基于单片机的小天鹅全自动洗衣机课程设计.docx
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基于单片机的小天鹅全自动洗衣机课程设计
基于单片机的小天鹅全自动洗衣机课程设计
1小天鹅洗衣机的机械结构分析与研究
小天鹅微电脑全自动洗衣机XQB47-2003G是指可以完成洗涤、漂洗及脱水过程的自动转换，通常采用套桶方式，即将离心桶（内桶）和盛水桶（外桶）同轴地套在一起，故又称为套桶式洗衣机。
全自动洗衣机工作原理：
在程控器的控制下自动完成洗衣的全过程。
洗涤时，程控器将进水阀打开至水位达到设定值，电动机带动波轮旋转，使水及衣物完成洗涤或漂洗过程；排水时，程控器打开排水阀，将洗涤液或水排出；脱水时，程控器仍将排水阀打开，并使离合器动作，完成机械转换，电动机带动离心桶高速旋转，完成脱水过程
全自动套筒洗衣机的其机械结构基本相同，如图1.1所示。
主要由机械支撑系统、洗涤脱水系统、传动系统、进水排水系统等组成。
图1.1洗衣机
1.1机械支撑系统
机械支撑系统包括外箱体、弹性支承结构、面框等部分。
1.1.1外箱体
外箱体是洗衣机的外壳，价格在100元到120元。
主要是对箱体内部零部件起保护及支撑、紧固的作用。
箱体正前方右下角装有调整脚，保证洗衣机安放平稳。
箱体内壁上贴有泡沫塑料衬垫，用以保护箱体。
箱体上部的四角处装有吊板，用于安装吊杆，电容器通过固定夹固定在箱体的后侧内壁上，电源线、排水口盖、后盖板等也固定在箱体上。
1.1.2弹性支承结构
全自动洗衣机脱水时，由于洗涤物的分布不均匀是不可避免的，高速离心脱水将使内外桶产生剧烈的震动和晃动，为此，常采用将外桶吊挂在机箱壳上的一种弹性支承结构来减震，即采用四根柔性吊杆将外桶吊挂在机箱的四个角上。
全自动洗衣机采用的一种弹性支承结构外形如图1.2所示，内部结构如图1.3所示，吊板固定在箱体上部四角处，外桶吊耳与盛水桶下部相连吊杆穿过吊板及外桶吊耳将两者连在一起。
吊杆为钢丝，上部挂在吊杆挂头上，吊杆挂头可以转动，吊杆下部套着阻尼筒，阻尼筒大约10元。
阻尼筒内装有减震弹簧和阻尼胶碗，阻尼筒挂在外桶吊耳上，可见，四根吊杆通过阻尼筒承受桶体的全部重量，而桶体的重量则将阻尼筒内的减震弹簧压缩。
工作时，由于桶内水的多少不同使减震弹簧的压缩量也不同，桶体的高低位置也不同。
当洗涤、脱水发生振动时，阻尼筒一方面沿吊杆挂头摆动，另一方面沿吊杆上下滑动，这样可以吸收振动能量，减少由于桶体的振动而引起的洗衣机振动保持整机的平稳工作。
图1.2弹性支承结构
图1.3弹性支承结构原理
1.1.3面框
面框位于洗衣机的上部，主要用于安装和固定电气部件和操作部件，面框内一般安装有控制器、进水阀、水位开关、安全开关、电源开关、操作开关等部件。
如图1.4所示
图1.4控制面框
1.2洗涤脱水系统
洗涤脱水系统主要包括盛水桶、洗涤脱水桶、波轮等部件。
1.2.1盛水桶
盛水桶是盛放洗涤液和清水的容器，价格150元，是用具有耐酸碱、抗冲击、耐热等性能的塑料注塑成型，并固定在钢制底盘上。
盛水桶底部正中开有圆孔，与离合器上的大水封配合，防止漏水。
桶体底部有排水口，与排水阀相连接，由排水阀控制排放污水。
盛水桶上部离桶口一定距离的桶壁上开有溢水口，用于排出溢水和漂洗时的肥皂泡。
盛水桶下部侧壁上有一空气室，并开有导气接嘴口，通过导气软管与水位开关相连接，控制盛水桶内水位的高度。
1.2.2洗涤脱水桶
洗涤脱水桶也称为离心桶或内桶，价格280元，全自动洗衣机洗涤与脱水是在同一桶内进行，所以该桶既要满足洗涤要求，又要满足脱水要求。
其外形如图1.5所示。
图1.5洗涤脱水桶
内部结构如图1.6所示
图1.6洗涤脱水桶结构
脱水桶内壁上设有多条凸筋和凹槽，洗涤时起到搓衣板似的搓揉作用。
凸筋的另一作用是增强洗涤液的涡漩。
洗涤脱水桶的凹槽内钻有许多小孔，脱水时，水从小孔中甩出，进入盛水桶内而排出。
洗涤脱水桶的内壁上还嵌有回水管，回水管的底部与波轮相配合，洗涤时，随着波轮的旋转，洗涤液被波轮泵出，沿着回水管上升，从回水管上部的出口处吐出，重新回到桶内，这样周而复始地不断循环，洗涤液中的绒毛、线屑等被滤网袋收集。
