【正文】 教育部直屬 國(guó)家“ 211工程”重點(diǎn)建設(shè)高校 單片機(jī)原理課程 設(shè)計(jì) 報(bào)告 指導(dǎo)教師： 王憲 學(xué)生學(xué)號(hào)： 0702100229 學(xué)生姓名： 王俠 學(xué)生班級(jí)： 通信 1002 一、設(shè)計(jì)目標(biāo) 用 51 系列單片機(jī)控制全自動(dòng)洗衣機(jī)的運(yùn)行，使其能自動(dòng)地完成進(jìn)水、洗滌、漂洗、脫水等功能。采用 LED和數(shù)碼顯示管顯示洗衣機(jī)所處在的模式和水位，所處的的洗 衣?tīng)顟B(tài)，水溫，以及完成洗衣的剩余時(shí)間。實(shí)現(xiàn)不同模式下水位的選擇一共三種模式（標(biāo)準(zhǔn)，輕柔，快洗），四種水位， 當(dāng)洗衣機(jī)啟動(dòng)后，上水電磁閥打開注水，當(dāng)水到達(dá)設(shè)定的限位時(shí)，上水電磁閥斷電，注水過(guò)程停止，啟動(dòng)電機(jī)全自動(dòng)控制洗衣操作，整個(gè)過(guò)程的進(jìn)行按時(shí)間控制，時(shí)間自定，軟件編程使用匯編語(yǔ)言。 洗衣機(jī)功能要求 二、洗衣機(jī)的硬件設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)洗衣機(jī)整個(gè)洗衣過(guò)程的控制，包括用戶參數(shù)輸入、洗衣、漂洗、排水和脫水等階段?？刂葡到y(tǒng)主要由電源電路、單片機(jī)控制系統(tǒng)和外部硬件電路構(gòu)成。電源采用三端集成固定穩(wěn)壓器 7805 提供 +5V 電 源，單片機(jī)控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)控制洗衣機(jī)的工作過(guò)程，主要由 AT89S51 單片機(jī)、 2位共陽(yáng)數(shù)碼管、按鍵、蜂鳴器、 LED 指示燈組成；外部硬件電路有繼電器、三極管、電動(dòng)機(jī)、進(jìn)水電磁閥、排水電磁閥組成。 按鍵 洗衣機(jī)面板上有 4 個(gè)按鈕： 1K1 為啟動(dòng)鍵， K2 用于模擬洗衣機(jī)的蓋板打開， K3 用于快速洗衣方式；當(dāng)脫水時(shí)，模擬蓋板合閉， K4用于脫水。 洗衣程序 洗衣機(jī)的主要工作程序是：洗滌 —— 脫水 —— 漂洗 —— 脫水 —— 漂洗 —— 脫水。 （ 1） 洗滌過(guò)程：放好待洗物，啟動(dòng)開關(guān)，進(jìn)水閥通電，向洗衣機(jī)供水，當(dāng)供水達(dá)到預(yù)定水位時(shí)，水位開關(guān) 接通，進(jìn)水閥斷電關(guān)閉，停止供水。洗滌電動(dòng)機(jī)接通電源，帶動(dòng)波輪 (或桶 )旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生各種形式的水流攪動(dòng)衣物進(jìn)行洗滌。通過(guò)電動(dòng)不停的正轉(zhuǎn)、停、反轉(zhuǎn)、反復(fù)循環(huán)，形成洗滌水對(duì)洗滌物產(chǎn)生強(qiáng)烈的翻滾作用。同時(shí)，衣物之間、衣物與四周桶壁之間產(chǎn)生互相摩擦和撞擊力，以次達(dá)到洗滌衣物的目的。 (2)漂洗過(guò)程：漂洗的目的在于清除衣物上的洗滌液，因此，漂洗過(guò)程與洗滌過(guò)程的電器動(dòng)作是完全相同的。 （ 3)脫水過(guò)程：洗滌或漂洗過(guò)程結(jié)束后，電動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，排水閥通電，打開排水閥門排水。