【正文】 1 基于單片機(jī)的洗衣機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 羅遠(yuǎn)強(qiáng) 指導(dǎo)老師：吳宇 2 摘要 單片機(jī)是計(jì)算機(jī)家庭的一個(gè)重要分支，它具有體積小、價(jià)格低、面向控制的特點(diǎn)，適用于各種工業(yè)控制、儀器儀表裝置，在人類生產(chǎn)和生活的各個(gè)領(lǐng)域都有極為廣泛應(yīng)用。 本洗衣機(jī)控制系統(tǒng)，采用目前常用的 89C51 單片機(jī)，用匯編語言的編程方法，完成對(duì)洗衣機(jī)洗衣全過程的自動(dòng)控制，并采用 LED數(shù)碼顯示洗衣過程代碼和洗衣剩余時(shí)間，洗衣完成后能自動(dòng)報(bào)警。使全自動(dòng)洗衣機(jī)的使用更加簡單、直觀和方便。 本設(shè)計(jì)取材容易， 結(jié)構(gòu)簡潔，易于制作，具有一定的實(shí)用價(jià)值。 關(guān)鍵字： 單片機(jī)、匯編語言、動(dòng)態(tài)掃描 3 目錄 第一章 緒論 設(shè)計(jì)目標(biāo) 設(shè)計(jì)意義 第二章 硬件和軟件的設(shè)計(jì)方法 洗衣機(jī)的工作過程 全自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)硬件的選擇 單片機(jī)編程軟件的選用 第二章 全自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理 控制系統(tǒng)方框圖 控制板電路原理 (附整機(jī)原理圖 ) 控制功能及過程 第四章 洗衣機(jī) 控制系統(tǒng)的軟件系統(tǒng) 洗衣機(jī)控制系統(tǒng)軟件的編程思路 主程序及子程序流程圖 洗衣機(jī)控制系統(tǒng)的源程序 參考文獻(xiàn) 附錄 AT89C51 技術(shù)手冊(cè) MCS51 系列單片機(jī)指令系統(tǒng)表 4 第一章： 緒論 在生產(chǎn)和生活的各個(gè)領(lǐng)域中，凡是有自動(dòng)控制要求的地方都會(huì)有單片機(jī)的出現(xiàn)。單片機(jī)的應(yīng)用有利于產(chǎn)品的小型化、多功能化和智能化，而且抗干擾能力強(qiáng)，可在各種惡劣的環(huán)境下可靠地工作，成本也較低。所以單片機(jī)的應(yīng)用已極為廣泛，它在工業(yè)自動(dòng)化、 工業(yè)測(cè)控、智能儀器儀表、家用電器、信息與通信、軍事裝備等方面都在發(fā)揮著“微電腦控制”的作用。 1． 1 設(shè)計(jì)目標(biāo) 用 51 系列單片機(jī) 89C51 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。不同的衣物，洗滌、漂洗、脫水和洗衣電機(jī)正反轉(zhuǎn)所用的時(shí)間不同，要求設(shè)計(jì)能夠?qū)崿F(xiàn)過程選擇，并在 LED 顯示屏上顯示過程代碼。在運(yùn)行的時(shí)候能顯示完成整個(gè)過程的剩余時(shí)間。為了節(jié)省單片機(jī)的 IO 端口，以及使硬件連接能盡可能的簡單，在 LED 顯示過程中我們使用了動(dòng)態(tài)掃描的方法。軟件編程使用匯編語言，燒錄好單片機(jī)后能實(shí)現(xiàn)上 電運(yùn)行。還應(yīng)該具有相當(dāng)?shù)姆€(wěn)定性，以保證全自動(dòng)洗衣機(jī)的正常工作。以此體會(huì)單片機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、開發(fā)過程。 1． 2 設(shè)計(jì)意義 ? ? 進(jìn)一步了解 8051 單片機(jī)。 ? ? 熟悉單片機(jī)控制系統(tǒng)開發(fā)流程。 ? ? 深入學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)匯編語言的編程方法。 ? ? 對(duì)計(jì)算機(jī)的工作原理有進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)。 ? ? 增強(qiáng)個(gè)人動(dòng)手能力。 5 第二章 硬件和軟件的設(shè)計(jì)方法 在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)前，我們必須知道所設(shè)計(jì)的項(xiàng)目要完成什么任務(wù)，達(dá)到什么樣的要求，并根據(jù)所完成的任務(wù)和要求來 選擇相應(yīng)的硬件設(shè)備和軟件編程方法。在設(shè)計(jì)前我們先了解一下洗衣機(jī)的工作過程和單片機(jī)的工作原理，確立算法模型，再選擇相應(yīng)的軟件編程語言 洗衣機(jī)的工作過程 目前常用的波輪洗衣機(jī)分為全自動(dòng)和雙缸洗衣機(jī)，它們都是依靠電機(jī)拖動(dòng)波輪帶動(dòng)洗衣筒中的水來回旋轉(zhuǎn)，而使衣物洗干凈的。在雙缸洗衣機(jī)中，電機(jī)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)及洗滌時(shí)間控制是由機(jī)械定時(shí)器開關(guān)來完成的，而全自動(dòng)洗衣機(jī)是靠電路來完成，對(duì)洗滌來說，效果相同；所不同的是雙缸洗衣機(jī)在完成洗滌后，需要打開排水開關(guān)排水，拿出衣物放到脫水桶中脫水，脫水完成后又要將衣物放回洗衣機(jī)桶中洗 滌，一次洗衣要進(jìn)行幾次洗滌，就要完成幾次這樣相同的動(dòng)作，在完成洗衣的全過程中必須要有人工干預(yù)，很不方便，而全自動(dòng)洗衣機(jī)中，洗衣過程中的進(jìn)水、洗滌、排水、脫水、再進(jìn)水、洗滌是自動(dòng)進(jìn)行的，只在洗衣前需人工放進(jìn)衣物，洗衣完成后自動(dòng)報(bào)警，再由人工取出衣物，中間過程不需要人工干預(yù)，使用要比雙缸洗衣機(jī)簡便的多。完成這樣的順序控制功能，也可以由數(shù)字邏輯電路來進(jìn)行，但實(shí)現(xiàn)這樣的控制比較困難，電路結(jié)構(gòu)也很復(fù)雜，成本高，控制系統(tǒng)不能智能化，如不容易實(shí)現(xiàn)單獨(dú)脫水、單獨(dú)洗滌這樣的功能選擇。而使用單片機(jī)，采用軟件編程的方法可以輕易實(shí) 現(xiàn)這樣的控制，而且電路簡單，成本低，洗衣機(jī)能夠智能化，容易操作。 綜合考慮，我們選擇了價(jià)格低廉，容易買到，比較可靠的 89C51 單片機(jī)來設(shè)計(jì)全自動(dòng)洗衣機(jī)的控制系統(tǒng)。 全自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)硬件的選擇 單片機(jī)系統(tǒng)的是一個(gè)軟硬件結(jié)合的系統(tǒng)，不能孤立地只談一個(gè)方向，脫離了硬件來講軟件編程是毫無意義的，同樣沒有軟件，單片機(jī)的硬件也無法正常工作。 (1) 單片機(jī) 89C51 (2) AT89C51 是一個(gè)低電壓，高性能 CMOS 8 位單片機(jī)，片內(nèi)含 4k bytes 的可反復(fù)擦寫的 Flash 只讀程序存儲(chǔ)器和 128 bytes 的隨機(jī) 存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ RAM），器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51 指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用 8 位中央處理器和 Flash 存儲(chǔ)單元，內(nèi)置功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)的 AT89C51 提供了高性價(jià)比的解決方案。 AT89C51 是一個(gè)低功耗高性能單片機(jī)， 40 個(gè)引腳， 32 個(gè)外部雙向輸入 /輸出（ I/O）端口，同時(shí)內(nèi)含 2 個(gè)外中斷口， 2 個(gè) 16 位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器 ,2 個(gè)全雙工串行通信口， AT89C51可以按照常規(guī)方法進(jìn)行編程，也可以在線編程。