【文章內(nèi)容簡介】 洗衣機自檢 洗衣機上電后，先進行自檢，包括檢查安全開關(guān)，排水閥狀態(tài)，進水閥工作過程，電機的運轉(zhuǎn)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(guān)閉，停止進水；電機 M接通，帶動波輪旋轉(zhuǎn)，形成洗衣水流。電機 M是一個正反轉(zhuǎn)電機，可以形成往返水流，有利于洗滌衣物。 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(jié)束后，電機 M停止轉(zhuǎn)動，排水閥 M 接通，開始排水。排水閥動作河北工程大學畢業(yè)設(shè)計說明書 4 的同時，電機 M也接通，使電機可以帶動內(nèi)桶轉(zhuǎn)動。當水位低到一定值，再經(jīng)過一段時間后，電機開始正轉(zhuǎn)，帶動內(nèi)桶高速旋轉(zhuǎn)，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，還有發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象時錯誤信息的顯示。 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(guān)的狀態(tài)，以作為控制的依據(jù)。其中，污濁度傳感器，溫度傳感器和負載傳感器是模擬信號，需要經(jīng)過 A/D 轉(zhuǎn)換變成數(shù)字信號，而水位傳感器本身就是數(shù)字信號，單片機接受到這些傳感器的信號以后，經(jīng)過一系列處理作出反應(yīng)，從而控制洗衣機的工作。河北工程大學畢業(yè)設(shè)計說明書 5 2 硬件電路介紹 針對上文的功能，硬件電路應(yīng)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(diào)工作，洗衣機能模擬人腦進行操作。 選型 ⑴ PIC 系列 PIC 單片機系列是美國微芯公司（ Microchip）的產(chǎn)品，它的 CPU 采用 RISC 結(jié)構(gòu)，分別有 3 3 58 條指令，屬精簡指令集。采用 Harvard 雙總線結(jié)構(gòu)，運行速度快，它能使程序存儲器的訪問和數(shù)據(jù)存儲器的訪問并行處理，這種指令流水線結(jié)構(gòu)，在一個周期內(nèi)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(qū)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(shè)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?qū)動能力，低電平吸入電流達 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(nèi) (80～ FFH)，而是分散在四個地址區(qū)間內(nèi)。只有 5 個專用寄存器，得反復(fù)地選擇對應(yīng)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 )、 AT90S851AT90S8535(帶 A/D轉(zhuǎn)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。 河北工程大學畢業(yè)設(shè)計說明書 6 AVR 系列沒有類似累加器 A 的結(jié)構(gòu)，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(jù)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(jù)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 51 系列優(yōu)點之一是它從內(nèi)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(nèi)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(yīng)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(nèi) 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(yīng)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(fù)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(guān)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(zhuǎn)。 51 系列的另一個優(yōu)點是乘法和除法指令，這給編程也帶來了便利。八位除以八位的除法指令，商為八位，精度嫌不夠，用得不多。而八位乘八位的乘法指令，其積為十六 位，精度還是能滿足要求的，用的較多。作乘法時，只需一條指令就行了，即 MULAB(兩個乘數(shù)分別在累加器 A和寄存器 B中。