基于单片机的洗衣机课程设计.docx
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基于单片机的洗衣机课程设计
基于单片机的洗衣机设计
摘要
洗衣机是人们日常生活中常见的一种家电，已经成为人们生活中不可缺少的家用电器。
在工业生产中应用也十分广泛。
但是传统的基于继电器的控制，已经不能满足人们对洗衣机的自动化程度的要求了。
随着单片机技术的发展，用单片机来作为控制器，能更好的控制洗衣机，并且控制方式灵活多样，控制模式可以根据不同场合的应用而有所不同。
单片机以微小的体积和编程的灵活性而产生多种控制功能，完全可以满足设计的需求。
本系统采用AT89C51单片机作为控制系统，设计目的主要是为了熟悉单片机系统设计的基本方法并实现基本的洗衣机功能。
系统的控制面板主要由按键开关组成，按键选择洗衣机工作模式，并且可以根据需要调整洗涤时间长短。
LED液晶显示器则显示洗衣机的工作模式和洗涤时间。
洗衣机的整体电路模块包括按键矩阵、液晶显示、电机及驱动电路。
控制程序设计包括定时中断服务程序、时间设定程序、外中断服务程序及主程序。
整体来说系统设计基本达到设计目标。
关键词：
单片机控制洗衣机液晶屏电机
Abstract
WashingmachineisthePeople'sDailylifecommonkindofhomeappliance,lifehasbecomeaindispensablehouseholdelectricalappliances.Intheindustrialproductionisalsowidelyused.Butthetraditionalrelay-basedcontrol,cannothavesatisfiedpeopletotherequirementsoftheautomationdegreeofthewashingmachine.Alongwiththedevelopmentofthesinglechipmicrocomputerbyusingsinglechipprocessortoasacontroller,andcanbettercontrolwashingmachines,andtocontrolthewayagilediversity,controlmodeaccordingtodifferentsituationtheapplicationcanbedifferent.WithasmallvolumeandmicrocontrollerprogrammingflexibilityandproduceDuoZhongcontrolfunction,andcanmeetthedesignrequirements.ThesystemUSESAT89C51singlechipmicrocomputerascontrolsystem,thedesignpurposemainlytofamiliarwithsingle-chipmicrocomputersystemthebasicmethodtodesignandrealizethebasicfunctionofthewashingmachine.Thesystemcontrolpanelcomposedmainlybybuttonswitches,keychoicewashingmachineworkmode,andmay,accordingtoneedstoadjustthewashingtimelength.LEDLCDdisplayofthewashingmachineisworkingmodeandwashingtime.Thewashingmachineofthewholecircuitmoduleincludeskeymatrix,liquidcrystaldisplay,motorandpowercircuit.Controlprogramdesignincludingtiminginterruptserviceprocedure,timesettingprocess,andoutsidetheinterruptserviceroutineandmainprogram.Overallsystemdesigntomeetthedesignbasicgoals.
