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【正文】 振蕩電路?????????????????????? 12 報警電路?????????????????????????? 12 負載驅(qū)動 電路???????????????????????? 12 指示燈電路圖???????????????????????? 13 電動機的控制電路??????????? ????????? 14 4 洗衣機 系統(tǒng)軟件設計 ?????????????????? 14 系統(tǒng)流程圖 ???? ???????????????? 14 程序 ???? ???????????????? 16 5 試驗結(jié)論 ?????????????????????? ???? 32 參考文獻 ??????????????? ??????????? ?? 32 附錄 ???????????????????????????? ?? 32 致謝 ???????????????????????????? ?? 32 44 4 1 國內(nèi) 洗衣機 發(fā)展現(xiàn)狀 前言 隨著電子技術(shù)迅猛發(fā)展，電子材料發(fā)展也尤為迅速，使得一些產(chǎn)業(yè)發(fā)展也很快，電子器件和各種集成器件發(fā)展也比較迅速，表現(xiàn)突出的有單片機。 單片機具有集成度高、運算速度快、體積小、運行可靠、價格低廉等特點 , 因此在過程控制、數(shù)據(jù)采集、機電一體化、智能化儀表、家用電器以及網(wǎng)絡技術(shù)等 方面得到廣泛 用。實踐證明 , 用于 家用電器中的洗衣機控制系統(tǒng)具有精度高、功能強、經(jīng)濟性好的特點 ,無論在提高產(chǎn)品質(zhì)量還是產(chǎn)品數(shù)量 , 節(jié)約能源 , 還是改善勞動條件等方面都顯示出無比的優(yōu)越性。 單片機的發(fā)展帶動了自動化控制的發(fā)展，使得單片機應用廣泛，它可以涉及到政府 、 軍事 、 金融 、 科技 、 文教等各個領域，所以單片機的應用就顯得越來越重要了。本論文就是依據(jù)單片機強大的控制為核心，設計出了洗衣機的智能化控制系統(tǒng)。論文主要由傳感器采集信號 、 AT89C2051單片機數(shù)據(jù)處理 、 鍵盤控制 、執(zhí)行控制電路 、 LCD顯示幾部分組成。 洗衣機概述 隨著人們的生活水平 的日益提高，洗衣機的使用也越來越普及，目前全國的洗衣機的年產(chǎn)量已超過 1000 萬臺。洗衣機的分類較多，根據(jù)不同的角度大致可分如下幾類： 洗衣機從不同洗衣的原理來說可分為波輪洗衣機、滾筒洗衣機、以及攪拌式洗衣機。 洗衣機從結(jié)構(gòu)上又可分為：單缸和雙缸洗衣機； 洗衣機從水流方式上又可分為：瀑布水流、手搓水流、懸浮水流等； 洗衣機從電機的驅(qū)動方式上又可分為：間接驅(qū)動和直接驅(qū)動（ DD 型洗衣機）； 從洗衣機的電機的驅(qū)動電源的不同可分為：普通洗衣機和變頻洗衣機，其中變頻洗衣機又可分為：直流變頻洗衣機和交流變頻洗衣機； 從洗 衣機的顯示方式來分有： LED 燈顯示、數(shù)碼管顯示、 LCD 顯示、以及 VFD顯示。 目前在國內(nèi)波輪洗衣機占洗衣機用量的大部分，滾筒洗衣機和攪拌式洗衣機在國內(nèi)很少，主要在歐美的家庭大量使用。但近幾年滾筒洗衣機洗衣機在國內(nèi)的市場 呈快速增長。 波輪洗衣機主要功能完成洗衣過程中的進水、排水、洗滌、漂洗、脫水、自動跳電 、故障自檢等功能。