【正文】 Y N Y N Y N 漂洗 開進(jìn)水閥 開排水閥 濁度檢測 跳出漂洗模式 24 “脫水”子程序 漂洗過程結(jié)束后，程序轉(zhuǎn)入“脫水”狀態(tài)。漂洗程序流程如圖 所示。兩種洗滌模式的流程如圖 所示。然后 MCU 接通洗滌電機(jī)的電源，帶動(dòng)波輪旋轉(zhuǎn)即可進(jìn)行洗滌。 BACK 入口 值為 1？ 值為 2？ 值為 3？ 值為 4？ 值為 5？ 值為 6？ 值為 7？ 返回 圖 工作模式設(shè)定程序流程 讀入模式標(biāo)志變量值 “厚物洗滌”子程序 N “薄物洗滌”子程序 “漂洗”子程序 “脫水”子程序 系統(tǒng)暫停，設(shè)置標(biāo)志 系統(tǒng)停止，蜂鳴提示 Y Y Y Y Y N N N N Y 系統(tǒng)報(bào)警，蜂鳴提示 N N Y 22 “厚物洗滌”與“薄物洗滌”子程序 單片機(jī)通過不同的條件來判斷執(zhí)行不同的洗滌方式。系統(tǒng)的七種模式可由倒計(jì)時(shí)程序或系統(tǒng)傳感器的輸入信號(hào) 來自動(dòng)設(shè)置，也可由用戶通過按鍵輸入來改變。 BACK 入口 值為 0？ 值為 4？ 值為 1？ 值為 5？ 值為 9？ 值為 2？ 值為 6？ 返回 圖 鍵盤服務(wù)子程序 Y 讀取鍵值 工作模式 1：厚物洗滌 N 工作模式 2：薄物洗滌 “開始”鍵，系統(tǒng)工作 工作模式 5：暫停 工作模式 6：停止 工作模式 7：報(bào)警 機(jī)蓋打開，系統(tǒng)暫停 Y Y Y Y Y Y N N N N N N Y 21 工作模式設(shè)定程序 單片機(jī)根據(jù)鍵盤和倒計(jì)時(shí)模塊輸入的命令來判斷系統(tǒng)當(dāng)前應(yīng)進(jìn)入的工作模式。每一次掃描僅作一次判斷，并設(shè)置相應(yīng)的系統(tǒng)工作模式標(biāo)志，以此來決定整機(jī)的工作狀態(tài)與下達(dá)動(dòng)作指令。 讀取鍵值 N Y 鍵盤服務(wù)子程序 20 鍵盤服務(wù)子程序 鍵盤服務(wù)子程序是根據(jù)按鍵指令來決定系統(tǒng)工作的服務(wù)程序，它僅在鍵值有效時(shí)才被調(diào)用執(zhí)行，這樣可充分利用單片機(jī)內(nèi)有限的硬件資源，加快程序的運(yùn)行速度和減短程序的掃描周期。 高 4 位置 1，放入 4 列。 低 4 位置 1，放入 4 行。當(dāng)有按鍵被按下時(shí)，程序才調(diào)用相應(yīng)的服務(wù)子程序。掃描矩陣鍵盤的程序流程圖如圖 所示。 BACK 入口 N AD 結(jié)果顯示允許？ Y AD 結(jié)果小于濁度閥值？ 返回 圖 ADC 子程序流程圖 打開 AD 片選 啟動(dòng) AD 轉(zhuǎn)換 轉(zhuǎn)換結(jié)果送顯示 讀取 AD 數(shù)據(jù)賦給單片機(jī) P1 口 漂洗標(biāo)志置 0 N Y 漂洗標(biāo)志置 1 19 鍵盤掃描子程序 本設(shè)計(jì)采用 4 4 矩陣鍵盤作為系統(tǒng)輸入模塊，其 4 根行線和 4 根列線都由單片機(jī) P3 口的 8 個(gè)位來控制。當(dāng)本子程序被調(diào)用時(shí)，會(huì)先啟動(dòng) AD 轉(zhuǎn)換并讀取數(shù)據(jù)，若轉(zhuǎn)換結(jié)果允許顯示，則調(diào)用顯示 AD 結(jié)果的子程序，否則其數(shù)據(jù)就僅僅用于給單片機(jī)判斷濁度，這樣避免了不必要的顯示，提高程序 效率。顯示時(shí)間子程序如圖 所示。 BACK 中斷入口 中斷返回 圖 中斷程序 顯示時(shí)間子程序 顯示時(shí)間子程序用于洗衣機(jī)的倒計(jì)時(shí)時(shí)間顯示。 BACK 入口 N 中斷 20 次？ Y 分鐘值 0？ N Y 分鐘值為 0 . 返回 圖 計(jì)算時(shí)間子程序流程 0 秒值 60？ N Y 秒值自減 1 秒值 =59 分值自減 1 0 秒值 59？ N Y 秒值自減 1 關(guān)定時(shí)器 17 中斷程序 系統(tǒng)用定時(shí)計(jì)數(shù) 器 0 工作在方式 0，每 500 毫秒溢出產(chǎn)生一次計(jì)數(shù)中斷，用于定時(shí) 1 秒鐘的計(jì)時(shí)服務(wù)。在分鐘變量與秒鐘變量被重新賦初值后， 程序會(huì)根據(jù)系統(tǒng)當(dāng)前工作模式來決定是否開啟定時(shí)器。分鐘值則以秒值的變化情況作為條件作出相應(yīng)的計(jì)算。這樣即使系統(tǒng)長時(shí)間地處在暫?；蛲Ｖ?fàn)顟B(tài)下，依然能夠及時(shí)響應(yīng)用戶的操作，快速恢復(fù)到正常的工作狀態(tài)中，有效避免程序跑飛使控制器死機(jī)的情況。當(dāng)按下“開始”鍵后，系統(tǒng)就開始倒計(jì)時(shí)，并進(jìn)入相應(yīng)的工作模式程序開始洗滌。 BACK 圖 繼電器原理圖 外殼 吸簧 浮子 液面 15 3 系 統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)主程序 根據(jù)硬件設(shè)計(jì)要求，控制主程序流程如圖 所示。當(dāng)繼電器線圈兩端有電流時(shí)，線圈產(chǎn)生的磁通使銜鐵吸向鐵芯極面，從而推動(dòng)常閉觸點(diǎn)斷開，常開觸點(diǎn)閉合；當(dāng)線圈兩端電流小于一定值時(shí)，機(jī)械反力大于電磁吸力，銜鐵回到初始狀態(tài)，常開觸點(diǎn)斷開，常閉觸點(diǎn)接通。水位傳感器結(jié)構(gòu)示意圖如圖 所示。當(dāng)水位有變化時(shí)，浮子隨著水位上下浮動(dòng)，內(nèi)置磁石使對(duì)應(yīng)高度的簧片吸合，觸點(diǎn)導(dǎo)通；浮子離開時(shí)，當(dāng)前觸點(diǎn)斷開，到下一個(gè)觸點(diǎn)吸合。水閥電路如圖 所示。 圖 電機(jī)控制部分 水閥 水閥的動(dòng)作采用電磁閥控制，使用兩 只 HRS2HS 電磁繼電器耦合來控制兩個(gè)大功率電磁閥 。 BACK 圖 單相交流電機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制 在本設(shè)計(jì)中，采用兩只 HJR12C 電磁繼電器控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)，一只 HRS2HS電磁繼電器控制電機(jī)的旁路繞阻以實(shí)現(xiàn)脫水時(shí)電機(jī)的高轉(zhuǎn)速工作。 電機(jī)的調(diào)速是通過一個(gè)串接線圈實(shí)現(xiàn)。 BACK 13 普通 單相電機(jī)這兩個(gè)繞組完全一樣，互相可以交換 。在啟動(dòng)繞組上串聯(lián)一個(gè)容量較大的啟動(dòng)電容，由于電容器作用使啟動(dòng)繞組中的電流在時(shí)間上比運(yùn)行繞組超前 90 度角，先到達(dá)最大值。 TS 濁度傳感器及其數(shù)據(jù) AD 采樣電路如圖 所示。 ADC0804 引腳如圖 所示。逐次比較型AD 由一個(gè)比較器和 DA 轉(zhuǎn)換器通過逐次比較邏輯構(gòu)成，從 MSB 開始，順序地對(duì)每一位將輸入電壓與內(nèi)置 DA 轉(zhuǎn)換器輸出進(jìn)行比較，經(jīng)多次比較而輸出數(shù)字值。 BACK 表 洗滌水濁度與洗滌參考時(shí)間的關(guān)系 序號(hào) 污濁程度 A（十進(jìn)制 A/D 值） 洗滌時(shí)間（ min） 1 A ≤ 55 6 2 55 A ≤ 94 8 3 94 A ≤ 126 10 4 126 A ≤ 152 12 5 152 A ≤ 173 14 6 173 A ≤ 191 16 7 191 A ≤ 208 18 8 A 208 20 12 ADC0804 是用 CMOS 集成工藝制成的逐次比較型摸數(shù)轉(zhuǎn)換芯片。