積的低位字節(jié)在累加器 A中，高位字節(jié)在寄存器B 中 )。很多的八位單片機都不具備乘法功能，作乘法時還得編上一段子程序調(diào)用，十分不便。 51 系列的 I/O 腳的設(shè)置和使用非常簡單，當該腳作輸入腳使用時，只須將該腳設(shè)置為高電平（復(fù)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(qū)動能力；而為高電平時，輸出電流僅數(shù)十μ A 甚至更小（電流實際 上是由腳的上拉電流形成的），基本上沒有驅(qū)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(qū)動時，得利用外電路來實現(xiàn)， I/O 腳不通，電流經(jīng) R 驅(qū)動 LED 發(fā)光；低電平時， I/O 腳導(dǎo)通，電流由該腳入地，LED滅（ I/O 腳導(dǎo)通時對地的電壓降小于 1V， LED 的域值 ～ ）。 綜上所述，我們本次設(shè)計采用 51 系列，而 51系列的典型產(chǎn)品是 8051。 8051 是一種 40 引腳雙列直播式芯片。它含有 4KB 可反復(fù)燒錄及擦除內(nèi)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。選用它作為河北工程大學畢業(yè)設(shè)計說明書 7 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(shè)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。 89C51 引腳圖如圖 21所示。 圖 2189C51引腳圖 的存儲器與寄存器 89C51 單片機存儲器才用的是哈佛（ Harvard）即程序存儲器空間和數(shù)據(jù)存儲器空間是各自獨立的，兩種存儲器各自有自己的尋址方式和 尋址空間。 這種結(jié)構(gòu)對于單片機“面向控制”的實際應(yīng)用極為方便、有利。 89C51 單片機程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器的擴展能力分別可達 64KB，尋址和操作簡單方便。 89C51 的存儲器空間可劃分為 5 類：程序存儲器、內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器、特殊功能寄存器、為地址空間和外部數(shù)據(jù)寄存器。 A/D 轉(zhuǎn)換器種類很多，按及人口方案來分，可分為并行接口和串行接口兩類。串行接口又分為三線式接口和兩線式接口兩種。由于 89C51 串行口有限，而本此設(shè)計也用到了很多串口，而且我們需要一個多通道的轉(zhuǎn)換器，而 MAX192 正是滿足這種要 求，其轉(zhuǎn)河北工程大學畢業(yè)設(shè)計說明書 8 換精度也高，所以本次設(shè)計我們采用 MAX192。 MAX192 是一種低功耗、單電源、 8 通道、串行的 10 位 A/D 轉(zhuǎn)換器。由于該芯片在片外已有采樣跟蹤保持電路，內(nèi)部時鐘電路和內(nèi)部參考電壓源，所以在應(yīng)用時，所需外圍原件極少，與單片機連接也只占用 45 條口線，因此，用 MAX192 構(gòu)成的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)具有硬件結(jié)構(gòu)簡單、體積小和功耗低的優(yōu)點。 MAX192 是美國美信公司設(shè)計的一個 10 位 A/D 轉(zhuǎn)換器，它的信號輸入有兩種方式： 8 通道單端輸入或 4 通道差分輸入，具有極高轉(zhuǎn)換速度。其 4 線串行接口與 SPI、 QSPI、 MicroWire 等串行總線兼容，具有內(nèi)部時鐘方式和外部時鐘方式，內(nèi)帶 ，也可用外部基準電壓。 ⑴ MAX192 的引腳圖如圖 21 所示。 圖 21MAX192的引腳圖 ⑵ MAX192 的控制字 ① MAX192 控制字占一個字節(jié)，其格式見表 21。 表 21 控制字節(jié)的定義 Bit7(MSB) Bit6 Bit5 Bit4 Bit3 Bit2 Bit1 Bit0 START SEL2 SEL1 SEL0 UIN/BIP SGL/DIF PD1 PD0 注 ：轉(zhuǎn)換開始位。邏輯“ 1”有效。 ：通道選擇位。選擇所需轉(zhuǎn)換信號所連接的通道（見表 3和表 4）。 ：單 /雙極性信號轉(zhuǎn)換模式選擇位。 1=單極性信號； 0=雙極性信號。對于單極性信號，模擬輸入中 0V～ VREF的電壓被轉(zhuǎn)換；對于雙極性信號， VREF/2～ +VREF/2的新號被轉(zhuǎn)換。 ：輸入信號形式選擇位?！?1”為單端信號輸入，“ 0”為差分信號輸入。 5. PD0～ PD1：時鐘模式及省電模式選擇位。 ② MAX192 單端方式（ SGL/DIF=1）通道選擇如表 23 所示。 ③ MAX192 查分方式（ SGL/DIF=0）通道選擇如表 24 所示。 ④ MAX192 的 時鐘和掉電選擇如表 25 所示。 ⑶ MAX192 的工作原理 MAX192器件采用逐次逼近轉(zhuǎn)換技術(shù)及輸入采樣 /保持電路把模擬信號轉(zhuǎn)換成 10位的數(shù)字信號輸出，模擬信號有單端輸入和差分輸入兩種輸入方式，輸入電壓范圍分單極河北工程大學畢業(yè)設(shè)計說明書 9 性（ ）和雙極性（ ）兩種，每做完一次 A/D 轉(zhuǎn)換，需從串行數(shù)據(jù)輸入端輸入以“ 1”開始的 8 位控制字對器件 初始化，內(nèi)部控制邏輯控制 A/D 轉(zhuǎn)換。 當 MAX192 的 CS 端有效時，在時鐘 SCLK 的每一個上升沿把一個最高位為“ 1”的控制字節(jié)的各位送入輸入移位寄存器，控制器收到控制字節(jié)后，選擇控制字節(jié)中給定的模擬通道，并在 SCLK 的下降沿啟動轉(zhuǎn)換。在啟動轉(zhuǎn)換后， MAX192 可以使用外部串行時鐘或內(nèi)部時鐘來完成逐次逼近轉(zhuǎn)換。在兩種時鐘方式中，數(shù)據(jù)的移入 /輸出都由外部時鐘來完成。 轉(zhuǎn)換結(jié)束后的數(shù)據(jù)是由 DOUT 端讀出的。應(yīng)該注意，數(shù)據(jù)的輸出是高位在先，低位在后，有效位為 10 位。在單極性輸入方式下，輸出的是標準二進制碼，對于差分 方式下的雙極性輸入，其輸出是莫二補碼。 需要注意的是，在單極性輸入方式下，轉(zhuǎn)換完成后的 10 位數(shù)據(jù)在移位寄存器中存放時，在數(shù)據(jù)的首部添了一個“ 0”，在尾部添加了 5 個“ 0”，這樣，要得到最終的正確結(jié)果，需要把這 16 位數(shù)（包括 10 位有效數(shù)據(jù)）右移 5位。在編寫采樣程序時，送完一字節(jié)控制字，何時讀轉(zhuǎn)換結(jié)果 ，有兩種判斷方法：一是看 SSTRB 信號是否變高，二是延時多少 us(最大位 10us)。 表 23 單端方式（ SGL/DIF=1）通道選擇 SEL2 SEL1 SEL0 CH0 CH1 CH2 CH3 CH4 CH5 CH6 CH7 AGND 0 0 0 + 1 0 0 + 0 0 1 + 1 0 1 + 0 1 0 + 1 1 0 + 0 1 1 + 1 1 1 + 表 24 查分方式（ SGL/DIF=0）通道選擇 SEL2 SEL1 SEL0 CH0 CH1 CH2 CH3 CH4 CH5 CH6 CH7 0 0 0 + 0 0 1 + 0 1 0 + 0 1 1 + 1 0 0 + 1 0 1 + 1 1 0 + 1 1 1 + 河北工程大學畢業(yè)設(shè)計說明書 10 表 25 時鐘和掉電選擇 PD0 PD1 器件模式 1 1 外部時鐘方式 1 0 內(nèi)部時鐘方式 0 1 速掉電模式（ Fast PowerDown Mode） 0 0 全掉點模式 ( Full PowerDown Mode) 傳感器 本次設(shè)計中用到 4 個傳感器，分別為 ： TS 污濁度傳感器、溫度傳感器、負載傳感器和水位傳感器。其中污濁度、溫度和負載傳感器輸出的都是模擬信號，需要通過 A/D轉(zhuǎn)換才能作為單片機的控制信號，而水位傳感器本身輸出的就是數(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。 ⑴ TS 污濁度傳感器 內(nèi)部原理圖 如圖 22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 22濁度傳感器內(nèi)部原理圖 ⑵溫度傳感器 溫度傳感器有四種主要類型： 熱電偶 、 熱敏電阻 、電阻溫度檢測器 (RTD)和 IC 溫度傳感器下 )。 IC 溫度傳感器又包括模擬輸出和數(shù)字輸出兩種類型。 熱電偶應(yīng)用很廣泛，因為它們非常堅固而且不太貴。熱電偶有多種類型，它們覆蓋非常寬的溫度范圍，從 200℃ 到 2021℃ 。它們的特點是：低靈敏度、低穩(wěn)定性、中等精度、響應(yīng)速度慢、高溫下容易老化和有漂移，以及非線性。另外，熱電偶需要外部參考端。 我們常用溫度傳感器有 DS18B AD590 等，它們 都是集成溫度傳感器。 DS18B20河北工程大學畢業(yè)設(shè)計說明書 11 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(fù)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。 ?輸出 電阻為 710MW。 ?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(shè)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(fù)雜的程序編程，非常適合用于洗衣機的溫度檢測傳感器 ⑶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。 ⑷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(yīng)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 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河北工程大學畢業(yè)設(shè)計說明書 12 征，達到白底黑字或黑底白字顯示的目的。 LED（ Light Emiting Dio