电气工程及其自动化毕业设计基于单片机的全自动洗衣机控制系统设计.docx

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电气工程及其自动化毕业设计基于单片机的全自动洗衣机控制系统设计

编号XXXXX

毕业论文

（2012届本科）

题目：

基于单片机的全自动洗衣机

控制系统设计

学院：

物理与机电工程学院

专业：

电气工程及其自动化

作者姓名：

XXX

指导教师：

XXX职称：

XXX

完成日期：

2012年5月5日

二○一二年五月

基于单片机的全自动洗衣机控制系统设计

摘要：

全自动洗衣机电脑程控器由东芝单片机控制。

由于其具有内存容量大、输入输出口多、I/O的驱动能力强、指令系统丰富等特点，将其应用在家用电器控制中，可大大简化系统的硬件电路，使系统具有更高的可靠性。

采用双向晶闸管实现无触点控制电机和电磁阀，利用谐振式水位传感器检测水位，发光二极管及数码管显示，按键扫描共用I/O端口，单片机电源引脚及直流电源处都有容阻吸收和电容滤波电路实现硬件滤波。

软件编程实现多功能、多程序方便用户选择和出厂调试。

关键字：

东芝；单片机；双向晶闸管；软件编程；

Abstract：

automaticwashingmachinewithacomputerprogrammedbyToshibaSCMcontrol.Becauseofitslargecapacitymemory,inputandoutputport,I/O-drivencapabilityandInstructionSystemfeaturesrich,Initsapplicationtocontrolhouseholdappliances,greatlysimplifythehardwarecircuit,thesystemhashigherreliability.

Two-way,non-contactthyristorcontrolledmotorsandsolenoids,useofresonantwaterlevelsensors,LEDandLEDdisplay,keypadscanningsharedI/Oports,PowerMCUpinsandDCPowerDepartmenthasresistancecapacitytoabsorbandfiltercapacitorfiltercircuithardware.Softwareprogrammingmulti-function,multi-user-friendlyproceduresfortheselectionandtestingmanufactured.

Keywords：

Toshiba；SCMcontrol；Two-way;Softwareprogramming

第一章功能设计

洗衣机是一种在家庭中不可缺少的家用电器，发展非常快，全自动式洗衣机因使用方便得到大家的青睐，全自动即进水、洗涤、漂洗、甩干等一系列过程自动完成，控制器通常设有几种洗涤程序，对不同的衣物可供用户选择。