目前市場推出的健康型洗衣機還要完成消毒、殺菌功 能。 滾筒洗衣機的主要功能除上面提到的波輪洗衣機的主要功能外，還有給水加熱和溫控，以及烘干衣物等功能。 2 智能洗衣機 設計原理 設計思路和結(jié)構(gòu)框架 智能洗衣機 設計主要部分有：單片機 CPU處理數(shù)據(jù)， 溫度傳感器采集模塊 ，LCD 顯示模塊，鍵盤控制模塊， 指示燈模塊 ,控制執(zhí)行模塊 ,加熱模塊 。 智能洗衣機 設計思路： 采用 AT89C2051 作為控制核心 .其中 , ~~ 顯示數(shù)據(jù) 輸出 口 , ~~ 作為 鍵盤掃描 的輸入輸出 口 , ~~~ 顯示 數(shù)據(jù) 控制線 , 22 2 、 分別為 檢測水 是否加 滿 和 檢測水 是否 排光 、 分別 控制啟動進 水閘 和控制啟動 排水閘 , 控制報警 喇叭 , 、 控制電機正反轉(zhuǎn) , 、 、 控制各種 狀態(tài) 指示 燈 , 溫 度傳感 器 DS18B20, 控制 加熱器 . 、 、 三個口暫時沒有用到 。 當洗衣機通電以后 ,LCD 顯示 ”Hello Wele to Washing System !”,即為初始狀態(tài) ,蓋子打開或按下復位鍵或是電路不穩(wěn)定的時候都會出現(xiàn)此狀態(tài) ,各個鍵盤功能如下 : K1 鍵選擇為是否進入自動 3 次洗衣 (加溫 .脫水 )。 K2 鍵選擇為是否進入自動 2 次洗衣 (加溫 .脫水 )。 K3 鍵為選擇是否進入 強 洗一次 (不加溫 不脫水 )。 K4 鍵 為選擇是否進入 弱 洗一次 (不加溫不脫水 )。 K5 鍵 為選擇是否進入脫水 , K6 鍵 是否進入加溫 。 K7 鍵 對洗衣或脫水時間分鐘加 1 或是加熱要達到的溫度加 1。 K8 鍵 對洗衣或脫水時間分鐘減 1 或是加熱要達到的溫度減 1。 K9 鍵 確定和暫停 。 當 K1 和 K9 組合按下后 ,選擇自動洗衣服 3 次， K1~~K6 被屏蔽掉 ,K7~~K9有效 ,系統(tǒng)將進入加水 .加溫 (可調(diào) ).洗衣 .排水 .加水 .洗衣 .排水 .加水 .洗衣 .排水 .脫水 .停 .報警 30 秒 .中間可以按下暫停 . 當 K2 和 K9 組合按下后，選擇自動洗衣服 2 次， K1~~K6 被屏蔽 掉 ,K7~~K9有效 ,系統(tǒng)將進入加水 .加溫 (可調(diào) ).洗衣 .排水 .加水 .洗衣 .排水 .脫水 .停 .報警 30 秒 .中間可以按下暫停 . 當 K3 和 K9組合按下后，選擇自動強洗衣服一次， K1~~K6被屏蔽掉 ,K7~~K9有效 ,系統(tǒng)將進入加水，洗衣，排水。中間可以按下 K7 或 K8 增加和減少洗衣時間和暫停。 當 K4 和 K9組合按下后，選擇自動弱洗衣服一次， K1~~K6被屏蔽掉 ,K7~~K9有效 ,系統(tǒng)將進入加水，洗衣，排水。中間可以按下 K7 或 K8 增加和減少洗衣時間和暫停。 當 K5 和 K9 組合按下后，選擇自動脫水， K1~~K6 被屏蔽掉 ,K7~~K9 有效 ,系統(tǒng)將進入排水，脫水。中間可以按下 K7 或 K8 增加和減少脫水時間和暫停。 當 K6 和 K9 組合按下后，選擇加溫， K1~~K6 被屏蔽掉 ,K7~~K9 有效 ,系統(tǒng)將進入加水，加溫。中間可以按下 K7 或 K8 增加和減少要求達到的溫度和暫停。 當系統(tǒng)完成一個動作的時候比如加水超過 3 分鐘，排水超過 3 分鐘，加熱超過 8 分鐘，洗衣服結(jié)束，脫水結(jié)束，加熱結(jié)束，都會報警，如果沒有按鍵按下，報警 30 秒后恢復初始狀態(tài)，工作中間打開蓋子也會恢復到初始狀態(tài)。 