【正文】 長安大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)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(jī)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(jī)的自動(dòng)化程度的要求了。洗衣機(jī)需要更好地滿足人們的需求，必須借助于自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展。而隨著單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展，用單片機(jī)來作為控制器，就能很好地滿足洗衣機(jī)對自動(dòng)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(dòng)化技術(shù)的飛速發(fā)展使得洗衣機(jī)由初始的半自動(dòng)式洗衣機(jī)發(fā)展到現(xiàn)在的全自動(dòng)洗衣機(jī)，又正在 向智能化洗衣機(jī)方向發(fā)展 [1]。 單片機(jī)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(shí)現(xiàn)的 ， 所以家用電器是單片機(jī)應(yīng)用最多的領(lǐng)域之一。它是家用電器實(shí)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(jī)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(jī)的發(fā)展和分類 洗衣機(jī)的發(fā)展 從古到今，洗衣服都是一項(xiàng)難于逃避的家務(wù)勞動(dòng)，而在洗 衣機(jī)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(fù)的簡單的體力勞動(dòng)，留給人的感受常常是：辛苦勞累。 1858 年，一個(gè)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(tái)洗衣機(jī)。該洗衣機(jī)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(dòng)和它相連的曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)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(jī)，當(dāng)搗衣杵上下運(yùn)動(dòng)時(shí)，裝有彈簧的木釘便連續(xù)作用于衣服。 19 世紀(jì)末期的洗衣機(jī)已發(fā)展到一只用手柄轉(zhuǎn)動(dòng)的八角形洗衣缸，洗衣時(shí)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(shí)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(jī)。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(jī)的改進(jìn)過程開始大大加快 。 1880 年， 美國 又出現(xiàn)了蒸氣洗衣機(jī)，采用了智能水循環(huán)系統(tǒng)，可將高濃度洗滌液長安大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 （論文） 第 2 頁 共 29 頁 與高溫蒸氣同時(shí)對衣物進(jìn)行雙重噴淋，貫穿全部洗滌過程，實(shí)現(xiàn)了全球獨(dú)創(chuàng)性的 “蒸汽洗 ”全新洗滌方式。蒸汽 洗衣機(jī)之后，水力洗衣機(jī)、內(nèi)燃機(jī)洗衣機(jī)也相繼出現(xiàn)。 1910 年，美國的 費(fèi)希爾 在 芝加哥 試制成功世界上第一臺(tái)電動(dòng)洗衣機(jī)。電動(dòng)洗衣機(jī)的問世，標(biāo)志著人類家務(wù)勞動(dòng)自動(dòng)化的開端。 1922 年，美國瑪塔依格公司改造了洗衣機(jī)的洗滌結(jié)構(gòu)，把拖動(dòng)式改為攪拌式，使洗衣 機(jī)的結(jié)構(gòu)固定下來，這也就是第一臺(tái)攪拌式洗衣機(jī)的誕生。攪拌式洗衣機(jī)結(jié)構(gòu)科學(xué)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(tái)前裝式滾筒洗衣機(jī)，洗滌、漂洗、脫水在同一個(gè)滾筒內(nèi)完成。這意味著電動(dòng)洗衣機(jī)的型式躍上一個(gè)新臺(tái)階，朝自動(dòng)化又前進(jìn)了一大步！ 第一臺(tái)自動(dòng)洗衣機(jī)于 1937 年問世。這是一種 前置 式自動(dòng)洗衣機(jī)?？恳桓降妮S帶動(dòng)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(dòng)洗衣機(jī)。 隨著工業(yè)化的加速，世界各國也加 快了洗衣機(jī)研制的步伐。首先由英國研制并推出了一種噴流式洗衣機(jī)，它是靠筒體一側(cè)的運(yùn)轉(zhuǎn)波輪產(chǎn)生的強(qiáng)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(jìn) 英國 噴流式洗衣機(jī)的基礎(chǔ)之上， 日本 研制出獨(dú)具風(fēng)格、并流行至今的波輪式洗衣機(jī)。至此，波輪式 、滾筒式、攪拌式在洗衣機(jī)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(jī)，人們稱之為 “半自動(dòng)型洗衣機(jī) ”。 70 年代，生產(chǎn)出波輪式套桶全自動(dòng)洗衣機(jī)。 70 年代后期，以電腦（實(shí)際上微處理器）控制的全自動(dòng)洗衣機(jī)在日本問世，開創(chuàng)了洗衣機(jī)發(fā)展史的新階段。 80 年代， “模糊控制 ”的應(yīng)用使得洗衣機(jī)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(shí)尚 。 90 年代，由于電機(jī)調(diào)速技術(shù)的提高，洗衣機(jī)實(shí)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(jī)。此后，隨著電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)的發(fā)展與提高，日本生產(chǎn)出了 電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)式洗衣機(jī)，省去了齒輪傳動(dòng)和變速機(jī)構(gòu)，引發(fā)了洗衣機(jī)驅(qū)動(dòng)方式的巨大革命。 之后，隨著科技的進(jìn)一步發(fā)展，滾筒洗衣機(jī)已經(jīng)成了大家耳濡目染的產(chǎn)品。伴隨著科技的進(jìn)一步發(fā)展，相信新型更適合人們使用的洗衣機(jī)會(huì)給我們的生活帶來新的方式 [2]。 長安大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 （論文） 第 3 頁 共 29 頁 洗衣機(jī)種類 家用洗衣機(jī)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(jī)：這種洗衣機(jī)的主要優(yōu)點(diǎn)是洗滌時(shí)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(diǎn)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(jī)， 其性能有明顯的改善。 