【文章內(nèi)容簡介】 數(shù)字信號，所以不需要通過A/D轉(zhuǎn)換，直接可用做單片機的控制信號。（1）TS污濁度傳感器內(nèi)部原理圖如圖24所示。渾濁度檢測傳感器的主要原理是光電耦合器，而普通的光電耦合器不能有效的檢測洗衣機水的渾濁度。光電耦合器的光源必須是紅外光才能準確的檢測渾濁度。TS濁度傳感器是GE公司開發(fā)的一種專門用于家電產(chǎn)品的低成本傳感器，主要用于洗衣機、洗碗機等產(chǎn)品的水污濁程度的測量。 圖24 濁度傳感器內(nèi)部原理圖 （2）溫度傳感器[7]我們常用溫度傳感器有DS18BAD590等，它們都是集成溫度傳感器。DS18B20輸出是數(shù)字信號可以直接和單片機相連，而且硬件連接電路少，但需要對其進行復雜的軟件編程。AD590是美國模擬器件公司生產(chǎn)的單片集成兩端感溫電流源。它的主要特性如下：?流過器件的電流（mA）等于器件所處環(huán)境的熱力學溫度（開爾文）度數(shù)。?AD590的測溫范圍為55℃～+150℃。?AD590的電源電壓范圍為4V～30V。電源電壓可在4V~6V范圍變化，電流變化1mA，相當于溫度變化1K。AD590可以承受44V正向電壓和20V反向電壓，因而器件反接也不會被損壞。?精度高。AD590共有I、J、K、L、M五檔，其中M檔精度最高，在55℃～+150℃范圍內(nèi)，非線性誤差為177?！?。本設計我們選用AD590作為溫度傳感器。AD590比DS18B20精度更高、線性度誤差小，且不需要溫度報警和復雜的程序編程，非常適合用于洗衣機的溫度檢測傳感器。 （3）負載傳感器根據(jù)模糊控制要求，負載檢測時通過檢測電動機的反電動勢來實現(xiàn)的，而電動機的反電動勢比單片機所用電壓大的多，不能直接采樣，必須經(jīng)過隔離。采用線性光電耦合器既能隔離高電壓和干擾，又能得到滿意的檢測信號。 （4）水位傳感器原理圖如圖25所示。 諧振式水位傳感器,采用了新型的傳感原理 ,把水位的高低 ,通過水位傳感器直接變成水位與頻率的對應關(guān)系。衣物的洗凈度、水流強度、洗滌時間等參數(shù)的檢測 ,對模糊控制洗衣機在節(jié)水、節(jié)能、減少洗滌時間方面起決定性的作用。 圖25水位傳感器原理圖顯示器有LED和LCD兩種。LCD(Liquid crystal Display)是液晶顯示器英文名稱的縮寫，液晶顯示器是一種被動式的顯示器，即液晶本身并不發(fā)光，而是利用液晶經(jīng)過處理后能改變光線通過方向的特征，達到白底黑字或黑底白字顯示的目的。LED（Light Emiting Diode）是發(fā)光二極管英文名稱的縮寫。LED顯示器是由發(fā)光二極管構(gòu)成的，所以在顯示器前面冠以“LED”。本次設計只是顯示時間，所以采用LED就可以達到目的了。 （1）LED顯示器的結(jié)構(gòu)LED 常用的LED為8段或7段。每一個段對應一個發(fā)光二極管。這種顯示器有共陽極和共陰極2種。共陰極LED顯示器的發(fā)光二極管的陰極連在一起，通常此公共陰極接地。當某個發(fā)光二極管的陽極為高電平時，發(fā)光二極管點亮，相應的段被顯示。同樣，共陽極LED顯示器的發(fā)光二極管的陽極連接在一起，通常此公共陽極接正電壓，當某個發(fā)光二極管接低電平時，發(fā)光二極管被點亮，相應的段被顯示。為了使LED顯示器顯示不同的符號或數(shù)字，就要把不同段的發(fā)光二極管點亮，這樣就要為LED顯示器提供代碼，因為這些代碼可使LED相應的段發(fā)光，從而顯示不同字型，因此該代碼稱之為段碼（或稱為字型碼）。 （2）LED顯示器工作原理LED顯示器有靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示2種方式。LED顯示器工作于靜態(tài)顯示方式時，各位的共陰極（共陽極）連接在一起并接地（或+5V）；每位的段碼線（adp）分別與一個8位的鎖存器輸出相連。之所以稱之為靜態(tài)顯示，是因為各個LED的顯示字符一經(jīng)確定，相應鎖存器鎖存的段碼輸出將維持不變，直到送入另一個的段碼為止。正因為如此，靜態(tài)顯示器的亮度都較高，但靜態(tài)現(xiàn)實的缺點是占用口線太多，如果顯示器的位數(shù)太多，則需要加鎖存器，因此一般情況下采用動態(tài)顯示。在多位LED顯示時，為簡化硬件電路，通常將所有位的段碼線相應段并聯(lián)在一起，由1個8位I/O口控制，形成段碼線的多路復用，而各位的共陰極或共陽極分別由相應的I/O線控制，形成各位的分時選通。本次設計中我們采用的是2位共陰極數(shù)碼管，其中段碼線占用1個8位I/O口，而位選占用2位I/O口。由于各位的段碼線并聯(lián)，8位I/O口輸出的段碼對各個顯示位來說都是相同的。因此，在同一時刻，如果各位位選都處于選通狀態(tài)的話，2位LED將顯示相同的字符。若要各位LED能夠顯示出與本位相應的顯示字符，就必須采用動態(tài)顯示，即在某一時刻，只讓一位的位選線處于選通狀態(tài)，而其他各位的位選處于關(guān)閉狀態(tài)，同時，段碼線上輸出相應位要顯示的字符段碼。這樣，在同一時刻，2位LED中只有選通的那位顯示字符，而其他2位則是熄滅的。同樣，在下一時刻，只讓下一位的位選處于選通狀態(tài)，而其他各位的位選線處于關(guān)閉狀態(tài)，在段碼線上輸出將要顯示字符的段碼，則同一時刻，只有選通位顯示出相應的字符，而其他各位都是熄滅的。如此循環(huán)下去，就可以使各位顯示出將要顯示的字符。雖然這些字符是在不同時刻出現(xiàn)的，而在同一時刻，只有一位顯示，其他各位熄滅，但由于LED顯示器的余輝和人眼的視覺暫留作用，只要每位顯示間隔足夠短，則可以造成多位 同時亮的假象，達到同時顯示的效果。LED不同位顯示的時間間隔應根據(jù)實際情況而定。發(fā)光二極管從導通到發(fā)光有一定的延時，導通時間太短，則發(fā)光太弱，人眼無法看清，但也不能太長，因為要受限于臨界閃爍頻率，而且時間越長，占用CPU時間也越多，本次設計我們采用1ms延時。 第3章 硬件電路的設計 總體設計方案[15]本次設計以MCS51單片機為核心，其控制的對象包括：進水閥、排水閥、電機、報警器、顯示器。我們根據(jù)不同的洗衣程序來設定這些對象他們不同的工作狀態(tài)和工作時間，進水閥和排水閥的控制還需要水位監(jiān)測，同時需要數(shù)碼管顯示不同的工作狀態(tài)及運行剩余時間。按鍵用來控制程序的運行和設置洗滌模式；發(fā)光二極管用來指示洗衣機的運行狀態(tài)；蜂鳴器用來進行程序運行提示及故障報警。設計又電源電路、機械控制電路和數(shù)字控制電路三大模塊構(gòu)成的控制系統(tǒng)，實現(xiàn)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，控制程序設計主要包括主程序、內(nèi)部定時中斷服務程序、外部服務中斷程序的設計。 系統(tǒng)組成框圖采用51系列單片機作為控制核心，主要包括電源部分、功能參數(shù)設置及控制電路、洗衣機狀態(tài)顯示及輸出控制電路。主要組成部分有：單片機、譯碼器、指示燈、電動機、LED顯示、蜂鳴器、電磁閥以及按鍵等。