洗涤脱水桶的上口装有平衡圈，其作用是减少脱水时由于不平衡而产生的振动。
1.2.3波轮
波轮价格16.5元。
波轮安装在洗涤脱水桶内，并固定在离合器的波轮轴上。
波轮一般由塑料注塑成型，要求外表光滑、无毛刺、不变形。
波轮是产生水流的主要部件，其形状、高低、大小、安装位置、转速及运转方式等，对洗衣机的洗净比和磨损率起着重要的作用。
1.3.传动系统
全自动洗衣机的传动系统由电动机、离合器、三角皮带和电容器组成。
1.3.1电动机
电容运行单相异步电动机，电动机价格不到100元。
是洗衣机的重要部件之一。
洗涤时，电动机在程序控制器的控制下，产生的运转状态是短时的正转一停一反转。
脱水时，通过电动机侧的皮带轮和离合器侧的皮带轮进行减速，带动离合器中的脱水轴作单方向的高速旋转，外形如图1.7所示
图1.7电动机
结构特点：
1、定子绕组由主绕组（工作绕组）和副绕组（起动绕组）组成。
2、副绕组串接电容器3、电动机起动后副绕组继续通电工作
工作原理：
是将电容器串接于启动绕组，再与工作绕组相并联。
两相绕组在空间相位互差90℃。
适当选择电容器C的容量，可使两个绕组中的电流相位差为90°，这样在空间上互成90°的两相绕组通入互差90°的两相交流电，产生了旋转磁场，电动机的转就会沿旋转磁场方向旋转起来。
如图1.8所示
图1.8电动机原理
1.3.2离合器
全自动洗衣机离合器全称减速离合器，价格在90-180元，离合器是洗衣机的主要传动、减速部件。
其主要作用是完成洗衣机的洗涤、甩干工作状态切换，甩干过程中的紧急制动等动作。
甩干状态时，刹车带连杆在牵引器的拉动下，带动刹车带松开轮毂；同时，刹车带连杆带动棘爪与棘轮分离，离合套被离合簧锁紧，内轴与外轴形同整体并保持同步转动，完成甩干状态。
洗涤状态时，牵引器松开刹车带连杆，在刹车带连杆扭簧的作用下，刹车带连杆带动刹车带锁紧轮毂，联动棘爪拨动棘伦并带动离合簧的一端旋转一个角度，使离合套端的离合簧内径扩大；而离合簧的另一端仍锁紧在被单向轴承固定的外轴上，保持离合套离合簧的内径一直处于扩大状态，使内轴带动离合套可以在离合簧的腔体内自由转动，完成洗涤状态的切换态的切换。
外部结构如图1.9所示，
图1.9离合器
离合器内部结构如图1.10所示
图1.10离合器内部结构
1.3.3电容器
小天鹅洗衣机采用的是单相异步电容运转式电动机，电容器是其中一个重要组成部分。
价格在10元左右。
单相异步电容运转式电动机使用的电容器通常为金属化纸介质或聚丙烯薄膜介质电容器，容量为12～15µF，耐压400V以上（交流），外形有圆柱体形的，也有长方体形的。
如图1.11所示
图1.11电容器
1.3.4电动排水牵引器
外形如图1.12所示，
图1.12电动排水牵引器
内部结构如图1.13所示
图1.13内部结构
工作原理：
牵引器通电后马达转动，同时马达上的齿轮带同其他齿轮转动，从而达到拉动钢索或齿条的作用，完成排水的作用。
1．4进水、排水系统
全自动洗衣机的进水、排水系统主要由进水电磁阀、排水电磁阀和水位开关等组成。
1.4.1进水电磁阀
进水电磁阀称为进水阀或注水阀，型号为ICDZ70B1088J,其作用是实现对洗衣机自动注水和自动停止注水。
进水阀由电磁线圈、可动铁心、橡皮膜、弹簧等组成，其外形如图1.14所示。
图1.14进水电磁阀
内部结构如图1.15所示
图1.15内部结构
1.4.2水位开关
水位开关型号为2000G。
价格在10元左右。
水位开关与进水电磁阀配合，根据洗衣桶内水位的高低，控制进水电磁阀的关闭或开启。
水位开关与程控器配合，根据洗衣程序与洗衣桶内水位的高低，控制洗涤电动机的通断。
水位开关是实现进水、洗涤、脱水以至排水的必经之路。
水位开关又叫水位压力开关，它是利用洗衣桶内水位所产生的压力来控制触点开关的通断，外形如图1.16。
图1.16水位开关
内部结构如图1.17
图1.17内部结构
1.4.3排水电磁阀
排水电磁阀由电磁铁与排水阀组成，电磁铁和排水阀是两个独立的部件，两者之间以排水阀杆连接起来。