滾筒式洗衣機(jī)：其優(yōu)點(diǎn)是洗滌動(dòng)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(jī)器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，洗凈度低，耗電量大，售價(jià)較高。 攪拌式洗衣機(jī)：這種洗衣機(jī)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(diǎn)是洗滌時(shí)間長，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，售價(jià)高。 噴流式洗衣機(jī)：其特點(diǎn)是洗滌時(shí)間短，污垢容易洗掉，機(jī)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(shí)洗滌液容易飛濺 [3]。 除此之外還有波輪攪拌式洗衣機(jī)、噴淋漂洗洗 衣機(jī)、振動(dòng)式洗衣機(jī)、超聲波洗衣機(jī)等等。 課題研究方向 洗衣機(jī)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(jī)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(dá)到洗凈衣物的目的。 現(xiàn)今，大多數(shù)的洗衣機(jī)都使用以單片機(jī)為核心的控制電路來控制電動(dòng)機(jī)、數(shù)碼顯示管、進(jìn)水閥、排水閥及蜂鳴器的電壓輸出，使洗衣機(jī)根據(jù)程序運(yùn)轉(zhuǎn)。 本設(shè)計(jì) 在設(shè)計(jì)洗衣機(jī)的控制系統(tǒng)時(shí)， 洗衣機(jī)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(dòng)完成注水、洗滌、漂洗、浸泡、排水和脫水全過程。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)，水位檢測器向單片機(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)，通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)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），再注水進(jìn)行浸泡；浸泡完，開始排水，同時(shí)，排水電磁鐵的動(dòng)作帶動(dòng)減速離合器制動(dòng)臂，使離合器棘輪與棘爪分離，制動(dòng)帶松開，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)控制排水電磁鐵和電機(jī)斷電，排水閥和減速離長安大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 （論文） 第 4 頁 共 29 頁 合器的制動(dòng)臂復(fù)位，同時(shí)蜂鳴器奏響音樂，通知用戶整個(gè)洗衣程序結(jié)束 [4]。 本設(shè)計(jì)要實(shí)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(shí)間、漂洗次數(shù)、脫水時(shí)間，然后通過按鍵輸入具體的參數(shù)。 （ 2）參數(shù)和時(shí)間的顯示：靈活地運(yùn)用數(shù)碼顯示管會(huì)帶來許多方便，它可以用來顯示用戶實(shí)時(shí)所處的洗衣功能狀態(tài)以及所剩時(shí)間。 （ 3）實(shí)時(shí)控制的實(shí)現(xiàn)：單片機(jī)在獲取了用戶輸入的參數(shù)后，對其進(jìn)行分析處理，然后按照計(jì)算結(jié)果對洗衣過程進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。 （ 4）水位檢測的實(shí)現(xiàn)：水位的高低影響著整個(gè)洗衣過程的進(jìn)行，因此需要水位檢測器將水位的變化發(fā)送給單片機(jī)，單片機(jī)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(shí)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(jìn)水電磁閥、排水電磁閥的打開和關(guān)閉，電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和停止。 （ 6）洗衣完畢的通知：當(dāng)洗衣過程結(jié)束后，蜂鳴器就報(bào)警通知用戶洗衣完畢。 2 硬件設(shè)計(jì)基本介紹 總體方案 本設(shè)計(jì)以 MCS51 單片機(jī)為核心，設(shè)計(jì)由電源、數(shù)字控制電路和機(jī)械控制電路三大模塊 構(gòu)成的控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對洗衣機(jī)整個(gè)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(jì)主要包括主程序、內(nèi)部定時(shí)中斷服務(wù)程序、外部服務(wù)中斷程序的設(shè)計(jì)。 根據(jù)設(shè)計(jì)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(jī)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(jī)狀態(tài)顯示及輸出控制電路。主要組成部件有 ： 單片機(jī)、 74LS138 譯碼器、指示燈、 LED 顯示器、電動(dòng)機(jī)、蜂鳴器、電磁閥以及按鍵等。 根據(jù)洗衣機(jī)的基本功能，硬件電路設(shè)計(jì)需要考慮 洗衣 機(jī)的進(jìn)水 、洗滌、漂洗、 排 長安大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)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(shí)間設(shè)定長短、工作時(shí)間或剩余時(shí)間的顯示、工作過程中的 暫停、啟動(dòng)、復(fù)位、 洗完后的報(bào)警等問題 [5]。 通過 單片機(jī)的 P0 口 連接數(shù)碼管 發(fā)送段碼， ~P7 口 通過三極管擴(kuò)大電流去控制數(shù)碼管的位，顯示時(shí)采用動(dòng)態(tài)掃描方式，輪流循環(huán)掃描。 通過 口連接蜂鳴器實(shí)現(xiàn)報(bào)警電路。 通過 ~ 口 作為按鍵輸入，并通過二極管連接到單片機(jī)的中斷入口引腳，當(dāng)有鍵按下，就會(huì)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(jì)出系統(tǒng)原理圖，見附錄 A。 3 軟件設(shè)計(jì) 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)是系統(tǒng)設(shè)計(jì)中最基本而且工作量較大的任務(wù)。與系統(tǒng)機(jī)上操作系統(tǒng)支持下的純軟件不同 ， 單片機(jī)的軟件設(shè)計(jì)是在裸機(jī)的條件下進(jìn)行