基于单片机的洗衣机控制器的设计毕业设计.docx

1、基于单片机的洗衣机控制器的设计毕业设计基于单片机的洗衣机控制器的设计1 绪论1.1 洗衣机控制器的概述1.1.1 课题开发背景随着人民生活水平的提高，越来越多的人需要用洗衣机。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1。1.1.2

2、 目的意义本次设计的洗衣机控制器是为了满足不同用户的不同需求。同时也将计算机控制技术用到实际生活中，最重要的是将所学的东西运用化2。1.1.3 国内外现状及水平全自动洗衣机报据结构不同可分为波轮式全自动洗衣机（也叫套桶式全自动洗衣机）、滚筒式全自动洗衣机和搅拌式全自动洗衣机三大类。波轮式、滚筒式、搅拌式全自动洗衣机分别占全球洗衣机市场份额的33% 52%和15%搅拌式洗衣机目前还没有进入我国市场，以下仅对波轮式和滚筒式两种洗衣机进行讨论3。(1)滚筒式洗衣机更好地软化衣物纤维，减小洗涤过程中衣物的损伤和变形，并且还可以使洗后的衣物柔软而蓬松；提高溫度来洗涤可充分溶解洗衣粉，加快洗衣粉中弱酸性物

3、质与污物的化学反应速度，提高洗衣粉中酶的活性，同时有利于溶解汗渍、血渍、降低灰尘、油污的粘附作用，从而可在同样的洗净比下（注：洗净比是国家对洗衣机的质量考核标准的一个基本指标），可大幅度降低洗涤过程对机械外力的需求；温度高有利于污物在水中的扩散；高温能有效地杀死一些细菌。加温洗涤的波轮式洗衣机无论怎样的水流，要达到一定的洗净比，就必须有足够的机械力，而机械力对衣物是有损伤的，这就注定了波轮式洗衣机的磨损率大大高于滚筒式洗衣机。各种新水流基本原理是一样的，就是尽量以紊乱的水流减少衣物的缠绕，增大水流的冲刷力用于洗涤，与以前依靠衣物与桶壁和衣物相互之间的摩擦方式相比，水流冲刷对衣物的损伤较小9。

4、（2）波轮式洗衣机因为滚筒式机的价格大大高于波轮式机，所以波轮式机仍受到普遍欢。关于水流：现在波轮式全自动洗衣机的宣传重点放在新水流上，如LG的拳击棒、松下的双瀑布、荣事达的网络水流等，但正如上面说到过的，各个厂家是用不同的方法实现同一个口标，实际效果也差不多，所以不必太在意。关于程序控制器：新推出的波轮式全自动洗衣机均釆用单片机程序控制器，原来的机械式程序控制器基本上已被淘汰。各厂家生产的各种型号的波轮式全自动洗衣机的控制程序有所不同，最少的也有好几个控制项，每一项又有几种不同的洗涤程序可供选择，足以满足不同的洗涤要求，所以没有必要考虑这个问题。在模糊控制的洗衣机中，单片机通过釆集水位传感器

5、、布量传感器、光传感器的信号以及电动机的转速，判断出衣物的质地、多少、肮脏程度，从而自动调整对衣物进行合理的洗涤，缺点是价格太贵。关于不锈钢内桶：釆用不锈钢内桶的目的是为为了减小衣物和内桶壁的摩檫力，从而减轻衣物的磨损，选购时应予以考虑。关于同心洗：同心洗是直接把电动机轴与洗衣桶主轴同心安装，直接驱动。这样在洗涤，特别是脱水的时候洗衣桶震动减小，使噪声得以降低。但要说这样会延长洗衣机的寿命是不正确的。至于变频洗衣机，其一是可以对不同质地的衣物自动选用不同的电动机转速，从而给不同质地的衣物以恰当的洗涤强度，在保证洗得干净的同时, 最大限度地降低衣物的磨损。其二是可以在脱水甩干时，由慢到快地启动，

