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张宇

南通纺织职业技术学院

论文

海尔单片机的全自动洗衣机控制系统

学生张宇

指导教师张惟兵

专业机电一体化

班级09机电一

学号20090635

日期2011年10月

摘要

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、摔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，介绍了可编程控制器在洗衣机电气参数测试中的应用,讨论了硬件设计和程序设计。

关键字：

单片机全自动洗衣机控制系统电路设计

目录

摘要...............................................................2

1.洗衣机的发展趋势.................................................4

2.方案选择.........................................................4

2.1全自动洗衣机控制要求..........................................5

2.2整机组成图....................................................5

3.硬件电路的设计...................................................5

3.1键盘单元管理..................................................6

3.2数码管显示电路................................................7

3.3ADC0809采样电路...............................................8

3.4电机控制电路..................................................19

3.5进水阀控制路..................................................10

3.6排水阀控制电路.................................................11

4.程序流程图.......................................................12

5.参考文献.........................................................13

单片机控制的全自动洗衣机电路设计

1、洗衣机的发展趋势

将洗衣机的各种洗衣程序运行在单片机（微电脑芯片）的控制下，使得洗涤、漂洗、脱水等各种功能的操作都能不需要手动，而是模拟人类智能行为完成，一般的微电脑控制程序全自动洗衣机由使用者根据洗涤衣物的质量、厚薄、脏污程度等，选择洗涤程度（包括洗涤水量、洗涤时间、漂洗方式、脱水时间等），洗衣机按照选定的洗涤程度自动进行工作。

高档的微电脑程控全自动洗衣机（又称智能型洗衣机），它的输入指令来自两个方面：

一方面是使用者在控制面板上的选择;另一方面，洗衣机内具有各种传感器，在洗涤过程中可对洗涤量、洗净程度、排水情况、脱水情况等进行检测，调整洗涤过程，使洗衣机工作于最佳状态。

2、方案选择

2.1全自动洗衣机的控制功能要求：

2.1.1洗涤过程

通电后，洗衣机进入暂停状态，以便放好衣物。

若不选择洗衣周期，则洗衣机从洗涤过程开始。

当按暂停开关键时，进入洗涤过程。

首先进水阀通电，打开进水开关，向洗衣机供水；当到达预定水位时，水位开关接通，进水阀断电关闭，停止进水；电机接通电源，带动波轮旋转，形成洗衣水流。

电机是一个正反转电机，可以形成往返水流，有利于洗涤衣物。

2.1.2脱水过程

洗涤或漂洗过程结束后，电机停止转动，排水阀通电，开始排水。

排水阀动作时，带动离合器动作，使电机可以带动内桶转动。

当水位低到一定值时，水位开关断开，再经过一段时间后，电机开始正转，带动内桶高速旋转，甩干衣物。

2.1.3漂洗过程

与洗涤过程操作相同，只是时间短一些。

全部洗衣工作完成后，由蜂鸣器发出音响，表示衣物已洗干净。

4、具有弱、强洗涤功能。

要求强洗时正反转驱动时间各为4S，间歇时间为1S；弱洗时正反转驱动时间各为3S，间歇时间为2S。

洗衣机的标准洗衣程序是：

洗涤——脱水——漂洗——脱水——漂洗——脱水——漂洗——脱水。

经济洗衣程序少一次漂洗和脱水过程。

具体的时间自己设定。

2.1.4暂停功能

不管洗衣机工作在什么状态，当按下暂停键时，洗衣机需暂停工作，待启动键按下后洗衣机又能按原来所选择的工作方式继续工作。

2.1.5声光显示功能

洗衣机各种工作方式的选择和各种工作状态均有声光提示和显示

2.2整机组成框图

针对上述，一方面，涉及到硬件电路，另一方面要配合相应的软件，才能完成上述功能。

下面为本设计的整机框图如图1。

如图所示，通过传感器，将被洗衣物一相关数据通过A/D转换电路送到微处器内部，进行分析、处理，然后分别进行模糊控制，如进水量、浸泡时间、洗涤时间和排水时间。

通过数码管显示相应状态，由简单按键控制，遇到险情由扬声器发声。

图1整机电路组成框图

3．硬件电路设计

针对上文的功能，硬件电路应包括七个部分：

微处理器控制电路、显示电路、采样电路、电机控制电路、进水阀控制电路、排水阀控制电路和按键报警电路。

通过这几个部分电路的协调工作，洗衣机能模拟人脑进行操作。

下面分别产述各电路组成。

3.1键盘管理单元

包括功能选择键盘管理和暂停返回键管理。

功能键盘用8279控制，用INT0中断管理。

暂停返回键用外部中断一控制。

功能：

数字键：

选择说明中各工作方式对应的数字键进行相应的操作

F：

确定B：

返回上级菜单A:

暂停工作/INT1：

返

图2键盘管理单元电路

3.2数码管显示电路

图3（a）LED显示

该单元能够显示按键功能，当前工作状态及该状态剩余的时间。

3.3ADC0809采样电路

采样电路我们用八路输的A/D转换芯片ADC0809，ADC0809是单片COMS8位逐次逼近型A/D转换器，与位微机兼容，正好我们的用的单片要相连，其三态输出可直接驱动数据总。

输入电压可调，含内部时钟发生器，内部主要由：

D/A转换器、逐次逼的寄存器、移位寄存器、比较器、时钟发生器和控制器电路，它的工作过程是：

转换开始时由时钟节拍控制动作，第一个时钟来时，移位寄存器状态为10000000（最高位为1），并送给逐次逼近寄存器（SAR），由SAR将10000000传给D/A转换器输入端，使D/A转换器产生输出模拟电压VST，VST与A/D转换器的输入模拟量VI进行比较。

