【文章內容簡介】 自動化、智能化、人性化。從半自動、全自動到現(xiàn)在流行的人工智能、模糊控制，只需按一下按鈕一切搞定！同時，用戶可以按照自己的洗衣習慣，自主選擇時間和方式，自編和記憶程序讓用戶真正做到隨心所欲。人性化還表現(xiàn)在使用的方便和舒適，如子母分洗洗衣機可以做到不同衣物 分開洗；斜桶和頂開滾筒可以做到取放衣物方便不需深彎腰；蒸汽烘干功能使得晾曬更加方便， DD 直驅電機在節(jié)能降噪方面效果更加突出，等等。 另外，大容量成為不變的消費趨勢。前幾年，洗衣機容量多為 45 公斤， 6公斤的大容量尚很少見?，F(xiàn)在， 7 公斤的容量已經很普遍， 8 公斤也正?！，F(xiàn)代人居空間不斷擴大，對寬敞、舒適、方便要求更多，大能容小，大容量洗衣機一臺可頂一套。 業(yè)內人士表示，尖端洗滌技術的革新，所表現(xiàn)出的洗衣方式更加注重健康和個性化，已在市場發(fā)展中倍受歡迎。 全自動洗衣機的設計目的 目前中國洗衣機市場正進入 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到人們的需求。這就要求設計者們有更高的專業(yè)和技術水平，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。 模糊控制理論簡介 模糊控制是近代控制理論中建立在模糊集合輪上基礎上的一種基于語言規(guī)則與模糊推理的控制理論，它是智能控制的一個重要分支。 與傳統(tǒng)控制理論相比，模糊控制有兩大不可比擬的優(yōu)點：第一，模糊控制在許多應用中可以有效且便捷的實現(xiàn)人的控制策略和經驗，這一優(yōu)點自從模糊控制誕生以來就一直受到人們密切的關注；第二，模糊控制不需要被控對象的數(shù)學模型即可實現(xiàn)較好的控制，這是因為被控對象的動態(tài)特性已隱含在模糊控制器輸入、輸出模糊集及模糊規(guī)則中。所以模糊 控制被越來越多的應用于各個領域，尤其是被廣泛應用于家電系列中，基于模糊控制的洗衣機就是其中的一個典型實例。 3 全自動洗衣機的設計方案 本系統(tǒng)實現(xiàn)了對洗衣機整個洗衣過程的控制，包括用戶參數(shù)輸入、洗衣、漂洗、排水和脫水等階段?？刂葡到y(tǒng)主要由電源電路、數(shù)字控制電路和機械控制電路三大模塊構成。電源采用三端集成固定穩(wěn)壓器 7805 提供 +5V 電源，數(shù)字控制電路負責控制洗衣機的工作過程，主要由 AT89C51 單片機 、 三位共陰數(shù)碼管、按鍵、蜂鳴器、 LED 指示燈組成；機械控制電路實現(xiàn)傳感器檢測、電機驅動、進水、排水等功能，主 要由水位檢測器、電動機、傳動系統(tǒng)部件、進水排水電磁閥組成。 按鍵 和指示 洗衣機面板上有 5 個按鈕 K K K K K5 K1 為啟動／暫停鍵：按奇數(shù)次視為啟動，偶數(shù)次視為暫停。 啟動時指示燈亮，暫停滅。 K2 用于洗衣程序選擇：按一下選擇洗滌 、洗滌燈亮 ，按兩下選擇漂洗 、漂洗燈亮 ，按三下選擇脫水 、脫水燈亮 ，按四下返回初始狀態(tài) 。 K3 用于洗衣方式選擇： 按一下選擇輕柔洗方式、輕柔洗燈亮， 按 兩 下 選擇快速洗方式 、快洗燈亮 ，按三下 返回初始狀態(tài)，標準洗方式 。 K4 用于水位選擇：按一下進水至低水位 、低水位燈亮 ，按兩 下進水至 高水位 、高水位燈亮 ，按三下 返回初始狀態(tài)程序自動決定進水 。 K5 用于時間選擇：按一下洗衣時間短 、短時間燈亮 ，按兩下洗衣時間 長 、長時間燈亮 ，按三下 返回初始狀態(tài)， 洗衣時間 適中 。 其中Ｋ 1 占用一個中斷口，其它按鍵只在程序待命和暫停時掃描 洗衣機自檢 洗衣機上電后，先進行自檢，包括檢查安全開關，排水閥狀態(tài)，進水閥工作過程，電機的運轉等，若發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象則蜂鳴器響，報警燈亮。 洗衣程序 ⑴洗滌過程 通電后，若不選擇洗衣周期，則洗衣機從洗滌過程開始。進入洗滌過程，首先進水閥接通，開始向洗衣機供 水，當?shù)竭_要求水位時，進水閥斷電關閉，停止進水；電機接通，帶動波輪旋轉，形成洗衣水流。