【正文】 .........................................24 1 基于單片機的全自動洗衣機控制系統(tǒng) 設(shè)計 摘 要 ： 全自動洗衣機電腦程控器由東芝單片機控制。由于其具有內(nèi)存容量大、輸入輸出口多、I/O 的驅(qū)動能力強、指令系統(tǒng)豐富等特點，將其應(yīng)用在家用電器控制中，可大大簡化系統(tǒng)的硬件電路，使系統(tǒng)具有更高的可靠性。軟件編程實現(xiàn)多功能、多程序方便用戶選擇和出廠調(diào)試。 Software programming 3 第一章 功能設(shè)計 洗衣機是一種在家庭中不可缺少的家用電器，發(fā)展非?？?，全自動式洗衣機因使用方便得到大家的青睞，全自動即進水、洗滌、漂洗、甩干等一系列過程自動完成，控制器通常設(shè)有幾種洗滌程序，對不同的衣物可供用戶 選擇。 程控器功能設(shè)計及說明 參考數(shù)據(jù)： （ 1）最高工作電壓為 （ 2）最低工作電壓與時鐘頻率有關(guān)： 16MHZ 時為 ， 8MHZ 時為 （ 3）在該洗衣機控制電路中需要 +5V直流電供給單片機及顯示部分， +12V 直流電源驅(qū)動繼電器和蜂鳴器， 220V交流電源驅(qū)動電機和各種交流電磁閥。 六個全自動程序功能設(shè)計 六個全自動程序，各程 序洗衣特點如表 11所示： 表 11 六種全自動程序洗衣特點 程序 水流及特點 缺省時間 標準 洗滌 12 分鐘，漂洗 2 次，脫水 6 分鐘， 洗凈能力強。 10 分鐘 纖細 洗滌 10 分鐘，漂洗 2 次，脫水 2 分鐘， 適合洗滌纖細及高檔衣物。 47 分鐘 防皺 洗滌 8 分，漂洗 2 次，免脫水 (僅排水 )，洗滌 怕脫水時皺折衣物。 34 分鐘 預(yù)約功能設(shè)計 按動預(yù)約鍵， 數(shù)碼管閃爍顯示預(yù)約洗衣開始時間進入預(yù)約設(shè)定狀態(tài)，可在 １～ 48小時之間選擇。到 48 小時后再按一次回到起始狀態(tài)。在預(yù)約啟動后若開蓋，則程序報警提示。斷開超過 200ms，判斷為開蓋。 不平衡調(diào)整的工作過程 進入不平衡調(diào)整狀態(tài)，在 漂洗狀態(tài)原選中的燈進行閃爍顯示，脫水狀態(tài)則回到漂洗燈閃爍顯示。若進行如此 2 次修正無效后，則蜂鳴器報警，等待人工處理。 第二， 洗衣程序結(jié)束并進行六次蜂鳴后即時自動切斷電源。具體洗滌方式如表 12所示。 表 13 故障報警工作狀況 故障原因 故障顯示 蜂鳴報警 報警解除 進水報警 進水 16 分鐘不到設(shè)定水位 數(shù)碼顯示 “E1” 蜂鳴器連續(xù)鳴響10 秒鐘，若報警未被解除 ,以后每隔 16 分鐘重復(fù)蜂鳴 10 秒鐘 打開機蓋 , 處理故障 , 然后關(guān)上 機蓋，解除報警 排水報警 排水 4 分鐘不到空水位 數(shù)碼顯示 “E4” 開蓋報警 預(yù)約啟動后開蓋；進入脫水狀態(tài)時開蓋 數(shù)碼顯示 “E2” 不平衡報警 第 3 次不平衡檢測 數(shù)碼顯示 “E3” 桶潔凈功能設(shè)計 目的就是洗衣結(jié)束后清潔洗衣桶。在此工作狀態(tài)下只有啟 /停鍵及電源鍵響應(yīng)，僅有脫水一個燈閃爍。在童鎖工作狀態(tài)下，數(shù)碼管顯示“ CL” ，而且所有按鍵均封鎖住不可選，再按水位＆功能鍵可以解除童鎖功能。 面板簡圖 如圖 11所示： 8 檔水位采用 4 個燈，一個發(fā)光二極管可以顯示兩種狀態(tài)，達到節(jié)省硬件的目的。 圖 11 面板簡圖 6 第二章 設(shè)計方案選擇和確定 目前主要應(yīng)用的單片機機型 （ 1） Intel 公司的單片機 Intel 是最早推出單片機的公司之一，主要有 MCS4 MCS51 系列 8 位單片機和MCS96 系列的 16 位單片機。這幾年 Intel 公司注重于奔騰系列微處理器，沒有推出新的單片機。 在本洗衣機控制系統(tǒng)中，要求洗衣機能自動檢測水位、水溫、門開關(guān)等參數(shù)，自動確定標準洗及快速洗等時間、漂洗次數(shù)，并能自動控制洗衣機電機、進水閥、排水閥的工作，同時要求有七個按鍵輸入和六路顯示電路，因此該系統(tǒng)是一個多輸入、多輸出系統(tǒng)。 綜合上述考慮，決定選用內(nèi)部有 A/D 轉(zhuǎn)換器、驅(qū)動能力強的 TOSHIBA 單片機作為該 系統(tǒng)的微處理器， TMP86C846N 單片機是 TLCS870/C 系列單片機中的典型產(chǎn)品，具有高速率、高性能、低功耗的優(yōu)點，且結(jié)構(gòu)先進、功能強大。 