當(dāng)水位低到一定程度時(shí)，滿足安全條件，脫水電動(dòng)機(jī)接通，電機(jī)帶動(dòng)脫水 桶高速旋轉(zhuǎn)，利用離心力把衣服上的水從桶壁的小眼里甩出。 、設(shè)計(jì)總方框圖 水位開關(guān) 安全開關(guān) 程序選擇 /啟動(dòng) /暫停 洗衣機(jī)單片機(jī)控制系統(tǒng)方框圖 基于單片機(jī)洗衣機(jī)通過(guò)控制系統(tǒng)設(shè)定洗衣程序在洗滌脫水桶內(nèi)自動(dòng)完成注水、洗滌、漂洗、排水和脫水全過(guò)程。洗衣時(shí)控制系統(tǒng)打開進(jìn)水電磁閥開始注水；當(dāng)洗滌脫水桶內(nèi)的水位達(dá)到系統(tǒng)設(shè)定值時(shí)單片機(jī)發(fā)送 一個(gè)低電平通知控制系統(tǒng)關(guān)閉進(jìn)水電磁閥，同時(shí)啟動(dòng)電機(jī)洗衣。電機(jī)在系統(tǒng)的控制下進(jìn)行正轉(zhuǎn)、停、反轉(zhuǎn)通過(guò)傳動(dòng)帶動(dòng)波輪執(zhí)行洗滌程序；當(dāng)洗滌時(shí)間終了，控制系統(tǒng)切斷電機(jī)電路打開排水電磁閥開始排水；然后再次注水，洗衣機(jī)進(jìn)入漂洗狀態(tài)，完成漂洗程序（通常為 2次漂洗）后，開始排水，同時(shí)排水電磁閥的動(dòng)作并且松開為脫水程序作好準(zhǔn)備；排水結(jié)束后系統(tǒng)控制電機(jī)單方向高速運(yùn)轉(zhuǎn)完成脫水程序；當(dāng)脫水程序終了系統(tǒng)控制排水電磁閥和電機(jī)斷電，排水閥復(fù)位。 洗衣機(jī)控制系統(tǒng)原理總圖 單片機(jī) 89C51 進(jìn)水電磁閥 排水電磁閥 電機(jī)正轉(zhuǎn) 電機(jī)反轉(zhuǎn) 顯示屏 蜂鳴器 控制功能及過(guò)程 洗衣機(jī)的三大功能是實(shí)現(xiàn)衣服的 洗滌、漂洗和脫水，加上進(jìn)水，我們把這四個(gè)洗衣機(jī)動(dòng)作編排成 4個(gè)代碼。打開電源開關(guān)，洗衣機(jī)將進(jìn)入洗衣過(guò)程選擇狀態(tài)，此時(shí)數(shù)碼管顯示 00，用戶按啟動(dòng)、暫停鍵可以顯示不同的過(guò)程代碼（在 01－ 09 之間循環(huán)顯示以指示選擇不同的洗衣過(guò)程）。 3秒內(nèi)若無(wú)按鍵動(dòng)作，蜂鳴器開始鳴叫 6下（時(shí)間長(zhǎng)度共 3秒）以提醒用戶；開始進(jìn)入相應(yīng)過(guò)程的洗衣程序，此后啟動(dòng)暫停按鈕只起暫?；蚶^續(xù)洗衣程序執(zhí)行作用，數(shù)碼管顯示完成本次洗衣的剩余時(shí)間。 三大功能中的漂洗實(shí)際上是由洗滌和脫水功能組成的 ,如一次標(biāo)準(zhǔn)洗滌過(guò)程（過(guò)程代碼）中，漂洗功能包括了時(shí)間 均為 2分鐘的脫水、洗滌、脫水、洗滌。因此，在編寫控制程序?qū)崿F(xiàn)三大功能時(shí)只需編寫洗滌和脫水功能的代碼，然后作為子程序調(diào)用即可。 完成一次洗衣過(guò)程所需的動(dòng)作有： （ 1）進(jìn)水動(dòng)作 進(jìn)行洗滌時(shí)，盛水桶內(nèi)的水量必須到水位設(shè)定要求。而水位的高低可以通過(guò)調(diào)節(jié)水位開關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)。洗衣機(jī)的進(jìn)水和水位判斷是由水位開關(guān)和進(jìn)水閥的開合來(lái)進(jìn)行控制的。