電機是一個正反轉電機，可以形成往返水流，有利于洗滌衣物。 4 ⑵漂洗過程 與洗滌過程操作相同，只是時間短一些。 ⑶脫水過程 洗滌或漂洗過程結束后，電機停止轉動， 開始排水，排完水后，電機和離和器也接通， 電機開始正轉，帶動內桶高速旋轉，甩干衣物。 顯示 洗滌、漂洗及脫水時間都通過倒計時的方式顯示在 3 個 LED 上，依次為分位，秒十位和 秒個位。 此外， LED 顯示為動態(tài)掃描顯示而程序周期過長所以顯示在定時Ｔ 1 中進行 。 參 數(shù)處理 要對洗衣機進行控制，首先要用各種傳感器不斷地檢測相關的狀態(tài)，以作為控制的依據。污濁度傳感器，溫度傳感器和負載傳感器 ，水位傳感器都 是模擬信號，需要經過 A/D 轉換變成數(shù)字信號，單片機接受到這些傳感器的信號以后，經過一系列處理作出反應，從而控制洗衣機的工作。 5 第二章 硬件設計 針對上文的功能，硬件電路應包括七個部分：微處理器控制電路、顯示電路、采樣電路、電機控制電路、進水閥控制電路、排水閥控制電路和按鍵報警電路。通過這幾個部分電路的協(xié)調工作，洗衣機能模擬人腦進行操作。 主要元器件的介紹 CPU 選型 ⑴ PIC 系列 PIC 單片機系列是美國微芯公司（ Microchip）的產品，它的 CPU 采用 RISC結構，分別有 3 3 58 條指令，屬精簡指令集。采用 Harvard 雙總線結構，運行速度快，它能使程序存儲器的訪問和數(shù)據存儲器的訪問并行處理，這種指令流水線結構，在一個周期內完成兩部分工作，一是執(zhí)行指令，二是從程序存儲器取出下一條指令，這樣總的看來每條指令只需一個周期，這也是高效率運行的原因之一。此外，它還具有低工作電壓、低功耗、驅動能力強等特點。 PIC 系列單片機共分三個級別，即基本級、中級、高級。 PIC 系列單片機的 I/O 口是雙向的，其輸出電路為 CMOS 互補推挽輸出電路。I/O 腳增加了用于設置輸入或輸出狀態(tài)的方向寄存器，當置位 1 時為輸入狀態(tài)，且不管該腳呈高電平或低電平，對外均呈高阻狀態(tài)；置位 0 時為輸出狀態(tài)，不管該腳為何種電平，均呈低阻狀態(tài)，有相當?shù)尿寗幽芰Γ碗娖轿腚娏鬟_ 25mA，高電平輸出電流可達 20mA。 該系列單片機的專用寄存器（ SFR）并不像 51 系列那樣都集中在一個固定的地址區(qū)間內 (80～ FFH)，而是分散在四個地址區(qū)間內。只有 5 個專用寄存器，得反復地選擇對應的存儲體，這多少給編程帶來了一 些麻煩。 ⑵ AVR 系列 AVR 單片機是 Atmel 公司推出的較為新穎的單片機，其顯著的特點為高性能、高速度、低功耗。它取消機器周期，以時鐘周期為指令周期，實行流水作業(yè)。 AVR單片機指令以字為單位，且大部分指令都為單周期指令。而單周期既可執(zhí)行本指令功能，同時完成下一條指令的讀取。通常時鐘頻率用 4～ 8MHz，故最短指令執(zhí)行時間為 250～ 125ns。該系列的型號較多，但可用下面三種為代表：AT90S2313(簡裝型 )、 AT90S851 AT90S8535(帶 A/D 轉換 )。 通用寄存器一共 32 個（ R0～ R31），前 16 個寄存器（ R0～ R15）都不能直接與立即數(shù)打交道，因而通用性有所下降。 AVR 系列沒有類似累加器 A 的結構，它主要是通過 R16～ R31 寄存器來實現(xiàn) A的功能。在 AVR 中，沒有像 51 系列的數(shù)據指針 DPTR，而是由 X（由 R2 R27組成）、 Y（由 R2 R29 組成）、 Z（由 R R31 組成）三個 16 位的寄存器來完成數(shù)據指針的功能 (相當于有三組 DPTR)，而且還能作后增量或先減量等的運行。 ⑶ 51 系列 6 51 系列優(yōu)點之一是它從內部的硬件到軟件有一套完整的按位操作系統(tǒng)，稱作位處理器，或布爾處理器。它的處理對象不是 字或字節(jié)而是位。它不僅能對片內某些特殊功能寄存器的某位進行處理，如傳送、置位、清零、測試等，還能進行位的邏輯運算，其功能十分完備，使用起來得心應手。雖然其他種類的單片機也具有位處理功能，但能進行位邏輯運算的實屬少見。 