变频控制依其高性能、节能等优点在洗衣机的控制中得到广泛应用，而单片机在洗衣机中的控制做用是决定性作用的。

1.1程控器功能设计及说明

参考数据：

（1）最高工作电压为5.5V

（2）最低工作电压与时钟频率有关：

16MHZ时为4.5V，8MHZ时为2.7V

（3）在该洗衣机控制电路中需要+5V直流电供给单片机及显示部分，+12V直流电源驱动继电器和蜂鸣器，220V交流电源驱动电机和各种交流电磁阀。

（4）洗衣机的电源电压为220伏特，50赫兹。

1.1.1六个全自动程序功能设计

六个全自动程序，各程序洗衣特点如表1-1所示：

表1-1六种全自动程序洗衣特点

程序

水流及特点

缺省时间

标准

洗涤12分钟，漂洗2次，脱水6分钟，洗净能力强。

43分钟

快洗

洗涤2.5分钟，漂洗1次并喷淋，脱水1.5分钟，洗净能力较轻。

10分钟

纤细

洗涤10分钟，漂洗2次，脱水2分钟，适合洗涤纤细及高档衣物。

33分钟

大物

洗涤15分钟，漂洗2次，脱水7分钟，洗涤能力特别强。

47分钟

防皱

洗涤8分，漂洗2次，免脱水（仅排水），洗涤怕脱水时皱折衣物。

27分钟

羊毛

洗涤15分钟，漂洗2次，免脱水（仅排水），适合洗涤羊毛衫。

34分钟

1.1.2预约功能设计

按动预约键，数码管闪烁显示预约洗衣开始时间进入预约设定状态，可在１～48小时之间选择。

每按一次预约键，预约时间增加1小时。

到48小时后再按一次回到起始状态。

按住预约键不放，时间自动连续增加，可一次设置１～48小时。

在预约启动后若开盖，则程序报警提示。

1.1.3不平衡调整功能设计

1.1.3.1不平衡调整的判断

在安全开关接通的状态下，若间歇脱水或脱水过程中，出现455～20010ms的瞬间断开，则进入不平衡调整状态。

断开超过200ms，判断为开盖。

断开不足40ms，不予处理。

1.1.3.2不平衡调整的工作过程

进入不平衡调整状态，在漂洗状态原选中的灯进行闪烁显示，脱水状态则回到漂洗灯闪烁显示。

同时，注水到当前设定水位后，摆平水流运行1分钟，结束后排水回到原来脱水行程中。

若进行如此2次修正无效后，则蜂鸣器报警，等待人工处理。

1.1.4自动断电功能设计

启动自动断电功能的工作情况：

第一，开机10分钟后，不启动程序，则自动切断电源。

第二，洗衣程序结束并进行六次蜂鸣后即时自动切断电源。

1.1.5运动浸泡功能设计

其洗涤方式是首先预备洗涤搅拌，然后浸泡,搅拌,如此循环。

具体洗涤方式如表1-2所示。

表1-2运动浸泡的洗涤方式

浸泡过程（20＇）

搅拌2＇

浸泡3＇

搅拌1＇

浸泡4＇

搅拌2＇

浸泡3＇

搅拌1＇

浸泡4＇

1.1.6故障报警功能设计

在洗衣机工作过程中，若出现表1-3所列的故障，则单片机能检测故障类型，同时发出报警信号，提醒操作者排除故障。

表1-3故障报警工作状况

故障原因

故障显示

蜂鸣报警

报警解除

进水报警

进水16分钟不到设定水位

数码显示“E1”

蜂鸣器连续鸣响10秒钟，若报警未被解除,以后每隔16分钟重复蜂鸣10秒钟

打开机盖,处理故障,然后关上

机盖，解除报警

排水报警

排水4分钟不到空水位

数码显示“E4”

开盖报警

预约启动后开盖；进入脱水状态时开盖

数码显示“E2”

不平衡报警

第3次不平衡检测

数码显示“E3”

1.1.7桶洁净功能设计

目的就是洗衣结束后清洁洗衣桶。

打开电源，在未启动状态下，按程序＆预约键可选则桶洁净功能，然后按启/停键即进入洁桶程序。

在此工作状态下只有启/停键及电源键响应，仅有脱水一个灯闪烁。

1.1.8童锁功能设计

程序启动后，按水位＆功能键即可启动童锁功能。

在童锁工作状态下，数码管显示“CL”，而且所有按键均封锁住不可选，再按水位＆功能键可以解除童锁功能。

1.1.9冷、热进水功能设计

冷水灯亮进水时，由冷水进水阀打开；热水灯亮进水时，由热水进水阀打开；冷、热水灯同时亮则进水时两进水阀同时打开。

1.2面板简图

如图1-1所示：

8档水位采用4个灯，一个发光二极管可以显示两种状态，达到节省硬件的目的。

程序按键对应的三个灯也是如此，一个灯可以表示两个状态。

图1-1面板简图

第二章设计方案选择和确定

2.1目前主要应用的单片机机型

（1）Intel公司的单片机

Intel是最早推出单片机的公司之一，主要有MCS-48、MCS-51系列8位单片机和MCS-96系列的16位单片机。

在20世纪八、九十年代，MCS-51和MCS-96曾经是我国最流行的单片机，得到广泛的应用。

这几年Intel公司注重于奔腾系列微处理器，没有推出新的单片机。

（2）东芝（TOSHIBA）公司的单片机

东芝公司主要有TLCS-870、TLCS-870/X、TLCS-870/C等系列的8位单片机，TLCS-900系列的16位单片机，这些单片机是近几年推出的新型单片机，功能强、可靠性高。