排水程序开始时，电磁铁由于线圈通电而吸合衔铁，衔铁通过排水阀杆拉开排水阀中与橡皮密封膜连成一体的阀门，从洗涤桶中来的污水因阀门开放而排到机外。
排水结束，电磁铁因线圈断电而将衔铁释放，阀中的压缩弹簧推动橡皮密封膜，使阀门与阀体端口平面贴紧，排水阀关闭。
外形如图1.18所示
图1.18排水电磁阀
内部结构如图1.19所示
图1.19排水电磁阀内部结构
2小天鹅洗衣机控制系统原理设计
2.1单片机的复位电路
图2-1系统原理图
2.1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。
下图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2.1。
图2.1单片机的复位电路
2.2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AT89c51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C1、C2，就可以构成一个稳定的自激振荡器。
本设计采用下图所示电路。
电容C1和C2取30pf；采用的是频率为11.0592MHz的晶振。
图2.3时钟电路
2.3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P1.5给一个脉冲信号来控制蜂鸣器报警。
如下图。
当按下控制面板的键时有声音提醒，上盖被打开有声音提醒，当洗衣整个过程结束时程序控制蜂鸣器报警提醒洗衣完成及时取出衣服。
图2.4蜂鸣报警电路
2.4电动机的控制电路
2.4.1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。
2.4.2电动机控制电路的工作过程
交流电动机有两个线圈，当一个线圈通电后电动机转动，当另一个线圈通电后，电动机反方向转动，通过次功能实现洗衣机的正反转。
下图该部分为原理图，当给P1.0口一个低电平后，继电器RL1通电开关闭合，即电动机的一组线圈通电，电动机转动。
当给P1.0高电平，给P1.1低电平时，继电器RL1断电断开，继电器RL2通电闭合，即电动机的另一组线圈通电，电动机实现反方向转动。
图2.5电动机控制电路
2.5进水/排水电路
2.5.1电动式排水牵引器
由电磁铁与排水阀组成，如图所示，电磁铁和排水阀是两个独立的部件，两者之间以排水阀杆连接起来。
排水程序开始时，电磁铁由于线圈通电而吸合衔铁，衔铁通过排水阀杆拉开排水阀中与橡皮密封膜连成一体的门，从洗涤桶中来的污水因阀门开放而排到机外。
排水结束，电磁铁因线圈断电而将衔铁释放，阀中的压缩弹簧推动橡皮密封膜，使阀门与阀体端口平面贴紧，排水阀关闭。
2.5.2排水电路工作原理
如图2.3，当给P1.2口一个低电平时，继电器RL3通电闭合，电动式排水牵引器通电，排水阀杆拉动排水阀排水。
P1.2给高电平后排水阀关闭。
2.5.3进水电磁阀
进水电磁阀称为进水阀或注水阀，其作用是实现对洗衣机自动注水和自动停止注水。
进水阀由电磁线圈、可动铁心、橡皮膜、弹簧等组成。
进水电磁阀的开关主要由阀内的线圈控制动铁芯来完成。
如果线圈不通电，这时打开自来水龙头，水不会流入洗衣机；当线圈通电后，阀被打开，自来水通畅地流入洗衣机。
进水电磁阀基本结构主要由一个螺管电磁铁和橡胶阀构成。
其工作原理是，电磁铁线圈通电后，形成磁场，吸引铁质阀芯上移，离开膜片，水流导通。
电磁铁线圈失电后，在复位弹簧及重力作用下，阀芯下沉压紧膜片堵住水道，停止向洗衣机内注水。
进水电磁阀的进水口一般有一个过滤网，以防污垢堵塞进水电磁阀橡胶阀。
2.5.4进水水电路工作原理
如图2.3，当给P1.3口一个低电平时，继电器RL4通电闭合，进水电磁阀通电，阀被打开，畅地流入洗衣机完成进水。
P1.3给高电平后进水阀关闭，进水结束。
图2.6牵引器
图2.7进水阀
图2.8进水排水电路
2.6开关复位电路
图2.9开关复位电路
图2.10复位开关
按下后开关闭合电路通电，当给复位开关一个复位电压在电磁铁作用下复位开关断开电路断电。
