全自动洗衣机控制系统概述.docx
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全自动洗衣机控制系统概述
摘要………………………………………………………………………………………………
Abstract……………………………………………………………………………………………
引言………………………………………………………………………………………………..
绪论……………………………………………………………………………………………….
第1章洗衣机控制系统概述…………………………………………………………………….
1.1洗衣机控制系统介绍………………………………………………………………………….
1.2洗衣机控制系统的比较（单片机控制和PLC控制）
1.3洗衣机控制系统的控制要求....................................................
第2章硬件设计………………………………………………………………………………….
2.1电机的选择……………………………………………………………………………………
2.2单片机芯片选择……………………………………………………………………………
2.3固态继电器的选用……………………………………………………………………………
第3章洗衣机控制系统的软件设计…………………………………………………..
3.1主程序设计……………………………………………………………………………
3.2标准洗衣程序设计……………………………………………………………………………
3.3洗涤程序的设计……………………………………………………………………………
3.4漂洗程序的设计……………………………………………………………………………
3.5脱水程序的设计……………………………………………………………………………
设计分析总结……………………………………………………………………………..
参考文献……………………………………………………………………………………
附录
附录A单片机控制原理图
附录B程序流程框图
引言
目前中国洗衣机市场正进入更新换代的时期，市场潜力巨大，人们对于洗衣机的要求也是越来越高。
目前的洗衣机主要有强弱洗涤功能、进排水系统故障自动诊断功能、暂停等七大功能，但是在许多方面还是满足不了人们的需求。
这就要求设计者们有更高的专业和技术水平设计出更节能、功能更齐全、更人性化的洗衣机。
让洗衣服这项难于逃避的家务劳动，不再成为一种负担。
随着加入世贸组织，跟多的国内外强势品牌加入，研究新的技术开发新的产品，洗衣机行业将爆发新一轮的以“绿色环保”、“节水节能”为主题的大战，而技术制高点则是未来的竞争焦点。
在国内从洗衣机市场得到的商情显示由于受水资源不断减少自来水费有所提高等因素的影响，市场上那些用水量比较大的洗衣机销售受阻而具有节水功能的洗衣机的销路不断看好。
针对市场需求的变化，一些生产厂家如小天鹅、小鸭、海尔等先后向市场推出了一批节水型全自动的洗衣机。
然而随着洗衣机市场的迅速发展和科技的进步创新，随着滚筒洗衣机制作成本的下降，也让滚筒洗衣机得到了很好的普及，市场占有率大幅提升。
作为未来技术发展方向之一，变频技术将带动整个洗衣机行业的技术提升，有利于洗衣机产业的升级。
目前的洗衣机都没有实现全方面的兼容，大多数的洗衣机生产的厂家都注重各自品牌的洗衣机的特长，突出一两个与别的洗衣机不同的个性化的功能，洗衣机的各项功能都是由单片机控制实现的，因此设计出基于单片机的洗衣机控制电路系统具有很强的实用性。
并且随着单片机技术日新月异的发展，单片机以其集成度高、运算速度快、体积小、可靠运行、价格低廉等特点在过程控制、机电一体化、智能化仪表、家用电器等方面得到了广泛应用。
本设计采用AT89C51单片机作为洗衣机控制系统的核心，硬件线路及控制程序的设计室该系统的重要组成部分。
硬件线路设计主要包括电源、功能及控制系统、洗衣机状态显示、输出控制电路的设计。
控制程序设计主要包括主程序、内部定时中断服务程序、外部中断服务程序的设计。
与此同时还介绍了与洗衣机有关的一些常见的电子元器件的基本功能。
绪论
随着人民生活水平的提高，越来越多的人需要使用洗衣机。
现在洗衣机越来越高度自动化，只要衣服放入洗衣机，简单的按两个键，就会自动注水，一些先进的电脑控制洗衣机，还能自动的感觉衣物的重量，自动的添加适合的水量和洗涤剂，自动的设置洗涤的时间和洗涤的力度，洗涤完以后自动的漂洗甩干，更有些滚筒洗衣机还会将衣物烘干，整个洗衣的过程完成以后还会用动听的音乐声提醒用户，用户可以在洗衣的过程做其它的事，节省了不少的时间。
总之，每一项技术的进步极大地推动了洗衣过程自动化程度的提高。
目前的洗衣机主要有强弱洗涤功能、进排水系统故障自动诊断功能、暂停等几大功能，而洗衣机的各项功能是由单片机控制实现的，单片机的体积小，控制功能灵活，然而，基于单片机的洗衣机控制系统具有很强的实用性。