Keywords:
Single-chipmicrocomputercontrolwashingmachineLCDscreenmotor
1.2.1设计任务.......................................................................................................8
1.2.2系统设计要求…………….…………………………………………………………..10
2.1方案的选择与比较……………………………………………….……………………11
2.2系统设计总体框图…………………………………………………………………….12
2.3电路模块设计…………………………………………………………………………..12
2.3.1控制电路…………………………………………………………...……………….12
2.3.2驱动电路…………………………………………………………………………….13
2.3.3显示电路………………………………………………….…………………………13
第三章软件设计……………………………………………………….14
3.1.1程序设计流程图…………………………………………………………………...14
3.1.2程序代码…………………………………………………………………………...14
3.2.1系统仿真图…………………………………………………………………………21
3.2.2PCB图………………………………………………………………………………21
3.2数据测试………………………………………………………………………22
参考文献..……………………………………………………………………………25
第1章绪论
1.1背景材料
一百年的风风雨雨走过来，洗衣机也经过了无数次的创新、改进，今天我们看到一个个外形精美的或滚筒或波轮洗衣机，可曾想到，它们可也是在历史长河慢慢“进化”而来的。
洗衣机被誉为历史上100个最伟大的发明之一，洗衣机的发明的确是一件伟大的事情，这使千千万万的妇女从繁重的家务劳动中解脱出来，光是这一点，就足够给这个发明记上一大功了。
首台电动洗衣机的发明
首先还是说一下洗衣机的诞生。
任何事务的产生都有其特殊的时代背景，洗衣机当然也不例外，电动洗衣机的发明自然是要托福电力基础设备的进步，比如维尔纳·冯·西门子发明了电机原理，才让电器的发明和使用能为可能。
现在人们公认的一个说法是，1911年诞生了世界上第一台电动洗衣机，是由美国人阿尔几·费希尔于芝加哥制成。
它由一种小型发电机供电，利用一个转动的大桶，把衣服和肥皂放在里面。
在搅拌器叶片的作用下，衣物在肥皂水中剧烈地前后翻滚。
也是在这一年，罗·尤浦顿（Upton）机器公司在美国密西根州的圣约瑟夫成立，生产、销售电动洗衣机，并与西施公司（Sears）开展了第一笔洗衣机的销售业务，但这种机器并没有得到广泛的推广。
这个公司，就是现在鼎鼎大名的惠而浦。
洗衣机的广泛推广时代
洗衣机的诞生到被人们普遍接受经过了大约十多年的时间，这期间主要是受到电力不足的约束。
到了20世纪20年代，在西方国家，电力被普遍广泛应用，在1922年，美国的霍华德·斯奈德对洗衣机的洗涤结构进行了改革。
把拖动式改为搅拌式，让水流和衣物强烈碰撞、摩擦，从而达到洗净衣服的目的，这就是著名的搅动式洗衣机。
这种洗衣机在依阿华州被批量生产并风靡市场。
这时，基本是洗衣机在普通家庭的一个广泛普及的过程。
与此同时，在欧洲大陆，同样发生了一个划时代的事件，1928年，第一款性能稳定、耗电量小、洗净度高的洗衣机由德国西门子推出，这就是滚筒式洗衣机，这种洗涤结构奠定了以后洗衣机发展的基础，甚至现在仍在普遍使用。
全自动时代的来临
到20世纪50年代，人们慢慢开始厌烦了烦琐的洗衣过程，这时候随着技术的进步，洗衣机的全自动化时代也全面来临。
1947年，尤浦顿机器公司发明了全世界第一台全自动洗衣机。
1948年，正式开始使用“惠而浦”（英文Whirlpool，即有旋涡的水池之意）作为产品商标，并通过西施公司于对外销售第一台全自动洗衣机。
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。
到了后来，更出现了现代的“上置”式自动洗衣机。
