【正文】 1 前 言 目前中國洗衣機市場正進(jìn)入更新?lián)Q代期，市場潛力巨大，人們對于洗衣機的要求也越來越高，目前的洗衣機主要有強弱洗滌功能、進(jìn)排水系統(tǒng)故障自動診斷功能、暫停等七大功能，在許多方面還不能達(dá)到人們的需求。這就要求設(shè)計者們有更高的專業(yè)和技術(shù)水平，能夠提出更多好的建議和新的課題，將人們的需要變成現(xiàn)實，設(shè)計出更節(jié)能、功能更全面、更人性化的全自動洗衣機。目前的洗衣機都沒有實現(xiàn)全方面的兼容，大多洗衣的廠家都注重各自品牌的洗衣機的特長，突出一兩個與別的洗衣機不同的個性化的功能 ， 洗衣機的各項功能是由單片機控制實現(xiàn)的，單片機的 體積小，控制功能靈活，因此，設(shè)計出基于單片機的全自動洗衣機控制電路系統(tǒng)具有很強的實用性。本設(shè)計采用 STC 89C2051 為控制核心 ， 為保證洗衣機及人身安全 ， 設(shè)計了蜂鳴報警電路 .因本設(shè)計輸入按鍵較少 ,所以采用直接輸入方式 ， 使電路簡單化 。 為方便 理解與熟悉本 ,本文 還介紹了與全自動洗衣機有關(guān)的一些常見的電子元器件的基本功能 。 本設(shè)計只設(shè)計了全自動洗衣機的基本功能 ,其他的一些功能可在原有的基礎(chǔ)上擴展升級 ,使全自動洗衣機能更加智能化 ， 更加完善 。 2 1 洗衣機的功能及設(shè)計 洗衣機功能要求 洗 衣機的主要工作程序是：洗滌 —— 脫水 —— 漂洗 —— 脫水 —— 漂洗 —— 脫水。上述工作程序中，包含三個過程，洗滌過程、漂洗過程、脫水過程。 (1)洗滌過程：放好待洗物，啟動開關(guān)，進(jìn)水閥通電，向洗衣機供水，當(dāng)供水達(dá)到預(yù)定水位時，水位開關(guān)接通，進(jìn)水閥斷電關(guān)閉，停止供水。洗滌電動機接通電源，帶動波輪 (或桶 )旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生各種形式的水流攪動衣物進(jìn)行洗滌。通過電動不停的正轉(zhuǎn)、停、反轉(zhuǎn)、反復(fù)循環(huán)，形成洗滌水對洗滌物產(chǎn)生強烈的翻滾作用。同時，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)漂洗過程：漂洗的目的在于清除衣物上的洗滌液，因此，漂洗過程與洗滌過程的電器動作是完全相同的。 (3)脫水過程：洗滌或漂洗后，需要對衣物進(jìn)行脫水以便晾干，節(jié)省水資源，所以脫水是洗衣過程中必不可少的環(huán)節(jié)。洗滌或漂洗過程結(jié)束后，電動機停止轉(zhuǎn)動，排水閥通電，打開排水閥門排水。當(dāng)水位低到一定程度時，滿足安全條件，脫水電動機接通，電機帶動脫水桶高速旋轉(zhuǎn)，利用離心力把衣服上的水從桶壁的小眼里甩出。全部洗衣工作完成后，由蜂鳴器發(fā)出音響，表示衣物已洗干凈。 洗衣機硬件電路設(shè)計 洗衣機總體設(shè)計 框圖 橢圓型表示指示燈：從上到下依次為強洗、弱洗、洗滌次數(shù)、洗衣定時、脫水定時、洗衣剩余時間、脫水剩余時間。 電動機正轉(zhuǎn)為強洗，正反交替轉(zhuǎn)動設(shè)定為弱洗，初始設(shè)定的狀態(tài)為強洗，若要選擇弱洗模式需按下增加按鍵，再次按下選擇按鍵，則表示洗滌次數(shù)的指示燈被點亮，選擇增加或減少按鍵對時間進(jìn)行加減。然后對脫水時間設(shè)定，最后按下啟動鍵，洗衣機開始工作。 3 圖一 總體設(shè)計框圖 元器件介紹 （ 1） STC51 單片機 STC89C51 系列單片機是宏晶科技推出的新一代超強抗干擾 /高速 /低功耗的單片機，是 MCS51 系列單片機的派生產(chǎn)品；它們在指令系統(tǒng)中、硬件系統(tǒng)和片內(nèi)資源與標(biāo)準(zhǔn)的 8052 單片機完全兼容， DIP40 封裝系列與 8051 為 pintopin兼容，指令代碼是與 8051 完全兼容的單片機。 