在本洗衣机控制系统中，要求洗衣机能自动检测水位、水温、门开关等参数，自动确定标准洗及快速洗等时间、漂洗次数，并能自动控制洗衣机电机、进水阀、排水阀的工作，同时要求有七个按键输入和六路显示电路，因此该系统是一个多输入、多输出系统。

若用Intel的51系列单片机，要么需要进行I/O扩展，要么由于这些单片机驱动能力有限，需外加驱动电路，从而使硬件电路过于复杂。

综合上述考虑，决定选用内部有A/D转换器、驱动能力强的TOSHIBA单片机作为该系统的微处理器，TMP86C846N单片机是TLCS-870/C系列单片机中的典型产品，具有高速率、高性能、低功耗的优点，且结构先进、功能强大。

因此我们选择TMP86C846N单片机作为主芯片。

2.2负载控制电路的选择

在洗衣机工作过程中，需要电机的正反转、进水电磁阀及排水电磁阀的频繁动作，因此就需要一种能适应工作于频繁切换场合的开关器件来控制这些负载的工作。

普通开关设备，均属于有触点开关。

由于这些开关在开断的过程中，存在着机械触点的位移和产生电火花的可能，所以一般都有着动作速度慢和维修工作量大等缺陷。

普通开关的寿命和开断的次数相关，因此在频繁切换的场合其应用受到了一定的限制。

晶闸管作为交流无触点开关没有以上普通开关的各种缺陷，在控制中有着动作快、维修量少、通断次数几乎无限制和没有噪音等优点，因此应用广泛。

鉴于晶闸管自身不可替代的优点，在本控制系统中，采用双向晶闸管作为开关器件来控制电机的正反转及各种电磁阀的通断。

第三章系统硬件电路的设计

3.1硬件结构概述及组成框图

3.1.1概述

本程控器有七个按键（水位K1、程序K2、功能K3、水温K4、启动/暂停K5、预约K6、电源K7），十四个发光二极管（四个八档水位显示、三个程序显示、四个功能显示、两个进水显示、一个预约显示），一个双位数码管，实现对洗衣机运行状态的选择和显示。

通过不同颜色接插件与洗衣机的冷热进水电磁阀、排水牵引器、电机、水位传感器、安全门开关相连接，由双向晶闸管来控制负载，按设定程序实时执行动作。

3.1.2组成框图

图3-1硬件结构组成框图

3.2微处理器

3.2.1TMP86C846N的封装及引脚功能

TMP86C846N为SDIP42密脚双列直插封装，引脚排列如图3-2所示。

图3-2TMP86C846N引脚排列图

表3-1为TMP86C846N引脚功能说明。

表3-1TMP86C46N的引脚功能

引脚名

一般I/O功能

特殊I/O功能

P07（INT4）

8位双向输入/输出口

外部中断4（INT4）信号输入端

P06（

）

同步串行口SIO时钟输入/输出脚

P05（SI）

同步串行口SIO串行数据输入脚

P04（SO）

同步串行口SIO串行数据输出脚

P03（TXD）

异步串行口UART串行数据输出脚

P02（RXD）

异步串行口UART串行数据输入脚

P01（

/

）

PDO4/PPG4）

定时器TC4输入输出脚

P00（INT0）

外部中断0（INT0）信号输入端

P15（INT3）

6位双向输入/输出口

P14（PPG）

P13（DVO）

P12（INT2/TC1）

P11（INT1）

P10（PWM3/TC3/PDO3）

P20（INT5/STOP1）

3位双向输入/输出口

P21（XTIN）

P