第一章洗衣机的功能及设计
1.1洗衣机功能要求
洗衣机的主要工作程序是：
洗涤——脱水——漂洗——脱水——漂洗——脱水。
上述工作程序中，包含三个过程，洗涤过程、漂洗过程、脱水过程。
（1）洗涤过程：
放好待洗物，启动开关，进水阀通电，向洗衣机供水，当供水达到预定水位时，水位开关接通，进水阀断电关闭，停止供水。
洗涤电动机接通电源，带动波轮（或桶）旋转，产生各种形式的水流搅动衣物进行洗涤。
通过电动不停的正转、停、反转、反复循环，形成洗涤水对洗涤物产生强烈的翻滚作用。
同时，衣物之间、衣物与四周桶壁之间产生互相摩擦和撞击力，以次达到洗涤衣物的目的。
（2）漂洗过程：
漂洗的目的在于清除衣物上的洗涤液，因此，漂洗过程与洗涤过程的电器动作是完全相同的。
（3）脱水过程：
洗涤或漂洗后，需要对衣物进行脱水以便晾干，节省水资源，
所以脱水是洗衣过程中必不可少的环节。
洗涤或漂洗过程结束后，电动机停止转动，排水阀通电，打开排水阀门排水。
当水位低到一定程度时，满足安全条件，脱水电动机接通，电机带动脱水桶高速旋转，利用离心力把衣服上的水从桶壁的小眼里甩出。
全部洗衣工作完成后，由蜂鸣器发出音响，表示衣物已洗干净。
1.2洗衣机硬件电路设计
1.2.1洗衣机总体设计框图
椭圆型表示指示灯：
从上到下依次为强洗、弱洗、洗涤次数、洗衣定时、脱水定时、洗衣剩余时间、脱水剩余时间。
电动机正转为强洗，正反交替转动设定为弱洗，初始设定的状态为强洗，若要选择弱洗模式需按下增加按键，再次按下选择按键，则表示洗涤次数的指示灯被点亮，选择增加或减少按键对时间进行加减。
然后对脱水时间设定，最后按下启动键，洗衣机开始工作。
1.2.2元器件介绍
STC89C51系列单片机是宏晶科技推出的新一代超强抗干扰/高速/低功耗的单片机，是MCS-51系列单片机的派生产品；它们在指令系统中、硬件系统和片内资源与标准的8052单片机完全兼容，DIP-40封装系列与8051为pin-to-pin兼容，指令代码是与8051完全兼容的单片机。
STC89C51单片机具有增强型12时钟/机器周期、6时钟机器/周期任意选择，工作电压为5.5V-3.4V（5V单片机）/3.8V-2.0V（5V单片机）；工作频率范围：
0-40MHZ，相当于普通8051的0-80MHZ。
实际频率可达48MHZ。
用户应用程序空间为4K/8K/13K/16K/20K/32K/64K字节；片上集成1280字节/512字节RAM；有32/36个通用I/O口，P1/P2/P3/P4是准双向口；集成ISP（在系统可编程）/IPA（在应用可编程），无需专用的编程器/仿真器，可通过串行口（P3.0/P3.1）直接下载用户程序，8K程序3秒就可以完成一片，具备EEPROM功能，工作温度范围在0-750，共有3个16位定时器/计数器，其中定时器T0还可以当成2个8位定时器使用；封装形式有DIP-40，PLCC-44，PQFP-44等。
本文选取的是DIP-40引脚的
在1951年的欧洲，同样是如今的白色家电巨头——伊莱克斯推出了第一款家用洗衣机“飘翼”、“双翼”系列W20洗衣机，由哥德堡工厂生产。
这种一种通过分离作用进行洗涤的机器。
随着该产品的推出，伊莱克斯进入了新型家用洗衣机市场，并迅速取得了不错的销售业绩，从而奠定了自己在将来白电市场上的地位。
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系统设计任务和要求
单片机又称微控制器，或称嵌入式控制器。
而现在的智能家电无一例外是采用微控制器来实现的，所以家用电器是单片机应用最多的领域之一。
它是家用电器实现智能化的心脏和大脑。
由于家用电器体积小，故要求其控制器体积更小以便能嵌入其结构之中。
而家用电器品种多，功能差异也大，所以又要求其控制器有灵活的控制功能。
单片机以微小的体积和编程的灵活性而产生多种控制功能，完全可以满足家用电器的需求。
单片机主要用于计算机外设、实时控制、仪器仪表、通信和家用电器等各个领域，是计算机技术和电子技术的综合性应用，在不同应用场合其技术要求各不相同，因此设计方法和研制的步骤不完全一样。
单片机应用系统由硬件和软件组成。
硬件是指MCU、存储器、I/O接口和外设等物理器件的有机组合。
软件是指系统监控程序的总称。
