【正文】 由于外桶尺寸已定(因內(nèi)桶直徑已知)，在方案設(shè)計(jì)時(shí)初定位于外桶底部的出水口位置，則排水電磁閥銜鐵中心與出水口中心位于同一直線上。根據(jù)選定的排水電磁閥的行程和初定的棘輪頂圓直徑來設(shè)計(jì)棘爪機(jī)構(gòu)。要求在洗滌時(shí)，棘爪要伸人棘輪棘齒高度的三分之二。棘爪與棘輪機(jī)構(gòu)的詳細(xì)設(shè)計(jì)可參考相關(guān)書籍。 2. 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)　　電腦式全自動(dòng)洗衣機(jī)上使用的微控制器主要是4位或8位的單片機(jī)。 本例中控制電路的微控制器選用MCS5l系列的單片機(jī)AT89C2051，該單片機(jī)是ATMEL公司8位單片機(jī)系列產(chǎn)品之一，內(nèi)含2K字節(jié)可反復(fù)擦寫的程序存儲(chǔ)器以及128字節(jié)的RAM單元，具有15條可編程控制的I／O線，5個(gè)中斷觸發(fā)源，其指令與MCS51系列完全兼容。選用AT89C205l作CPU，可使洗衣機(jī)的控制電路大大簡化。 　　　(1)強(qiáng)、弱洗滌功能　要求強(qiáng)洗時(shí)，正、反轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)時(shí)間各為4s，間歇時(shí)間為1s；弱洗時(shí)，正、反轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)時(shí)間各為3s，間歇時(shí)間為2s。 (2)4種洗衣工作程序 即標(biāo)準(zhǔn)程序、經(jīng)濟(jì)程序、單獨(dú)程序和排水程序。 1)標(biāo)準(zhǔn)程序動(dòng)作順序是：“進(jìn)水→洗滌或漂洗→排水→脫水”，如此循環(huán)三次。每循環(huán)一次，洗滌或漂洗時(shí)間比上一循環(huán)同一環(huán)節(jié)減少2min，也即：第一循環(huán)內(nèi)的洗滌時(shí)間定為6min，第二循環(huán)內(nèi)的漂洗時(shí)間減為4min，第三循環(huán)內(nèi)的漂洗時(shí)間減為2min；排水時(shí)間采用動(dòng)態(tài)時(shí)間法確定．脫水時(shí)間規(guī)定為2min。 2)經(jīng)濟(jì)程序與標(biāo)準(zhǔn)程序一樣，只是循環(huán)次數(shù)定為二次。 3)單獨(dú)程序是“進(jìn)水→洗滌(規(guī)定為6min)→結(jié)束(留水不排不脫)”?！　?)排水程序是“排水→脫水→結(jié)束”，時(shí)間確定與上述程序相應(yīng)環(huán)節(jié)相同。　　(3)進(jìn)、排水系統(tǒng)故障自動(dòng)診斷功能 洗衣機(jī)在進(jìn)水或排水過程中，若在一定的時(shí)間范圍內(nèi)進(jìn)水或排水未能達(dá)到預(yù)定的水位，就說明進(jìn)、排水系統(tǒng)有故障，此故障由控制系統(tǒng)檢測后通過相應(yīng)程序發(fā)出報(bào)警信號(hào)，提醒操作者進(jìn)行人工排除。 　(4)脫水期間安全保護(hù)和防振動(dòng)功能 脫水期間若打開機(jī)蓋，洗衣機(jī)就會(huì)立即停止脫水操作；若出現(xiàn)衣物纏繞引起脫水桶重心偏移而不平衡，洗衣機(jī)電會(huì)自動(dòng)停止脫水，以免振動(dòng)過大，待人工處理后恢復(fù)工作。 (5)間歇驅(qū)動(dòng)方式　脫水期間采取間歇驅(qū)動(dòng)方式，以便節(jié)能。本系統(tǒng)要求驅(qū)動(dòng)5s，停止2s，間歇期間靠慣性力使脫水桶保持高速旋轉(zhuǎn)。 (6)暫停功能　不管洗衣機(jī)工作在什么狀態(tài)，當(dāng)按下暫停鍵時(shí)，洗衣機(jī)必須立即停止工作，待起動(dòng)鍵按下后，洗衣機(jī)又能按原來所選擇的工作方式繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。 (7)聲光顯示功能　洗衣機(jī)各種工作方式的選擇和各種工作狀態(tài)均伴有聲、光提示或顯示。　　　洗衣機(jī)需要控制的工作部件主要有進(jìn)水閥、排水閥和電動(dòng)機(jī)。進(jìn)、排水閥僅有開啟和關(guān)閉兩種狀態(tài)，電動(dòng)機(jī)則有正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止三種狀態(tài)。