开关复位电路工作原理，在复位开关按下后，当给P1.4口一个低电平，继电器RL5通电闭合，复位开关断开，实现开关复位。
2.7设置/开始、暂停电路
图2.11设置/开始暂停电路
进入设置程序按定时洗涤时间选择按键，程序检测到P2.0口变化，按键按一次定时2s，按二次定时4s，按三次定时6s；程序选择按键在没有按下时默认变准洗，按下后，检测到P2.1口状态变化，变为快速洗状态；过程选择按键，没有按下时是洗涤加漂洗加甩干，通过检测P2.2口状态的变化切换过程，按一下进入漂洗加甩干，按两下是之甩干。
按下开始暂停，通过检测P2.4口的变化，洗衣机进入暂停状态和回到原来运行位置的作用。
2.8状态显示电路
图2.12状态显示电路
通过设置过程中按键的操作来调整指示状态，2s定时时D6亮，4s定时时D5亮，6s定时时D6亮，定时时间到定时指示灯都灭；程序处于标准状态时D7亮，处于快速状态时D8亮；处于过程洗涤加漂洗加甩干时D9、D10、D11全亮，处于漂洗加甩干时D10、D11亮，处于甩干状态时只有D11亮，工作结束后全灭。
2.9甩干时开盖暂停电路
当处于甩干状态时突然抬起洗衣机盖，常闭开关SW1断开，P2.3口变为高电平，进入子程序电机停转，当洗衣机盖合上后，子程序退出，继续甩干。
图2.13开盖暂停电路
2.10PCB板
图2.14PCB板
实际线路搭接，如图2.15
图2.15实物连接图
3小天鹅洗衣机洗衣机控制程序
3.1主要内容
设计一个用单片机控制的洗衣机控制器。
以单片机为主的控制器，扩展必要的外部电路，设计制作一个洗衣机控制器，如图3.1所示。
图3.1控制流程图
3.2主要功能
（1）标准洗涤：
洗涤12分钟；漂洗6分钟，二次；脱水3分钟。
快速洗涤：
洗涤7分钟；漂洗3分钟，二次；脱水2分钟。
（2）可根据用户需要设置定时时间、程序、洗涤过程，洗衣工作中不可以更改设置。
（3）有启动／暂停按钮控制：
第一次启动，完成设置，开始工作；工作时按此按钮暂停，再按则恢复工作。
洗涤、漂洗4秒正转，停2秒，反转4秒，停2秒。
（4）有脱水功能，并且在脱水时，如果打开盖板（P2.3插线断开表示），脱水暂停。
（5）洗涤完时洗涤指示灯灭；漂洗完漂洗指示灯灭；脱水完脱水指示灯灭；全部结束后电源开关复位。
3.3程序介绍
#include
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
sbitzhengzh=P1^0;//电机正转
sbitfanzh=P1^1;//电机反转
sbitpaish=P1^2;//排水
sbitjinsh=P1^3;//进水
sbitkaig=P1^4;//开关复位
sbitfengm=P1^5;//蜂鸣器
sbitdingsh=P2^0;//定时洗涤时间选择按键
sbitchengx=P2^1;//程序选择按键
sbitguoch=P2^2;//过程选择按键
sbitkaishz=P2^4;//开始暂停开关
sbitanq=P2^3;//安全开关
sbitled0=P0^0;
sbitled1=P0^1;
sbitled2=P0^2;
sbitled3=P0^3;
sbitled4=P0^4;
sbitled5=P0^5;
sbitled6=P0^6;
sbitled7=P0^7;
uchara=0,b=0,c=0;
voiddelayms（uintz）//延时zms子程序
{
uintx,y;
for（x=0;xfor（y=0;y<110;y++）;
}
voidfeng（）//蜂鸣器响子程序
{
uintx,y=10;
for（x=0;x<1000;x++）
{
fengm=1;
y=10;
while（y--）;
fengm=0;
y=10;
while（y--）;
}
}
voiddelay（uintz）//洗涤和漂洗延时子程序
{
uintx,y;
for（x=0;xfor（y=0;y<110;y++）
{if（kaishz==0）//开始暂停是否按下
{
delayms（5）;//消抖
if（kaishz==0）//开始暂停键按下（暂停）
{
zhengzh=1;//停所有工作部分
