【正文】 長安大學 畢業(yè)設(shè)計說明書 （論文） 第 1 頁 共 29 頁 1 緒論 本課題的研究目的和意義 洗衣機是人們?nèi)粘Ｉ钪谐Ｒ姷囊环N家電，已經(jīng)成為人們生活中不可缺少的家用電器。在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用也十分廣泛。但是傳統(tǒng)的基于繼電器的控制，已經(jīng)不能滿足人們對洗衣機的自動化程度的要求了。洗衣機需要更好地滿足人們的需求，必須借助于自動化技術(shù)的發(fā)展。而隨著單片機技術(shù)的發(fā)展，用單片機來作為控制器，就能很好地滿足洗衣機對自動化的要求，并且控制方式靈活多樣，控制模式可以根據(jù)不同場合的應(yīng)用而有所不同。自動化技術(shù)的飛速發(fā)展使得洗衣機由初始的半自動式洗衣機發(fā)展到現(xiàn)在的全自動洗衣機，又正在 向智能化洗衣機方向發(fā)展 [1]。 單片機又稱微控制器 ,或稱嵌入式控制器。而現(xiàn)在的智能家電無一例外是采用微控制器來實現(xiàn)的 ， 所以家用電器是單片機應(yīng)用最多的領(lǐng)域之一。它是家用電器實現(xiàn)智能化的心臟和大腦。由于家用電器體積小 ， 故要求其控制器體積更小以便能嵌入其結(jié)構(gòu)之中。而家用電器品種多 ， 功能差異也大 ,所以又要求其控制器有靈活的控制功能。單片機以微小的體積和編程的靈活性而產(chǎn)生多種控制功能 ， 完全可以滿足家用電器的需求。 洗衣機的發(fā)展和分類 洗衣機的發(fā)展 從古到今，洗衣服都是一項難于逃避的家務(wù)勞動，而在洗 衣機出現(xiàn)以前，對于許多人而言，它并不像田園詩描繪的那樣充滿樂趣，手搓、棒擊、沖刷、甩打 …… 這些不斷重復的簡單的體力勞動，留給人的感受常常是：辛苦勞累。 1858 年，一個叫漢密爾頓 史密斯的美國人在匹茨堡制成了世界上第一臺洗衣機。該洗衣機的主件是一只圓桶，桶內(nèi)裝有一根帶有槳狀葉子的直軸。軸是通過搖動和它相連的曲柄轉(zhuǎn)動的。次年在德國出現(xiàn)了一種用搗衣杵作為攪拌器的洗衣機，當搗衣杵上下運動時，裝有彈簧的木釘便連續(xù)作用于衣服。 19 世紀末期的洗衣機已發(fā)展到一只用手柄轉(zhuǎn)動的八角形洗衣缸，洗衣時缸內(nèi)放入熱肥皂水，衣服洗凈 后，由軋液裝置把衣服擠干。 1874 年 ， “手洗時代 ”受到了前所未有的挑戰(zhàn)，美國人比爾 布萊克斯發(fā)明了木制手搖洗衣機。這套裝置的問世，讓那些為提高生活效率而冥思苦想的人士大受啟發(fā)，洗衣機的改進過程開始大大加快 。 1880 年， 美國 又出現(xiàn)了蒸氣洗衣機，采用了智能水循環(huán)系統(tǒng)，可將高濃度洗滌液長安大學 畢業(yè)設(shè)計說明書 （論文） 第 2 頁 共 29 頁 與高溫蒸氣同時對衣物進行雙重噴淋，貫穿全部洗滌過程，實現(xiàn)了全球獨創(chuàng)性的 “蒸汽洗 ”全新洗滌方式。蒸汽 洗衣機之后，水力洗衣機、內(nèi)燃機洗衣機也相繼出現(xiàn)。 1910 年，美國的 費希爾 在 芝加哥 試制成功世界上第一臺電動洗衣機。電動洗衣機的問世，標志著人類家務(wù)勞動自動化的開端。 1922 年，美國瑪塔依格公司改造了洗衣機的洗滌結(jié)構(gòu)，把拖動式改為攪拌式，使洗衣 機的結(jié)構(gòu)固定下來，這也就是第一臺攪拌式洗衣機的誕生。攪拌式洗衣機結(jié)構(gòu)科學合理，受到人們的普遍歡迎。 1932 年，美國本德克斯航空公司宣布，他們研制成功第一臺前裝式滾筒洗衣機，洗滌、漂洗、脫水在同一個滾筒內(nèi)完成。這意味著電動洗衣機的型式躍上一個新臺階，朝自動化又前進了一大步！ 第一臺自動洗衣機于 1937 年問世。這是一種 前置 式自動洗衣機?？恳桓降妮S帶動的缸可容納 4000 克衣服。衣服在注滿水的缸內(nèi)不停地上下翻滾，使之去污除垢。