51 系列在片內 RAM 區(qū)間還特別開辟了一個雙重功能的地址區(qū)間，十六個字節(jié)，單元地址 20H～ 2FH，它既可作字節(jié)處理，也可作位處理（作位處理時，合 128 個位，相應位地址為 00H～7FH），使用極為靈活。這一功能無疑給使用者提供了極大的方便，因為一個較復雜的程序在運行過程中會遇到很多分支，因而需建立很 多標志位，在運行過程中，需要對有關的標志位進行置位、清零或檢測，以確定程序的運行方向。而實施這一處理（包括前面所有的位功能），只需用一條位操作指令即可。 有的單片機并不能直接對 RAM 單元中的位進行操作，如 AVR 系列單片機中，若想對 RAM 中的某位置位時，必須通過狀態(tài)寄存器 SREG 的 T 位進行中轉。 51 系列的 I/O 腳的設置和使用非常簡單，當該腳作輸入腳使用時，只須將該腳設置為高電平（復位時，各 I/O 口均置高電平）。當該腳作輸出腳使用時，則為高電平或低電平均可。低電平時，吸入電流可達 20mA，具有一定的驅動能力；而為高電平時，輸出電流僅數(shù)十μ A 甚至更?。娏鲗嶋H上是由腳的上拉電流形成的），基本上沒有驅動能力。其原因是高電平時該腳也同時作輸入腳使用，而輸入腳必須具有高的輸入阻抗，因而上拉的電流必須很小才行。作輸出腳使用，欲進行高電平驅動時，得利用外電路來實現(xiàn)， I/O 腳不通，電流經 R 驅動 LED 發(fā)光；低電平時， I/O 腳導通，電流由該腳入地， LED 滅（ I/O 腳導通時對地的電壓降小于 1V， LED 的域值 ～ ）。 綜上所述，我們本次設計采用 51 系列，而 51 系列的典型產品是 8051。 采用的是 ATMEL 公司生產的 AT89C51，它 是一種 40 引腳雙列直播式芯片。它含有 4KB可反復燒錄及擦除內存和 128 字節(jié)的 RAM，有 32 條可編程控制的 I/O 線， 5 個中斷發(fā)源，指令與 MCS51 系列完全兼容。選用它作為核心控制新片，可使電路極大地簡化，而且程序的編寫及固化也相當方便、靈活。選用它設計制作全自動洗衣機控制電路，該電路的組成相對簡單，工作原理清晰，易于理解。 主要性能參數(shù)： 與 MCS51 產品指令系統(tǒng)完全兼容 4k 字節(jié)可重擦寫 Flash 閃速存儲器 1000 次擦寫周期 全靜態(tài)操作： 0Hz－ 24MHz 三級加密程序存儲器 128 8 字節(jié)內部 RAM 32 個可編程 I／ O 口線 2 個 16 位定時／計數(shù)器 6 個中斷源 可編程串行 UART 通道 低功耗空閑和掉電模式 功能特性概述： AT89C51 提供以下標準功能： 4k 字節(jié) Flash 閃速存儲器， 128 字節(jié)內部 RAM， 7 32 個 I／ O 口線，兩個 16 位定時／計 數(shù)器，一個 5 向量兩級中斷結構，一個全雙工串行通信口，片內振蕩器及時鐘電路。同時， AT89C51 可降至0Hz 的靜態(tài)邏 輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式。空閑方式停止 CPU 的工作，但允許 RAM，定時／計數(shù)器，串行通信 口及 中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存 RAM 中的內容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個硬件復位。 89C51 引腳圖如圖 21 所示。 80C51 是典型的 40 管腳雙列直插式集成電路芯片，其中各個引腳的功能如下所示： (1) 信號引腳的功能介紹 圖 21 89C51 引腳圖 ① 輸入 /輸出口線 ～ P0 口的 8 位雙向口線； ～ P1 口的 8 位雙向口線； ～ P2 口的 8 位雙向口線； ～ P3 口的 8 位雙向口線。 ② 、 ALE 地址鎖存 控制信號 在系統(tǒng)擴展時， ALE 用于控制把 P0 口輸出的低 8 位地址送入鎖存器鎖存起來，以實現(xiàn)低位地址和數(shù)據的分時傳送，此外由于 ALE 是以六分之一的晶振頻率的固定頻率輸出正脈沖，因此可作為外部時鐘或外部定時脈沖使用。 ③ PSEN 外部程序存儲器選通信號 在讀外部的 ROM 時 PSEN 有效（低電平），以實現(xiàn)外部 ROM 單元的讀操作。 ④ EA 訪問程序存儲器控制信號 當 EA 信號為低電平時，對 ROM 的讀操作限定在外部程序存儲器；而當 EA信號為高電平的時候，則對于 ROM 的讀操作是從內部程序存儲器開始，并可以延續(xù)至外部程序存儲器。 8 ⑤ RST 復位信號 當輸入的復位信號延續(xù) 2 個機器周期以上高電平時即為有效，用以完成單片機的復位操作。 ⑥ XYAL1 和 XTAL2 外接晶體引線端 當使用芯片內部時鐘時，此二引線端用于外接石英晶體和微調電容；但是當使用外部時鐘脈沖信號。 ⑦ VSS 地線 ⑧ VCC +5V 電源 以上就是 80C51 單片機芯片的 40 條引腳的定義及簡單說明。 (2) 信號引腳的第二功能 由于工藝及標準化等原因，芯片的引腳數(shù)目是有限的，例如 MCS51 系列芯片引腳數(shù)目 40 條，但單片機為實現(xiàn)其功能所需要的信號數(shù)目卻遠遠超過此數(shù)，因此就出現(xiàn)了供需矛盾。 ① EPROM 存儲器程序固化所需要的信號 有內部 EPROM 的單片機芯片，如 87C51，為寫入程序需提供專門的編程脈沖和編程電源，它們是由信號引腳的第二功能的形式提供的，即： 編程脈沖： 30 腳（ ALE/PROG） 編程電源：（ 25V） 31 腳（ EA /VPP） ② 備用電源的引入 MCS51 單片機的備用電源也是以信號引腳的第二功能方式由 9 腳（ RST/VPD）引入的。當電源發(fā)生故障的時候，電源下降到下限值時，備用電源經此端向內部的 RAM 提供電壓，以保護內部 RAM 信息不會丟失。 P3 口線的第二功能 口線 第二功能 信號名稱 RXD 串行數(shù)據接收 TXD 串行數(shù)據發(fā)送 0INT 外部中斷 0 的申請 1INT 外部中斷 1 的申請 T0 定時器 /計數(shù)器 0 計數(shù)輸入 T1 定時器 /計數(shù)器 1 計數(shù)輸入 WR 外部 RAM 的寫通道 RD 外部 RAM 的讀通道 9 (3) 最后，引腳的第一、第二功能是不會在用的時候混淆的，因為： ① 對于各種型號的芯片，所有管腳的第一功能信號是相同的，所不同的是引腳的第二功能信號上。 ② 對于 30 和 31 各個引腳，由于第一功能信號與第二功能信號是單片機在不同的工作方式下的信號，因此不會發(fā)生使用上的矛盾。 ③ P3 口線的情況卻有所不同，它的第二功能信號都是單片機上的重要控制信號，因此，在實際使用的時候，總是先按照需要優(yōu)先選用它的第二功能，剩下不用的再考慮作為口線使用。 A/D 轉換器 A/D 轉換器種類很多， 本設計用 ADC0809。 ADC0809 是 M 美國國家半導體公司生產的 CMOS 工藝 8 通道， 8 位逐次逼近式 A/D 轉換器 。其內部有一個 8 通道多路開關，它可以根據地址碼鎖存譯碼后的信號，只選通 8 路模擬輸入信號中的一個進行 A/D 轉換 1．主要特性 1） 8 路輸入通道， 8 位 A／ D 轉換器，即分辨率為 8 位。 2）具有轉換起停控制端。 3）轉換時間為 100μs(時鐘為 640kHz 時 )， 130μs（時鐘為 500kHz 時） 4）單個＋ 5V 電源供電 5）模擬輸入電壓范圍 0～＋ 5V，不需零點和滿刻度校準。 6）工作溫度范圍為 40～＋ 85 攝氏度 7）低功耗，約 15mW。 2．內部結構 ADC0809 是 CMOS 單片型逐次逼近式 A／ D 轉換器，內部結構如圖13． 22 所示，它由 8 路模擬開關、 地址鎖存與譯碼器、比較器、 8 位開關樹型A/D 轉換器、逐次逼近 3．外部特性（引腳功能） ADC0809 芯片有 28 條引腳，采用雙列直插式封裝，如圖 13． 23 所示。下面說明各引腳功能。 IN0～ IN7： 8 路模擬量輸入端。 21～ 28： 8 位數(shù)字量輸出端。 ADDA、 ADDB、 ADDC： 3 位地址輸入線，用于選通 8 路模擬輸入中的一路 10 ALE：地址鎖存允許信號，輸入，高電平有效。 START： A／ D 轉換啟動脈沖輸入端，輸入一個正脈沖（至少 100ns寬）使其啟動（脈沖上升沿使 0809 復位，下 降沿啟動 A/D 轉換）。 EOC： A／ D 轉換結束信號，輸出，當 A／ D 轉換結束時，此端輸出一個高電平（轉換期間一直為低電