的转数极其转动时间或增高波轮筋高的倾向，以免损伤衣率和缠绕率回升增高，降低了新水流洗衣机的优越性。
2、质量方面我国洗衣机的质量问题，具体反映再功能、外观和可靠性三方面，与国外存在再较大的差距。
把国内外洗衣机放再一起，从功能、电源插头、面板装饰、旋钮结合，塑料件的光整度（光洁、毛刺和变形），外箱和螺丝钉的成形及防锈，皮带的耐磨及噪音进排水阀和水位开关发质量，电脑控制各种功能的能力，电脑的抗电压波动、抗干扰防静电的能力，以及传感器的灵敏度等方面，很容易看出哪几台是国产货，再加上装配工艺较落后，致使我国洗衣机的质量稳定性差，出口有一定的困难。
目前我国洗衣机无故障运行水平约为250～500小时，而国外同类产品达1500～2000小时，即十年不需修理。
我国的洗衣机出口，，切不可立足于搞好售后服务，否则将带来很多麻烦。
因此提高洗衣机的质量要从提高零部件的质量入手。
关键电器件和传动件应组织专业分工，制定标准，组织攻关，进行认证，在改进功能方面、外观质量和可靠性三方面，进行全面整理，提高水平。
3、原材料和模具方面洗衣机的原材料主要是塑料和薄钢板，目前均供不应求，需进口。
一旦进口受阻，生产便要停滞下来。
质量好的原材料生产的塑料件注塑工艺和塑料模具的质量问题。
另外，塑料的各种规格来源也不足，靠进口，成本就降不下来，以每台洗衣机10公斤塑料件计，年产1000万台需塑料10完吨，现在远远不能满足需求。
薄钢板若以6公斤台粗计，年产1000万台每年需薄钢板6万吨，目前50%还供应不上。
我国洗衣机要维持生产，大型模具的设计、制造和使用寿命，应组织攻关解决。
4、管理方面各洗衣机厂从国外引进的设备和技术的消化吸收还没有落在实处，有的厂只是计划了一下，软件技术既没有消化，也没有吸收，照老办法生产，甚至买来就一直锁在柜子里。
现在出口洗衣机和前几年引进类似，盲目自我竞争，各自为政，因此在出口管理方面，应协调一致，出口业务进行，统一对外。
四、设计任务及技术指标
1、采用单片机控制洗衣机的自动运行。
2、要求该控制器能够设定洗衣的时间、脱水的时间、漂洗的次数和水位的高低。
3、要求显示当前运行的时间和当前工作的状态，电机的转动可以采用小电机模拟。
4、工作的精度为±1秒
5、机转动的精度为±1度
6、求能控制溢水和开门报警
7、键操作灵活
第1章方案设计
1.1设计方案一
这种设计方案包括按键，发光二级管，共阴极数码管，继电器，S9013型三极管，同步电动机，传感器，蜂鸣器和单片机。
按键用来设置初始值；发光二级管用来指示当前工作状态；共阴极数码管用来显示剩余工作时间；继电器用来控制电动机的转动，继电器由单片机通过9013型三极管控制；传感器用来控制水位；蜂鸣器用来当水位超过报警值时的报警。
系统中单片机为主控制芯片，是整个系统的核心。
利用单片机处理由按键及传感器输入的信号，将其转化成控制信号控制洗衣机的工作状态，实现自动控制功能。
并将洗衣机当前的工作状态和此状态的剩余工作时间通过发光二极管和数码管显示出来。
电路硬件框图如图1-1所示：
1.2设计方案二
这种设计方案包括按键，发光二级管，LCD液晶显示屏，S8550型三极管，步进电动机，ULN2003芯片，超声波测距仪，蜂鸣器和单片机。
按键用来设置初始值；发光二级管用来指示当前工作状态；LCD液晶显示屏用来显示剩余工作时间和超声波测距仪距水面的距离；蜂鸣器用来当水位高过或低于警戒值时的报警，单片机通过三级管来控制他；超声波测距仪用来测量该仪器距水面的距离；步进电机用来模拟电机转动，他由ULN2003芯片来驱动。
系统中单片机为主控制芯片，是整个系统的核心。
利用单片机处理由按键及传感器输入的信号，将其转化成控制信号控制洗衣机的工作状态，实现自动控制功能。
并将洗衣机当前的工作状态和此状态的剩余工作时间通过发光二极管和数码管显示出来。
电路硬件框图如图1-2所示：
1.3两种方案比较选择
第一种方案充分用到了单片机的各个接口，实现的功能也很健全，但是他得外围电路很多，虽然硬件上很容易是实现，但是在软件编写上却有很大难度。
尤其是在时间设置上是各个工作状态的时间分开设置，这势必会造成程序的复杂，后果就是给程序运行的流畅性带来困难，且水位测量使用的是压力传感器，这个很难实现。
电机是用的220V的交流电机，这个增加了调试中的危险性。