洗衣机是一种在家庭中不可缺少的家用电器,发展非常快,而全自动式洗衣机因使用方便更加得到大家的青睐,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,对不同的衣物可选择不同的洗涤方式。
近几十年，在工业发达国家，全自动洗衣机制造技术又得到迅速发展，其年总产量及社会普及率均以达到相当高得水平。
全自动洗衣机的发展首先表现在洗涤方式发生巨大变化。
原先大多侧重于水流的改变、动力的加大。
现在，超音波、电解水、臭氧和蒸汽洗涤的运用，使洗衣机的去污能力从单纯依靠洗衣粉、洗涤剂的化学作用和强弱变化的水流机械作用，向更高层次的健康、环保洗涤方式转变，特别是电解水、超音波技术在洗衣机行业的运用几乎改变了洗衣机的历史——洗衣不用或少用洗衣粉、洗涤剂，减少化学品对皮肤的损害和对环境的污染。
电解水、臭氧、蒸汽的杀菌除味及消毒功能倍受青睐，引发了洗衣机消费健康潮。
另一变化就是高度自动化、智能化、人性化。
从半自动、全自动到现在流行的人工智能、模糊控制，只需按一下按钮一切搞定！
同时，用户可以按照自己的洗衣习惯，自主选择时间和方式，自编和记忆程序让用户真正做到随心所欲。
人性化还表现在使用的方便和舒适，如子母分洗洗衣机可以做到不同衣物分开洗；斜桶和顶开滚筒可以做到取放衣物方便不需深弯腰；蒸汽烘干功能使得晾晒更加方便，DD直驱电机在节能降噪方面效果更加突出，等等。
业内人士表示，尖端洗涤技术的革新，所表现出的洗衣方式更加注重健康和个性化，已在市场发展中倍受欢迎。
第1章洗衣机控制系统概述
1.1洗衣机控制系统介绍
洗衣机通过控制系统设定洗衣程序，在内桶自动完成注水、洗涤。
漂洗、排水和脱水全过程。
洗衣时，控制系统将打开进水电磁阀，开始注水；当洗涤脱水桶内的水位达到系统的设定值时，水位检测器向单片机发送一个信号，通知控制系统关闭进水电磁阀，同时启动电机洗衣。
电机在控制系统下进行正传、停、反转，通过传动机机构带动波轮执行洗涤程序；当洗涤时间结束了，控制系统将切断电机电路，打开排水电磁阀。
开始排水；然后再次注水，洗衣进入漂洗状态，完成漂洗程序（通常为二次漂洗）；漂洗排水结束后，系统控制电机单方向高速运转，完成脱水程序；当脱水程序终了，系统控制排水电磁铁和电机断点，排水阀和减速离合器的制动臂复位，同时蜂鸣器报警。
通知用户整个洗衣过程结束。
洗衣机的洗涤原理是模拟人工衣物为基础发展而来的，即通过翻滚、摩擦、水的冲刷等机械原理以及洗涤剂的表面活化清洁的作用，将附着在衣物上的污垢除掉。
以达到清洁衣物的作用。
目前，大多数的洗衣机都以单片机为核心来控制电路来控制电动机、进水阀、排水阀、数码显示管、及蜂鸣器的电压输出，使洗衣机根据程序进行工作。
1.2动作介绍
全自动洗衣机的洗衣桶（外桶）和脱水桶（内桶）是以同一中心安放的。
外筒固定，作盛水用。
内桶可以旋转，作脱水（甩水）用。
内桶的四周有很多小孔，使内外桶的水流相通。
该洗衣机的进水和排水分别由进水电磁阀来执行。
进水时，通过电控系统使进水阀打开，经进水管将水注入到外桶。
排水时，通过电控系统使排阀打开，将水由外桶排出到机外。
洗涤正转、反转由洗涤电动机驱动波盘正、反转来实现，此时脱水桶并不旋转。
脱水时，通过电控系统将离合器合上，由洗涤电动机带动内桶正转进行甩干。
高、低水位开关分别用来检测高、低水位。
启动按钮用来启动洗衣机工作。
停止按钮用来实现手动停止进水、排水、脱水及报警。
排水按钮用来实现手动排水。
1.2洗衣机控制系统的比较（单片机控制和PLC控制）
1.2.1PLC的含义
PLC（ProgrammablelogicController）,是指以计算机技术为基础的新型工业装置。
在1987年国际电工委员会（InternationalElectricalCommittee）颁布的PLC标准草案中对PLC下定义：
“PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。
它采用可以编制程序的存储器,用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。
PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。
”
1.2.2PLC的特点
（1）可靠性高，抗干扰能力强
高可靠性是电气控制设备的关键性能。
PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造,内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。
例如三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时间高达30万小时。
