基于单片机的自动洗衣机模拟控制系统汇总.docx

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基于单片机的自动洗衣机模拟控制系统汇总

河北工业大学

毕业设计说明书

作者：

学号：

学部：

计算机与电子学部

专业：

电子信息工程技术

题目：

基于单片机的自动洗衣机模拟控制系统

指导者：

评阅者：

2016年06月03日

毕业设计（论文）中文摘要

基于单片机的自动洗衣机模拟控制系统

摘要：

随着人们生活水平的提高以及生活节奏的加快，计算机逐渐得到普及，单片机因其模块占地小、售价便宜、功能齐全、开发方便越来越受到电子系统开发者的喜爱，单片机随之慢慢渗透到生活的各个领域。

本文研究的是采用常用的单片机89C52为核心的洗衣机自动控制系统，实现了对洗衣机整个工作过程的控制，包括洗衣机参数录入、进水、洗衣、排水、脱水、结束提示等过程，在洗衣机工作的同时，数码管显示出洗衣或者脱水剩余时间，洗衣完成后能自动报警。

虽然不能媲美市面上的洗衣机，但也有一定的研究价值。

关键词：

单片机洗衣机自动控制

毕业设计（论文）外文摘要

Title:

BasedonSingleChipMicrocomputerAutomaticWashingMachineSimulationCongtrolSystem

Abstract

With alongwithfollowinginthewakeof improvement of people's livingstandard andthepaseoflife speeding up, thecomputergraduallygainedpopularity,single-chipcomputerbecauseofitssmallvolume,lowprice,completefunctions,convenientdevelopmentmoreandmorepopularwithelectronicsystemdeveloper,microcontrollerthenslowlypenetratedintoeveryfieldof life.

This paper studies the use of commonly used microcontroller 89 c5 as the core automatic washing machine control system, realizes the control of the whole working process of the washing machine, including washing machine parameters input, water, laundry, drainage and dehydration, end tip process, such as working in a washing machine at the same time, digital tube display the laundry or dehydration time remaining, laundry can automatically after the completion of the police. Although not comparable to the washing machine on market, but also has certain research value.

Keywords：

singlechipwashingmachineautomaticcontrol

目次

1绪论

二十一世纪是信息时代，科技的发展已日新月异，单片机也在随着计算机的普及越来越受到电子设计者的青睐，单片机因其集成率高、运算速率快、模块占地小、运行稳定、售价便宜等优点在过程操控、机电一体化、电子仪表、家用电器等方面使用率普遍应提高【1】，单片机体经深入到自动控制的所有角落。

用单片机作为主控制系统设计出的洗衣机电路相对简单，而且具有很高哦的实用性。

而且单片机具有很强的抗干扰性，就算工作环境很差也能正常工作，售价也很便宜，所以单片机的应用已极为广泛，它在工程测控、智能电子仪表、信息通信、军事装备等领域都在起着“微电脑控制【2】”的作用。

当前世界我国洗衣机市场处于推陈出新的时期，隐藏潜力不容小觑，市场上的洗衣机的功能已经不能满足新时代下人们的要求。

现在的的洗衣机普遍的功能有洗涤强度选择功能、自动判断进排水系统故障功能、中断运行等七大功能，距离人们对理想洗衣机的需求还有很远的距离。

由于以上原因，新时代的电子设计师应该具有更高的专业技能和技术水平，结合使用者提出的需求提出更好的方案来进行研究，设计出更加符合时代要求、节能、高效的、更具人性化的全自动洗衣机。

各个洗衣机厂家生产的洗衣机一般都有其独特的优势，但并没有将这些优势兼容于一台洗衣机。

用单片机控制洗衣机，设计出一台操作简单、使用方便、满足现代人要求的洗衣机。

1．1洗衣机的发展

 古往今来，没有洗衣机的日子，洗衣服虽不至于是一场噩梦，但对于家庭主妇来说绝对算不上唯美。

它并不像风景画中描绘的那样优美、不像抒情诗叙写的那样恬静，更不像向往的世外桃源那样乐趣无穷；搓洗、棒捶、冲涮、甩拧……这些周而复始的单一的体力劳动，除了让人感觉乏味之外就生下了疲惫。

