智能洗衣机控制器设计讲解.docx
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智能洗衣机控制器设计讲解
1.设计主要内容及要求；
设计一个智能洗衣机控制器。
要求：
1）硬件电路设计，包括原理图和PCB板图。
2）控制器软件设计。
3）要求能够设定温度、测量温度、显示温度、测量转速、显示转速以及定时控制等。
2.对设计论文撰写内容、格式、字数的要求；
（1）.课程设计论文是体现和总结课程设计成果的载体，一般不应少于3000字。
（2）.学生应撰写的内容为：
中文摘要和关键词、目录、正文、参考文献等。
课程设计论文的结构及各部分内容要求可参照《沈阳工程学院毕业设计（论文）撰写规范》执行。
应做到文理通顺，内容正确完整，书写工整，装订整齐。
（3）.论文要求打印，打印时按《沈阳工程学院毕业设计（论文）撰写规范》的要求进行打印。
（4）.课程设计论文装订顺序为：
封面、任务书、成绩评审意见表、中文摘要和关键词、目录、正文、参考文献。
3.时间进度安排;
顺序
阶段日期
计划完成内容
备注
1
月R
教师讲解题目，学生查阅相关资料
2
月日
查阅相关资料、进行方案论证
3
月日
参数计算、确定方案
4
月R
绘制原理图，设计PCB板图
5
月R
设计PCB板图，程序设计
6
月R
程序设计
7
月R
程序调试
8
月R
撰写论文
7
月R
论文答辩，成品验收
一设计任务描述
智能洗衣机控制器
1・2设计要求
1.2.1基本要求
设计一个智能洗衣机控制器。
要求：
1）硬件电路设计，包括原理图和PCB板图。
2）控制器软件设计。
3）要求能够设定温度、测量温度、显示温度、测量转速、显示转速以及定时控制等。
二设计思路
2.1洗衣机功能与要求
洗衣机的主要工作程序是：
洗涤一一脱水一一漂洗一一脱水一一漂洗一一脱水。
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，表示衣物己洗干净。
2.2洗衣机的基本工作原理
全自动洗衣机的进水和排水分别有进水电磁阀和排水电磁阀來执行。
进水时，通过电控系统把进水阀打开，经进水管将水注入机内，排水时，通过电控系统使排水阀打开，将水乂排到机外。
洗衣机正转，反转由洗涤电机驱动波轮正反來实现，此时脱水桶并不旋转。
脱水时，通过电控系统将离合器合上，由洗涤电机带动桶转进行甩干；高中低水位开关分别用来测高中低水位；启动按钮用來启动洗衣机工作；空水位按钮用來测空水位；进水、洗涤、排水、脱水及报警自动完成。
三硬件设计方框
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。
硬件设计
4.1单片机模块
4.1.1电源电路
在电源电路中，SPX1117-3.3是稳压芯片将输入电压5V转换成3.3V作为C8051F020单片机的主要供电电源。
S2为输入电源开关按钮，在下载完数据后可用此按键來更新下载数据。
其电路图如图4一1单片机电源电路所示。
VCC
3.3VT
图4—1单片机电源电路
4.1.2复位电路
当开发板上电时，C14经充电后复位端电压相当于低电平实现上电复位：
当断电后通过1N4148形成放电回路。
其电路图如图4一2单片机复位电路所示。
RESET
图4—2单片机复位电路
4.1.3液晶显示（LCD）接口电路
单片机留有一个LCD液晶接口，相对应的液晶为MzL05-12864,它是一款仅写入的串行SPI接口方式的液晶，给液晶仅需5个控制口即可完成对其控制。
单片机使用模拟SPI的方式对液晶进行操作。
其电路图如图4一3单片机液晶接口电路所示。
CS3P2.2
1
2
3
4
5
6
7
RESP2.3
AOP2.4
SCKP2.5
SDIP2.6
VCCP3.3
CON：
图4—3单片机液晶接口电路
4.1.4晶振电路
Y1为晶体振荡器，其振荡频率为22.11842MHZ,为单片机提供其工作所需要的时钟,
C16、C17起到帮助晶振的作用。
电路图如图4—4单片机晶振电路所示。
KTAL1[KTAL2
Y1
22.11842MHZ
1Qi1
C16C17
一-II卜一
30pF30pF
图4—4单片机晶振电路
4.2洗衣机系统模块
根据洗衣机的基本功能，硬件电路设计需要考虑：
水流强度的问题、洗涤、漂洗、脱水时间设定长短的问题、工作时间或剩余时间的显示、工作过程中的暂停、启动、复位、洗完后的报警等问题。
采用51系列单片机作为控制核心，主要包括功能设置及控制电路、洗衣机状态显示及输出控制电路。
主要组成部件有：
单片机、74LS138译码器、ULN2003、指示灯、数码管、电动机、蜂鸣器以及按键等。
4.2.1功能设置及控制
（1）暂停键K0,接P3.3,用外部中断1实现工作过程的暂停，根据人的需要可以进行手工洗涤；
（2）水位开关K1,接P1.0,水位到位时，K1闭合。
在进水期间，系统不断检测K1,当检测到K1闭合就停止进水；
（3）按键K2,接P1.6,作为工作过程中的启动键；
（4）按键K3是洗衣强度选择键，接P3.4,每按一次代表一种强度。
分别是标准、弱洗、强洗和自编，由4个指示灯进行显示；
（5）按键K4,接P3.5,对洗衣时间进行设置，并用数码管LED1和LED2显示：
（6）按键K5,接P3.6,对漂洗、脱水次数进行设置，并用数码管LEDI显示；
（7）压电蜂鸣器接P1.7,作为洗衣时间到以及故障发生的报警器。
控制电路如图4-5洗衣机控制电路所示.