一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。
从PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制系统,和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低,此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。
在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。
这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。
（2）配套齐全，功能完善，适用性强
PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。
可以用于各种规模的工业控制场合.除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。
近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。
加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。
（3）易学易用，深受工程技术人员欢迎
PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。
它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。
梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。
为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事打开了方便之门。
（4）系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造
PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短,同时维护也变得容易起来。
更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。
这很适合多品种,小批量的生产场合。
（5）体积小，重量轻，能耗低
以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗仅数瓦。
由于体积小很机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。
1.2.3PLC未来展望
21世纪，PLC会有更大的发展。
从技术上看，计算机技术的新成果会更多地应用于可编程控制器的设计和制造上，会有运算速度更快、存储容量更大、智能更强的品种出现；从产品规模上看，会进一步向超小型及超大型方向发展；从产品的配套性上看，产品的品种会更丰富、规格更齐全，完美的人机界面、完备的通信设备会更好地适应各种工业控制场合的需求；从市场上看，各国各自生产多品种产品的情况会随着国际竞争的加剧而打破，会出现少数几个品牌垄断国际市场的局面，会出现国际通用的编程语言；从网络的发展情况来看,可编程控制器和其它工业控制计算机组网构成大型的控制系统是可编程控制器技术的发展方向。
目前的计算集散控制系统DCS（DistributedControlSystem）中已有大量的可编程控制器应用。
伴随着计算机网络的发展,可编程控制器作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成部分，将在工业及工业以外的众多领域发
挥越来越大的作用。
1.2.4单片机的含义
单片机是一种集成在电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。
1.2.5单片机的特点
（1）集成度高、体积小。
单片机将CPU、存储器、I/O接口等各种功能部件集成在一块晶体芯片上，体积小，节省空间。
能灵活，方便地应用于各种智能化的控制设备和仪器，实现机电一体化。
（2）可靠性高，抗干扰性强。
单片机把各种功能部件集成在一块芯片上，内部采用总线结构，减少了各芯片之间的连线，大大提高了单片机的可靠性与抗干扰能力。
另外，其体积小，对于强磁场环境易于采取屏蔽措施，适合在恶劣环境下
（3）低功耗。
许多单片机的工作电压只有2～4伏特，电流几百微安，功耗很低，适用于便携式系统
（4）控制功能强。
其CPU可以对I/O端口直接进行操作，可以进行位操作、分支转移操作，还能方便地实现多机控制，使整个系统的控制效率大为提高，适用于专门的控制领域。
（5）可扩展性好。