1858年，世界上首台洗衣机在匹茨堡由一位美国汉密尔顿·史密斯【3】研制出而出。

洗衣机的主要部分一个桶，桶身上装有一个带着桨形直轴。

通过转动和轴相连的把手带动轴的转动。

也就在这一年，史密斯获得了洗衣机的专利权。

单由于刚开始研制出的这台洗衣机使用不方便，而且还破坏衣服，于是这台洗衣机没有被大面积使用，然而这台洗衣机的问世却实实在在的标志着极其洗衣时代的开端。

第二年德国出现了另一种洗衣机，它搅拌器是由捣衣杵代替的，携弹簧的木棒随着捣衣杵上下活动接连作用在衣服上。

在十九世纪后期的洗衣机使用手摇杆带动的一个八角形的缸，带有洗涤剂的热水同衣服一起转动，将衣物洗净，然后由轧干装置将衣服上的水挤出。

1874年,机器洗衣慢慢被人们认可，木制手摇式洗衣机由比尔·布莱克斯这位美国人研发出来。

他当时设计的洗衣机装置很简单，手摇杆带动齿轮转动，缸里的叶片搅动衣服和谁一起翻动，在翻动过程中脏污被带有洗涤剂的水冲涮出来。

这个仪器的推出，使那些为了提高生活效率努力钻研的人们眼前一亮，洗衣机的改进过程快速飞发展。

1880年，蒸气洗衣机出现，人力开始逐步被蒸气动力取代。

历经一百多年的研制与改进，现行的蒸汽洗衣机与初期的相比有了无法言说的提升，但其基理未变。

现在常用的蒸气洗衣机功能主要是蒸汽洗衣和烘干，最直接的原理就是高温水真气作用的衣服上，这也是全世界崭新的“蒸汽洗”的洗衣方式。

不是传统的县降水加热，而是用工具产生水真气，然后用高温喷射的方式分解衣服上的污渍。

蒸汽洗涤速度快、效果好，不仅节约水量，还能节省时间。

动机的棉衣放在衣柜被压皱、捂出异味，用蒸汽洗衣机清洗过后可以让其褶皱消失、自然如新。

“蒸汽烘干”的工作原理如下：

将一定量的蒸汽喷洒到衣物上，衣物成自然平展状态后，接下来用进行恒温冷凝直至衣服被烘干。

这样，厚重的冬衣不但快速变干，并还能达到熨烫的效果。

接下来的时间里，水力、内燃机作为动力的洗衣机接踵出现。

水力洗衣机结构简单，洗衣机通过衔接器件和船连接。

这种洗衣机不需要用电，流水就能将衣物洗净，解决了渔民在船上洗衣服的困扰，节省了时间，降低了家务劳动的强度。

1910年，世界上首台电动洗衣机试制成功。

电力为动力的洗衣机的面世，向人类昭示着自动化家务劳动的开端。

1922年，洗衣机的洗涤结构发生了革新，由于用拖动式代替了以前的搅拌式，玛塔依格公司也完成了洗衣机结构的固定，由此世界上第一台搅拌式的洗衣机诞生了。

洗衣机中学装有一个带翼的轴，典籍转动，翼正反重复的进行摆动，衣服和水一起翻动、摩擦，以达到清洁衣物污垢的目的。

此种新型的洗衣机构造符合人们的追求，所以受到了大众的喜爱。

1932年，第一台前装式滚筒洗衣机现实，这台洗衣机能在一个滚筒内完成洗衣服的整个过程。

这也证明洗衣机的研制又前进了一大步，朝着自动化的方向迈进！

1937年，首台自动洗衣机推出。

这台自动洗衣机延续了之前的“前置”式。

由一根横向的轴驱动洗缸，可放置四千可衣物。

在盛满水的缸里衣服随着水转动翻腾，污渍也就被水冲刷出来。

现代的“上置”式洗衣机是在四十年代出现的。

全球科技飞速发展，世界向着工业化、智能化发展，洗衣机的研制也进一步加快。

英国最先推出一款喷流式洗衣机，洗衣桶外侧的运转论产生旋转的涡流，这样带动筒里的衣服、水、洗衣液一起翻转，将衣服一干净。

在1955年，日本在研究喷流式洗衣机之后推出自己创新的波轮式洗衣机，这种洗衣机至今依然很流行。