根據(jù)功能要求和AT89C2051芯片的性能特點(diǎn)，設(shè)計(jì)出洗衣機(jī)的電氣控制電路如圖　15　所示?！?線通過4塊SPlllO型固態(tài)繼電器，分別直接驅(qū)動(dòng)洗衣機(jī)的進(jìn)水閥、排水閥，以及電動(dòng)機(jī)的正、反轉(zhuǎn)。SPlll0是一種交流固態(tài)繼電器，內(nèi)置發(fā)光二極管和光觸發(fā)雙向可控給硅，10～50mA輸人電流即可使雙向可控硅完全導(dǎo)通，輸出端通態(tài)電流為3A(平均值)，浪涌電流15A(不重復(fù))。選用交流固態(tài)繼電器，既簡化了電路，又使強(qiáng)、弱電完全隔離，保證了主板的安全。 　　　　圖中的74LS05為反相器，用做中間緩沖器，其中4個(gè)通道分別驅(qū)動(dòng)4個(gè)SPl110固態(tài)繼電器，另外兩個(gè)通道用于驅(qū)動(dòng)指示燈LED5和LED6?！　D中的74LSl39為雙“24”譯碼器，選用它可解決CPU中I／0線數(shù)量不足的問題,從功能要求可知，洗衣機(jī)有4種洗衣工作程序，需要用4種不同的顯示來加以區(qū)別。其邏輯關(guān)系是：、“11”時(shí)，LEDl亮，指示標(biāo)準(zhǔn)程序；為“10”時(shí)，LED2亮，指示經(jīng)濟(jì)程序；為“0I”時(shí),LED3亮，指示單獨(dú)程序；為“00”時(shí)，LED4亮，指示排水程序。 洗衣機(jī)的暫停功能(暫停鍵S6)、安全保護(hù)與防振功能(蓋開關(guān)S3)均采用中斷方式處理。這兩個(gè)中斷分別對(duì)應(yīng)CPU的外部中斷0 ()和外部中斷1()。中斷請(qǐng)求信號(hào)通過TC4013BP雙D觸發(fā)器的兩個(gè)Q端，并由觸發(fā)器鎖存，直到CPU響應(yīng)結(jié)束為止。開蓋(安全保護(hù))或不平衡(防振動(dòng))中斷信號(hào)(都會(huì)引起蓋開關(guān)S3的閉合)，通過由v1和v2組成的反相器送至TC4013BP的CLK端。 　　為了充分利用CPU的I／O口線，每根線具有兩個(gè)功能。在洗衣機(jī)未進(jìn)入工作狀態(tài)或洗衣機(jī)處于暫停狀態(tài)期間，用于監(jiān)測起動(dòng)鍵的狀態(tài)；當(dāng)起動(dòng)鍵按下時(shí)，洗衣機(jī)即進(jìn)入工作狀態(tài)或從暫停狀態(tài)恢復(fù)到原來的工作狀態(tài)；當(dāng)洗衣機(jī)暫停導(dǎo)致CPU響應(yīng)中斷時(shí)，待中斷處理完畢時(shí)。在洗衣機(jī)進(jìn)水或排水期間，用于監(jiān)測水位開關(guān)狀態(tài)，為CPU提供洗衣機(jī)的水位信息；在洗衣機(jī)高速脫水期間，當(dāng)發(fā)生開蓋或不平衡導(dǎo)致CPU響應(yīng)中斷時(shí)，待中斷處理結(jié)束后。 　　。CPU的第第5腳外接6MHz的晶振。第l腳通過10μF電解電容接到+5V電源，可實(shí)現(xiàn)上電自動(dòng)復(fù)位，S7為強(qiáng)制復(fù)位鍵。 洗衣機(jī)的強(qiáng)、弱洗滌可通過S1鍵進(jìn)行循環(huán)選擇。Sl鍵還具有第二功能，即當(dāng)洗衣機(jī)發(fā)生故障轉(zhuǎn)入報(bào)警程序后，按下S1鍵可以退出報(bào)警狀態(tài)，回到初始待命狀態(tài)。洗衣工作程序可通過S2鍵循環(huán)選擇。洗衣機(jī)的工作狀態(tài)可通過LED7～LED9進(jìn)行顯示。脫水期間，系統(tǒng)在響應(yīng)開蓋或不平衡中斷后，CPU采取軟件查洵的方式，以確定洗衣機(jī)是否繼續(xù)進(jìn)行脫水操作。NYYNYN開始初始化默認(rèn)強(qiáng)洗方式和標(biāo)準(zhǔn)程序S1有鍵？S2有鍵？S4有鍵？S1鍵處理程序S2鍵處理程序排水程序？進(jìn)水操作進(jìn)水故障？達(dá)預(yù)定水位洗滌/漂洗操作報(bào)警干預(yù)返回排水？排水操作排水故障？排水結(jié)束？脫水操作洗衣結(jié)束？結(jié)束報(bào)警返回報(bào)警干預(yù)返回YYNNNYYNYNYYNN　　根據(jù)全自動(dòng)洗衣機(jī)的功能要求，設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的程序流程如圖15所示。 