在开发的过程中，它们的设计不能完全分开，二者需要互相配合、不断调整才能组成高性能的应用系统。
单片机应用系统的开发包括系统总体设计、硬件设计、软件设计、系统调试等几个阶段，它们有时交叉进行。
1.2.1设计任务
（1）系统总体设计任务
在进行系统设计之前，首先应根据对系统的功能要求及其应用环境等确定合理的、具体的功能和技术指标，对应用系统的可靠性、通用性、先进性、可维护性、以及成本等进行综合考虑，以尽量合理并符合相应的标准。
然后根据市场上各种单片机的货源情况和单片机的性能及开发工具等因素选择合适的机型。
接下来要根据系统中可能遇到的传感器、模拟电路、I/O接口、存储器和显示器等器件和设备进行器件选择，使之符合系统在精度、速度和可靠性等方面的要求。
最后确定硬件和软件的功能划分。
由于在系统设计中某些功能用硬件和软件都能实现，在设计中应综合考虑研制周期和成本等因素具体划分软硬件功能。
（2）系统硬件设计任务
硬件设计的任务是根据总体要求，在所选的MCU和各个元器件型号的基础上设计出系统的电路原理图，做一些必要的不见实验，以及工艺结构的设计加工，印刷电路板的设计制作和样机的组装等。
在硬件设计中，需要考虑系统总线的负载能力、系统扩展时的片选方式、模拟电路的速度和精度等，如需扩展存储器则尽量用一片完成，这样既降低了成本，又减小了线路板的面积，同时提高了系统的可靠性。
（3）系统软件设计任务
单片机应用系统的软件设计是系统设计中最基本而且工作量较大的任务。
与系统机上操作系统支持下的纯软件不同，单片机的软件设计是在裸机的条件下进行的，而且随应用系统的不同而不同。
在软件中一般需考虑以下几个方面：
<1>根据要求确定软件的具体任务细节，然后确定合理的软件结构。
一般系统软件的主程序和若干个子程序及中断服务程序组成，详细划分主程序、子程序和中断服务程序的具体任务，确定各个中断的优先级。
主程序是一个顺序执行的无限循环的程序，不停地顺序查询各种软件标志，以完成对事务的处理。
在子程序和中断服务程序中，要考虑现场的保护和恢复，以及它们和主程序之间的信息交换方法。
<2>程序的结构用模块化结构，即把监控程序分解为若干个功能相对独立的较小的程序模块分别设计，以便于调试。
具体设计时可采用自底向上或自顶向下的方法。
<3>在进行程序设计时，先根据问题的定义描述出各个输入变量和输出变量之间的数学关系，即建立数学模型，然后绘制流程图，再根据流程图用汇编语言进行具体程序的编写。
<4>在程序设计完成后，利用相应的开发工具和软件进行程序的汇编，生成程序的机器码。
（4）系统的调试任务
在系统样机的组装和软件设计完成以后，就进入系统的调试阶段。
应用系统的调试步骤和方法是相同的，但具体细节与采用的开发系统（即仿真器）及选用的单片机型号有关。
调试的过程就是软硬件的查错过程，分为硬件调试和软件调试。
1.2.2系统设计要求
AT89C51单片机是ATMEL公司32位单片机系列产品之一，是一种40引脚双列直插式芯片。
它内含8KB可反复烧录的FLASH存储器，RAM字节也有128个，32个I/O口，5个中断，2个定时，已经可以满足程序的需要，指令也和51系列兼容，基于上述特点，选择它来设计一台智能洗衣机，完全可以达到以下的功能：
1、弱强洗涤功能。
通过控制电机的转速来控制强洗弱洗。
2、洗涤时间设定功能。
可以根据需要设定洗涤时间的长短。
3、液晶显示功能。
洗衣机各种工作模式的选择和工作时间均可在液晶屏上显示。
4、制动功能。
不管洗衣机工作在什么状态，当按下制动键时，洗衣机立即停止工作。
1.3系统解决的问题和拟采用的研究手段
本课题主要是研究基于单片机的简易洗衣机控制系统软硬件设计。
首先要熟悉设计内容，学习掌握单片机的使用方法；精确分析并设计出该控制系统的全部工作流程图，确定输入、输出的名称功能；设计系统软件并在PC机上仿真模拟调试；设计并制作硬件模拟电路盘，接电模拟调试；软硬件联合调试，实现全部功能，完成设计并撰设计论文。
针对课题采取以下研究方法及步骤：
1、各种元器件以及芯片的选择
2、硬件电路的设计
3、用C语言完成软件方面的设计
4、结合电路对程序进行调试
5、找出程序中的错误，改正这些错误
第二章硬件设计
2.1方案的选择与比较
方案一：
用FPGA/CPLD做控制器设计