其將通用的微處理器和 Flash 存儲(chǔ)器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的 Flash 存儲(chǔ)器可有效地降低開發(fā)成本。 主要功能特性： ? ? 兼容 MCS— 51 指令系統(tǒng) 4k 可反復(fù)擦寫 (1000 次） Flash ROM 6 ? ? 32 個(gè)雙向 I/O 口 可編程 UARL 通道 ? ? 兩個(gè) 16 位可編程定時(shí) /計(jì)數(shù)器 全靜態(tài)操作 024MHz ? ? 1 個(gè)串行中斷 128x8bit 內(nèi)部 RAM ? ? 兩個(gè)外部中斷源 共 6 個(gè)中斷源 ? ? 低功耗空閑和掉電模式 ? ? 軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能 (2)可控硅 洗衣機(jī)的幾個(gè)關(guān)鍵動(dòng)作，如進(jìn)水、排水、電機(jī)正轉(zhuǎn)、電機(jī)反轉(zhuǎn)，是通過單片機(jī)的 IO端口，輸出控制信號(hào)，控制可控硅的通斷來實(shí)現(xiàn)的。在這里我們用了 4 個(gè)雙向可控硅擔(dān)任控制系統(tǒng)的執(zhí)行部件。 (3)LED 顯示器及各開關(guān) 為了顯示所選功能及剩余時(shí)間，完成良好的人機(jī)交互，我們選用了共陽的 8 段 LED顯示器做顯示輸出。為了節(jié)省端口，采用了掃描的顯示方法 (下章具體介紹 )，采用了三個(gè)開關(guān)，分別做為安全開關(guān)、水位開關(guān) (進(jìn)水是否達(dá)到要求的傳感器 )和控制開關(guān) (選擇洗衣程序和啟動(dòng)暫停等動(dòng)作的輸入按 鈕 ) 單片機(jī)編程軟件的選用 單片機(jī) 89C51 可以用匯編語言和 C 語言來進(jìn)行編程，在選用編程語言前，我們先來比較兩者之間的特點(diǎn)。 ? ? 匯編語言：匯編語言是用符號(hào)（助記符）表示的機(jī)器操作指令，它是對(duì)機(jī)器語言的改進(jìn)。但是機(jī)器語言還是面向機(jī)器的低級(jí)語言，它仍要求開發(fā)人員必須精通所用的單片機(jī)硬件系統(tǒng)和指令系統(tǒng)不便于記憶和使用。但是它相比機(jī)器語言提供了高一層次的機(jī)器操作抽象，更加接近人類語言，這讓它成為單片機(jī)系統(tǒng)開發(fā)中最常用的開發(fā)語言之一。 ? ? C 語言： C 語言正在成為單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā) 的主流，它既具有高級(jí)語言的簡潔、便于理解記憶、通用性好、表達(dá)能力強(qiáng)等特點(diǎn)，又具有低級(jí)語言的對(duì)計(jì)算機(jī)硬件進(jìn)行操作功能。 C 語言不是面面俱到的語言，也不是專為某一特殊應(yīng)用領(lǐng)域設(shè)計(jì)的語言。它本身不能執(zhí)行操作（如輸入 /輸出），這些操作都由標(biāo)準(zhǔn)庫提供支持。正是因?yàn)檫@些操作都與語言無關(guān)，所以 C 語言可以適用于任何平臺(tái)。 Cx51 是專為 8051 設(shè)計(jì)，完全 7 符合 ANSI C 標(biāo)準(zhǔn) 1[1]?？梢葬槍?duì) 8051 生成緊湊、高效的代碼。 在洗衣機(jī)的控制系統(tǒng)中，由于是面向控制的設(shè)計(jì)，使用匯編語言方便一些，占用單片機(jī)內(nèi)的 ROM 空間也較 小，并且在匯編語言中，我們可以精確地知道每條指令所占用的時(shí)鐘周期，能夠精確定時(shí)，所以在本設(shè)計(jì)中我們采用了匯編語言編程的方法，源程序編好后，由編程軟件轉(zhuǎn)換為機(jī)器代碼，再由編程器輸入到單片機(jī)的 RAM 中去。 8 第三章 全自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理 控制系統(tǒng)圖 洗衣機(jī)要實(shí)現(xiàn)衣服的洗滌、漂洗和脫水，離不開進(jìn)水、電機(jī)正轉(zhuǎn)、電機(jī)反轉(zhuǎn)和排水這四個(gè)動(dòng)作。