CN3
图4-5洗衣机控制电路
4.2.2状态显示
74LS138译码器为3-8译码器，选用它可以解决I/0口线数量不足问题。
从控制要求可知，洗衣机的工作模式以及工作程序必须有7中不同的显示加以区别。
74LS138译码
器的输入端C、B、A分别接Pl.3、Pl.4、P1.5,输出端分别与7个发光二极管D0—D6的阴极相连，发光二极管阳极接电源。
输出端Y0控制DO“弱洗”指示灯：
Y1控制D1“标准洗”指示灯,Y2控制D2“强洗”指示灯,Y3控制D3“自编”指示灯,Y4控制D4“洗衣”指示灯，Y5控制D5“漂洗”指示灯，Y6控制D6“脱水”指示灯.状态显示电路如图4-6
状态显示电路所示.
图4-6状态显小电路
4.2.3输出控制
输出控制电路由触发器电路和相应的双向晶闸管组成。
控制电机正反转以及进水阀和排水阀的开启和关闭。
通过触发器电路和相应的双向晶闸管，电动机的正转和反转用单片机P1.1和P1.2进行控制；进水电磁阀和排水电磁阀用单片机的P3.0和P3.1进行控制
五软件设计方框
5.1主程序流程
5・2中断程序流程
10
六软件设计
6.1主程序设计
根据硬件设计要求，控制主程序流程图如图所示。
洗衣机通电之后，单片机上电，首先进行程序的初始化，包括定时器0、外部中断0、外部中断1的初始化，以及各参数初值的设定。
默认洗衣强度为“标准洗”，漂洗次数3次。
然后扫描K2、K3、K4、K5键的状态，确定洗衣强度R2、洗衣时间R3和漂洗次数R4。
洗衣机处于待命状态，控制指示灯显示洗衣强度，液晶显示预设洗衣时间。
当发现启动键K2按下，洗衣机从待命状态进入工作状态。
完成进水一一洗涤一一脱水一一漂洗的循环过程。
当洗衣结束时，控制蜂鸣器发H。
〈开始〉
初始化
查询洗衣强度R2的
查询洗衣时间R3的
查询漂洗次数R4的
进水程序
洗涤程序
脱水、漂洗程序
（结束）
11
6•仁1进水程序设计
当P3.0=1时，打开进水电磁阀开始进水。
当水位到达要求时，P1.0二0,即水位开关K1闭合，关闭进水电磁阀，P3.0二0,迸水结束；
6.1.2洗涤过程程序设计
电机正反转均为10S,根据R2的值确定洗衣强度、洗衣时间R3及电动机的间歇时间。
洗衣开始
进入漂洗脫水程序
延时is电机反转10s
12
6•仁3脱水、漂洗过程程序设计
脱水前先打开排水阀排水lmin。
然后启动电动机脱水lmin,并保持排水阀开启，然后停止脱水。
接着判断漂洗次数即R4的值，若R4为0则洗衣结束，开蜂鸣器提醒洗衣结束，系统返回初始待命状态；若R4不为0,则再次执行进水操作，进入下一循环。
程序如下图所示：
13
6・2内部定时中断设计
工作过程中所需的各种计时均有定时器0定时中断服务64程序提供。
单片机晶振频率12M11Z,定时器0选择工作方式1,设置时间常数，每0.1S中断〜次。
中断处理程序流程图如下图所示。
中断入口
计数清零
秒值加1
秒值清0
i
分值减1
显示子程序
<—
中断返回
■
14
6・3外部中断设计
为了防止外部电压过高或过低对洗衣机的电器及控制硬件产生破坏，用外部中断o进行保护。
当电压过高或过低时，引起外部中断o,洗衣机停止一切动作，进入保护状态。
用外部中断1来实现洗衣过程停止工作。
在洗衣过程中，当暂停键K0按下时，引起外部中断1,转入中断1处理程序。
中断1处理程序将使洗衣机停止工作，并将停止前的状态存储起來。
当按下启动键K2时，洗衣机又恢复工作。
程序设计流程图
15
七工作过程分析
本设计采用常用的C8051F020单片机为控制核心，辅以电机、数码管等其他元器件，通过软，硬件的配合设计，很好的实现了洗衣机的控制功能。
本系统结构简单，控制功能强大，自动化程度高等特点。
（1）系统软硬件设计釆用模块化的设计方法，各模块功能相对独立，最后把它们整合在一起，大大的缩短了系统的设计周期。
（2）为保证洗衣机及人身安全，设计了蜂鸣器报警电路。
（3）本设计还考虑半自动的设计，用户可以根据自己的需求自由选择洗衣机的工作方式,这一点是通过按键实现的。
本文设计的时候只考虑了洗衣机的实用功能，其他的功能可以在他上面进行扩展，使洗衣机功能更能强大。
16
八元器件清单
名称
型号
数量
备注
普通电阻器
3
电容
5
整流二极管
1N4004
2
发光二极管
10
数码管
2
单片机
C8051F020
1
集成稳压器
LM7805
1
开关
CA
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