【正文】 碼選擇、洗衣倒計(jì)時(shí)顯示、進(jìn)水指示、排水指示、電機(jī)旋轉(zhuǎn)、童鎖認(rèn)證等主要過(guò)程控制及顯示?；趩纹瑱C(jī)的全自動(dòng)洗衣機(jī)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)院 系：機(jī)電與自動(dòng)化學(xué)院專(zhuān) 業(yè) 班：電氣工程及其自動(dòng)化1002班姓 名：徐 巍學(xué) 號(hào)：20101131053指導(dǎo)教師：吳 雯 2014年5月41基于單片機(jī)的全自動(dòng)洗衣機(jī)的設(shè)計(jì)Design of Automatic Washing Machine Based on MCU摘 要本設(shè)計(jì)以家用全自動(dòng)洗衣機(jī)的工作過(guò)程為研究模型，以意法半導(dǎo)體公司的單片機(jī)STM32F103CBT6為控制核心，完成了電源供電電路、液晶接口電路、直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、繼電器控制電路、按鍵掃描電路、AD信號(hào)采集電路、蜂鳴器報(bào)警電路、童鎖認(rèn)證電路的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)洗衣機(jī)的洗滌、漂洗、甩干工作狀態(tài)的智能控制。其中童鎖認(rèn)證功能是為解決兒童使用安全問(wèn)題而特別設(shè)計(jì)的。通過(guò)Keil軟件編程來(lái)控制電機(jī)旋轉(zhuǎn)、12864液晶顯示等主要?jiǎng)幼鳌ＴO(shè)置有一級(jí)、二級(jí)菜單選項(xiàng)，用戶可以按提示操作相應(yīng)的按鍵，安全、放心地完成自己設(shè)定的洗衣過(guò)程。家用洗衣機(jī)從發(fā)明到現(xiàn)在已經(jīng)經(jīng)歷了一個(gè)多世紀(jì),經(jīng)歷以下一些發(fā)展階段：(Bill1910年前后，第一臺(tái)臥軸滾筒式電動(dòng)洗衣機(jī)問(wèn)世，標(biāo)志著人類(lèi)家務(wù)勞動(dòng)自動(dòng)化的開(kāi)始。50年代中葉，日本三洋公司推出單桶波輪式洗衣機(jī)。60年代，日本推出了帶甩干桶半自動(dòng)洗衣機(jī)，并且大量應(yīng)用塑料，使洗衣機(jī)的發(fā)展進(jìn)入一個(gè)新的階段。70年代后期，日本推出了微電腦控制的全自動(dòng)洗衣機(jī)。這時(shí)，洗衣機(jī)在發(fā)達(dá)國(guó)家已進(jìn)入飽和期，而在亞太地區(qū)發(fā)展中國(guó)家開(kāi)始進(jìn)入普及期。出現(xiàn)“白色家電”的概念。今后洗衣機(jī)將以高可靠性，完善的功能，節(jié)水省電，降噪省時(shí)以及規(guī)格品種多樣化為發(fā)展方向。主要弊端有：噪聲大，耗水、耗電，進(jìn)水不暢或進(jìn)水不止或排水不暢，工作周期不平穩(wěn)、振動(dòng)大，損傷洗滌物，洗滌效果不佳，脫水桶自動(dòng)性不佳，脫水不良，重量大，容量不合理。（1） 結(jié)構(gòu)類(lèi)型方面我國(guó)洗衣機(jī)多屬波輪式。為了適應(yīng)國(guó)外市場(chǎng)的不同需求，要適當(dāng)?shù)厣a(chǎn)些新型式的滾筒式和攪拌式洗衣機(jī)，進(jìn)而生產(chǎn)具有波輪式、攪拌式兩種洗衣機(jī)優(yōu)點(diǎn)的新機(jī)型。雙桶洗衣機(jī)再提高漂洗的條件下，以重點(diǎn)生產(chǎn)全自動(dòng)型噴淋式洗衣機(jī)為宜。（2） 質(zhì)量方面我國(guó)洗衣機(jī)的質(zhì)量問(wèn)題，具體反映再功能、外觀和可靠性三方面，與國(guó)外存在再較大的差距。再加上裝配工藝較落后，致使我國(guó)洗衣機(jī)的質(zhì)量穩(wěn)定性差，出口有一定的困難。因此提高洗衣機(jī)的質(zhì)量要從提高零部件的質(zhì)量入手。綜合以上分析介紹，全自動(dòng)洗衣機(jī)由于具有對(duì)衣物的磨損小、洗滌量大、節(jié)約水電等特點(diǎn),越來(lái)越得到廣大家庭的青睞。為滿足人們這種需求，特設(shè)計(jì)出這種有微控制器控制的全自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)。