6、使衣物在桶内分布均匀，脱水效果好，同时由于衣物均匀地分布在洗衣桶的四周, 洗衣桶的重心落在轴心上，可以减小震动，降低噪声，这当然是有好处的。缺点也是价格太贵。现在已经有厂家开发出了不需要使用洗涤剂的洗衣机，还有的厂家开发出了更迷你的旅行洗衣机，小到可以在出外旅行的时候随身携带，为了更方便的操作有的厂家还开发出了可以远程控制的洗衣机，这么样是不是看的眼花缭乱，将来的洗衣机会朝着使用更方便、更加节能、更加个性化的方面发展5。1.1.4 设计任务主要内容：设计一个用单片机控制的洗衣机控制器。以单片机为主控制器，扩展必要的外部电路，设计制作一个洗衣机控制器。洗涤按钮标准：洗涤12分钟；漂洗5分钟二次；

7、脱水3分钟。轻柔： 洗涤3分钟；漂洗3分钟，二次；脱水2分钟。快速：洗涤4分钟；漂洗1分 钟，二次；脱水2分钟洗涤时洗涤指示灯闪烁；漂洗时漂洗指示灯闪烁；脱水时脱水指示灯闪烁。有启动/暂停按钮控制：第一次启动，标准洗涤；工作时按此按钮暂停，再按则恢复工作；有电源开关。洗涤、漂洗22秒正转，停8秒，反转22秒，停8秒。1.2 工程技术方案目前国内市场上有很多种类的洗衣机，采用的控制系统也各不相同，基于学习与实际的情况，本设计我选用8051系列单片机来实现洗衣机控制器的各控制要求。此设计以单片机为主体，配以各种控制电路、构成洗衣机的程序控制系统。当有故障时，在排除了机械系统和程控器外接部件后，一般

8、说来，先检测判定单片机外围的控制电路，正常后，再判断单片机的故障。程序控制系统接受来自操作面板的动作指令，送出相应的执行命令，使电机、进水阀、排水阀电磁铁等按程序通电运行；同时还可以检测和显示洗衣机的工作状态，并判断工作是否正常，一旦出现异常，会立即送出停止命令、并发出声音警报。程序控制系统的这些功能是有它的各种控制电路相互配合工作来实现的6-8。2 硬件设计2.1 洗衣机控制器的外部设计2.1.1 洗衣机控制器控制面板的设计洗衣机控制面板主要包栝：启动/停止、电源、标准、轻柔、快速、水位选 择按钮。见图2.1.图2.1 洗衣机控制而板示意图 完成一次洗衣过程所需的动作有：(1)进水动作：进行

9、洗涤时，盛水桶内的水量必须达到水位设定要求。洗衣机的进水和水位判断，是由水位开关和进水阀的开合来进行控制的，当桶内没有水或水量达不到设定水位时，单片机程序将控制进水阀闭合，开始注水，当桶内的水位达到设定水位时，水位开关受压闭合，程序就可进入下一步处理10。(2)排水动作：进入脱水动作前应先排水。为了避免空排水造成时间浪费以及排水不完而带水脱水造成对电机的损害。洗衣机能够根据实际水量对排水时间进动态控制。(3)洗涤动作：洗涤动作指的是电机周期性的“正转-停止-反转-停止”。不同的洗衣过程，控制电机执行“正转-停止-反转-停止”的时间是不同的。(4)脱水动作：排水结束后进入脱水动作，脱水是通过电机

10、的正转来实现的，同时要求排水阀一直打开，才使得脱水时的电机正传速度不同于洗涤时的电机正传速度。进行脱水时若遇到洗衣机盖打开，侧暂停脱水，并发出报警，直到用户合上桶盖后，才进行脱水。脱水结束后，发出报警，并自动关闭排水阀11。(5)脱水不平衡修正：进行脱水处理，电机要正转，电机要进行高速序单向转，若此时衣物偏向于一边，脱水桶会因离心的作用，在很短的时间内碰撺安全开关装置，使安全开关产生瞬吋的关闭和断开，此时要进行脱水不平衡修正。 进行脱水不平衡修正，洗衣机将停止脱水，并自动插入“进水-洗涤1分钟-排水”动作。通过这一插入动作，衣服将调整到洗衣桶中心位置。在同一脱水过程中，如果连续修正3次仍达不到