負載控制電路的選擇 在洗衣機工作過程中，需要電機的正反轉(zhuǎn)、進水電磁閥及排水電磁閥的頻繁動作，因此就需要一種能適應(yīng)工作于 頻繁切換場合的開關(guān)器件來控制這些負載的工作。由于這些開關(guān)在開斷的過程中，存在著機械觸點的位移和產(chǎn)生電火花的可能，所以一般都有著動作速度慢和維修工作量大等缺陷。 晶閘管作為交流無觸點開關(guān)沒有以上普通開關(guān)的各種缺陷，在控制中有著動作快、維修量少、通斷次數(shù)幾乎無限制和沒有噪音等優(yōu)點，因此應(yīng)用廣泛。 7 第三章 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計 硬件結(jié)構(gòu)概述及組成框圖 概述 本程控器有七個按鍵 (水位 K程序 K功能 K水溫 K啟動 /暫停 K預(yù)約K電源 K7)，十四個 發(fā)光二極管（四個八檔水位顯示、三個程序顯示、四個功能顯示、兩個進水顯示、一個預(yù)約顯示），一個雙位數(shù)碼管，實現(xiàn)對洗衣機運行狀態(tài)的選擇和顯示。 組成框圖 單片機按 鍵 輸 入電 機 正 轉(zhuǎn)蜂 鳴 報 警排 水 牽 引 線熱 水 進 水 閥冷 水 進 水 閥L E D 顯 示 器電 機 反 轉(zhuǎn)水 位 頻 率 信 號 圖 31 硬件結(jié)構(gòu)組成框圖 微處理器 TMP86C846N 的封裝及引腳功能 TMP86C846N 為 SDIP42 密腳雙列直插封裝，引腳 排列如圖 32 所示。 表 31 TMP86C46N 的引腳功能 引腳名 一般 I/O 功能 特殊 I/O 功能 P07(INT4) 8 位雙向輸入 /輸出口 外部中斷 4(INT4)信號輸入端 P06(SCK ) 同步串行口 SIO 時鐘輸入 /輸出腳 P05(SI) 同步串行口 SIO 串行數(shù)據(jù)輸入腳 P04(SO) 同步串行口 SIO 串行數(shù)據(jù)輸出腳 P03(TXD) 異步串行口 UART 串行數(shù)據(jù)輸出腳 P02(RXD) 異步串行口 UART 串行數(shù)據(jù)輸入腳 P01( 4PWM / 4TC ) PDO4/PPG4) 定時器 TC4 輸入輸出腳 P00(INT0) 外部中斷 0(INT0)信號輸入端 P15(INT3) 6 位雙向輸入 /輸出口 P14(PPG) P13(DVO) P12(INT2/TC1) P11(INT1) P10(PWM3/TC3/PDO3) P20(INT5/STOP1) 3 位雙向輸入 /輸出口 P21(XTIN) P22(XTOUT) 9 P37(AIN7/STOP5) 8 位雙向輸入 /輸出口 模擬量信號 AIN4～ AIN7 輸入腳或使 CPU 退出 STOP 方式的信號STOP2～ STOP5 輸入腳 P36(AIN6/STOP4) P35(AIN5/STOP3) P34(AIN4/STOP2) P33(AIN3) 模擬量信號 AIN0～ AIN3 輸入腳 P32(AIN2) P31(AIN1) P30(AIN0) P47 8 位雙向輸入 /輸出口 P46 P45 P44 P43 P42 P41 P40 TEST 測試控制輸入腳，用戶系統(tǒng)中接地 RESET 外部復(fù)位信號輸入腳或內(nèi)部復(fù)位信號輸出腳 XIN 高頻時鐘輸入腳 XOUT 高頻時鐘輸出腳 VSS 接地 VDD +5V AVSS 模擬地 AVDD 模擬電路電源 +5V VAREF AD 參考電源輸入端 . I/O 口資源分配 按鍵、水位、門開關(guān)等信號需要輸入單片機 ，給單片機提供判斷處理的依據(jù)，所以相應(yīng)的 I/O口設(shè)置為輸入口。表 32為單片機各個 I/O口資源分配表。其引出端子分別為 MT1， MT2，門極。 11 如圖 33 可知，在端子 MT2 與 MT1 之間相當(dāng)于一個 PNPN 與一個 NPNP 器件的并聯(lián)。如果 MT2 施加的電壓高于 MT1，且門極有正極性信號時，這就可使雙向晶閘管導(dǎo)通，電流 MT2 向MT1 流動；如果 MT1 施加的電壓高于 MT2，且門極有負極性信號時，這就可使雙向晶閘管導(dǎo)通，電流 MT1 向 MT2 流動。 