【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 。 TS 濁度傳感器及其數(shù)據(jù) AD 采樣電路如圖 所示。 BACK 圖 TS 濁度傳感器及其數(shù)據(jù) AD 采樣電路 電機(jī)控制 本設(shè)計(jì)采用家用洗衣機(jī)常 用的單相交流電機(jī)，這種電機(jī)有兩個(gè)繞組： 主繞組和 副繞組 ，兩個(gè)繞組在空間上相差 90 度。在啟動(dòng)繞組上串聯(lián)一個(gè)容量較大的啟動(dòng)電容，由于電容器作用使啟動(dòng)繞組中的電流在時(shí)間上比運(yùn)行繞組超前 90 度角，先到達(dá)最大值。在時(shí)間和空間上形成兩個(gè)相同的脈沖磁場(chǎng)，使定子與轉(zhuǎn)子之間產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，電機(jī)轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生感應(yīng)電流，與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)互相作用產(chǎn)生電磁場(chǎng)轉(zhuǎn)矩，使電機(jī)旋轉(zhuǎn)起來(lái)。 BACK 13 普通 單相電機(jī)這兩個(gè)繞組完全一樣，互相可以交換 。要使電機(jī)反轉(zhuǎn)， 只要交換兩個(gè)繞組中的一個(gè)繞組的首尾接線就可反 轉(zhuǎn)。 電機(jī)的調(diào)速是通過(guò)一個(gè)串接線圈實(shí)現(xiàn)。單相交流電機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制原理如圖 所示。 BACK 圖 單相交流電機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制 在本設(shè)計(jì)中，采用兩只 HJR12C 電磁繼電器控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)，一只 HRS2HS電磁繼電器控制電機(jī)的旁路繞阻以實(shí)現(xiàn)脫水時(shí)電機(jī)的高轉(zhuǎn)速工作。電機(jī)控制部分的電路原理圖如圖 所示。 圖 電機(jī)控制部分 水閥 水閥的動(dòng)作采用電磁閥控制，使用兩 只 HRS2HS 電磁繼電器耦合來(lái)控制兩個(gè)大功率電磁閥 。進(jìn)水或排水時(shí)，由單 片機(jī)發(fā)出指令，使繼電器觸點(diǎn)吸合，接通水閥的電磁鐵，帶動(dòng)閥門(mén)執(zhí)行進(jìn)水或排水操作。水閥電路如圖 所示。 14 BACK 圖 水閥控制電路 水位傳感器 水位傳感器采用吸簧式浮子傳感器，它本身輸出的就是數(shù)字信號(hào)。當(dāng)水位有變化時(shí)，浮子隨著水位上下浮動(dòng)，內(nèi)置磁石使對(duì)應(yīng)高度的簧片吸合，觸點(diǎn)導(dǎo)通；浮子離開(kāi)時(shí)，當(dāng)前觸點(diǎn)斷開(kāi)，到下一個(gè)觸點(diǎn)吸合。單片機(jī)掃描觸點(diǎn)變化信號(hào)就可判斷當(dāng)前洗衣桶內(nèi)的水位。水位傳感器結(jié)構(gòu)示意圖如圖 所示。 BACK 圖 水位傳感器結(jié)構(gòu)示意圖 電磁繼電器 本電路系統(tǒng)是低壓控制高壓類(lèi)型的程控電子線路，由芯片輸出的邏輯電平+5V 來(lái)控制交流 220V 的負(fù)載電機(jī)。