當(dāng)桶內(nèi)沒(méi)有水或水量達(dá)不到設(shè)定水位時(shí)，單片機(jī)程序?qū)⒖刂七M(jìn)水閥閉合，開始注水；當(dāng)桶內(nèi)的水位達(dá)到設(shè)定水位時(shí)。水位開關(guān)受壓閉合；程序就可進(jìn)入下一步（洗滌）處理。若打開進(jìn)水閥后 20 分鐘內(nèi)不能進(jìn)水，則將 出錯(cuò)報(bào)警，用戶只能關(guān)閉洗衣機(jī)電源進(jìn)行相關(guān)檢查后方能重新開機(jī)。 （ 2）排水動(dòng)作 進(jìn)入脫水動(dòng)作前應(yīng)先排水。為了避免空排水造成時(shí)間浪費(fèi)以及排水不完而帶水脫水造成對(duì)電機(jī)的損害，洗衣機(jī)能夠根據(jù)實(shí)際水量（由水位開關(guān)決定）對(duì)排水時(shí)間進(jìn)行動(dòng)態(tài)控制。設(shè)排水開始至水位壓力開關(guān)斷開時(shí)所需的時(shí)間為 D，則總的排水時(shí)間為 2D＋ T（ T取 60 秒，總的排水時(shí)間不應(yīng)大于 190秒）。因此，在開始排水時(shí)，控制程序?qū)⑼瑫r(shí)啟動(dòng)計(jì)時(shí)器，在 D 秒后若收到水位壓力開關(guān)斷開的信號(hào)，則再排水 D＋ T 時(shí)間后，就可以結(jié)束排水進(jìn)入脫水動(dòng)作。若 D大于 65 秒，說(shuō)明排水系統(tǒng) 有故障；洗衣機(jī)將停止動(dòng)作并蜂鳴報(bào)警，提醒用戶排除故障（安全開關(guān)打開又閉合認(rèn)為是一次故障詯處理）后再繼續(xù)。需要注意的是：排水結(jié)束后排水開關(guān)還是打開的。 (3)洗滌動(dòng)作 洗滌動(dòng)作指的是電機(jī)周期性的“正轉(zhuǎn)－停止－反轉(zhuǎn)－停止”。不同的洗衣過(guò)程，控制電機(jī)執(zhí)行“正轉(zhuǎn)－停止－反轉(zhuǎn)－停止”的時(shí)間是不同的，標(biāo)準(zhǔn)洗滌過(guò)程可取：正轉(zhuǎn)－ 秒－反轉(zhuǎn) －停止 。對(duì)于輕柔洗滌和強(qiáng)力洗滌過(guò)程，這個(gè)時(shí)間要作相應(yīng)調(diào)整。洗滌過(guò)程中若遇水位開關(guān)斷開或用戶要求補(bǔ)水（重新選擇水位），則要停止洗滌動(dòng)作并打開進(jìn)水閥進(jìn)水直至水位 滿足要求再繼續(xù)。 此外，洗滌動(dòng)作的最后 15秒，電機(jī)還要進(jìn)行快速的停止‘‘正轉(zhuǎn)－停止－反轉(zhuǎn)―停止’’處理，以避衣服擰成一團(tuán)。程序流程見(jiàn)洗滌子程序 （ 4）脫水動(dòng)作 排水結(jié)束后進(jìn)入脫水動(dòng)作，脫水是通過(guò)電機(jī)的正轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，同時(shí)要求排水閥一直打開，也正是由于排水閥的打開，才使脫水時(shí)的電機(jī)正轉(zhuǎn)速度不同于洗滌時(shí)的電機(jī)正轉(zhuǎn)速度。（通過(guò)機(jī)械裝置實(shí)現(xiàn)）。脫水分間隙脫水和長(zhǎng)脫水，間隙脫水時(shí)間為 30秒，電機(jī)按“正轉(zhuǎn)－停止”的周期循環(huán)動(dòng)作，時(shí)間為“正轉(zhuǎn) 4秒－停止 3秒”。長(zhǎng)脫水時(shí)電機(jī)將一直調(diào)整正轉(zhuǎn)，所需時(shí)間由用戶選擇的過(guò)程決定，一般有 3分鐘和 5分鐘的長(zhǎng)脫水時(shí)間。