由此之后，三种洗衣机在洗衣机界三足鼎立的局面正式形成。

60年代，“半自动型洗衣机”在日本出现，这是一款双桶洗衣机，带有一个专门甩干衣服的干桶。

波轮式套桶洗衣机也在七十年代出现。

70年代后期，出现了以计算机控制的全自动洗衣机，是洗衣机发展的零一阶段的开始。

“模糊控制”在80年代开始的到运用，由此带来的优势也越来越多，比如操作越来越方便、功能越来越全面、外表越来越时尚……

90年代，随着电机速度调节越来越方便，洗衣机转速调节范围越来越大、调节越来越方便，自此也研制出了许多新式洗衣机。

电机驱动的发展带动洗衣机驱动方式。

当前耳熟能详的洗衣机生产公司有：

海尔三星松下LG西门子等。

1.2洗衣机的分类

在生活中所能见到的洗衣机种类很多，分类方式大致可分为两种【4】：

按自动化程度分、按结构原理分。

洗衣机按自动化程度可分为普通型、半自动型和全自动型洗衣机。

  普通型洗衣机需要手动选择洗衣过程，根据衣服多少和污渍程度选择洗涤时间和洗涤模式。

这种洗衣机之前非常普遍，价格便宜、还可随意搬动。

这种洗衣机有单筒和双桶两种，不带甩干桶的需要用户自己手动拧干。

  半自动型洗衣机两个洗衣程序之间可以自动运行，一般是双桶模式，洗衣机自己运行洗涤和漂洗过程，然后需人为将衣物取出放入脱水桶进行脱水。

  全自动洗衣机全部洗衣过程无需人为调节，可自行运行至结束程序，包括排水、防水在内，脱水完毕后洗衣机会发出声音报警。

这种洗衣机一般是洗涤桶和甩干桶套在一起的套筒模式。

另有一种更加智能的、带有传感器和为电脑控制的洗衣机可自行根据衣服多少、污渍程度、衣服材质自行选择最适合的模式清洗衣服。

  按洗衣机结构原理分可分为波动式洗衣机、滚筒式洗衣机、搅拌式洗衣机、喷流式洗衣机和其他形式洗衣机，几种洗衣机各有所长。

  波轮式洗衣机是在洗衣机地步装有一个突起棱，转动过程衣服在水形成的涡流中翻滚，达到洁净衣物的目的。

波轮式洗衣机洁净度相对来说较高、洗衣时间断，单衣服在翻转过程中容易缠绕在一起，是污渍去除不均匀，同时对衣物的磨损程度也很大。

新型的波轮式洗衣机在这些缺点方向也做了一定的改善。

  滚筒式洗衣机筒内有三到四个突起的棱，水流转动时衣物在旋转过程中不断摔入水中，以此洁净衣物。

这种洗衣机不仅省水和洗涤液，同时对衣物磨损程度也是极低的，但相对衣物磨损消耗来说售价也是偏高的，同时加上费电、洁净程度低，这种衣物总体不如波轮式。

  搅拌式洗衣机结构是在筒中央有一根带有搅拌杆的轴，电机转动使轴搅拌衣物，达到清洁的目的。

这种洗衣机节约资源的同时还对衣物没有磨损，但造假高、结构复杂，洗衣时间也不尽如人意。

  喷流式洗衣机是靠洗衣机桶测的波轮在电动机的带动下搅动、冲刷衣物，以达到洁净的目的。

这种洗衣机结构简单、洗衣时间短、污渍容易清洗，但在搅拌过程中衣服缠绕在一起容易导致清洁不彻底、磨损衣物程度也较高。

  除此之外还有一些别的形式的洗衣机：

1）波轮—搅拌式洗衣机 由字面意思可知是两种洗衣机的结合。

这种洗衣机在设计过程中改善了衣服缠绕的缺点，减少了衣服的磨损程度，相当于两种洗衣机的改良版。

  2）喷淋漂洗洗衣机 属于波轮洗衣机的改良版，将漂洗和脱水同时进行，节约了时间，又省电。

  3）振动式洗衣机 顾名思义靠振动的振动清洁衣服。

这种洗衣机相对来说对义务的磨损程度降低很多，但噪声也是不可忽视的。