根據(jù)洗衣機的基本功能，硬件電路設計需要考慮洗衣機的進水、洗滌、漂洗、排水、脫水等問題，及時間設定長短、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。設計出系統(tǒng)組成框圖31。蜂鳴器變壓器整流濾波穩(wěn)壓 觸發(fā)電路雙向晶閘管電機正轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)電機反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)進水閥排水閥LED顯示 電路水位監(jiān)測讀取鍵盤啟動鍵 MCS51洗衣機狀態(tài)顯示指示燈 圖31 系統(tǒng)組成框圖 各框圖作用 （1）單片機電路 單片機電路是程序控制的中心，它把計算機的各種功能電路都集成在一塊芯片上，主要包括中央處理器CPU、數(shù)據(jù)存儲器RAM、程序存儲器ROM、輸入/輸出接口電路及計時、掃描、分頻、定時、時間設定等電路，ROM內(nèi)已固化了洗衣機操作程序，單片機根據(jù)輸入指令和檢測信號，調(diào)出內(nèi)部相應的操作程序，通過電路處理后，輸出各種電路控制信號，使洗衣機自動完成程序操作過程。如果單片機自身出故障，或控制電路傳給單片機的信息不正確，洗衣機就不能正常工作。 （2）直流電源電路 這是為單片機及其外圍控制電路提供直流電源的電路，它將輸入的220V交流電經(jīng)過變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓后，變?yōu)榉€(wěn)定的低壓直流電，送給單片機、可控觸發(fā)電路、顯示電路等。 （3）時鐘電路 由晶振元件與單片機內(nèi)部電路組成，產(chǎn)生的振蕩頻率為單片機提供時鐘信號，供單片機信號定時和計時。 （4）顯示電路 顯示電路來顯示洗衣機的工作狀態(tài)。74LS138譯碼器為38譯碼器，選用它可以解決I/O口線數(shù)量不足的問題。 （5）負載驅(qū)動電路該電路多由雙向可控硅及觸發(fā)電路組成。雙向可控硅作為無觸點開關(guān)控制電機等負載的通斷及運行。單片機根據(jù)按鍵輸入指令或接受到的監(jiān)測信號，輸出相應的控制信號，控制可控硅觸發(fā)電路的導通，使電機等負載得電運轉(zhuǎn)。 （6）報警電路，當洗衣結(jié)束后，洗衣機將發(fā)出蜂鳴聲以提示用戶洗衣完成。 （7）水位開關(guān)和安全開關(guān)電路 水位選擇開關(guān)，用戶根據(jù)需要選擇水位，在進水期間，系統(tǒng)不斷監(jiān)測，當達到設定水位時就停止進水。水位電路和安全開關(guān)電路由傳感器檢測，其通斷狀態(tài)由電路輸送給單片機，由單片機進行指令指控。 主控電路的設計[15]8051外圍輔助電路設計（1）振蕩電路單片機中振蕩電路就像一個大時鐘，指揮著什么時候時針動，什么時候分針動，都有嚴格的規(guī)定。單片機工作時一條一條的讀取指令，然后一步一步的執(zhí)行。單片機內(nèi)部有一個用于構(gòu)成片內(nèi)振蕩器的高增益反相放大器，引腳XTAL1和XTAL2分別是該放大器的輸入端和輸出端。如果在MCS51單片機的XTAL1和XTAL2引腳之間接晶體諧振器，便會產(chǎn)生自激振蕩，即可在內(nèi)部產(chǎn)生與外加晶體用頻率的振蕩時鐘，以XTAL2輸出時鐘信號。8051的最高工作頻率為24MHz。振蕩頻率越高便是單片機的運行速度越快，但同時對存儲器的速度和印刷電路板的要求也就越高。一般情況下，選用頻率6～12MHz的晶振。一般情況下對電容的大小沒有嚴格的要求，但是其大小也會影響振蕩器的穩(wěn)定、振蕩頻率的高低、起振快速性和穩(wěn)定性。