進(jìn)入脫水前若洗衣機(jī)桶蓋是打開的，則進(jìn)行鳴叫、顯示告警，直至用戶合上桶蓋后，才繼續(xù)進(jìn)行脫水。脫水結(jié)束后，再經(jīng)過(guò) 30 秒延遲后關(guān)閉排水閥。脫水時(shí)若遇暫停，則重啟時(shí)需延時(shí) 5秒后再進(jìn)行電機(jī)動(dòng)作，目的是用于同步機(jī)械動(dòng)作的滯后。程序流程見(jiàn)脫水子程序流程圖。 (5)LED的顯示 89C51對(duì)可以分為靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種。靜態(tài)顯示的特點(diǎn)是各 LED管能穩(wěn)定地同時(shí)顯示各自的字形；動(dòng)態(tài)顯示是指各 LED輪流地一遍一遍顯示各自字符，人們由于視覺(jué)器官的惰性，從而版的是各 LED似乎在同時(shí)顯示不同字形。 （ 6）其它 動(dòng)作 為了有更好的人機(jī)交互，進(jìn)行洗衣時(shí)數(shù)碼管要顯示剩余時(shí)間（單位為分鐘），并且以 1秒的頻率不停地閃爍。此時(shí)如果按下暫停按鈕，則時(shí)間顯示不閃爍。隨著洗衣過(guò)程的進(jìn)行，顯示時(shí)間將不斷減少直至洗衣程序完成后顯示“ 0”。剩余時(shí)間的獲得可以通過(guò)如下方法：根據(jù)用戶所選的過(guò)程代碼可以獲得包含這一過(guò)程的所有動(dòng)作（ 9個(gè)過(guò)程所包含的動(dòng)作需要的時(shí)間見(jiàn)功能選擇代碼表），由于相應(yīng)的動(dòng)作有預(yù)設(shè)的時(shí)間（動(dòng)作對(duì)應(yīng)的代碼和預(yù)設(shè)時(shí)間見(jiàn)表動(dòng)作代碼表），因此，根據(jù)本次過(guò)程余下的動(dòng)作可以通過(guò)查表的方式獲取剩余時(shí)間。 三、洗衣機(jī)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 1)主 程序設(shè)計(jì) 根據(jù)硬件設(shè)計(jì)要求，控制主程序流程圖如圖所示。洗衣機(jī)通電之后，單片機(jī)上電，首先進(jìn)行程序的初始化，包括定時(shí)器 O、外部中斷 O、外部中斷 l的初始化，以及各參數(shù)初值的設(shè)定。默認(rèn)洗衣強(qiáng)度為“標(biāo)準(zhǔn)洗”，漂洗次數(shù) 3 次。然后掃描 K K K K5鍵的狀態(tài)，確定洗衣強(qiáng)度 R洗衣時(shí)間 R3和漂洗次數(shù) R4。洗衣機(jī)處于待命狀態(tài)，控制指示燈顯示洗衣強(qiáng)度，液晶顯示預(yù)設(shè)洗衣時(shí)間。當(dāng)發(fā)現(xiàn)啟動(dòng)鍵 K2 按下，洗衣機(jī)從待命狀態(tài)進(jìn)入工作狀態(tài)。完成進(jìn)水 —— 洗滌 —— 脫水 —— 漂洗的循環(huán)過(guò)程。當(dāng)洗衣結(jié)束時(shí)，控制蜂鳴器發(fā)聲。 主程序流程圖 1進(jìn)水程序設(shè)計(jì) 當(dāng) P3． 0=1時(shí)，打開進(jìn)水電磁閥開始進(jìn)水。當(dāng)水位到達(dá)要求時(shí)， P1． 0=0，即水位開關(guān)K1閉合，關(guān)閉進(jìn)水電磁閥， P3． 0=0，迸水結(jié)束； 2洗滌過(guò)程程序設(shè)計(jì) 電機(jī)正反轉(zhuǎn)均為 10S，根據(jù) R2的值確定洗衣強(qiáng)度、洗衣時(shí)間 R3 以及電動(dòng)機(jī)的間歇時(shí)間。 開始 結(jié)束