實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)不同容量的洗衣機(jī)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)來確定更準(zhǔn)確的濁度值與對(duì)應(yīng)的洗滌時(shí)間。 BACK （ a）圖為洗滌全過程的濁度變化 （ b）圖為輕污和重污的透光度比較 圖 洗滌水的透光度與洗滌時(shí)間 t 的關(guān)系曲線 在節(jié)能洗衣機(jī)系統(tǒng)中，濁度傳感器安裝在洗衣機(jī)的排水管口附近，如圖 所示，在洗衣機(jī)開始排水時(shí)啟動(dòng)數(shù)據(jù)采集進(jìn)行水 質(zhì)檢測，并將檢測結(jié)果送單片機(jī)。 通過測量接收端的電 壓 ，就可以計(jì)算出水的污濁程度。 BACK 圖 TS 濁度傳感器結(jié)構(gòu)原理圖 11 濁度 傳感器的工作原理是：當(dāng)光線穿過一定量 的水時(shí)，光線的透過量取決于該水的污濁程度 ： 水越污濁，透過的光就越少。 BACK 圖 七段數(shù)碼管顯示 濁度檢測模塊設(shè)計(jì) 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(jī)、洗碗機(jī)等產(chǎn)品的水污濁程度的測量 ，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理圖如圖 所示。 在多位 LED 顯示時(shí)，通常將所有位的段碼線相應(yīng)段并聯(lián)在一起，由 1 個(gè) 8 位I/O 口控制，形成段碼線的多路復(fù)用，而各位的共陰極或共陽極分別由相應(yīng)的地址線控制，形成各位的分時(shí)選通 [16]。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 [15]。 BACK 七段數(shù)碼管顯示 LED（ Light Emiting Diode）是發(fā)光二極管英文名稱的縮寫。鎖存器的引腳功能與封裝如圖 。本設(shè)計(jì)使用的 74HC573 鎖存器的真值表如表 所示。 BACK 9 圖 LED 狀態(tài)指示燈 鎖存器 (Latch)是一種對(duì)脈沖電平敏感的存儲(chǔ)單元電路，它們可以在特定輸入脈沖電平作用下改變狀態(tài)。本系統(tǒng)用六個(gè)發(fā)光二極管作 為狀態(tài)指示燈，使用共陽極接法，由單片機(jī) P1 口通過一個(gè)鎖存器來控制它們的亮滅。 STC89C52 單片機(jī) 主要功能如表 所示； 其 封裝與引腳排列如圖 所示，其在系統(tǒng)中的工作電路如圖 所示。 STC89C52是一種帶 8K 字節(jié)閃爍可編程可檫除只讀存儲(chǔ)器的低電壓，高性能 COMOS8 的微處理器。電源模塊的電路原理圖如圖 所示。 本機(jī)電源采用雙路輸出 +5V 和 +12V，分別用于提供電子電路工作電源和電磁閥驅(qū)動(dòng)電源。 BACK 圖 波輪洗衣機(jī)結(jié)構(gòu)圖 MCU AD轉(zhuǎn)換 排水閥 濁度檢測 進(jìn)水閥 按鍵輸入 電機(jī)驅(qū)動(dòng) 倒計(jì)時(shí)顯示 LED 指示燈 機(jī)蓋 內(nèi)桶 外桶 吸簧式水位傳感器 TS 濁度傳感器 排水閥 排水管 顯示模塊 MCU 控制單元與按鍵 進(jìn)水閥 機(jī)蓋動(dòng)作開關(guān) 洗衣波輪 承重彈簧與過載檢測 驅(qū)動(dòng)電機(jī) 減速器與傳動(dòng)裝置 機(jī)蓋開關(guān) 水位傳感器 7 模塊電路設(shè)計(jì)與元件選擇 電源設(shè)計(jì) 電源模塊是為整個(gè)電路系統(tǒng)和伺服機(jī)構(gòu)提供能源和動(dòng)力的重要保證。若在任何一次漂洗結(jié)束時(shí)進(jìn)行的濁度檢測結(jié)果表明洗滌水已足夠清凈，程序就會(huì)直接跳轉(zhuǎn)至“脫水”模式進(jìn)行衣物脫水，從而節(jié)約了大量的冗余漂洗時(shí)間和能源。 