采用FPGA或CPLD做为控制器，也可以实现设计的要求，实现洗衣机系统设计基本功能，但是使用FPGA缺点是设计比较复杂，引脚的锁定设定比较繁琐，周期比较长，运行的速度也不是很快，并且价格比较昂贵。
方案二：
使用嵌入式系统设计
用嵌入式系统设计更容易实现洗衣机的智能化，使洗衣机系统的功能更加强大，但设计过程比较复杂，对汇编语言、C语言及C语言和汇编语言的混合编程等计算机语言的要求比较高，不适合初级设计人员设计使用。
方案三：
用单片机做控制器
用单片机设计洗衣机，控制简单灵活，功能的控制和修改更加容易实现，单片机体积较小，制作出的系统也更小巧实用，并且单片机价格比较低，这样系统的总体性价比比较高，这种方案的使用比较普遍。
因此，采用此方案来设计本系统。
2.2系统总体框图
经设计构思，系统总体框图如下：
基于单片机89C52的洗衣机系统原理框图
2.3电路模块设计
2.2.1控制电路
2.2.2驱动电路
2.2.3显示电路
第三章软件设计
3.1控制程序设计
3.1.1程序设计流程图
否
3.1.2程序代码
#include"reg52.h"
#include//包含sprintf（）,实数->字符串
voiddelay（unsignedintt）;
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
voidtime（void）;
//Motor
sbitF1=P1^0;
sbitF2=P1^1;
sbitF3=P1^2;
sbitF4=P1^3;
sbitK1=P3^0;//慢速
sbitK2=P3^1;//中速
sbitK3=P3^7;//快速
sbitK4=P3^3;//确定
sbitK5=P3^4;//增加
sbitK6=P3^5;//减少
sbitK7=P3^6;//调节时间
sbitK8=P3^2;//紧急制动
sbitlcdrs=P1^5;
sbitlcdrw=P1^6;
sbitlcden=P1^7;
unsignedcharcodeFFW[8]={0xfe,0xfc,0xfd,0xf9,0xfb,0xf3,0xf7,0xf6};//反转
unsignedcharcodeFFZ[8]={0xf6,0xf7,0xf3,0xfb,0xf9,0xfd,0xfc,0xfe};//正转
unsignedintkey,K,rate;//rate调解速度
unsignedintrest,LedNumVal=1;//紧急关闭
/**********************************************************************
**
*步进电机驱动*
**
***********************************************************************/
voidmotor_ffw（）
{
unsignedchari;
unsignedintj;
for（j=0;j<12;j++）//转1*n圈
{
for（i=0;i<8;i++）//一个周期转30度
{
if（K==1&&LedNumVal!
=0）P1=FFW[i]&0x1f;//取数据
if（K==2&&LedNumVal!
=0）P1=FFZ[i]&0x1f;
delay（rate）;//调节转速
}
}
}
/******************************************************
*
*延时程序
*
********************************************************/
voiddelay（uintz）//0.2ms
{uintx,y;
for（x=z;x>0;x--）
for（y=100;y>0;y--）;
}
/*********************************
*
*
*读取键盘
********************************/
voidgetkey（）
{
key=1;
rest=0;
do
{P3=0xff;
if（（K1||K2||K3||K4）!
=0）
{delay
（2）;
if（（K1||K2||
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