STC89C51 單片機具有增強型 12時鐘 /機器周期、 6 時鐘機器 /周期任意選擇，工作電壓為 （ 5V 單片機）/（ 5V 單片機）；工作 頻率范圍： 040MHZ，相當(dāng)于普通 8051 的 080MHZ。實際頻率可達(dá) 48MHZ。用戶應(yīng)用程序空間為 4K/8K/13K/16K/20K/32K/64K 字節(jié) ；片上集成 1280 字節(jié) /512 字節(jié) RAM；有 32/36 個通用 I/O 口， P1/P2/P3/P4 是準(zhǔn)雙向口；集成 ISP（在系統(tǒng)可編程） /IPA（在應(yīng)用可編程），無需專用的編程器 /仿真器，可通過串行口（ ）直接下載用戶程序， 8K 程序 3 秒就可以完成一片，具備 EEPROM 功能，工作溫度范圍在 0750，共有 3 個 16 位定時器 /計數(shù)器，其中定時器 T0 還可以當(dāng)成 2 個 8 位定時器使用；封裝形式有 DIP40，PLCC44， PQFP44 等 。本文選取的是 DIP40 引腳的。 （ 2） 74LS38 51 單片機 電動機 蜂鳴器 38譯碼器 選擇 增加 減少 啟動 進(jìn)水 出水 數(shù)碼管 1（顯示時間） 反轉(zhuǎn) 正轉(zhuǎn) 開始 / 暫停 數(shù)碼管 2（顯示時間） 4 74LS138 為 3 線－ 8 線譯碼器，共有 54/74S138 和 54/74LS138 兩種線路結(jié)構(gòu)型式，其 中 74LS138 工作原理 ： 當(dāng)一個選通端 為高電平，另兩個選通端和為低電平時，可將地址端（ A、 B、 C）的二進(jìn)制編碼在一個對應(yīng)的輸出端以低電平譯出。 表一 74LS138 真值表 輸 入 輸 出 S1 S2 S3 A2 A1 A0 Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 0 1 1 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 （ 3）晶振 晶振全稱為晶體振蕩 器 ，其作用在于產(chǎn)生原始的時鐘頻率，這個頻 率 經(jīng)過頻率發(fā)生器的放大或縮 小后就成了電腦中各種不同的總線頻率。以聲卡為例，要實現(xiàn)對模擬信號 48kHz的采樣，頻率發(fā)生器就必須提供一個 或 48kHz 的時鐘頻率。如果需要對這兩種音頻同時支持的話，聲卡就需要有兩顆晶振。但是娛樂級聲卡為了降低成本，通常都采用 SRC 將輸出的采樣頻率固定在 48kHz，但是 SRC 會對音質(zhì)帶來損害，而且現(xiàn)在的娛樂級聲卡都沒有很好地解決這個問題。 晶振一般叫做晶體諧振器，是一種機電器件，是用電損耗很小的石英晶體經(jīng)精密切割磨削并鍍上電極焊上引線做成。這種晶體有一個很重要的特性，如果給它通電 ，它就會產(chǎn)生機械振蕩，反之，如果給它機械力，它又會產(chǎn)生電，這種特性叫機電效應(yīng)。他們有一個很重要的特點，其振蕩頻率與他們的形狀，材料，切割方向等密切相關(guān)。由于石英晶體化學(xué)性能非常穩(wěn)定，熱膨脹系數(shù)非常小，其振蕩頻率也非常穩(wěn)定，由于控制幾何尺寸可以做到很精密，因此，其諧振頻率也很準(zhǔn)確。根據(jù)石英晶體的機電效應(yīng)，我們可以把它等效為一個電磁振蕩回路，即諧振回路。他們的機電效應(yīng)是機 電 機 電 ..的不斷轉(zhuǎn)換，由電感和電容組成的諧振回路是電場 磁場的不斷轉(zhuǎn)換。在電路中的應(yīng)用實際上是把它當(dāng)作一個高 Q 值的電磁諧振回路。由于石英 晶體的損耗非常小，即 Q 值非常高，做振蕩器用時，可以產(chǎn)生非常穩(wěn)定的振蕩，作濾波器用，可以獲得非常穩(wěn)定和陡 5 削的帶通或帶阻曲線。 