11、脱水平衡，则进行报警，等用户打开洗衣机将衣物放置均匀再盖上桶盖，方可继续进行脱水13。(6)其它动作洗衣机控制器在此控制面板上还配有启动/停止、电源、标 准、轻柔、快速、水位选择按钮。2.1.2 硬件设计框图主控制系统运用的是AT89C51单片机，其要控制的对象包括：进水阀、 排水阀、电机。这些被控对象是需要报据不同的洗衣程序来设定它们的不同工作状况和工作时间的，进水阀和排水阀的控制还需要水位检测，同时需要数码管显示不同的工作状态及运行剩余时间。发光二极管用来指示洗涤速度和脱水速度；按键用来控制程序的运行和设置洗涤速度和脱水速度；蜂鸣器用来进行程序运行提示及故障报警,以下是洗衣机控制器系统框图

12、：图2.2 设计框图各框图的作用包括：1 单片机电路 单片机电路是程序控制的中心它把计算机的各种功能电路都集成在一块芯片上，主要包括中央处理器CPU、程序存储器ROM、数据存储器只RAM、输入/输出接口电路及计时、分频、扫描、定时、时间设定等电路, ROM内已固化了洗衣机操作程序、单片机报据输入指令和检测信号，调出内部相应的操作程序，通过电路处理后，输山各种电路控制信号，使洗衣机自动完成程序操作过程。如果单片机自身出故障、或控制电路传送给单片机的信息不正确，洗衣机就不能正常工作9。直流电源电路 这是为单片机及其外闹控制电路提供晓以电压直流电源的电路，它将输入的220V交流电经过变压、整流、滤波

13、、稳压后，变为稳定的低压直流电，送给单片机、可控硅触发电路、显示电路等。复位电路 此电路的作用是复位。在单片机接上电源以后，或电源出现过低电压吋时，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7。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。按键输入电路 按键开关按一定的矩阵排列，当按键被按动时，其接通的信号将输送到单片机。单片机对应地调出内部软件进行工作，使洗衣机进入相应的洗涤程序显示电路 显示电路由发光二极管按一定的矩阵排列而成，它是程序控制系统向用户直接观察到洗衣机的工作状态

14、的窗口。预设工作程序时，可根据指示灯的闪亮来判断洗衣机是否接受了指令；还可以通过批示灯的显示来判断洗衣机工作是否正常12。负载驱动电路 该电路多由双尚可控硅及触发电路组成。双各可控硅作为无触点幵关控制电机等负载的通断及运行。平片机根据按键输入指令或接收到的检测信号，输出相应的控制信号，控制可控硅触发电路的导通，使电机等负载得电运转。报警电路报警电路此电路在洗衣机中起提示和报警的作用.根据程序安排和软件设置，当洗衣完成后，洗衣机将发出音乐以提示用户洗衣完成。水位开关和安全开关电路水位电路和安全开关电路由传感器监测，其通断状态由电路输送给单片机。由单片机进行指令控制。2.2 系统硬件详细设计图2.

15、2.1 晶闸管驱动控制电路设计晶闸管驱动控制电路如图2.3所示，其作用是控制洗衣机的进水阀、排水阀 和电动机的正反转。完成洗衣机的进水、排水以及驱动电机洗衣功能。单片机I/O 口直接与驱动芯片ULN2803连接，将信号放人后驱动晶闸管的导通和关断。图2.3 晶闸管驱动电路洗衣机完成衣物检测或手动设置洗衣程序后，进水阀打开，当水位检测电路检测水位达到预定高度时，进水阀关闭停止进水。在整个进水过程中，若进水阀打开时间超过15分钟水位检测电路仍未检测到水位达到预定高度，洗衣机将会报警并暂停水，等待故障排除。如果无故障，当进水满后关闭进水阀，启动电机开始洗涤。洗涤程序结束排水阀将会打开，进入脱水程序。