33 3 圖 1． 智能洗 衣機 結(jié)構(gòu)框圖 溫度傳感器 【 1】 單線數(shù)字溫度計 DSl8B20[1]介紹 ： DSl8B20 數(shù)字溫度計提供 9 位 (二進制 )溫度讀數(shù)指示器件的溫度信息經(jīng)過單線接口送入 DSl8B20 或從 DSl8B20 送出 ， 因此從主機 CPU到 DSl8B20 僅需一條線 (和地線 )， DSl8B20 的電源可以由數(shù)據(jù)線本身提供而不需要外部電源 ， 因為每一個 DSl8B20 在出廠時已經(jīng)給定了唯一的序號 ， 因此任意多個 DSl8B20 可以存放在同一條單線總線上 ， 這 就 允許在許多不同的地方放置溫度敏感器件 。 每只 DS18B20 都可以設置成兩種供電方式即數(shù)據(jù)總線供電方式和外部供電方式采取數(shù)據(jù)總線供電方式可以節(jié)省一根導線但完成溫度測量的時間較長采取外部供電方式則多用一根導線但測量速度較快 ，所以我們采用如圖 2 單線連接的方式采集。 DS18B20 溫度 AT89S51 單片機 LCD 顯示 模塊 鍵盤對應的狀態(tài)指示燈 鍵 盤 控 制 加熱裝置 報警器 電機控制 開關水閘 水位控制 44 4 圖 2．溫度傳感器單線連接圖 【 2】 DS18B20 的特性 ： DS18B20 可以程序設定 9～ 12 位的分辨率，精度為 177。176。C ?？蛇x更小的封裝方式，更寬的電壓適用范圍。分辨率設定，及用戶設定的報警溫度存儲在EEPROM 中，掉電后依然保存 。 存儲用戶定 義報警溫度、分辨率參數(shù)的 EEPROM，精度降低為 177。2176。C ，適用于對性能要求不高，成本控制嚴格的應用，是經(jīng)濟型產(chǎn)品。 【 3】 DS18B20 的主要特性 如下： ，電壓范圍： ～ 。 ， DS18B20 在與微處理器連接時僅需要一條口線 支持多點組網(wǎng)功能，多個 DS18B20 可以并聯(lián)在唯一的三線上 。 在使用中不需要任何外圍元件， － 55℃ ～＋ 125℃ ，在 10～ +85℃ 時精度為 177?！? ：電源 極性接反時，芯片不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。 DS1820 工作主程序流程圖如 3 所示。 圖 3． DS18B20 主程序流程圖 AT89C2051 單片機 1820 復位 開始 讀取溫度 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換 顯示 結(jié)束 55 5 繼電器工作原理 繼電器 [4]可以分為很多種，有塑殼式短路器，中間繼電器，時間繼電器，電流繼電器，熱繼電器，速度繼電器，固體繼電器等，本論文采用就是固體繼電器。 【 1】 固體繼電器工作原理 ： 固體繼電器 (Solid State Relays,縮寫 SSR)是一種無觸點電子開關，由分立元器件、膜固定電 阻網(wǎng)絡和芯片，采用混合工藝組裝來實現(xiàn)控制回路 (輸入電路 )與負載回路 (輸出電路 )的電隔離及信號耦合， 由固體器件實現(xiàn)負載的通斷切換功能，內(nèi)部無任何可動部件。 繼電器 主要由輸入 (控制 )電路，驅(qū)動電路和輸出 (負載 )電路三部分組成。固體繼電器的輸入電路是為輸入控制信號提供一個回路，使之成為固體繼電器的觸發(fā)信號源。固體繼電器的輸入電路多為直流輸入，個別的為交流輸入。直流輸入電路又分為阻性輸入和恒流輸入。