BACK 圖 節(jié)能洗衣機(jī)系統(tǒng)組成 本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)洗衣機(jī)整個(gè)洗衣過程的控制，包括用戶參數(shù)輸入， 洗滌，漂洗，濁度檢測，脫水等幾大步驟。節(jié)能洗衣機(jī)系統(tǒng)由主控制器、按鍵、濁度傳感器、倒計(jì)時(shí)顯示、狀態(tài)顯示和電機(jī)水閥伺服機(jī)構(gòu)等幾大模塊組成，由程序控制實(shí)現(xiàn)洗衣過程的節(jié)能化與自動(dòng)化。 BACK 6 綜上所述，本次設(shè)計(jì)采用 51 系列的 STC89C52 單片機(jī)作為主控芯片。由于 51 系列單片機(jī)技術(shù)成熟，加上其多功能，低功耗等特點(diǎn)，能滿足不同系統(tǒng)的應(yīng)用需要。 BACK 家用洗衣機(jī)要求體積小，容量大，并且功能完備，因此要求控制器體積小，以便能嵌入其結(jié)構(gòu)之中；且控制功能靈活，以實(shí)現(xiàn)不同用戶的需求。 BACK 51 系列單片機(jī)方案 51 系列單片機(jī)的優(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)，它不僅能對(duì)片內(nèi)某些特殊功能寄存器的某位進(jìn)行處理，還能進(jìn)行位的邏輯運(yùn)算。 BACK 由于該系列單片機(jī)的專用寄存器（ SFR）并不像 51 系列那樣都集中在一個(gè)固定的地址區(qū)間內(nèi) (80～ FFH)，而是分散在四個(gè)地址區(qū)間內(nèi)，有 5 個(gè)專用寄存器，得反復(fù)地選擇對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)體，給編程控制帶來麻煩。采用 Harvard 雙總線結(jié)構(gòu)，運(yùn)行速度快。但其造價(jià)昂貴，大批量生產(chǎn)費(fèi)用很高，不適用于一般家電使用，故不選用此方案。 PLC 是一種數(shù)字式運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，集成度高，工作穩(wěn)定可靠，且外圍接口多，編程方便，是專為工業(yè)環(huán)境下的系統(tǒng)應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。 BACK 設(shè)計(jì)內(nèi)容 本文（設(shè)計(jì)）是“基于單片機(jī)的洗衣機(jī)節(jié)水控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)”，系統(tǒng)以STC89C52 單片機(jī)為控制核心，通過 TS 濁度傳感器檢測電路送回的數(shù)據(jù)對(duì)洗滌水的濁度進(jìn)行判斷，通過洗衣水的污濁程度來決定是否繼續(xù)漂洗以及漂洗所需用時(shí)，實(shí)現(xiàn)對(duì)洗衣過程的實(shí)時(shí)檢測與控制，達(dá)到用最少的能耗實(shí)現(xiàn)最大程度地清潔衣物的目的。 通常 的 洗衣機(jī)會(huì)優(yōu)先滿足洗凈比的要求，而對(duì)能耗和耗水量的考慮則較少 ， 造成水電的浪費(fèi)。一臺(tái) 公斤模糊洗衣機(jī)的用水量比雙缸洗衣機(jī)節(jié)水一半，省電 10%[5]。 BACK 隨著模糊技術(shù)的發(fā)展，多種多樣的模糊技術(shù)產(chǎn)品相繼問世，已有洗衣機(jī)、電視機(jī)、電冰 箱、空調(diào)器、攝像機(jī)、吸塵器、微波爐等 40 多種。針對(duì)滾筒洗衣機(jī)在洗滌狀態(tài)下負(fù)載偏心的特點(diǎn)，建立了滾筒洗衣機(jī)洗滌狀態(tài)下衣物的動(dòng)力學(xué)數(shù)學(xué)模型，并利用Simulink 進(jìn)行了負(fù)載特性的仿真。首先，針對(duì)滾