16、2.2.2 水位检测电路水位检测模块通过水位传感器实现对桶内水位的检测。水位传感器内部存在LC振荡电路，当水压改变后电容值也会随之改变，从而影响水位传感器的输出频率，不同的水位对应一个固定的频率值。本课题釆用SW-1型水位传感器， 在零水位时输出频率为26.8KHZ，随着水位的升高水位传感器输山的频率会之减小，当达到本课题设计的最高水位390mm时输出频率为22.57KHZ。将水位传感 器的输出连接到水位检测电路如图2.4所示：图2.4 水位检测电路2.2.3 开关电源电路开关电源为单片机供电，原理图如图2.5所示。交流220V电源经变压器降压再经过电力二极管整流、滤波后产生直流电压，经稳压芯

17、片LM2575稳压后得到+5V电压为单片机供电14。图2.5 开关电源电路2.2.4 键盘输入及显示电路本设计键盘输入及显示部分，我采用8279芯片作为电路的核心。如图2.6所示，当用户从键盘输入命令吋，8279芯片将自动产生一个中断信号，向单片机发送请求将RAM的数据取走。图2.5中8279的地址由P2.7和A0决定，故数据口地址为7FFEH,命令口地址为7FFFH。所接的5个按键，扫描线接在74LS138的译码输出端Y0和Y1上，当Y0为0(SL2SL1SL0=000时)，扫描第1列按键，当Y1为0 (SL2SL1SL0=001时）扫描第2列按键。当某一按键被按下后，键值就自动进入8279

18、缓冲区，当8279不空时由INT输出高电平告知CPU取走缓冲区数据，故INT接CPU的中断输入需加一反向器7。电路中，ALE连接8279的CLK以提供8279工作需要的100KH，则吋钟必须在8279编程吋提供分频系数为可得到100KH。本设计单片机的吋钟频率为12MH，则ALE输出频率为吋钟的1/6，等于2MHZ，要得到100MHZ的频率需进行2MHZ/100KHZ=20分频。图2.6 键盘输入及显示电路2.3 各芯片介绍2.3.1 MCS-51单片机介绍各类单片的指令系统各不相同，功能各有所长，而市场占有率最高的是MCS-51系列其内部结构如图2.7所示，并且还在不断推出功能更强的新产品，

19、因此棊于学习与实际设计的需要本次设计我选用MCS-51系列单片机作为洗衣机控制器的主控芯片。MCS-51系列单片机泛指以8051为内核的MCS-51。主要产品有8051、8751、 89051、8031。8051是ROM型单片机，内部有4KB掩膜编程的ROM程序存储器；8751是EPROM型单片机，内部有4KB可编程的程序存储器；而89C51是FLASH型单片机，即把快擦等存储器应用于单片机，可以对ROM中程序进行多次修改，使用方便；8031是内部无ROM程序存储器的单片机，必须外接程序存储器，这样使用起来就很不方便。基于上述的分析，本次设计选用89C51作为控制的核心4。89C51单片机是一

20、种低功耗低电压、高性能的8位单片机，它采用了CMOS和ATMEL公司的高密度非易失性存储器技术，而且其输出引脚和指令系统都与MCS-51兼容，是一种功能强、灵活必高而且价格合理的单片机，可方便应用于各种控制领域6。图2.7 89C51单片机内部结构主要功能：89C51单片机主要包括以下几个功能 (1) 8位的CPU；(2) 4KB可改编的片内程序存储器(3) 128B的片内数据存储器 (4) 32条可编程的1/0 口(5) 2个16位定时/计数器(6) 5个中断源(7) 21个专用寄存器(8) 1个全双工串行I/0，可实现多机通信(9) 三级程序存储器保密(10) 片内时钟振荡器(11) 具有

21、两种省电方式：空闲方式和掉电该方式引脚定义及功能：89C51有实际有效引脚40条，有3种封装形式，一种是DIP封装形式,另外两种从外形看均为方形封装，但引脚排列是有区别的，分别足称为PLCC封装和POFP/TOFP封装，如图2.8所示三种封装形式的引脚排列。图2.8 89051封装及引脚排列示意图各引脚的功能描述如下：（1）主电源引脚VCC、GND； 单片机电源输入引线。VCC为+5V，VSS为接地线。XTAL外接晶体引脚XTAL1和XTAL2XTAL1：接外晶体的一个引脚。在单片机内部，它是构成片内振荡器的反相放人器的输入端。当釆用外部振荡器吋，该引脚接收振荡的信号，即把此信号直接接到内部吋