如圖 34所示，負載驅(qū)動電路主要包括七達林頓驅(qū)動電路 ULN2021，電阻 R33～ R3R41～ R4 R39～ R38，電容 C16～ C2 C28，雙向晶閘管 TR1TR5 等組成。由單片機根據(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，該信號由芯片 ULN2021 驅(qū)動放大后對可控硅門極施加觸發(fā)電壓，觸發(fā)可控硅導(dǎo)通，使可控硅處于通路狀態(tài)。 電機正、反轉(zhuǎn)及排水牽引器驅(qū)動控制原理 當(dāng) P14 腳輸出高電平過零脈沖時，經(jīng)驅(qū)動芯片 ULN2021 輸出低電平，則這時來自直流電源 電路的 +5V 電壓經(jīng) TR1（雙向晶閘管）的 T1 極和 G 極，在經(jīng)過限流電阻 R33到 ULN2021 內(nèi)部接地而構(gòu)成通路，使 TR1 的 T1極和 G極間（電阻 R 3 833R 3 933C 1 64 7 3C 1 74 7 3C 1 84 7 3C 1 94 7 3C 2 00 . 0 1 uC 2 10 . 0 1 uC 2 24 7 3C 2 34 7 3C 2 53 3 uC 2 61 0 0 uT R 18AT R 28AT R 31AT R 41AC 2 84 7 3T R 51A冷水 熱水 排水正轉(zhuǎn) 反轉(zhuǎn)1Z I D1H O N G D1C H E N G D1B A I D1H U A N G D12345678910111213141516ULN2004I C 3U L N 2 0 0 4R 3 3 1 0 0R 3 4 1 0 0R 3 5 2 7 0R 4 1 2 7 0R 4 2 2 7 0～ 2 2 0 VP 3 4P 1 0P 1 2P 1 3P 1 4 圖 34雙向晶閘管控制驅(qū)動電路 12 約為 100Ω）產(chǎn)生一個電壓降，使 TR1 導(dǎo)通，于是電動機正轉(zhuǎn)。若要使電動機停轉(zhuǎn)，紙鷂使 P1 P13 腳都輸出低電平即可。同時，控制電機的兩個雙向晶閘管在任何時候不能同時導(dǎo)通，否則會損壞晶閘管， 甚至燒壞電機。 冷、熱進水閥驅(qū)動控制原理 當(dāng) P12 腳輸出高電平過零脈沖時，經(jīng)驅(qū)動芯片 ULN2021 輸出低電平，則這時來自直流電源電路的 +5V 電壓經(jīng) TR3（雙向晶閘管）的 T1 極和 G 極，在經(jīng)過限流電阻 R35接到 ULN2021 內(nèi)部接地而構(gòu)成通路，使 TR1 的 T1極和 G極間（電阻約為 100Ω）產(chǎn)生一個電壓降，使 TR3 導(dǎo)通，于是電磁閥線圈帶電打開冷進水閥閥門。要使閥門關(guān)閉，只要使 P12 或 P10 腳輸出低電平即可。 抗干擾措施 電容 C16～ C1 C28 起濾波抗干擾作用，當(dāng)突然出現(xiàn)干擾信號時，因電容電壓不能突變，而不會引起 ULN2021 內(nèi)部的變化而造成雙向晶閘管的誤導(dǎo)通或誤截止。電容將起到限制感應(yīng)電勢的作用，而 電阻用來限制來自器件觸發(fā)時電容器的浪涌電流和阻尼由電容和電感構(gòu)成的振蕩。 蜂鳴器 為保證洗衣機的安全工作，當(dāng)洗衣機出現(xiàn)問題或故障時，洗衣機應(yīng)立即發(fā)出蜂鳴報警，提醒用戶及時處理，此即全自動洗衣機的故障自診斷功能。 水位傳感器 水位檢測的精度直接影響 洗凈度、水流強度、洗滌時間等參數(shù)。諧振式水位傳感器是 13 利用電磁諧振電路 LC作為傳感器的敏感元件 ,將被測物體的變化轉(zhuǎn)變?yōu)?LC參數(shù)的變化 ,最終以頻率參數(shù)輸出。由此引起諧振電路的固有頻率隨水位變化。 通過 LED 的點亮 /閃爍指示洗衣機的各種工作狀態(tài)，利用數(shù)碼管顯示預(yù)約及各種洗衣程序的剩余時間和四種錯誤類型（ E E E E4）。動態(tài)掃描顯示法是把所有顯示器件的各個相同端互相連接在一起 ,接到一個輸出口上，而顯示器的公共端 COM 分別接在另外 輸出口上，通過這兩個輸出口的兩組信號相互 作用來產(chǎn)生顯示效果。其特點 14 R1R2R3R4R5R6R71 0 0R81 0 0R91 0 0R 1 01 0 0R 1 11 0 0R 1 21 0 0R 1 31 0 0R 1 41KR 1 51KR 2 31 0 KR 2 41 0 KQ12 9 0 7Q22 9 0 7Q32 9 0 7Q42 9 0 7Q52 9 0 7Q62 9 0 7