到了 40 年代便出現(xiàn)了現(xiàn)代的 上置 式自動洗衣機。 隨著工業(yè)化的加速，世界各國也加 快了洗衣機研制的步伐。首先由英國研制并推出了一種噴流式洗衣機，它是靠筒體一側(cè)的運轉(zhuǎn)波輪產(chǎn)生的強烈渦流，使衣物和洗滌液一起在筒內(nèi)不斷翻滾，洗凈衣物。 1955 年，在引進 英國 噴流式洗衣機的基礎(chǔ)之上， 日本 研制出獨具風格、并流行至今的波輪式洗衣機。至此，波輪式 、滾筒式、攪拌式在洗衣機生產(chǎn)領(lǐng)域三分天下的局面初步形成。 60 年代的日本出現(xiàn)了帶干桶的雙桶洗衣機，人們稱之為 “半自動型洗衣機 ”。 70 年代，生產(chǎn)出波輪式套桶全自動洗衣機。 70 年代后期，以電腦（實際上微處理器）控制的全自動洗衣機在日本問世，開創(chuàng)了洗衣機發(fā)展史的新階段。 80 年代， “模糊控制 ”的應(yīng)用使得洗衣機操作更簡便，功能更完備，洗衣程序更隨人意，外觀造型更為時尚 。 90 年代，由于電機調(diào)速技術(shù)的提高，洗衣機實現(xiàn)了寬范圍的轉(zhuǎn)速變換與調(diào)節(jié)，誕生了許多新水流洗衣機。此后，隨著電機驅(qū)動技術(shù)的發(fā)展與提高，日本生產(chǎn)出了 電機直接驅(qū)動式洗衣機，省去了齒輪傳動和變速機構(gòu)，引發(fā)了洗衣機驅(qū)動方式的巨大革命。 之后，隨著科技的進一步發(fā)展，滾筒洗衣機已經(jīng)成了大家耳濡目染的產(chǎn)品。伴隨著科技的進一步發(fā)展，相信新型更適合人們使用的洗衣機會給我們的生活帶來新的方式 [2]。 長安大學 畢業(yè)設(shè)計說明書 （論文） 第 3 頁 共 29 頁 洗衣機種類 家用洗衣機的種類很多，按其結(jié)構(gòu)原理可以分為以下幾類： 波輪式洗衣機：這種洗衣機的主要優(yōu)點是洗滌時間短，洗凈度較高，水位可調(diào)，品種多，適宜于洗滌棉、麻、纖和混紡等織物。缺點是易使衣物纏繞，影響洗凈的均勻性，磨損率也較高。新穎的大波輪、新水流洗衣機， 其性能有明顯的改善。 滾筒式洗衣機：其優(yōu)點是洗滌動作比較柔和，對衣物的磨損小，用水量和洗滌劑都比較省，適合洗滌毛料織物。但機器結(jié)構(gòu)復雜，洗凈度低，耗電量大，售價較高。 攪拌式洗衣機：這種洗衣機好似手工洗滌的揉搓，衣物受力均勻，衣物磨損小，洗滌容量大。缺點是洗滌時間長，結(jié)構(gòu)比較復雜，售價高。 噴流式洗衣機：其特點是洗滌時間短，污垢容易洗掉，機器結(jié)構(gòu)簡單，故障較少。但由于水流激烈，衣物容易擰絞在一起，因而洗滌不均，對衣物損傷較重，洗滌時洗滌液容易飛濺 [3]。 除此之外還有波輪攪拌式洗衣機、噴淋漂洗洗 衣機、振動式洗衣機、超聲波洗衣機等等。 課題研究方向 洗衣機的洗滌原理是由模擬人工洗滌衣物發(fā)展而來的，即通過翻滾、摩擦、水的沖刷等機械作用以及洗滌劑的表面活化作用，將附著在衣物上的污垢除掉，以達到洗凈衣物的目的。 現(xiàn)今，大多數(shù)的洗衣機都使用以單片機為核心的控制電路來控制電動機、數(shù)碼顯示管、進水閥、排水閥及蜂鳴器的電壓輸出，使洗衣機根據(jù)程序運轉(zhuǎn)。 本設(shè)計 在設(shè)計洗衣機的控制系統(tǒng)時， 洗衣機通過控制系統(tǒng)設(shè)定洗衣程序， 在內(nèi)桶（洗滌脫水桶）自動完成注水、洗滌、漂洗、浸泡、排水和脫水全過程。洗衣時，控制系統(tǒng)打開 進水電磁閥，開始注水；當洗滌脫水桶內(nèi)的水位達到系統(tǒng)設(shè)定值時，水位檢測器向單片機發(fā)送一個低電平，通知控制系統(tǒng)關(guān)閉進水電磁閥，同時啟動電機洗衣。