单片机具有灵活方便的外部扩展总线接口，使得当片内资源不够使用时可以非常方便地进行片外扩展。
另外，现在单片机具有越来越丰富的通信接口：
如异步串行口SCI、同步串行口SPI、I2C、CAN总线、甚至有的单片机还集成了USB接口或以太网接口，这些丰富的通信接口使得单片机系统与外部计算机系统的通信变得非常容易。
（6）性价比高
单片机应用广泛，生产批量大，产品供应商的商业竞争使得单片机产品的性能越来越强而价格低廉，有优异的性能价格比。
1.2.6单片机控制与plc控制的区别:
都是计算机，有cpu存储器等计算机具有的必要元件。
1．PLC是建立在单片机之上的产品，单片机是一种可编程的集成芯片，换句话来说，plc就是由单片机加上外围电路做成的，单片机开发式底层开发，比较麻烦，程序编写用汇编或者c语言比如延时用单片机做程序，要从晶振来计算，而plc就不一样，个厂家都提供一个编程软件，可以用梯形图编程，延时只需在时间继电器里送一个数字而已。
2．单片机可以构成各种各样的应用系统，从微型、小型到中型、大型都可，PLC是单片机应用系统的一个特例，单片机可以开发各种智能仪表，比如温控仪，电视遥控器，豆浆机控制器，微波炉，智能玩具。
3．不同厂家的PLC有相同的工作原理，类似的功能和指标，有一定的互换性，通用性，可靠性，编程软件正朝标准化方向迈进,plc是专业为工业开发的一种计算机。
而单片机应用系统则是八仙过海，各显神通，功能千差万别，质量参差不齐，学习、使用和维护都很困难。
4.单片机开发成本低，一个单片机十几块到几十块，上百不等，但开发起来，麻烦。
PLC的价格几百，几千，几万，但是开发周期短，见效快,可靠性高。
5.应用场合不一样，单片机用于少量的控制点、量化的产品上,PLC更适合大系统。
AT89S51单片机作为控制部件，该型号单片机共有40个引脚采用双列直插式的，下面是各个引脚的功能：
图3.3AT89S51的引脚图
（1）输入/输出口线
P0.0～P0.7P0口的8位双向口线。
P1.0～P1.7P1口的8位双向口线；内部具有上拉电阻。
P2.0～P2.7P2口的8位双向口线；内部具有上拉电阻。
P3.0～P3.7P3口的8位双向口线；内部具有上拉电阻。
还具有第二功能见表3-1。
表3-1P3口的第二功能
口线
第二功能
信号名称
P3.0
RXD
串行数据接收
P3.1
TXD
串行数据发送
P3.2
INT0
外部中断0的申请
P3.3
INT1
外部中断1的申请
P3.4
T0
定时器/计数器0计数输入
P3.5
T1
定时器/计数器1计数输入
P3.6
WR
外部RAM写选通
P3.7
RD
外部RAM读选通
2）控制信号线
RST---复位输入信号高电平有效,用以完成单片机的复位初始化操作。
EA/Vpp---外部程序存贮器访问允许信号/编程电压输入端，当EA信号为低电平时，对ROM的读操作限定在外部程序存储器；当EA信号为高电平时，对ROM的读操作是从内部程序存储器开始的，并可延至外部程序存储器。
PSEN---低电平有效，可实现对外部ROM单元的读操作。
ALE/PROG---低字节地址锁存信号/编程脉冲输入端
3）电源和外部晶振引脚
Vcc---电源电压输入引脚
GND---电源地
XAL1、XTAL2---外部晶振引脚
4）存储器的分配
AT89S51的内部共有256个数据存储单元，通常把这256个单元按其功能划分为两部分：
低128单元和高128单元，其中低128个单元供用户暂存中间数据，可读可写，掉电后数据会丢失；高128个单元被专用寄存器占用。
其中内部数据存储器的分配情况如图3.4所示:
图3.4数据存储器的分配情况图
3.3.2单片机的复位电路
复位电路的作用是复位。
在单片机接上电源以后，或电源出现过低电压时，将单片机存储器复位，使其各项参数处于初始位置，即处于开机时的标准程序状态，以消除由于某种原因的程序紊乱。
单片机的复位电路有上电复位和手动复位两种形式，RST端的高电平直接由上电瞬间产生高电平则为上电复位；若通过按钮产生高电平复位信号则称为手动复位。
图3.5为兼有上电复位和手动复位的电路。
上电复位是利用电容充电来实现复位，其工作原理是：
上电瞬间RST端的电位与VCC相同，随着电容C6充电电流的减小，+5V的电压立即加到了RST端，该高电平使得单片机复位。
手动复位是利用开关K来实现复位，此时电源Vcc经两电阻分压，在RST端产生一个高电平，使得单片机复位。
当RST由高变低后复位结束，CPU从初始状态开始工作。
单片机的复位都是靠外部电路实现的，在本次设计中采用手动复位，如图3.5：
图3.5单片机复位电路
3.3.3单片机的时钟电路
时钟电路由晶振元件与单片机内部电路组成，产生的振荡频率为单片机提供时钟信号，供单片机信号定时和计时。
在AT89S51单片机内部有一个高增益反相放大器，其输入端引脚为XTAL1，其输出端为XTAL2。
只要在两引脚之间跨接晶体振荡器和微调电容C4、C5，就可以构成一个稳定的自激振荡器。
