【文章內(nèi)容簡介】 板 完成次洗衣過程所需的動作有： (1) 進(jìn)水動作 進(jìn)行洗滌時，盛水桶內(nèi)的水量必須達(dá)到水位設(shè)定要求。洗衣機(jī)的進(jìn)水和水位判斷，是由水位開關(guān)和進(jìn)水閥的開合來進(jìn)行控制的，當(dāng)桶內(nèi)沒有水或水量達(dá)不到設(shè)定水位時，單片機(jī)程序?qū)⒖刂七M(jìn)水閥閉合，開始注水，當(dāng)桶內(nèi)的水位達(dá)到設(shè)定水位時，水位開關(guān)受壓閉合，程序就可進(jìn)入下步處理。 (2) 排水動作 進(jìn)入脫水動作前應(yīng)先排水。為了避免空排水造成時間浪費(fèi)以及排水不完而帶水脫水造成對電機(jī)的損害。洗衣機(jī)能夠根據(jù)實(shí)際水量對排水時間進(jìn)動態(tài)控制。 (3) 洗滌動作 洗滌動作指的是電機(jī)周期性 的“正轉(zhuǎn) 停止 反轉(zhuǎn) 停止”。不同的洗衣過程，控制電機(jī)執(zhí)行“ 正轉(zhuǎn) 停止 反轉(zhuǎn) 停止”的時間是不同的。 (4) 脫水動作 排水結(jié)束后進(jìn)入脫水動作，脫水是通過電機(jī)的正轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)的，同河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 9 頁 共 32 頁 時要求排水閥直打開，也正是由于排水閥的打開，才使得脫水時的電機(jī)正轉(zhuǎn)速度不同于洗滌時的電機(jī)正轉(zhuǎn)速度。進(jìn)行脫水時若遇到洗衣機(jī)蓋打開，則暫停脫水，并發(fā)出報(bào)警，直至用戶合上桶蓋后，才繼續(xù)進(jìn)行脫水。脫水結(jié)束后，發(fā)出報(bào)警，并自動關(guān)閉排水閥。 (5) 脫水不平衡修正 進(jìn)行脫水處理，電機(jī)要正轉(zhuǎn)，電機(jī)要進(jìn)行高速單向正轉(zhuǎn)，若此時衣物偏向于一邊，脫水 桶會因離心的作片的作用，在很短的時間內(nèi)碰撞安全開關(guān)裝置，使安全開關(guān)產(chǎn)生瞬時的關(guān)閉和斷開，此時要進(jìn)行脫水不平衡修正。進(jìn)行脫水不平衡修正，洗衣機(jī)將停止脫水，并自動插入“進(jìn)水 洗滌 1 分鐘 排水”動作。通過這一插入動作，衣服將調(diào)整到洗衣桶中心位置。在同一脫水過程中 ，如果連續(xù)修正 3次仍達(dá)不到脫水平衡，則進(jìn)行報(bào)警，等用戶打開洗衣機(jī)將衣物放置均勻再蓋上桶蓋，方可繼續(xù)進(jìn)行脫水。 (6) 其它動作 洗衣機(jī)控制器在此控制面板上還配有啟動／停止電源、標(biāo)準(zhǔn)、輕柔、快速、水位選擇按鈕。 硬件設(shè)計(jì)框圖 主控制系統(tǒng)運(yùn)用的是 AT89c51 單片機(jī)，其要控制的對象包括：進(jìn)水閥、排水閥、電機(jī)。這些被控對象是需要根據(jù)不同的洗衣程序來設(shè)定它們的不同工作狀況和工作時間的，進(jìn)水閥和排水閥的控制還需要水位檢測，同時需要數(shù)碼管顯示不同的工作狀態(tài)及運(yùn)行剩余時間。發(fā)光二極管用來指示洗滌速度和脫水速度；按鍵用來控制程序的運(yùn)行和 設(shè)置洗滌速度和脫水速度；蜂鳴器用來進(jìn)行程序運(yùn)行提示及故障報(bào)警。洗衣機(jī)控制器系統(tǒng)框圖如圖 22 所示。 下面是洗衣機(jī)控制器系統(tǒng)框圖： (1) 各框圖的作用包括： ① 單片機(jī)電路 單片機(jī)電路是程序控制的中心它把計(jì)算機(jī)的各種功能電路都集成 在塊芯片上，主要包括中央處理器 CPU、程序存儲器 ROM、數(shù)據(jù)存儲器 RAM、輸入／輸出接口電路及計(jì)時、分頻、掃描、定時、時間設(shè)定等電路， ROM 內(nèi)已固化了洗衣機(jī)操作程序、單片機(jī)根據(jù)輸入指令和檢測信號，調(diào)出內(nèi)部相應(yīng)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(jī)自動完成程序操作過程。如果單片機(jī)自身出故障、或控制電路傳送給單片機(jī)的信息不正確，洗衣機(jī)就不能正常工作。 ② 直流電源電路 這是為單片機(jī)及其外圍控制電路提供曉以電壓 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(jī)、可控硅觸發(fā)電路、顯示電路等。 河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 10 頁 共 32 頁 ③ 復(fù)位電路 此電路的作用是復(fù)位。在單片機(jī)接上電源以后，或電源出現(xiàn)過低電壓時，將單片機(jī)存儲器復(fù)位，使其各項(xiàng)參數(shù)處于初始位置，即處于開機(jī)時的標(biāo)準(zhǔn)程序狀態(tài)，以消除由于某種原因的程序紊亂。 ④ 時鐘電路 由晶振元件與單片機(jī)內(nèi)部電路組成，產(chǎn)生的振蕩頻率為單片機(jī)提供時鐘信號，供單片機(jī)信號定時和計(jì)時。 ⑤ 按鍵輸入電路 按鍵開關(guān)按一定的矩陣排列，當(dāng)按鍵被按動時，其接通的信號將輸送到單片機(jī)。單片機(jī)對應(yīng)地調(diào)出內(nèi)部軟件進(jìn)行工作，使洗衣機(jī)進(jìn)入相應(yīng)的洗滌程序。 ⑥ 顯示電路 顯示電路由發(fā)光二極管按一定的矩陣排列而成，它是程序控制系統(tǒng)向用戶直接觀察到洗衣機(jī)的工作狀態(tài)的窗口。預(yù)設(shè)工作程序時，可根據(jù)指示燈的閃亮來判斷洗衣機(jī)是否接受了指令；還可以通過批示燈的顯示來判斷洗衣機(jī)工作是否正常。 ⑦ 負(fù)載驅(qū)動電路 該 電路多由雙向可控硅及觸發(fā)電路組成。雙各可控硅作為無觸點(diǎn)開關(guān)控制電機(jī)等負(fù)載的通斷及運(yùn)行。單片機(jī)根據(jù)按鍵輸入指令或接收到的檢測信號，輸出相應(yīng)的控制信號，控制可控硅觸發(fā)電路的導(dǎo)通，使電機(jī)等負(fù)載得電運(yùn)轉(zhuǎn)。 ⑧ 報(bào)警電路 此電路在洗衣機(jī)中起提示和報(bào)警的作用。根據(jù)程序安排和軟件設(shè)置，當(dāng)洗衣完成后，洗衣機(jī)將發(fā)出音樂以提示用戶洗衣完成。 ⑨ 水位開關(guān)和安全開關(guān)電路 水位電路和安全開關(guān)電路由傳感器監(jiān)測，其通斷狀態(tài)由電路輸送給單片機(jī)。由單片機(jī)進(jìn)行指令控制。 圖 22 洗衣機(jī)控制器系統(tǒng)框圖 河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 11 頁 共 32 頁 單片機(jī) 單片機(jī)的選型 89C51 單片機(jī)是低耗能 /低電壓、高性能的 8 位單片機(jī)，它采用了 CMOS 和 ATMEL公司的高密度非易失存儲器技術(shù)，而且其輸出引腳和指令系統(tǒng)都與 MCS51 兼容，是一種功能強(qiáng)、靈活性高而且價格合理的單片機(jī)，可方便應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域 。 51 系列優(yōu)點(diǎn)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(jìn)行處理，如傳送、置位、清零、測試等，還能進(jìn)行位的邏輯運(yùn)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(jī)也具有位處理功能，但能進(jìn)行位邏輯運(yùn)算 的實(shí)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?yàn)橐粋€較復(fù)雜的程序在運(yùn)行過程中會遇到很多分支，因而需建立很多標(biāo)志位，在運(yùn)行過程中，需要對有關(guān)的標(biāo)志位進(jìn)行置位、清零或檢測，以確定程序的運(yùn)行方向。而實(shí)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。 51 系列的另一個優(yōu)點(diǎn)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(jī)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。 綜上所述，我們本次設(shè)計(jì)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(dāng)方便、靈活。選用它設(shè)計(jì)制作全自動洗衣機(jī)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 23所示。 河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 12 頁 共 32 頁 1234567891011121314151617181920 21222324252627282930313233343536373839P1 .0P1 .1P1 .2P1 .3P1 .4P1 .5P1 .6P1 .7P0 .1P0 .2P0 .3P0 .4P0 .5P0 .6P0 .7VC CP2 .0P2 .1P2 .2P2 .3P2 .4P2 .5P2 .6P2 .7GN DXT AL 1XT AL 2P3 .7 /R TP3 .6 /W RP3 .5 /T 1P3 .5 /T 0RS T/ WP DP3 .0 /Rx DP3 .1 /Tx DP3 .2 /I NT 0P3 .3 /I NT 1P0 .0EA /V ppAL E/ PRO GPS EN 圖 23 89C51引腳圖 單片機(jī)的復(fù)位電路 根據(jù)應(yīng)用的要求，用到單片機(jī)，為了可靠的復(fù)位要外加一個復(fù)位電路。復(fù)位操作通常有：上電 復(fù)位和 按鍵手動 復(fù)位。