滚筒洗衣机电控设计讲解.docx

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滚筒洗衣机电控设计讲解

滚筒洗衣机电控设计

方勇安庆师范学院安徽安庆080506003

指导老师：

王陈宁

摘要：

介绍一种滚筒洗衣机的电控设计。

针对该种洗衣机的特性，该设计从供电部分（开关电源）、功能控制输出部分、信号采集及人机交互进行分析。

电控器核心采用高性价比的瑞萨SH88F516芯片单片机，增加了整机的可靠性，降低了成本。

同时考虑到产品的可靠性和可制造性，在软件编写时单片机程序设计了工厂模式和用户模式。

关键词:

滚筒洗衣机，单片机，SH88F516，洗衣机电控板

Drumwashingmachineelectriccontroldesign

College:

Schoolofmathematicsandcomputerscience,anhuinormaluniversity

Name:

BanDeBing

Abstract:

Thispaperintroducesaplatenwashingmachineelectriccontroldesign.

Accordingtothecharacteristicsofthiskindofwashingmachine,thepartfromthepowersupply,switchingpowersupplydesign,functioncontroloutputpart,signalcollectionandhuman-computerinteractionareanalyzed.Reactorcorewithcost-effectiverenesasSH88F516chipmicrocontroller,increasethereliabilityofthemachine,reducethecost.Atthesametime,consideringthereliabilityandmanufacturabilityoftheproduct,microcontrollerprogrammingthefactorywhenwritingsoftwaremodeandusermode.

Keywords:

Drumwashingmachine,MCU,SH88F516,washingmachineelectroniccontrolboard

1.引言

现今社会中，随着国民经济和信息技术的发展，洗衣机已成为家里最常见的电器产品。

目前国内洗衣机行业，滚筒的销售量只占有22%左右，且份额在逐年扩大，欧美滚筒洗衣机所占份额为80%以上，滚筒洗衣机优点：

洗净比高，节省水，对衣服磨损小，通常还有烘干功能等；缺点：

费电（相对波轮洗衣机），洗衣时间长等。

由于滚筒洗衣机适应衣服较多，外观时尚已成为年轻人的首选。

2.洗衣机电控板的简介

洗衣机电控板主要是由电源部分、功能控制输出部分、信号采集及人机交互等组成。

其中电源部分是将220V或110V交流电源转化为12V和5V直流电；功能控制输出部分是当用户使用时，单片机按照客户选择的需求做出相应的功能输出，其中单片机输出控制信号通过反相器来驱动各对应功能的功率器件；人机交互是用户通过按键来调节洗涤模式，洗涤时间以及其他功能，电控板则通过LED灯和数码屏来反馈用户的选择模式。

3.硬件设计

3.1.电源部分

本文涉及的滚筒电控板采用隔离反激式开关电源供电，并非传统使用的线性电源。

开关电源是将交流电先整流成直流电，在将直流逆变成交流电，在整流输出成所需要的直流电压。

这样开关电源省去下线性电源中的变压器，以及电压反馈电路。

而开关电源中的逆变电路完全是数字调整，同样能达到非常高的调整精度。

开关电源由很高的开关速度的变压器和开关管,特点是重量小,容量大,输出质量高。

开关电源的调整管工作在饱和和截至状态，因而发热量小，效率高（85％以上）而且省掉了大体积的变压器。

开关电源顾名思义有开关动作，它利用变占空比或变频的方法实现不同的电压，实现较为复杂，最大的优点是高效率，一般在90％以上，缺点是纹波和开关噪声较大，适用于对纹波和噪声要求不高的场合；而线性电源没有开关动作，属于连续模拟控制，内部结构相对简单，芯片面积也较小，成本较低，优点是成本低，纹波噪声小，最大的缺点是效率低。