22、钟发生器的输入端。XTAL2：接外晶体的另一个引脚。在单片机内部，它是上述振荡器的反相放大器的输出端。当彩外部振荡器吋，此引脚应悬浮不连接。（2）控制引脚RET：复位输入引脚.当振荡器运行时，该引脚上出现两个机器周期的高电平将使单片机复位.ALE:地址锁存允许/编程线。在访问片外存储器时，CPU在P0.7P0.0 引脚线上输出片外存储器低8位地址的同吋还在ALE上输出一个高电平，用于把这个片外存储器低8位地址锁存到外部专用地址锁存器，以便空出P0.7P0.0 各引线去传送随后面来的片外存储器读写数据。在不访问片外存储器时，CPU自动在ALE线上输出频率为fosc/6的脉冲序列。需注意的是：当访

23、问外数据存 储器时将跳过一个ALE脉冲。在程序存储器编程期间，用于输入编程2。EA/VPP：当保持高电平吋，单片机访问内部程序存储器，但在PC超过片内最大程序存储器地址吋，将自动转向执行外部程序存储器内的程序。当保持低电平时，则只访问外部程序存储器。如果保密位LBI被编程，复位时在内部会锁存EA状态。PSEN:外部程序存储器通川信号引脚。读程序存储器时每个机器周期两次有效，访问数据存储器时，无脉冲输出。(3)输入/输出端口线P0是一个8位漏极开路型双向I/0口，在不访问外部存储器吋，作通用I/0口使用，用于C传送CPU的输入/输出数据，当访问外部存储器吋，此口作为地址/数据总线，分吋复用，作为

24、输出口用吋，能吸收8个TTL电平输入的电流，对端口写1时，又可作为高阻抗输入端使用5。P1口是一个内部带有上拉电阻的8位双向I/0 口，P1 口的输出缓冲器可驱动4个TTL输入。对端口写1时，通过内部上拉电阻把端口拉到电位，这吋可用作输入口。P2口是一个内部带有上拉电阻的8位准双向I/O口，P2的输出缓冲器可驱动4个TTL输入。对端口写1时，通过内部上拉电阻将端口拉到高电位， 这时可用作输入口。在访问外部程序存储器和16位地址的外部存储器时，P2送出高8位地址。在访问8位地址的外部数据存储器吋，P2口引脚上的内容在整个访问期间不改变。P3是一个内部带有上拉电阻的8位准双I/O口，P3的输出缓冲

25、器可驱动4个TTL输入。对端口写1吋，通过内部上拉电阻把端口拉到电位，这吋可用作输入口，在89C51中，P3 口还有一些专门功能，如表2.1所示。表2.1 P3口各位的第二功能P3 口引脚第二功能说明P3 口引 脚第二功 能说明P3.0RXD串行数据接收口P3.4T0计数器0计数脉冲输入P3.1TXD串行数据发送口P3.5T1计数器1计数脉冲输入P3.2INT0外部中断0输入P3.6WR外部数据存储器写选通信号P3.3INT1外部中断1输入P3.7RD外部数据存储器读选通信号2.3.2 8279 芯片Intel18279芯片是一种通用可编程的键盘、显示，单个芯片就能完成键盘输入和LED自动显示

26、控制两种功能,芯片图如2.9所示。内含8个字符的键盘输入FIFO，16个字节的显示RAM11。键盘部分提供的扫描方式，可以显示和具有64个按键或传感器的阵列。能自动清除开关抖动以及X键同时按下的保护。显示部分按扫描方式工作，可以显示8或16位LED数码管。图2.9 8279管脚图（1）8279的引脚及功能8279芯片采州双列直插式封装，各引脚排列如图2.9所示 A0：地址输入线，A0=0为数据口地址，A0=1为命令/状态口地址。 D7D0：双向数据线，三态，用于与CPU之间的命令数据传送。CLK:时钟输入线，用于8279的时钟输入,以产生内部定时的时钟脉冲， 其工作频率为100KMZ，一般由C