  4）超声波洗衣机 同样根据命名就能知道气工作方式。

在超声波作用下水中的气泡破裂，产生的气压吸附脏污，使衣服洁净，这种洗衣机洁净度很高。

1.3洗衣机的工作原理

普通型波轮洗衣机【5】：

主要构造为控制面板、洗衣机外壳、电动机、洗衣桶等。

工作过程中电动机带动波轮正反交替转动，衣服在水中各种翻滚，在运动过程中依靠各种摩擦将衣服洗涤干净。

机械全自动洗衣机：

主要构造包括为控制器、洗衣机机身和各种开关。

工作过程是由微控制器控制各种开关组成的控制系统控制洗衣机工作从进水到脱水的一整套过程。

洗衣机作为一种家用电器要想寿命长，如同人体需要定时检查一样也需要正常的维护与保养，齿轮和轴需要定期（按照润滑剂的不同选择维护时间）添加润滑剂，电机也需要定期检查，每次使用完需要冲涮干净洗衣机，以保证洗衣机不会堵塞影响下次使用。

根据专家提示，由于洗衣机内部经常处于潮湿状态，使用时间越长内部细菌积累越多，久而久之洗衣机就会如同一个携带病毒的隐患，每次洗衣服不光洗不干净，还会沾染许多细菌，穿这样的衣服更容易让人生病。

所以洗衣机需要经常清洗、消毒。

1.4设计目标

在本次论文中以51系列单片机89C52【6】作为自动洗衣机的控制中枢控制洗衣机的正常运行，使洗衣机能自行运行注水和排水、洗涤和漂洗、脱水和暂停等功能。

由于不同的衣物所需洗涤程度不同，所以本设计可以自主选择洗衣时间，并在数码管上显示过程代码和过程剩余时间。

为使设计的原理图连接尽量简单，同时节省单片机的端口，在数码管显示过程中我们采用了动态扫描的方式。

编程使用的是汇编语言，将程序烧录至单片机后可完成上电运行。

为确保全自动洗衣机能正常运行，单片机应具有一定的稳定性。

2硬件设计

2.1总设计描述

根据现在洗衣机的功能，本设计所能实现的功能如下，本设计由单片机AT89C52通过三极管驱动共阳极的数码管，在数码管上显示出洗衣或者脱水剩余时间，洗衣过程结束，数码管提示运行结束。

通过L9110驱动电机使其完成正反交替转动，模拟出洗衣机洗衣服的过程，其中包括洗衣过程和脱水过程，洗衣过程为电机正传5秒反转5秒，当洗衣时间过半时再转换为正传7秒反转7秒，脱水过程是电机沿一个方向高速转动。

电路中共有六个开关，两个自锁开关分别为电源开关和洗衣机盖板模拟开关，当洗衣机盖板模拟开关按下（模拟洗衣机盖板弹开）时，洗衣机暂停，开关放开（模拟洗衣机盖板合上）洗衣机接着运行；另外四个按键开关用来完成洗衣、脱水过程切换、加减时间设置。

硬件设计图如下：

图2-1硬件原理图

2.2硬件各部分描述

2.2.1主控制部分

单片机作为设计的主控核心，有其特定的连接方式。

单片机要想稳定的控制程序的运行，单片机最小系统【8】的链接是必备的，单片机最小系统由四部分构成，分别是电源部分、振荡部分、烧录扩展部分以及复位电路。

在设计中p1口德P1.4~P1.8分别于按键K1~K4连接来控制洗衣机洗衣和脱水时间的设定，和程序开始按钮。

P0口与三极管结合控制数码管显示时间，P2口分别控制指示灯和通过L9110驱动电机进行运转。

在整个设计中，单片机是主控制器，控制程序的正常运行,如下图1-2所示：

图2-2单片机最小系统

在MCS－51单片机片内有一个高增益的反相放大器，反相放大器的输入端为XTAL1【9】，输出端为XTAL2，由该放大器构成的振荡电路和时钟电路一起构成了单片机的时钟方式。