它们各有缺点在应用上互补共存！

3.1.1.电路原理图

本文设计的滚筒洗衣机电控电源部分的原理图如图1所示。

图1电源部分原理图

3.1.2.开关电源的组成

开关电源主要包括输入滤波保护、整流电路、逆变器、输出整流滤波器、控制电路、保护电路。

它们的功能是：

1、输入电网滤波器：

消除来自电网，如电动机的启动、电器的开关、雷击等产生的干扰，同时也防止开关电源产生的高频噪声向电网扩散。

2、输入整流滤波器：

将电网输入电压进行整流滤波，为变换器提供直流电压。

3、逆变器：

是开关电源的关键部分。

它把直流电压变换成高频交流电压，并且起到将输出部分与输入电网隔离的作用。

4、输出整流滤波器：

将变换器输出的高频交流电压整流滤波得到需要的直流电压，同时还防止高频噪声对负载的干扰。

5、控制电路：

检测输出直流电压，并将其与基准电压比较，进行放大。

调制振荡器的脉冲宽度，从而控制变换器以保持输出电压的稳定。

6、保护电路：

当开关电源发生过电压、过电流短路时，保护电路使开关电源停止工作以保护负载和电源本身。

3.2.功能控制部分

3.2.1.电路原理图

功能控制部分原理图分为两个部分，单片机信号控制放大部分和功率器件输出两个部分：

1、单片机信号控制放大部份原理图如图2所示。

图2单片机信号控制放大部分原理图

2、功率器件输出部分原理图如图3所示。

图3功率器件输出部分原理图

3.2.2.SH88F516单片机

控制核心部件采用日本瑞萨公司SH88F516单片机，该单片机是一种高速高效率8051兼容单片机，在同样的振荡频率下，较之传统的8051单片机运行速度更快，性能更优：

1、FlashROM：

64K字节；

2、RAM：

内部256字节外部1024字节，片上EEPROM为1K字节；

3、工作电压：

3.6V-5.5V；

4、四种可选结构：

准双向结构、推挽结构、仅输入结构和开漏结构；

5、3个16为计数器及三个外部中断源。

3.2.3.功率输出部分

功率输出器件主要由半导体器件或继电器一类的开关器件控制，具体明细如下:

1、两个水阀控制分别控制冷热水两路进水，进水阀由双向可控硅来控制；

2、水位由压力开关来控制，控制水位的高低；

3、加热由继电器控制；

4、门锁、排水泵由双向可控硅控制；

5、串激电机控制由测速电机反馈。

驱动由双向可控硅控制,电机方向由继电器控制。

3.3.信号采集及人机交互部分

3.3.1.电路原理图

1、信号采集如图4所示。

图4信号采集电路原理图

2、人机交互如图5所示。

图5人机交互电路原理图

3.3.2.各单元模块

信号采集主要就是采集洗衣机的水位、门开关、水温、电机转速、内部过零电路等方面的信息。

人机交互主要通过按键模块、LED显示模块、数码管显示模块和蜂鸣器模块来实现人与机器的交流。

信号采集部分：

水位控制模块由水位开关经行控制，当水位达到某水位时，水位开关工作，进水阀停止工作；

门开关模块通过机械开关控制，当门没闭合时，机械开关没有导通，火线未接入，到洗衣机无法工作；

水温控制模块通过温传感器（NTC）来采集信息；

电机转速模块通过测速线圈的电流大小，来监测电机的转速；

通过过零电路模块采集输入电源（市电）信息，来实现减低晶闸管的损耗，延长晶闸管的寿命的目的。

人机交互部分：

信息输出部分：

显示是通过矩阵方式来实现的，单片机通过9012三极管提供足够的驱动电流；

信息输入部分：

使用按键时单片机处于输入状态，通过增加一个反向1N4148二极管来消除显示与按键之间的干扰。

4.软件设计

4.1.软件流程图

单片机软件的设计，需要考虑到产品的可靠性和可制造性。

针对此问题，在软件编写时，单片机程序采用两种模式，即工厂模式和用户模式。

工厂模式为洗衣机自动检测各个功能指标的模式，是否达到要求，是则进入下一测试环节，否则输出故障代码；用户模式为客户正常使用的模式。

具体流程见图6所示。

图6软件流程图

4.2.工厂检测模式

软件在设计时，为了能实现检测的高效全面，因此在软件设计时增加工厂测试模式。

工厂模式分为程序测试和部件测试，程序测试主要显示按键等功能进行测试，部件测试主要是对功能进行测试。

4.2.1.程序测试

关机状态下，同时按下水位、脱水键，开机键，进入测试模式。

1、进入测试模式后全部LED闪烁三次后，程序P01指示灯亮，数码管显示“t-0”其他熄灭；任何操作，进入下一步骤。

2、此过程各操作互相独立：

1）、旋转编码器，程序指示灯循环显示，其他指示灯不变；

2）、按动功能键（额外漂洗），对应指示灯显示。

其他指示灯不变；

3）、按下启动/暂停键，进入下一步骤。

3、有水自检顺序执行：

1）、数码管显示‘t-1’，其余均不显示，关闭门锁，15秒内未检测到门锁，则显示‘E01’并报警。

否则，进入下一步。

2）、显示‘t-2’，两进水阀分别进水5秒钟，然后同时进水到低水位，

3）、显示‘t-3’，开始加热、洗涤，显示当前水温，转停比为10：

10，50rpm。

温度升高20℃，温度传感器检测正常。

洗涤时间至少3分钟。

4）、显示‘t-4’，停止加热，洗涤，开始排水到水位开关复位。

5）、显示‘t-5’，开始脱水（800rpm）2分钟。

不带偏心检测。

6）、测试结束，显示’End’，左右摆动。

此时过程中如果有故障发生，将显示故障代码。

测试结束及过程中，按启动/暂停键则回到至1，测试3中其他操作不起作用。

测试结束关机退出测试程序。

4.2.2.部件测试

关机状态下，同时按下洗涤、水位键，开机键，进入部件检测模式。

数码管显示‘C加编号’，默认显示‘C01’，其他LED不亮。

旋转编码器，增加（顺时针）/减少（逆时针）编号，按下启动暂停键，进入各测试部件程序（每步检测需按启动/暂停键）：

C01—检测门锁。

门锁上电。

C02—进水阀1、水位开关。

关闭门锁，从水阀1进水直到低水位，显示‘End’。

C03—进水阀2、水位开关。

关闭门锁，从水阀2进水直到低水位，显示‘End’。

C04—加热器、NTC。

关闭门锁，从水阀1，2同时进水直到低水位，开始加热到温度上升1.5℃，显示‘End’。

C05—排水泵。

关闭门锁，开启排水泵。

C06—内筒顺时针（50rpm）。

关闭门锁。

C07—内筒逆时针（50rpm）。

关闭门锁。

C08—关闭门锁，开启排水泵，直到水位开关复位，再排水15秒后，开始脱水，不带偏心检测，按下启动/暂停键停止脱水。

脱水速度可通过脱水键设置。

在测试过程中按下启动暂停键停止测试程序，旋转编码器，进入其他部件测试。

测试过程中出现故障则显示故障代码并蜂鸣报警。

测试结束后关机退出部件测试程序。

4.3.用户模式

4.3.1.按键部分程序

1、程序编码器：

编码器顺时针转动时，程序顺时针循环显示选择；逆时针转动时，程序逆时针依次循环显示选择。

洗衣程序选择变化后，相关参数变为默认值。

程序运行过程及等待运行过程中，旋转编码器锁定。

可选洗衣程序共12个，用LED灯指示。

2、功能按键:

功能按键共5个，采用微动按键。

功能依次为：

速度、温度、额外漂洗、预约、启动/暂停。

按键有效按下时，蜂鸣0.5秒；无效时蜂鸣0.2秒。

1）、启动/暂停键

选择程序后，按下该键启动洗衣程序；程序运行，数码管亮；程序运行过程中，按下该键，程序暂停，数码显示屏显示“PAUS”；门锁断开后,数码管显示”OPEN”。

程序结束，门锁断开，报警，数码管显示“End”并左右摆动。

童锁保护：

在程序运行过程中，持续按下启动/暂停键4秒，启动键盘锁定，数码管显示“LOC（数码管后三位）”2秒，蜂鸣一声后反回之前显示状态；再次按下4秒后键盘锁定消除，数码管显示“UNL（数码管后三位）”2秒。

当发生故障时，童锁会自动取消。

程序结束后童锁会自动消除。

童锁过程中除解锁方式外，其它按键无效，当有无效按键按下后，蜂鸣器响0.2秒，数码管显示“LOC（数码管后三位）”2秒，然后回到程序之前状态。

2）、预约功能键

预约键用来设定预约洗衣开始时间，可在0-24h内选择，如选择预约时间不为0，则数码显示预约时间加h。

如预约时间为5小时，则显示‘05h’。

默认状态为预约时间是0。

选择预约功能后，预约指示灯亮，按“启动/暂停”键预约时间开始执行，如预约时间为05h,则显示：

“5:

00”以分钟为单位显示且递减。

预约时间结束后，程序自动开始。

预约指示灯灭。

数码管显示当前程序“剩余时间”。

预约时间调整：

“预约”时间可以在倒计时结束前任意更改。

按下“预约”键调整至新的预约时间，开始运作。

无需重选程序。

如果程序重选，则所选的“预约”时间也同时被终止。

显示屏将显示新程序的“剩余时间”。

如果需要，必须重新选择“预约”时间。

在“预约”时间运作期间可以随时放入或取出衣物，完成后请立即关上机门！

3）、温度键

用来设定洗衣程序加热温度，加热温度用led灯指示。

可选温度有‘--℃（不加热）、30℃、40℃、50℃、60℃……’。

可循环选择。

不得设置高于程序默认最高加热温度。

4）、脱水键

选择脱水转速，可选：

‘----（免排水）、400、500、600、700、800、900、1000、1200’。

所选脱水转速如高于脱水曲线转速，则按照脱水曲线执行，如低于脱水曲线设定转速，则按设定值执行。

设定值不能超过程序默认最高脱水转速。

如果选择了“－－－”（免排水）功能，衣物在最后一次漂洗后将留在水中。

在取出衣物以前，必须先进行单脱水或单排水程序。

或者按下速度功能键，选择脱水转速进行脱水。

可以在任何时候按下速度功能键降低脱水转速。

在漂洗程序开始时也可以选择免排水功能。

5）、额外漂洗

选择该功能，增加一次漂洗程序，指示灯亮；再次按下，功能取消，指示灯熄灭。

4.3.2.按键部分程序

1、程序初始选择状态

初上电显示棉麻标准程序，能够选择所需程序。

显示屏循环显示程序剩余时间,洗涤温度，脱水转速。

剩余时间，例如“1:

18”代表1小时18分钟。

洗涤温度，例如“40℃”代表40度。

脱水转速“800”代表最高脱水转速800转/分。

2、程序开始

按下启动暂停键，启动程序。

数码管显示剩余时间，小时和分钟之间的冒号“：

”闪烁，洗衣持续时间以分钟开始倒计时。

3、程序暂停

在程序运行过程中，按下启动暂停键，数码显示屏显示“PAUS”，洗衣程序被暂时中断。

水温超过50℃/水位超过保护水位/洗衣机未停止运转，机门不可打开。

否则，发出断开门锁指令，等待机门打开（约2分钟时间），显示屏显示“OPEN”，打开机门。

再次按下启动/暂停键，开始/暂停指示灯亮，程序从中断处继续运行。

4、程序停止

程序运行结束后，显示屏显示“End”并左右摆动。

如果选择了“----”免排水功能，程序结束后显示屏也显示“----”

4.4.故障代码

1、蜂鸣器报警：

动作

鸣叫时间及频率

开机

1s

启动/暂停

0.5s

功能按键

0.2s

无效操作

20ms

故障报警

按20ms鸣叫，20ms停止的频率，鸣叫15秒停45秒，提醒5次。

程序结束

按0.5s鸣叫，0.5s停止的频率鸣叫5次。

E01报警：

门报警

E02报警：

水位报警

E03报警：

排水故障

E04报警：

溢水报警

E05报警：

电机报警

E06报警：

测速电机报警

E07报警：

NTC报警

E08报警：

加热管报警

E09报警：

电机可控硅短路报警

5.总结

通过这段时间课程设计，我认识到洗衣机电控板的硬件和软件（C语言）设计是比较难的，在设计过程中，使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学理论知识与实践相结合起来，提高自己的实际动手能力和独立思考能力。

这也是一项团队的工作，团队需要个人，个人也离不开团队，必须发扬团结协作的精神，团结协作是我们完成整个工作的重要保证，如果只是我一个人孤军奋战的话，肯定不能在规定时间内完成这次课程设计，感谢老师、同事、网络的力量使我顺利完成了这项设计，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，让我受益匪浅。

致谢

本论文从选题、设计、理论分析、撰写到最后的完成是在朱皖宁导师的悉心指导下进行的。

在此谨向朱老师表示由衷的感谢!

同时，我要感谢在论文工作中给予我无私帮助的各位同事朋友，指导我完成了系统的设计，给予了许多宝贵的意见。

正是由于他们的传道、授业、解惑，让我学到了专业知识，并从他们身上学到了如何求知治学、如何为人处事。

我也要感谢安徽师范大学，是她提供了让我这个已经踏出学校大门的毕业生有提升自己的机会，让我的生活更加丰富多彩，为我的人生留下难忘的一笔。

最后，要感谢我的家人和朋友们，我的任何进步和成绩都见证着他们的宝贵意见和幕后的支持和鼓励。

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