第二种方案虽说没有充分利用了单片机的各个接口，使用的元器件也很少，但也较好的实现了洗衣机的功能。
单片机使用的接口减少了，就带来了程序编写上的方便，在时间设置，由系统自动分配总时间给各个工作状态，这就给程序运行的流畅性提供了保证。
采用超声波来测水位很容易实现，程序编写上也很简洁。
最后采用步进电机，使调试过程中电路板远离了这一危险电压。
综上所述，最终决定采用方案二。
第2章硬件设计
方案二中，按键的作用是控制系统是否开始运行，设置总的工作时间，调节电机的转速。
由三个按键组成，一个按键用来控制系统是开始运行还是暂停运行，这个按键还和洗衣机舱门连接，既洗衣机运行过程中打开舱门就会触发该按键；一个按键用来设置总的工作时间；一个按键用来控制电机转速。
LCD液晶显示是用来显示洗衣机总的工作剩余时间，并显示超声波测距仪距离水面的距离。
ULN2003芯片的作用是帮助单片机驱动步进电机，因为单片机的接口信号是无法直接驱动步进电机。
发光二级管的作用是显示当前的工作状态，既是工作在洗衣状态还是漂洗状态，或者是脱水状态，由三个发光二极管组成。
超声波测距仪的作用是测量水面距洗衣机平面的距离，高于或低于警戒水位就会报警。
电动机是洗衣机的动力部分，由步进电机组成。
蜂鸣器的作用是当水位超过或低于警戒值时报警。
最后外围电路包括晶振、复位电路。
晶振采用12MHz的晶振。
2.1单片机的选择及外围电路设计
2.1.1AT89C51型单片机与STC89C52型单片机比较与选择
AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器的低电压、高性能CMOS8位微处理器。
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和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器。
AT89C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。
具有以下标准功能：
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。
STC89C52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。
在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得STC89C52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。
具有以下标准功能：
8k字节Flash，512字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，内置4KBEEPROM，MAX810复位电路，三个16位定时器/计数器，一个6向量两级中断结构，一个全双工串行口。
另外STC89C52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。
最高运作频率35Mhz，6T/12T可选。
两者比较下来，并无多大区别，都同样与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。
但是，AT89C51只有4K字节Flash闪速存储器，128字节内部RAM，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。
而STC89C52除了有这些功能外，还有看门狗定时器和内置的4KBEEPROM，MAX810复位电路。
此外STC89C52拥有8k字节Flash，512字节RAM，三个16位定时器/计数器，一个6向量两级中断结构，从这看出STC89C52是AT89C51的增强版。
在程序编写上STC89C52可以支持串口直接下载程序.AT89C51需要价格昂贵的专门编程器才可烧写程序，所以选择STC89C52。
2.1.2STC89C52型单片机特性介绍[1]
STC89C52型单片机有40个引脚，每个引脚都有其不同的功能，
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