根据硬件电路的不同，单片机的时钟连接方式可分为内部所方式和外部时钟方式，如图所示。

而由于内部电路所得到的时钟信号比较稳定，所以采用内部震荡连接方式。

在最小系统中增加复位电路的主要目的就防止程序在执行的过程中出现不执行程序或者是程序进入了死循环而导致的程序不能正常的执行。

还有在调试的过程中方便程序可以从头开始执行。

该电路的采用一个10K的电阻这样的话在按键按下的过程中就能够很好的产生一个高电平从而对单片机进行复位，但是在这样的设计中还必须加上一个电容，对于电容的值没有具体的要求大概采用一个10uF的容值。

这个电容就是为了去耦，从而可以防止误操作。

2.2.2电机驱动部分

在本次设计中，用L9110作为点击驱动芯片【10】。

L9110是为控制和驱动电机设计的两通道推挽式功率放大专用集成电路器件，将分立电路集成在单IC之中，使外围器件成本降低，整机可靠性提高。

该芯片有两个TTL/CMOS兼容电平的输入，具有良好的抗干扰性；两个输出端能直接驱动电机的正反向运动，它具有较大的电流驱动能力，每通道能通过750～800mA的持续电流，峰值电流能力可达1.5～2.0A；同时它具有较低的输出饱和压降；内置的钳位二极管能释放感性负载的反向冲击电流，使它在驱动继电器、直流电机、步进电机或开关功率管的使用上安全可靠。

L9110被广泛应用于玩具汽车电机驱动、步进电机驱动和开关功率管等电路上。

芯片的IA、IB分别与单片机的P1.0、P1.1相接构成驱动芯片的输入端，而OA、OB则通过一个两端口的插座与电机线圈简介相接，驱动电机能够进行自由切换方向的转动【11】。

下图是L9110输入电平与输出电平间的关系：

图2-5L9110波形显示

由于设计中只需驱动一个电机的工作，所以在电路中采用L9110最简单的连接方式,链接图如下所示：

图2-6电机驱动电路

L9110使用过程应该注意以下几点：

低静态工作电流；

宽电源电压范围：

2.5V-12V；

每通道具有800mA连续电流输出能力；

较低的饱和压降；

TTL/CMOS输出电平兼容，可直接连CPU；

输出内置钳位二极管，适用于感性负载；

控制和驱动集成于单片IC之中；

具备管脚高压保护功能；

工作温度：

0℃-80℃。

2.2.3按键部分

设计中共有四个按键开关K1~K4，其中K1是程序切换按键；K2、K3分别是用来修改时间的，其中K2为数字加、K3为数字减，K4是程序运行按钮；当时间设计好后，需要按下K4，电机才能开始工作，机盖弹开又被合上、电机暂停后想要再次运行，需要再次按下K4才能使电机再次进行工作。

图中的自锁开关S2是模拟洗衣机机盖开关，当S2按下时模拟洗衣机机盖打开，此时为了安全起见洗衣机电机将暂停转动，当S2回复后（即洗衣机机盖合上）再次按下程序运行开关，洗衣机电机才能重新进入之前的转动状态，继续之前的工作。

图2-7按键部分

2.2.4数码管显示部分

单片机与三极管结合使数码管正常显示时间，而时间的设定则是通过单片机内部的时钟电路来计算的。

三极管是用来做驱动的作用，因为在一般的控制器输出驱动能力较弱，采用三极管进行放大电流，使得能够驱动能力提高。

当然如果在数码管可接受的范围内，电流越大，数码管越亮【12】。

单片机通过一个电阻与NPN型的三极管基极连接，而三极管的集电极接高电平、发射集与数码管相接从而驱动数码管显示。

三极管的作用是放大驱动电流保证数码管有足够的电流点亮，数码管显示的数字则是由单片机时钟电路控制的。

LED一般为8或7段【13】，一个二极管对应一小段，LED一般有共阴和共阳两种，共阳极顾名思义是将所有二极管样机接在一起与高电平相接，当其中某个二极管另一端接低电平时便会发光。