一般外接石英晶體時，C1和C2一般取30pF177。，電容取30pF。 圖32 振蕩電路圖（2）復位電路 單片機的復位是使CPU和系統(tǒng)的其它功能部件處于一個初試狀態(tài)。任何單片機工作之前都要有個復位的過程，在單片機復位期間，程序還沒有開始執(zhí)行，是在做準備工作。 復位操作有按鍵手動復位和上電復位兩種方式。上電復位是外部的復位電路在系統(tǒng)通上電源后直接使單片機工作，單片機的起停通過電源控制。手動復位是在復位電路中設計按鍵開關(guān)觸發(fā)復位電平，控制單片機復位。一般都用上電復位電路。 上電自動復位原理：通電時，電容兩端相當于短路，于是RST引腳上為高電平，然后電源通過電阻對電容充電，RST端電壓慢慢下降，降到一定程度即為低電平，單片機開始正常工作，如圖33所示： 圖33 復位電路 （3）單片機最小系統(tǒng)圖如圖34所示。 圖34 單片機最小系統(tǒng) 各部分電路的設計 電機正反轉(zhuǎn)控制電路 洗衣機在洗衣過程中電機的正反轉(zhuǎn)起著決定性的作用，在洗滌和漂洗中電機循環(huán)間歇的正反轉(zhuǎn)，以使衣物來回翻滾進行洗滌，此時電機的轉(zhuǎn)速不可過快，在脫水過程中電機需朝某一方向快速進行旋轉(zhuǎn)，使衣物甩干。 其電路由電機、固態(tài)繼電器SP11六反相器74S05和電阻電容等器件組成，兩個六反相器74S05作為中間緩沖器，分別驅(qū)動兩個固態(tài)繼電器SP1110。SP1110是一種交流固態(tài)繼電器，內(nèi)有發(fā)光二極管及觸發(fā)雙向可控硅，10～15ml輸入電流即可使雙向可控硅完全導通，輸出端通態(tài)電流為3A（平均值），浪涌電流15A（不重復）。選用這個器件，是因為它一方面可以使電路進一步簡化，另一方面還可使強、弱兩類電完全隔離，保證主板的安全。電路如圖35所示。 圖35 電機正反轉(zhuǎn)控制電路 水位的檢測電路水位檢測的精度直接影響洗凈度、水流強度、洗滌時間等參數(shù)。對于模糊控制的洗衣機，要求水位的檢測必須是連續(xù)的，故常采用諧振式水位傳感器。諧振式水位傳感器是利用電磁諧振電路LC作為傳感器的敏感元件，將被測物體的變化轉(zhuǎn)變?yōu)長C參數(shù)的變化，最終以頻率參數(shù)輸出。其工作原理是：將水位的高低通過導管轉(zhuǎn)換成一個測試內(nèi)腔氣體變化的壓力，驅(qū)動內(nèi)腔上方的一塊隔膜移動，帶動隔膜中心的磁芯在某線圈內(nèi)移動，從而線圈電感發(fā)生變化，由此引起諧振電路的固有頻率隨水位變化。水位測量電路如圖36所示，為了便于與單片機接口，水位傳感器采用數(shù)字振蕩電路，電感與電容組成的三點式振蕩電路經(jīng)C2耦合接入數(shù)字式諧振放大器A1，隨著水位變化，諧振頻率作相應變化，放大器在a點輸出，經(jīng)A2整形，由c點輸出，此時即可將數(shù)字量接到單片機。 圖36 水位檢測電路 衣物量檢測電路布質(zhì)和布量的檢測是在洗滌之前進行的。在水位一定時，不同的布質(zhì)和布量產(chǎn)生的布阻抗不同。具體檢測布質(zhì)和布量時，首先注入一定的水位，然后啟動主電機旋轉(zhuǎn)，接著斷電，讓主電機以慣性繼續(xù)運轉(zhuǎn)直到停止。在主電機斷電慣性旋轉(zhuǎn)時間內(nèi)主電機處于發(fā)電狀態(tài)，會產(chǎn)生感應電動勢輸出。顯然，隨著布阻抗大小的不同，主電機處于發(fā)電機狀態(tài)的時間長短也不同。因此，只要檢測出主電機處于發(fā)電機狀態(tài)的時間長短，就可以反過來推理出布阻抗的大小。主電機發(fā)