阻性輸入電路的輸入控制電流隨輸入電壓呈線性的正向變化。恒流輸入電路，在輸入電壓達到一定值時，電流不再隨電壓的升高而明顯增 大，這種繼電器可適用于相當寬的輸入電壓范圍。 【 2】固體繼電器引腳圖： 本繼電器有六個端口，采用輸入控制繼電器的閉合或斷開（ ON/OFF）輸出，它們可以直接控制其它外圍電路。引腳如下圖 7 所示，有 NC、 COM 、 NO、 L L2。 NC： Normal Close，常閉點。以 COM 為共同點， NC 與 COM 在平時是呈導通的狀態(tài)。 COM： Common，共同點。輸出控制接點的共同接點。 NO： Normal Open，常開點。 NO 與 COM 平時呈開路狀態(tài)，當繼電器動作時， NO 與 COM 導通， NC 與 COM 則呈開路狀態(tài)。 L1：繼電器輸入控制。 L2：繼電器輸入控制。 圖 鍵盤工作原理 鍵盤 有獨立鍵盤和矩陣鍵盤，它是由一組開關所組成。通常按鍵所用開關為機械彈性開關，當按下鍵帽時，按鍵內(nèi)的復位彈簧被壓縮，動片觸點與靜片觸點相連，鍵盤的兩個引腳被接通，松手后，鍵盤的兩個引腳被斷開，理想狀態(tài)下，按鍵引腳電平變化如圖 9所示，但是實際機械開關是有抖動的，一般 5～ 10ms，在這段時間里會連續(xù)產(chǎn)生多個脈沖，在段開的時候也不會一下子斷開按鍵同樣有抖動電平如圖 10所示，論文按鍵電路設計如圖 11 所示。 按鍵的確認可以判斷按鍵的閉合，但是必須消除按鍵抖動，本論文用軟件來66 6 實現(xiàn)，即在第一次檢測到有按鍵被按下的時候去執(zhí)行一段延時 12～ 15ms 的子程序，從而可以消抖。 圖 圖 本系統(tǒng) 中使用了 3*3 矩陣鍵盤，使用了 — ， 首先給列全為高電平，行全為低電平，定時掃描，讀出 P1 口的值，如果依然列全為高 ，行全為低的話，說明沒有按鍵按下，否則就是有按鍵按下，如果有按鍵按下的話，去抖，然后給出第一行為低電平 ，其他的都為高電平 ，掃描第一列，第二列，第三列，如果第 N 列讀出的是低電平，說明是第一行的第 N 列 為按下的鍵，依次給出第二行，第三行為低電平，同樣掃描，可以得到鍵值。 AT89S51 單片機的 工作原理 以 ATMEL 公司生產(chǎn)的 51 系列家族的 AT89S51 單片機來講解， AT89S51 是目前最常用的單片機，其中 AT89S51 為標準 51 單片機，當然其功能比早期的 51 單片機更強大，支持 ISP 在系統(tǒng)編程技術(shù)，內(nèi)置 、 AT89S51 單片機引腳介紹 AT89S51 有 PDIP、 PLCC、 TQFP 三種封裝方式，其中最常見的就是采用 40Pin封裝的雙列直接 PDIP 封裝，外形結(jié)構(gòu)下圖。 40 個引腳，引腳的排列順序為從靠芯片的缺口（見右圖）左邊那列引腳逆時針數(shù)起，依次為 4。 40，其中芯片的 1 腳頂上有個凹點（見右圖）。在單片機的 40 個引腳中，電源引腳 2 根，外接晶體振蕩器引腳2根，控制引腳 4 根以及 4 組 8 位可編程 I/O 引腳 32根。 主電源引腳（ 2根） VCC(Pin40)：電源輸入，接＋ 5V 電源 GND(Pin20)：接地線 外接晶振引腳（ 2根） XTAL1(Pin19)：片內(nèi)振蕩電路的輸入端 XTAL2(Pin20)：片內(nèi)振蕩電路的輸出端 控制引腳（ 4 根） RST/VPP(Pin9)：復位引腳，引腳上出現(xiàn) 2 個機器周期的高電平將使單片機復位。 ALE/PROG(Pin30)：地址鎖存允許信號 PSEN(Pin29)：外部存儲器讀選通信號 理想按鍵電壓波形 按下 釋放 實際按鍵電壓