當(dāng)繼電器線圈兩端有電流時(shí)，線圈產(chǎn)生的磁通使銜鐵吸向鐵芯極面，從而推動(dòng)常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，常開(kāi)觸點(diǎn)閉合；當(dāng)線圈兩端電流小于一定值時(shí)，機(jī)械反力大于電磁吸力，銜鐵回到初始狀態(tài)，常開(kāi)觸點(diǎn)斷開(kāi)，常閉觸點(diǎn)接通。繼電器原理圖如圖 所示。 BACK 圖 繼電器原理圖 外殼 吸簧 浮子 液面 15 3 系 統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)主程序 根據(jù)硬件設(shè)計(jì)要求，控制主程序流程如圖 所示。洗衣機(jī)通電后，單片機(jī)上電進(jìn)行程序的初始化操作，默認(rèn)洗衣機(jī)工作模式為“厚物洗滌”，并顯示此工作模式下的預(yù)設(shè)時(shí)間，然后掃描鍵盤(pán)，等待用戶(hù)命令。當(dāng)按下“開(kāi)始”鍵后，系統(tǒng)就開(kāi)始倒計(jì)時(shí)，并進(jìn)入相應(yīng)的工作模式程序開(kāi)始洗滌。 BACK 開(kāi)始 圖 主程序流程圖 主程序設(shè)定采用死循環(huán)的工作模式，在系統(tǒng)初始化后 就一直按次序反復(fù)執(zhí)行各個(gè)功能模塊的子程序，檢查各標(biāo)志位的狀態(tài)。這樣即使系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間地處在暫?；蛲Ｖ?fàn)顟B(tài)下，依然能夠及時(shí)響應(yīng)用戶(hù)的操作，快速恢復(fù)到正常的工作狀態(tài)中，有效避免程序跑飛使控制器死機(jī)的情況。 初始化 顯示時(shí)間 鍵盤(pán)掃描 按鍵動(dòng)作指示 計(jì)算走時(shí) 電機(jī)工作模式設(shè)定 16 計(jì)算時(shí)間子程序 計(jì)時(shí)子程序用定時(shí)器 0 工作在方式 0 進(jìn)行定時(shí)，每隔 50ms 產(chǎn)生一次中斷，計(jì)數(shù)變量計(jì)滿(mǎn) 20 次則為 1 秒，每一秒都讓秒值自減 1，從而實(shí)現(xiàn)較精確的 1 秒倒計(jì)時(shí)。分鐘值則以秒值的變化情況作為條件作出相應(yīng)的計(jì)算。走時(shí)結(jié)束后程序會(huì)關(guān)停定時(shí)器，以避免干擾和其他不可預(yù)知的情況出現(xiàn)。在分鐘變量與秒鐘變量被重新賦初值后， 程序會(huì)根據(jù)系統(tǒng)當(dāng)前工作模式來(lái)決定是否開(kāi)啟定時(shí)器。計(jì)算時(shí)間的程序流程如圖 所示。 BACK 入口 N 中斷 20 次？ Y 分鐘值 0？ N Y 分鐘值為 0 . 返回 圖 計(jì)算時(shí)間子程序流程 0 秒值 60？ N Y 秒值自減 1 秒值 =59 分值自減 1 0 秒值 59？ N Y 秒值自減 1 關(guān)定時(shí)器 17 中斷程序 系統(tǒng)用定時(shí)計(jì)數(shù) 器 0 工作在方式 0，每 500 毫秒溢出產(chǎn)生一次計(jì)數(shù)中斷，用于定時(shí) 1 秒鐘的計(jì)時(shí)服務(wù)。中斷程序流程如圖 所示。 BACK 中斷入口 中斷返回 圖 中斷程序 顯示時(shí)間子程序 顯示時(shí)間子程序用于洗衣機(jī)的倒計(jì)時(shí)時(shí)間顯示。當(dāng)定時(shí)器 T0 啟動(dòng)后，單片機(jī) P0 口發(fā)送時(shí)間數(shù)據(jù)與位選信號(hào)，用數(shù)碼管掃描方式顯示時(shí)間值。顯示時(shí)間子程序如圖 所示。 BACK 入口 . 時(shí)間顯示允許？ N 6 位都掃描顯示了？ Y 返回 圖 顯示時(shí)間子程序流程 位選循環(huán)右移 位選信號(hào)送 P0 口 數(shù)碼碼段送 P0 口 N Y 中斷計(jì)數(shù)變量自加 1 重裝計(jì)數(shù)初值 18 濁度數(shù)據(jù) AD 轉(zhuǎn)換及漂洗控制子程序 ADC 程序主要用于處理來(lái)自 TS 濁度傳感器的模擬數(shù)據(jù)，將濁度信號(hào)轉(zhuǎn)換成8 位的二進(jìn)制信號(hào)，送單片機(jī)處理判斷。當(dāng)本子程序被調(diào)用時(shí)，會(huì)先啟動(dòng) AD 轉(zhuǎn)換并讀取數(shù)據(jù)，若轉(zhuǎn)換結(jié)果允許顯示，則調(diào)用顯示 AD 結(jié)果的子程序，否則其數(shù)據(jù)就僅僅用于給單片機(jī)判斷濁度，這樣避免了不必要的顯示，提高程序 效率。本部分是實(shí)現(xiàn)節(jié)水目標(biāo)的核心環(huán)節(jié)，其程序流程圖如圖 所示。 BACK 入口 N AD 結(jié)果顯示允許？ Y AD 結(jié)果小于濁度閥值？ 返回 圖 ADC 子程序流程圖 打開(kāi) AD 片選 啟動(dòng) AD 轉(zhuǎn)換 轉(zhuǎn)換結(jié)果送顯示 讀取 AD 數(shù)據(jù)賦給單片機(jī) P1 口 漂洗標(biāo)志置 0 N Y 漂洗標(biāo)志置 1 19 鍵盤(pán)掃描子程序 本設(shè)計(jì)采用 4 4 矩陣鍵盤(pán)作為系統(tǒng)輸入模塊，其 4 根行線和 4 根列線都由單片機(jī) P3 口的 8 個(gè)位來(lái)控制。按鍵采用逐行掃描的方式，分別對(duì) 4 行掃描，相應(yīng)地讀取 4 列的電平變化， 再將行與列的值比較，其交點(diǎn)處就是有動(dòng)作的按鍵，由此就可計(jì)算出相應(yīng)的鍵值而判斷是哪個(gè)按鍵被按下了。掃描矩陣鍵盤(pán)的程序流程圖如圖 所示。 BACK 入口 鍵值是否有效？ 返回 圖 鍵盤(pán)掃描子程序流程 程序中設(shè)定了鍵值有效性的判斷，若按鍵鍵值無(wú)效或程序沒(méi)檢測(cè)到按鍵操作，系統(tǒng)將跳過(guò)鍵盤(pán)服務(wù)子程序，僅僅對(duì)其進(jìn)行掃描。當(dāng)有按鍵被按下時(shí)，程序才調(diào)用相應(yīng)的服務(wù)子程序。這樣節(jié)約了 程序在非用戶(hù)操作時(shí)的運(yùn)行時(shí)間，減少調(diào)用繁雜的子程序所占用的線程，提高 MCU 運(yùn)行效率。 低 4 位置 1，放入 4 行。 判斷按鍵所在行。 高 4 位置 1，放入 4 列。 判斷按鍵所在列。 讀取鍵值 N Y 鍵盤(pán)服務(wù)子程序 20 鍵盤(pán)服務(wù)子程序 鍵盤(pán)服務(wù)子程序是根據(jù)按鍵指令來(lái)決定系統(tǒng)工作的服務(wù)程序，它僅在鍵值有效時(shí)才被調(diào)用執(zhí)行，這樣可充分利用單片機(jī)內(nèi)有限的硬件資源，加快程序的運(yùn)行速度和減短程序的掃描周期。鍵盤(pán)服務(wù)子程序采用多分支判斷結(jié)構(gòu)，讀入不同的鍵值來(lái)執(zhí)行相應(yīng)的程序。每一次掃描僅作一次判斷，并設(shè)置相應(yīng)的系統(tǒng)工作模式標(biāo)志，以此來(lái)決定整機(jī)的工作狀態(tài)與下達(dá)動(dòng)作指令。鍵盤(pán)服務(wù)子程序流程如圖 所示。 BACK 入口 值為 0？ 值為 4？ 值為 1？ 值為 5？ 值為 9？ 值為 2？ 值為 6？ 返回 圖 鍵盤(pán)服務(wù)子程序 Y 讀取鍵值 工作模式 1：厚物洗滌 N 工作模式 2：薄物洗滌 “開(kāi)始”鍵，系統(tǒng)工作 工作模式 5：暫停 工作模式 6：停止 工作模式 7：報(bào)警 機(jī)蓋打開(kāi)，系統(tǒng)暫停 Y Y Y Y Y Y N N N N N N Y 21 工作模式設(shè)定程序 單片機(jī)根據(jù)鍵盤(pán)和倒計(jì)時(shí)模塊輸入的命令來(lái)判斷系統(tǒng)當(dāng)前應(yīng)進(jìn)入的工作模式。