若VST〈VI，则比较器输出VC为高电平1，若VST〉VI，则VC=0。

然后第二个时钟到来，使移位寄存器变为01000000，送给SAR，便SAR的最高位由VC来确定，VC为1，SAR最高位保持原来的1，VC为0，SAR最高位为0。

比较一直进行到VST=VI才结束。

此时将SAR中的二进制数输出，即为A/D转换器的二进制输出。

电路连接图如图5

图4ADC0809连接图

（b）使能端控制图（c）时钟控制图

图5（d）浑浊度检测图

浑浊度传感器主要采用红外光电传感器。

由红外发射管发出一定强度的红外光，红外接收管在溶液的另一侧接收红外线。

红外线在溶液中透光性的大小就决定接收方产生光电电流的大小，光电流经整形放大和数据处理后，就可以判断出水的浑浊程度。

最后经ADC0809转换成数字信号，由单片机来判断，将红外光电传感器接在排水口，如图（d）所示。

ADC0809的控制电路如图（a），启动A/D转换，使能A/D，由单片机WR、RD和P2.7口完成，外接两个与非门，参考电压VREF接5.0V电压，在电路中，A/D转换有多路，还有重力检测等，因些还要控制通道，什么时采集哪路信号，ADC0809的通道选择由ADD-A、ADD-B、ADD-C三个端决定，000->IN-0、001->IN-1、010->IN-2、011->IN-3、100->IN-4、101->IN-5、110->IN-6、111->IN-7，由于单片机端有限，我们有74HC373进行扩口，在进行AD操作时，先送地址选通，由74HC373锁存起来，通过74HC373锁存端可控制，达到通道的选择，完了之后，再读ADC0809的数据端口，将采集到的数传给单片机。

ADC0809的时钟信号由单片机ALE端口产的2M方波由触发器分频提供。

3.4电机控制电路

图6步进电机单元

采用四相八拍的步进电机，用P1.0—P1.3控制，来模拟洗衣机滚筒的转动，从而模拟洗涤，漂洗，甩干等功能，电机可以正反转，洗涤和漂洗过程中均每隔3s正反转一次，甩干则高速正转，步进电机转速的控制则通过延时来实现。

3.5进水阀控制电路

进水阀控制电路如图7所示。

和电机控制电路一样，通固体继电器来实现隔离，反相器74S05实现缓冲，发光二极管，指示工作状态，进水阀门的开关，由继电器来控制，当继电器线圈中有电流流过时，继电开关吸合，反之，就断开，

利用这一特性，和单片机P2.4端口相连，来控制，给这个端口加低电平，反相缓冲后变成高电平，双向可控硅断开，线圈中没有电流流过，阀门打开；当给端口加高电平时，给反相倒相后变成低电平，点亮发光二极管，双向可控硅开通，继电器线圈绕组中有电流流过，产生磁场，吸合开关，阀门关闭。

排水阀门的操作主要有两个参数，一个为开关，另一个不开关时间，这两个参都是很容易通过单片机实现的。

图7进水阀控制电路

3.6排水阀控制电路

排水阀控制电睡如图8。

和进水阀电路一样，通固体继电器来实现隔离，反相器74S05实现缓冲，发光二极管，指示工作状态，进水阀门的开关，由继电器来控制，当继电器线圈中有电流流过时，继电开关吸合，反之，就断开，

利用这一特性，和单片机P2.4端口相连，来控制，给这个端口加低电平，反相缓冲后变成高电平，双向可控硅断开，线圈中没有电流流过，阀门打开；当给端口加高电平时，给反相倒相后变成低电平，点亮发光二极管，双向可控硅开通，继电器线圈绕组中有电流流过，产生磁场，吸合开关，阀门关闭。

排水阀门的操作同样也有两个参数，一个为开关，另一个不开关时间，这两个参都是很容易通过单片机实现的。

两电电都有共同点，都是需要软件进行模糊处理，什么时候开，什么时候关，开多长时间，关多长时间等，都是通过模糊量来完成全自动的。

图8排水阀控制电路

4．程序流程图

程序完全采用模糊控制的办法，来达到全自动的功能。

在本设计中一方面为测量衣物重量，来自动调节加水、排水；另一方面为检测水的浑浊度，来控制洗涤时间，通过这两个量的控制，可完成衣物的清洗。

本设计采用模糊控制算法。

支持该硬件系统的软件由六大模块组成：

1.系统初始化模块；2.信号检测及处理模块；3.功能控制模块；4.中断处理模块；5.显示输出模块；6.正常、过载报警模块。

模糊控制器的控制算法包括以下两个部分：

一个是模糊矩阵运算；另一个是将输入变量（浑浊度和浑浊度变化率）模糊化处理，查找查询表并作输出处理的程序。

　　选择合适的采样时间是系统在调试过程中必须考虑的问题。

在模糊控制系统中，其输入变量为浑浊度和浑浊度变化率，是通过两次采样间隔得到的，因此为了获得较精细的控制规律，应使浑浊度变化率的值较大，但从一次响应过程中控制作用的次数来看，一般不能低于5次，否则控制不精细，可见在模糊控制系统中选择采样时间受以上两方面的制约。

在实际控制系统设计中，选择采样时间要进行折衷考虑，通过多次实验方能确定其最佳的采样时间。

程序框图如图12：

暫停控制

图9程序流程图

5．参考文献

《ATMEL89系列单片机应用技术》余永权北京航空航天大学出版社

《C51程序设计》一建校杨建国宁改娣危建国科学出版社

《微型计算机算法》电子工业出版社

《电力电子技术》重庆大学出版社

《单片机应用程序设计技术》北京航空航天大学出版社何立民

《数字电路》华中科技大学出版社康光华

《模拟电路》华中科技大学出版社康光华

《电子技术基础实验》高等教育了版社陈大钦