fanzh=1;
paish=1;
jinsh=1;
feng（）;//蜂鸣器响
while（kaishz==0）;//等按键松开
delayms（5）;
while（kaishz==1）;//等（开始）按键按下
delayms（5）;
while（kaishz==0）;//等按键松开
feng（）;
}
}
}
}
voiddelay1（uintz）//甩干延时子程序
{
uintx,y;
for（x=0;xfor（y=0;y<110;y++）
{
if（kaishz==0）//是否按下开始暂停
{
delayms（10）;//消抖
if（kaishz==0）//（暂停）按键按下
{
zhengzh=1;//停电机和排水牵引器减速
paish=1;
feng（）;
while（kaishz==0）;//等按键松开
delayms（10）;//消抖
while（kaishz==1）;//等（开始）按键按下
delayms（10）;//消抖
while（kaishz==0）;//等按键松开
delayms（10）;//消抖
paish=0;//排水开
feng（）;
delayms（5000）;//等排水牵引器工作完成
}
}
}
}
voidjinshui（）//进水阀进水子程序
{
jinsh=0;
delay（5000）;
jinsh=1;
}
voidpaishui（）//排水阀排水子程序
{
paish=0;
delay（5000）;
paish=1;
delay（3000）;//必须要，可保证避开在排水牵引器工作
}
voidshezhi（）//程序设置子程序
{
while（kaishz==1）//检测开始暂停是否按下
{
if（dingsh==0）//定时洗涤，可定时1，2，3分别为10S.20S.30S
{
delay（10）;//消抖
if（dingsh==0）//定时按键是否按下
{
if（a<3）
a++;
else
a=0;
}
feng（）;
while（dingsh==0）;//等按键松开
}
if（a==0）//定时灯不亮
{
led0=1;
led1=1;
led2=1;
}
if（a==1）//10s定时灯亮
{
led0=0;
}
if（a==2）//20s定时灯亮
{
led0=1;
led1=0;
}
if（a==3）//30s定时灯亮
{
led0=1;
led1=1;
led2=0;
}
if（chengx==0）//程序选择，0标准或1快速
{
delay（10）;//消抖
if（chengx==0）//程序选择按键按下
{
if（b<1）
b++;
else
b=0;
}
feng（）;
while（chengx==0）;//等按键松开
}
if（b==0）
{
led3=1;//标准灯亮
led4=0;
}
else
{//快速灯亮
led3=0;
led4=1;
}
if（guoch==0）//过程选择，0（洗涤+漂洗+脱水0或
{//1（漂洗+脱水）或2（脱水）
delay（10）;//消抖
if（guoch==0）//过程按键按下
{
if（c<2）
c++;
else
c=0;
}
feng（）;
while（guoch==0）;//等按键松开
}
if（c==0）//洗涤加漂洗加甩干等亮
{
led5=0;
led6=0;
led7=0;
}
if（c==1）//漂洗加甩干灯亮
{
led5=0;
led6=0;
led7=1;
}
if（c==2）//只甩干灯亮
{
led5=0;
led6=1;
led7=1;
}
}
feng（）;
while（kaishz==0）;//等开始键松开
}
voiddingshi（）//定时子程序
{
switch（a）
{
case0:
delay（0）;break;//不定时
case1:
delay（2000）;break;//定时2s
case2:
delay（4000）;break;//定时4s
case3:
del
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