上述四個(gè)動(dòng)作，是通過單片機(jī)的 P0 端口，做輸出端口，去控制雙向可控硅通斷來實(shí)現(xiàn)的，如下圖所示。同時(shí)加上輸入開關(guān)的按鈕、數(shù)碼管顯示器、蜂鳴按警器和欠壓檢測(cè)保護(hù)電路 等，就可以形成完整的單片機(jī)控制系統(tǒng)。通過軟件編程達(dá)到對(duì)整個(gè)洗衣過程進(jìn)行控制、檢測(cè)以及與用戶交互。 水位開關(guān) 安全開關(guān) 程序選擇 /啟動(dòng) /暫停 可控硅 X 4 個(gè) ~220V 洗衣機(jī)單片機(jī)控制系統(tǒng)方框圖 控制板電路原理 (附控制板整機(jī)原理圖 ) 參閱洗衣機(jī)單片機(jī)控制系統(tǒng)原理圖，控制板 電路使用 ATMEL 公司的 AT89C51 芯片，時(shí)鐘電路采用 6MHZ 晶振。組成的輸入信號(hào)有：安全開關(guān)（即洗衣機(jī)桶蓋的打開與閉合）、水位壓力開關(guān)（即水位的高低）、啟動(dòng)、暫停按鈕，低電壓檢測(cè)信號(hào) 。 輸出控制信號(hào)包括：兩個(gè) 8 位 LED 數(shù)碼動(dòng)態(tài)顯示（剩余時(shí)間）和蜂鳴器鳴叫、進(jìn)水閥、正反轉(zhuǎn)洗滌電機(jī)、排水閥的控制信號(hào)。 交流 220V 電壓經(jīng)變壓、整流、濾波后，其中一路接至低電壓保護(hù)電路，另一路經(jīng)過CW7805 進(jìn)行穩(wěn)壓，提供穩(wěn)定的＋ 5V 電壓供應(yīng)給控制板各元件。當(dāng)?shù)碗妷罕Ｗo(hù)電路檢測(cè)到低電壓時(shí)，將向單片機(jī)的 INT0 引腳產(chǎn)生中斷，單片 機(jī)將響應(yīng)該中斷；關(guān)閉各輸出端口，以保護(hù)執(zhí)行部件如電機(jī)等設(shè)備不因欠壓而損壞。 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 9 10 控制功能及過程 洗衣機(jī)動(dòng)作代碼表 動(dòng)作名稱 進(jìn)水 洗滌 排水 脫水 動(dòng)作代碼 A B C D 本次動(dòng)作預(yù)設(shè)時(shí)間 2 分鐘 15\9\6 或 2 分鐘 2分秒 30秒 (2D+T 秒 ) 5\3\或是分鐘 (包括 30 秒間隙脫水 ) 洗衣機(jī)功能選擇代碼表 過程代碼 過程名稱 完成整個(gè)過程 所需時(shí)間 (分 ) 所需動(dòng)作代碼及時(shí)間 01 浸泡洗滌 59 A(B1 停 2)*5B15CD2AB2CD2AB2CD5 02 強(qiáng)力洗滌 42 AB15CD2AB2CD2AB2CD2 03 標(biāo)準(zhǔn)洗滌 42 AB15CD2AB2CD2AB2CD5 04 輕柔洗滌 34 AB9CD2AB2CD2AB2CD3 05 快速洗滌 24 AB5CD2AB2CD3 06 單獨(dú)洗滌 17 AB15 07 漂洗脫水 25 CD2AB2CD2AB2CD5 08 單獨(dú)脫水 8 CD5 09 留水停機(jī) 34 AB15CD2AB2CD2AB2 (大寫字母后的數(shù)字為動(dòng)作所需的時(shí)間 ) 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，而這四個(gè)動(dòng)作的組合可形成 9 個(gè)過程（或更多），見動(dòng)作代碼表。選擇哪一個(gè)過程來執(zhí)行洗衣程序是在進(jìn)入洗衣前由用戶通過開始、暫停按鈕來選擇的，如：單獨(dú)進(jìn)行脫水可選擇過程 08。打開電源開關(guān)，洗衣機(jī)將進(jìn)入洗衣過程選擇狀態(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程代碼（在 01－ 09 之間循環(huán)顯示以指示選擇不同的洗衣過程）。 3 秒內(nèi)若無按鍵動(dòng)作，蜂鳴器開始鳴叫 6 下（時(shí)間長度共 3 秒）以提醒用戶；開始進(jìn)入相應(yīng)過程的洗衣程序，此后啟動(dòng)暫停