共阴极的工作原理与之相反。

将所要显示的数字组成的形状的二极管点亮，就能显示出想要的结果。

本次设计所用到的是四位共阳极数码管，数码管一般常用在需要显示某些文字的电路中。

在电路中，数码管显示部分如下图所示：

图2-8显示电路

2.2.5稳压电路

常见的三端稳压集成电路【14】有正电压输出的78××系列和负电压输出的79××系列。

顾名思义，三端IC是指这种稳压用的集成电路，只有三条引脚输出，分别是输入端、接地端和输出端。

在电路中用三段式稳压管7805设计电路来达到稳压效果。

在使用78系列稳压管时应该注意引脚1电压要比引脚2高，引脚3为输出端，而芯片78之后所标的数字也就是稳压电路的输出电压【15】。

电路中的C1、C2分别是输入输出端的滤波电容，保证波形的平稳。

JP2是一个两脚插座，与电源相接，S2为电源开关保证电路的安全。

图2-9稳压电路

2.3元器件介绍

硬件设计过程所用到的器件如下：

表2-1元器件列表

CommentFootprintQuantityDesignatorDescriptionLibRef

0.1uFEC1002C2,C3Capacitor瓷片电容

100uFEC1001C1Capacitor电解电容

10k0805N11R1,R2,R3,R4,R5,R6电阻

R7,R8,R9,R10,R11

10ufEC1001C4Capacitor电解电容

12MXTAL-11X1晶振

20pfEC992C5,C6Capacitor瓷片电容

2PINPIN21U1排针

4HEADERBG21JP14PinHeader排针

4HEADERSIP41PIN14PinHeader排针

780578051LO1电源芯片

89C52DIP-4011单片机

901390134Q1,Q2,Q3,Q4NPNBipolarTransistor三极管

9110DIP81U2电机驱动

芯片

Component_1SEG81J1数码管

CON9SIP91POT1排阻

DIODERAD0.14D1,D2,D3,D4DiodeLED灯

SWDPDTSW62S1,S2自锁开关

SW-PBbutton4S3,S4,S5,S6按键

3软件设计

3.1自动洗衣机设计简介

本次设计所实现的功能有数码显示洗衣和脱水时间（在洗衣和脱水程序运行之前设置一段时间的延时来完成排水和进水过程）、状态监测（包括洗衣机机盖开启和闭合的检测同时用指示灯的亮灭来显示出来）、时间输入（按键设置洗衣和脱水时间）、电源开关等几部分，而单片机则作为主控核心部件以保证整个系统的正常、稳定运行。

本次设计最终所能完成的功能如下图所示：

洗衣过程为电机正传5秒反转5秒，当洗衣时间过半时再转换为正转7秒反转7秒，脱水过程是电机沿一个方向高速转动。

电路中共有六个开关，两个自锁开关分别为电源开关和洗衣机盖板模拟开关，当洗衣机盖板模拟开关按下（模拟洗衣机盖板弹开）时，洗衣机暂停，开关放开（模拟洗衣机盖板合上）洗衣机接着运行；另外四个按键开关用来完成洗衣、脱水过程切换、加减时间设置。

在整个设计中，单片机是主控制器，控制程序的正常运行，外界部分的P1口连接电源、按键等部分，P0口与数码管的信号输入部分相接，P3口接电源指示灯部分，同时还有一部分接口与三极管相接驱动数码管点亮。

设计中，系统上电复位后，首先进行初始话，按S1启动后默认标准洗衣工作程序，然后扫描K4、S2、K1和启动键K4，这时洗衣机处于待命状态。

通过K2、K3可分别修改洗衣和脱水工作时间,K