若工作條件滿(mǎn)足，此程序就為系統(tǒng)設(shè)定相應(yīng)的工作模式，并修改模式標(biāo)志，送至動(dòng)作服務(wù)子程序執(zhí)行操作。系統(tǒng)的七種模式可由倒計(jì)時(shí)程序或系統(tǒng)傳感器的輸入信號(hào) 來(lái)自動(dòng)設(shè)置，也可由用戶(hù)通過(guò)按鍵輸入來(lái)改變。工作模式設(shè)定的程序流程如圖 所示。 BACK 入口 值為 1？ 值為 2？ 值為 3？ 值為 4？ 值為 5？ 值為 6？ 值為 7？ 返回 圖 工作模式設(shè)定程序流程 讀入模式標(biāo)志變量值 “厚物洗滌”子程序 N “薄物洗滌”子程序 “漂洗”子程序 “脫水”子程序 系統(tǒng)暫停，設(shè)置標(biāo)志 系統(tǒng)停止，蜂鳴提示 Y Y Y Y Y N N N N Y 系統(tǒng)報(bào)警，蜂鳴提示 N N Y 22 “厚物洗滌”與“薄物洗滌”子程序 單片機(jī)通過(guò)不同的條件來(lái)判斷執(zhí)行不同的洗滌方式。當(dāng)啟動(dòng)鍵被按下后 ，洗衣機(jī)進(jìn)水閥通電打開(kāi)，當(dāng)供水達(dá)到預(yù)定水位時(shí)，吸簧式水位傳感器中對(duì)應(yīng)的水位開(kāi)關(guān)接通，進(jìn)水閥斷電關(guān)閉。然后 MCU 接通洗滌電機(jī)的電源，帶動(dòng)波輪旋轉(zhuǎn)即可進(jìn)行洗滌。 厚物模式與薄物模式的洗衣過(guò)程基本相同，區(qū)別在于二者的水量和洗滌時(shí)間的差異。兩種洗滌模式的流程如圖 所示。 BACK 入口 預(yù)設(shè)水位到了？ 分鐘到 0 了？ 低水位到了？ 返回 圖 洗滌程序流 程圖 N Y 開(kāi)進(jìn)水閥 關(guān)進(jìn)水閥 電機(jī)正反轉(zhuǎn)洗滌 N Y 開(kāi)排水閥 N Y 設(shè)為漂洗模式 23 “漂洗”子程序 漂洗的目的在于清除衣物上的洗滌劑，因此，漂洗過(guò)程與洗滌過(guò)程的電器動(dòng)作是相同的，關(guān)鍵在于通過(guò)實(shí)時(shí)濁度檢測(cè)與漂洗時(shí)間決策達(dá)到節(jié)能洗衣的目的。漂洗程序流程如圖 所示。 入口 已漂洗 4 次？ 濁度判斷結(jié)果 說(shuō)明要漂洗？ 定時(shí)器已開(kāi)啟？ 分鐘為 0 值？ 秒鐘為 0 值？ 水位為低？ 返回 圖 漂洗程序流程圖 設(shè)定漂洗時(shí)間， 判斷水的濁度 N Y N Y N Y 開(kāi)定時(shí)器。 Y N Y N Y N 漂洗 開(kāi)進(jìn)水閥 開(kāi)排水閥 濁度檢測(cè) 跳出漂洗模式 24 “脫水”子程序 漂洗過(guò)程結(jié)束后，程序轉(zhuǎn)入“脫水”狀態(tài)。系統(tǒng)使電機(jī)停車(chē)，打開(kāi)排水閥門(mén)排水。當(dāng)洗衣機(jī)的水位低到一定程度并滿(mǎn)足脫水條件時(shí)，電機(jī)調(diào)到正車(chē)高速檔，帶動(dòng)洗衣桶內(nèi)的衣物高速旋轉(zhuǎn)進(jìn)行脫水。 排水洗衣機(jī)脫水子程序的開(kāi)啟由工作模式標(biāo)志設(shè)定，實(shí)現(xiàn) 2min 電機(jī)高速運(yùn)作。排水程序流程如圖 所示。 BACK 入口 漂洗允許標(biāo)志為 0？ 定時(shí)器 TR0 為 0？ 計(jì) 時(shí)時(shí)間到？ 返回 圖 脫水程序流程圖 開(kāi)定時(shí)器 Y N Y N 設(shè)定脫水時(shí)間 2min 動(dòng)作標(biāo)志置 2：漂洗 Y N 停機(jī)等待 開(kāi)排