圖15　 全自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)的程序流程從上圖中可以看出程序的基本流程，系統(tǒng)上電復(fù)位后，首先進(jìn)行初始化，默認(rèn)標(biāo)準(zhǔn)洗衣工作程序和強(qiáng)洗衣方式；然后掃描SS2和啟動(dòng)鍵S4,這時(shí)洗衣機(jī)處于待命狀態(tài)。通過SS2可分別修改強(qiáng)/弱洗衣方式和洗衣工作程序。掃描過程中當(dāng)發(fā)現(xiàn)啟動(dòng)鍵S4按下時(shí)洗衣機(jī)即從待命狀態(tài)進(jìn)入工作狀態(tài)。 洗衣機(jī)進(jìn)入工作程序后，系統(tǒng)首先根據(jù)RAM中57H單元的特征字判斷洗衣機(jī)的洗衣工作程序，若特征字符為00H，則為排水程序（01H為單獨(dú)程序，02H為經(jīng)濟(jì)程序，03H為標(biāo)準(zhǔn)程序），這時(shí)程序直接跳轉(zhuǎn)至排水操作程序段，執(zhí)行單獨(dú)的排水操作，否則進(jìn)入進(jìn)水操作程序。進(jìn)水期間系統(tǒng)不斷檢測水位開關(guān)S5的狀態(tài)，當(dāng)檢測到S5閉合時(shí)，說明進(jìn)水已達(dá)到預(yù)定的水位。若在規(guī)定的4分鐘極限時(shí)間內(nèi)未檢測到S5閉合，說明進(jìn)水系統(tǒng)發(fā)生故障，此時(shí)洗衣機(jī)退出洗衣工作狀態(tài)，程序跳轉(zhuǎn)到FW為標(biāo)號(hào)地址的故障處理程序段進(jìn)行報(bào)警，其處理方法是：“0”，終止洗衣機(jī)的各種操作，然后蜂鳴器以響1秒、2秒的規(guī)律不斷地發(fā)出報(bào)警信號(hào)，直到人工干預(yù)即按下S1鍵后為止(按下S1后，程序跳轉(zhuǎn)回主程序起始地址，洗衣機(jī)又回到待命的初始狀態(tài))。在正常情況下，進(jìn)水期間檢測到S5閉合時(shí)，說明進(jìn)水已達(dá)到預(yù)定水位，這時(shí)洗衣機(jī)進(jìn)入下一程序即洗滌工作。因?yàn)殡姍C(jī)在洗滌或漂洗工作時(shí)有正、反轉(zhuǎn)和間歇三種狀態(tài)，、。其邏輯關(guān)系是：、“00”時(shí)電機(jī)間歇，為“01”時(shí)正轉(zhuǎn)為“10”時(shí)反轉(zhuǎn)。洗滌時(shí)間為6分鐘。洗滌結(jié)束后，系統(tǒng)通過一條判斷指令，判斷是否排水。由控制要求可知，若不排水則為單獨(dú)程序，這時(shí)程序直接跳到結(jié)束報(bào)警程序段，報(bào)警三聲后跳回主程序，洗衣機(jī)進(jìn)入初始待命狀態(tài)，單獨(dú)洗衣工作程序結(jié)束，否則，進(jìn)入排水進(jìn)程。排水時(shí)間采用動(dòng)態(tài)時(shí)間法確定，其原理是：根據(jù)常用的空氣壓力水位開關(guān)的特性（即在進(jìn)水中當(dāng)水位達(dá)到預(yù)定水位時(shí)，水位開關(guān)就接通；在排水中當(dāng)桶內(nèi)水位下降11厘米后，水位開關(guān)才斷開），在排水中若從開始到開關(guān)斷開這段時(shí)間所需時(shí)間為D，則整個(gè)排水所用的時(shí)間為2D+50秒。若在規(guī)定的1分鐘極限時(shí)間內(nèi)，系統(tǒng)檢測不到水位開關(guān)S5斷開，說明排水系統(tǒng)有故障，程序跳轉(zhuǎn)至故障處理程序段發(fā)出警告信號(hào)，其處理方法與進(jìn)水系統(tǒng)故障相同。排水結(jié)束后，洗衣機(jī)接著執(zhí)行脫水操作，保持排水閥開啟，、2秒清零的規(guī)律連續(xù)驅(qū)動(dòng)電機(jī)高速旋轉(zhuǎn)2分鐘，然后脫水結(jié)束。脫水結(jié)束后系統(tǒng)通過一條判斷指令判斷整個(gè)洗衣工作是否結(jié)束。其原理是：洗衣機(jī)在每次洗滌或漂洗工作環(huán)節(jié)結(jié)束后，系統(tǒng)工作程序標(biāo)志57H單元減1一次，在脫水工作環(huán)節(jié)結(jié)束后，系統(tǒng)即對(duì)該單元進(jìn)行檢測，當(dāng)檢測到57H單元為0值時(shí)說明整個(gè)洗衣工作結(jié)束，洗衣機(jī)報(bào)警三聲后，即返回初始待命狀態(tài)。若洗衣工作尚未結(jié)束，洗衣機(jī)再次執(zhí)行進(jìn)水操作，進(jìn)入下一環(huán)節(jié)，直至洗衣工作結(jié)