電機在系統(tǒng)的控制下進行正轉(zhuǎn)、停、反轉(zhuǎn)，通過傳動機構(gòu)帶動波輪執(zhí)行洗滌程序；當洗滌時間終了，控制系統(tǒng)切斷電機電路，打開排水電磁閥，開始排水；然后再次注水，洗衣機進入漂洗狀態(tài)，完成漂洗程序（通常為 2 次漂洗），再注水進行浸泡；浸泡完，開始排水，同時，排水電磁鐵的動作帶動減速離合器制動臂，使離合器棘輪與棘爪分離，制動帶松開，為脫水程序作好準備；排水結(jié)束后，系統(tǒng)控制電機單方向高速運 轉(zhuǎn)，完成脫水程序；當脫水程序終了，系統(tǒng)控制排水電磁鐵和電機斷電，排水閥和減速離長安大學 畢業(yè)設(shè)計說明書 （論文） 第 4 頁 共 29 頁 合器的制動臂復位，同時蜂鳴器奏響音樂，通知用戶整個洗衣程序結(jié)束 [4]。 本設(shè)計要實現(xiàn)的功能有： （ 1）用戶參數(shù)的輸入：用戶根據(jù)衣物的數(shù)量和質(zhì)地確定洗滌時間、漂洗次數(shù)、脫水時間，然后通過按鍵輸入具體的參數(shù)。 （ 2）參數(shù)和時間的顯示：靈活地運用數(shù)碼顯示管會帶來許多方便，它可以用來顯示用戶實時所處的洗衣功能狀態(tài)以及所剩時間。 （ 3）實時控制的實現(xiàn)：單片機在獲取了用戶輸入的參數(shù)后，對其進行分析處理，然后按照計算結(jié)果對洗衣過程進行實時控制。 （ 4）水位檢測的實現(xiàn)：水位的高低影響著整個洗衣過程的進行，因此需要水位檢測器將水位的變化發(fā)送給單片機，單片機根據(jù)水位的情況確定下一步應(yīng)該做什么。 （ 5）洗衣過程的實現(xiàn)：一般的洗衣過程包括注水、洗滌、漂洗、排水和脫水這些步驟。在洗衣過程中，系統(tǒng)主要控制進水電磁閥、排水電磁閥的打開和關(guān)閉，電機的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和停止。 （ 6）洗衣完畢的通知：當洗衣過程結(jié)束后，蜂鳴器就報警通知用戶洗衣完畢。 2 硬件設(shè)計基本介紹 總體方案 本設(shè)計以 MCS51 單片機為核心，設(shè)計由電源、數(shù)字控制電路和機械控制電路三大模塊 構(gòu)成的控制系統(tǒng)，實現(xiàn)對洗衣機整個洗衣過程的控制。洗衣過程主要包括洗滌過程、漂洗過程、脫水過程。根據(jù)洗衣過程的要求，控制程序設(shè)計主要包括主程序、內(nèi)部定時中斷服務(wù)程序、外部服務(wù)中斷程序的設(shè)計。 根據(jù)設(shè)計要求，其基本系統(tǒng)組成框圖如 所示 。 器件及原理簡介 采用 51 系列單片機作為控制核心，主要包括電源部分、功能設(shè)置及控制電路、洗衣機狀態(tài)顯示及輸出控制電路。主要組成部件有 ： 單片機、 74LS138 譯碼器、指示燈、 LED 顯示器、電動機、蜂鳴器、電磁閥以及按鍵等。 根據(jù)洗衣機的基本功能，硬件電路設(shè)計需要考慮 洗衣 機的進水 、洗滌、漂洗、 排 長安大學 畢業(yè)設(shè)計說明書 （論文） 第 5 頁 共 29 頁 圖 系統(tǒng)組成框圖 水、 脫水 等問題，及 時間設(shè)定長短、工作時間或剩余時間的顯示、工作過程中的 暫停、啟動、復位、 洗完后的報警等問題 [5]。 通過 單片機的 P0 口 連接數(shù)碼管 發(fā)送段碼， ~P7 口 通過三極管擴大電流去控制數(shù)碼管的位，顯示時采用動態(tài)掃描方式，輪流循環(huán)掃描。 通過 口連接蜂鳴器實現(xiàn)報警電路。 通過 ~ 口 作為按鍵輸入，并通過二極管連接到單片機的中斷入口引腳，當有鍵按下，就會產(chǎn)生中斷，執(zhí)行相關(guān)按鍵的功能 。 根據(jù)系統(tǒng)框圖可設(shè)計出系統(tǒng)原理圖，見附錄 A。 3 軟件設(shè)計 單片機應(yīng)用系統(tǒng)的軟件設(shè)計是系統(tǒng)設(shè)計中最基本而且工作量較大的任務(wù)。與系統(tǒng)機上操作系統(tǒng)支持下的純軟件不同 ， 單片機的軟件設(shè)計是在裸機的條件下進行