12345678RST91011121314151617XTAL218XTAL119VSS202122232425262728PSEN29ALE/PROG30EA/VPP313233343536373839VCC40U1P89C51RC2BN/01 圖二 STC89C51 單片機元件圖 圖三 晶振實物圖 （ 4）蜂鳴器 蜂鳴器是一種一體化結(jié)構(gòu)的電子訊響器，采用直流電壓供電，廣泛應(yīng)用于計算機、打印機、復(fù)印機、報警器、電子 玩具、汽車電子設(shè)備、電話機、定時器等電子產(chǎn)品中作發(fā)聲器件。 ；蜂鳴器主要分為壓電式蜂鳴器和電磁式蜂鳴器兩種類型。蜂鳴器在電路中用字母“ H”或“ HA”（舊標(biāo)準(zhǔn)用“ FM”、“ LB”、“ JD”等）表示。 蜂鳴器的結(jié)構(gòu)原理 1．壓電式蜂鳴器 壓電式蜂鳴器主要由多諧振蕩器、壓電蜂鳴片、阻抗匹配器及共鳴箱、外殼等組成。有的壓電式蜂鳴器外殼上還裝有發(fā)光二極管。多諧振蕩器由晶體管或集成電路構(gòu)成。當(dāng)接通電源后（ ~15V 直流工作電壓） ,多諧振蕩器起振 ,輸出 ~ 的音頻信號，阻抗匹配器推動壓電蜂鳴片發(fā)聲。 壓電蜂鳴片由鋯鈦酸鉛或鈮鎂酸鉛壓電陶瓷材料制成。在陶瓷片的兩面鍍上銀電極，經(jīng)極化和老化處理后，再與黃銅片或不銹鋼片粘在一起。 2．電磁式蜂鳴器 電磁式蜂鳴器由振蕩器、電磁線圈、磁鐵、振動膜片及外殼等組成。接通電源后，振蕩器產(chǎn)生的音頻信號電流通過電磁線圈，使電磁線圈產(chǎn)生磁場。振動膜片在電磁線圈和磁鐵的相互作用下，周期性地振動發(fā)聲。 6 圖四 蜂鳴器實物圖 （ 5）數(shù)碼管 數(shù)碼管是一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，其基本單元是發(fā)光二極管 數(shù)碼管按段數(shù)分為七段數(shù)碼管和八段數(shù)碼管，八段數(shù)碼管比七段數(shù)碼管多一個發(fā)光二極管單元（多一個小數(shù)點顯示）；按能顯示多少個“ 8”可分為 1 位、 2位、 4 位等等數(shù)碼管；按發(fā)光二極管單元連接方式分為共陽極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管。共陽數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陽極接到一起形成公共陽極 (COM)的數(shù)碼管。共陽數(shù)碼管在應(yīng)用時應(yīng)將公共極 COM 接到 +5V，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時，相應(yīng)字段就點亮 。當(dāng)某一字段的陰極為高電平時，相應(yīng)字段就不亮。共陰數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陰極接到一起形成公共陰極(COM)的數(shù)碼管。共陰數(shù)碼管在應(yīng)用時應(yīng)將公共極 COM 接到地線 GND 上，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陽極為高電平時，相應(yīng)字段就點亮。當(dāng)某一字段的陽極為低電平時，相應(yīng)字段就不亮。 主要參數(shù) （ 1） 8 字高度 8 字上沿與下沿的距離。比外型高度小。通常用英寸來表示。范圍一般為 英寸。 (2)長 *寬 *高 長 —— 數(shù)碼管正放時，水平方向的長度；寬 —— 數(shù)碼管正放時，垂直方向上的長度；高 —— 數(shù)碼管的厚度。 (3)時鐘點 四位數(shù)碼管中，第二位 8 與第三位 8 字中間的二個點。一般用于顯示時鐘中的秒。 7 K1f2g3e4d5K6c8DP7b9a10DS1Dpy RedCC 圖五 數(shù)碼管原理圖 （ 6） LED 燈 LED 結(jié)構(gòu)以及發(fā)光原理 LED（ Light Emitting Diode），發(fā)光二極管，是一種固態(tài)的半導(dǎo)體器件，它可以直接把電轉(zhuǎn)化為光。 LED 的心臟是一個半導(dǎo)體的晶片 發(fā)光二極管晶片的一端附在一個支架上，一端是負(fù)極，另一端連接