本设计采用图3.6所示电路。
一般地，电容C1和C2取33pf左右；晶体振荡器，简称晶振，频率范围是1.2~12MHz。
晶振频率越高，系统的时钟频率也就越高，单片机的运行速度也就越快。
在通常情况下，使用振荡频率为6MHz或12MHz的晶振。
如果系统中使用了单片机的串行口通信，则一般使用频率为11.0592MHz的晶振。
而在本次设计中采用的是频率为11.0592MHz的晶振。
图3.6时钟电路
3.3.4显示电路
显示模块由发光二极管和LED显示器组成。
1.LED（LightEmitingDiode）是发光二极管英文名称的缩写。
本次设计中我们采用发光二极管主要是用来指示洗衣机的工作状态。
5个发光二极管分别跟单片机的P1口的5个I/O口连接，如图3.7所示。
当发光二极管的负极所对应的P1口为低电平时，发光二极管导通。
图3.7发光二极管电路
2.LED显示器是由发光二极管构成的，所以在显示器前面冠以“LED”。
本次设计只是显示时间，所以采用LED显示器就可以达到目的了。
如图3.8所示:
图3.8LED显示器电路
（1）LED显示器的结构
常用的LED为8段或7段。
每一个段对应一个发光二极管。
这种显示器有共阳极和共阴极2种。
共阴极LED显示器的发光二极管的阴极连在一起，通常此公共阴极接地。
当某个发光二极管的阳极为高电平时，发光二极管点亮，相应的段被显示。
同样，共阳极LED显示器的发光二极管的阳极连接在一起，通常此公共阳极接正电压，当某个发光二极管接低电平时，发光二极管被点亮，相应的段被显示。
为了使LED显示器显示不同的符号或数字，就要把不同段的发光二极管点亮，这样就要为LED显示器提供代码，因为这些代码可使LED相应的段发光，从而显示不同字型，因此该代码称之为段码（或称为字型码）。
（2）LED显示器工作原理
LED显示器有静态显示和动态显示2种方式。
LED显示器工作于静态显示方式时，各位的共阴极（共阳极）连接在一起并接地（或+5V）；每位的段码线（a-dp）分别与一个8位的锁存器输出相连。
之所以称之为静态显示，是因为各个LED的显示字符一经确定，相应锁存器锁存的段码输出将维持不变，直到送入另一个的段码为止。
正因为如此，静态显示器的亮度都较高，但静态现实的缺点是占用口线太多，如果显示器的位数太多，则需要加锁存器，因此一般情况下采用动态显示。
在多位LED显示时，为简化硬件电路，通常将所有位的段码线相应段并联在一起，由1个8位I/O口控制，形成段码线的多路复用，而各位的共阴极或共阳极分别由相应的I/O线控制，形成各位的分时选通。
本次设计中我们采用的是2位共阳极数码管，其中段码线占用1个8位I/O口，即为P0口，而位选占用2个I/O口，在P2口。
由于各位的段码线并联，8位I/O口输出的段码对各个显示位来说都是相同的。
因此，在同一时刻，如果各位位选都处于选通状态的话，2位LED将显示相同的字符。
若要各位LED能够显示出与本位相应的显示字符，就必须采用动态显示，即在某一时刻，只让一位的位选线处于选通状态，而其他各位的位选处于关闭状态，同时，段码线上输出相应位要显示的字符段码。
这样，在同一时刻，2位LED中只有选通的那位显示字符，而其他1位则是熄灭的。
同样，在下一时刻，只让下一位的位选处于选通状态，而其他各位的位选线处于关闭状态，在段码线上输出将要显示字符的段码，则同一时刻，只有选通位显示出相应的字符，而其他各位都是熄灭的。
如此循环下去，就可以使各位显示出将要显示的字符。
虽然这些字符是在不同时刻出现的，而在同一时刻，只有一位显示，其他各位熄灭，但由于LED显示器的余辉和人眼的视觉暂留作用，只要每位显示间隔足够短，则可以造成多位同时亮的假象，达到同时显示的效果。
3.3.5蜂鸣器报警电路
本设计采用无源蜂鸣器，单片机必须输出固定频率的方波信号，其工作电压范围宽，4-12V，需要外围元件少，电压增益可调范围为20-200。
通过CPU的P3.5输出高电平来控制蜂鸣器报警。
如图3.9所示：
图3.9蜂鸣器报警电路
3.3.6电动机的控制电路
1.继电器的作用
继电器是在自动控制电路中起控制与隔离作用的执行部件，它实际上是一种可以用低电压、小电流来控制高电压、大电流的自动开关。
2.电动机控制电路的工作原理
电动机M控制部分的电气原理图如图3.10所示。
电动机有两个控制端，一端控制电机正传该端与P2.0相连，另一端控制电机反转该端与P2.1相连。
系统供电时交流220V电压经过继电器加在电动机的两个控制端。
当洗衣机接到“正转”指令时P2.0输出高电平经过R19、Q1使得继电器Kb线圈得电导通Kb，从而使得电机正转。
当洗衣机接到“反转”的指令时P2.1输出高电平经过R20、Q2使得继电器Ka线圈得电导通K
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