27、PU的ALE信号分频得到。RST：复位输入线，高电平有效。CS：片选输入线，低电平有效。RD：读信号输入控制线，低电平有效。WR：写信号输入线，低电平有效。INT：中断请求输出线，高电平有效。在键盘工作方式下，当FIFO/传感器RAM中有数据吋，输出高电平，在FIFO传感器RAM每次读出吋，下降为低电平工作方式，若在RAM中还有信息，则又变为高电平。在传感器工作方式中，每当探测到传感器信号变化时。中断线就变为高电平。SL0SL3：扫描输出线，用来扫描按键开关、传感器阵列和显示。 RL01RL7：回送输入线，按键或传感器扫描吋，回送扫描状态。其内部有上拉电阻，使之保持为高电平，当有按键闭合时，对

28、应的回送输入线变为低电。SIFT：换挡输入线，高电平有效，用于键盘上下挡功能设置，在传感器工作方式中，输入无效。CNTL：在键盘工作方式时，常用来扩展开关的控制功能。OA3OA0及OB3OB0：A组显示输出线和B组显示输出线，输出与扫描线SL0SL3同步，可被独立控制输出。也可看成一个8位端口控制输山。BD：消隐信号输出线，低电平有效，在显示信息切换吋。不使切换信息输出至LED上显示。VCC:+5V电源输入线。 VSS：地线输入线。(2)命令及命令格式8279有三种工作方式：键盘工作方式、显示工作方式和传感器工作方式。键盘工作方式：双键互锁和N键轮冋。双键互锁是指当有两个以上按键同时按下时，只

29、能识别最后一个被放的按键，并把其键值送入内部FIFO RAM中。N键轮回是指当有多个按键同吋按下时，所有按键的键值均可按扫描顺序依次存入FIFO RAM中。显示工作方式：是指当CPU输入至8279内部FIFO RAM的数据的输出格式，有8个字符左端入口显示、8个字符右端入口显示、16个字符左端入门显示、16个字符右端入口显示四种方式。传感器工作方式：是指扫描传感器阵列时，一旦发现传感器的状态发生变化就置位INT向CPU申请中断。所谓左入口，即显示位置左一位开始，以后逐次输入的显示字符逐个向顺序排列；所谓右入口，则是显示位置从最后一位开始，以后逐次输入显示字符吋，已有的显示字符依次向左移动。KK

30、：用来设定七种键盘7显示扫描方式，如表2.2所示；表2.2 键盘7显示扫描方式D2D1D0键盘/显示扫 描方式D2D1D0键盘/显示扫描方式000编码扫描键盘，双键锁定100编码扫描传感器矩阵001译码扫描键盘，双键锁定101译码扫描传感器矩阵010编码扫描键盘，N键轮冋110选通输入，编码显示扫描011译码扫描键盘，N键轮回111选通输入，译码显示扫描AAA为传感器RAM中的八个字节地址。AI为尚动增量特征位。A1=1时，每次读出传感器RAM后地址自动加1使地址指向下一个存储器单元。这样，下一个数据便从下一个地址读出，而不必重新设置读FIFO/传感器RAM命令。在键盘工作方式中，由于读出操作

31、严格按照先入后出的顺序，因此，不需要使用这条命令。表2.3 读显RAM命令 /命令格式：D7D6D5D4D3D2D1D0011AIAAAA其中：D7、D6、D5=011为读显示RAM命令特征位。该命令字用來设定将要读出的显示RAM地址。AAAA六用来寻址RAM中的存储单元。由于位显示中有16个字节单元，故需要4位寻址如表2.4。表2.4 写显示命令 /命令格式D7D6D5D4D3D2D1D0001PPPPP其中：D7、D6、D5=100为写显示RAM命令字特征位，在写显示IRAM之前用这个命令来设定将要写入的显示RAM地址。AAAA为将要写入的显示RAM中的存储单元地址。 AI为自动增量特征位。A1=1吋，每