工作原理是通電時，電容兩端相當(dāng)于是短路，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(jī)開始正常工作。 上電復(fù)位的時間常數(shù)要在 10ms以上，才能保證上電，一般可以取電容的大小為 10μ F，電阻為 。 圖 24 89C51 的復(fù)位電路 單片機(jī)的時鐘電路與時序 時鐘電路用于產(chǎn)生單片機(jī)工作時需要的時鐘信號，單片機(jī)本身就是一個復(fù)雜的同步時序電路，為了保證同步方式的實(shí)現(xiàn)，電路應(yīng)該在唯一的時鐘信號控制下嚴(yán)格地按RST940V CCV CC20R 1C 180 C 51河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 13 頁 共 32 頁 時序進(jìn)行工作。而時序 所研究的則是指令執(zhí)行中各信號之間的相互時間關(guān)系。 (1) MCS51 系列芯片的內(nèi)部有一個高增益的反相放大器，其輸入端為芯片引腳XTAL1，輸出端引腳為 XTAL2，在芯片的外部通過這兩個引腳跨接晶體振蕩器和微調(diào)電容，形成反饋電路，就構(gòu)成了一個穩(wěn)定的自激振蕩器，如圖 25 所示。電路中的電容 C1和 C2一般 取 30pF 左右，而晶體的振蕩頻率范圍通常是 ～ 12MHz，晶體的振蕩頻率高，則系統(tǒng)的時鐘頻率也高，單片機(jī)運(yùn)行速度也就快。 MCS51 在通常的情況下，使用振蕩頻率為 6MHz 的石英晶體，而 12MHz 主要是 在高速串行通信的情況下才使用。振蕩電路產(chǎn)生的振蕩脈沖并不是直接使用，而是經(jīng)分頻后在為系統(tǒng)所用。如圖 25 所示。 振蕩脈沖經(jīng)二分頻后作為系統(tǒng)的時鐘信號，在二分頻基礎(chǔ)上再三分頻產(chǎn)生 ALE信號，這就是之前說的 ALE 是以晶振六分之一的固定頻率輸出的正脈沖，在二分頻的基礎(chǔ)上再六分頻得到機(jī)器周期信號。 (2) 在由多片單片機(jī)組成的系統(tǒng)中，為了各單片機(jī)之間的時鐘信號的同步，應(yīng)當(dāng)引入唯一的公用外部脈沖信號作為各單片機(jī)的振蕩脈沖，這時的外部脈沖信號是經(jīng)過XTAL1 引腳注入， XTAL2 懸空。且外接脈沖信號應(yīng)當(dāng)是高低電平持續(xù)時間 大于 20ns的方波，脈沖頻率應(yīng)低于 12MHz。其連接圖如圖 26 所示。 圖 25 單片機(jī)的晶振電路 晶振C 1C 2XTAL 1XTAL 2反相器至內(nèi)部時鐘電路80 C 51河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 14 頁 共 32 頁 圖 26 89C51外部脈沖源接法 最后選擇第一種提供時鐘脈沖的方式，選擇 6MHz 的晶振，經(jīng)過十二分頻后產(chǎn)生周期信號 ,也就是時鐘脈沖的周期是 2μS。 A/D 轉(zhuǎn)換器 數(shù)字計(jì)算機(jī)只能出來數(shù)字量，不能處理模擬量。在微機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng)中，常常需要對溫度、流量、壓力、溫度等連續(xù)變化的物理量（模擬量）進(jìn)行測量和控制。因此，在一般的控制過程中，要先通過傳感器將它們測量出來，以電信號的 形式表示，然后再將模擬電信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，輸入到計(jì)算機(jī)中，完成模擬到數(shù)字這一轉(zhuǎn)換的過程叫模 /數(shù)轉(zhuǎn)換（ A/D 轉(zhuǎn)換），實(shí)現(xiàn) A/D 轉(zhuǎn)換的器件叫模 /數(shù)轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換器（ A/D 轉(zhuǎn)換器）。計(jì)算機(jī)在對數(shù)字量進(jìn)行必要的分析、運(yùn)算處理后，再去控制相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，一般地，還必須將數(shù)字量的控制信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬量，這一過程叫做數(shù) /模準(zhǔn)換（ D/A 轉(zhuǎn)換），實(shí)現(xiàn)數(shù)模轉(zhuǎn)換的器件叫數(shù) /模轉(zhuǎn)換器（ D/A 轉(zhuǎn)換器）。 A/D 轉(zhuǎn)換器種類很多，按接口方案來分，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(jì)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)換精度也高，所以本次設(shè)計(jì)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(jī)連接也只占用 45 條口線，因此，用 MAX