這就要求設(shè)計(jì)者們有更高的專(zhuān)業(yè)和技術(shù)水平，能夠提出更多好的建議和新的課題，將人們的需要變成現(xiàn)實(shí)，設(shè)計(jì)出更節(jié)能、功能更全面、更人性化的全自動(dòng)洗衣機(jī)。這些被控對(duì)象需要根據(jù)不同的洗衣程序來(lái)設(shè)定他們的工作狀態(tài)和工作時(shí)間，電控水龍頭1（進(jìn)水閥）和電控水龍頭2（出水閥）來(lái)控制進(jìn)水和出水，同時(shí)需要LED指示燈和數(shù)碼管顯示不同的工作狀態(tài)和剩余時(shí)間，按鍵用來(lái)控制程序運(yùn)行和設(shè)置洗衣模式，蜂鳴器用來(lái)提示洗衣完成提示。圖11 原理框圖(2) 方案2：用直流電機(jī)代替交流電機(jī)模擬洗衣過(guò)程。洗衣機(jī)控制器采用帶字庫(kù)的液晶顯示器12864提供諸如：進(jìn)水、洗滌、漂洗、甩干、結(jié)束等狀態(tài)以及控制時(shí)間的顯示。對(duì)于這次畢業(yè)設(shè)計(jì)課題則通過(guò)一個(gè)直流電機(jī)來(lái)代替洗衣機(jī)的電機(jī)的交流電機(jī)，相應(yīng)的轉(zhuǎn)速和方向來(lái)通過(guò)專(zhuān)用的電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片H橋電路以及PWM來(lái)模擬洗衣機(jī)的洗滌過(guò)程。當(dāng)洗滌結(jié)束以及相應(yīng)的誤操作蜂鳴器會(huì)發(fā)出警報(bào)，同時(shí)電機(jī)立即停止轉(zhuǎn)動(dòng)，免生危險(xiǎn)。只有通過(guò)專(zhuān)用的秘鑰認(rèn)證，才能開(kāi)機(jī)。其工作原理見(jiàn)圖12。且考慮到設(shè)置童鎖功能，安全性能比較高，故采用方案2作為本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的最終方案。在20世紀(jì)八、九十年代，MCS51和MCS96曾經(jīng)是我國(guó)最流行的單片機(jī)，得到廣泛的應(yīng)用。(2) ARM微處理器ARM處理器的三大特點(diǎn)是：耗電少功能強(qiáng)、16位/32位雙指令集和合作伙伴眾多。在本洗衣機(jī)控制系統(tǒng)中，要求洗衣機(jī)應(yīng)具有按照用戶設(shè)定洗衣量、洗滌漂洗時(shí)間及次數(shù)。若用Intel的51系列單片機(jī)，一方面需要對(duì)I/O進(jìn)行擴(kuò)展，另一方面又需要對(duì)存儲(chǔ)空間進(jìn)行擴(kuò)展。綜合上述考慮，決定選用內(nèi)部有A/D轉(zhuǎn)換器、驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)的意法半導(dǎo)體公司（ST）出產(chǎn)的芯片，STM32F103CBT6。 硬件各模塊簡(jiǎn)介 微處理器STM32F103CBT6本設(shè)計(jì)使用到的控制器STM32F103CBT6采用了LQFP48封裝，引腳排列如圖21所示。引腳資源分配如表24所示。、按鍵和蜂鳴器。而相應(yīng)的電機(jī)、。在使用中通過(guò)按鍵來(lái)提供相應(yīng)的操作，選擇相應(yīng)的洗衣流程。各按鍵實(shí)現(xiàn)的功能見(jiàn)表25所示。圖23 交互式按鍵原理圖考慮到洗衣機(jī)中的水位檢測(cè)和機(jī)蓋報(bào)警的實(shí)現(xiàn)會(huì)有使用及演示等不方便因素，故而在控制板上使用S2和S4兩個(gè)微動(dòng)開(kāi)關(guān)代替。其原理如圖24所示。對(duì)于邏輯上：按鍵按下，CPU接收的是高電平。開(kāi)機(jī)后，軟件不斷檢測(cè)PAPAPAPA1PA12的輸入。根據(jù)掃描到的管腳的電平，來(lái)判斷相應(yīng)的按鍵被按下。 報(bào)警器模塊在本設(shè)計(jì)擁有全自動(dòng)洗衣機(jī)的故障自診斷功能。具體實(shí)現(xiàn)方式：首先洗衣機(jī)電源接通，按鍵、門(mén)開(kāi)關(guān)、水位傳感器等輸入信號(hào)傳輸給單片機(jī)，單片機(jī)結(jié)合內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)，不斷地對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行分析，并判斷當(dāng)前工作狀態(tài)是否正常，若出現(xiàn)異常情況，則進(jìn)行蜂鳴報(bào)警。無(wú)源蜂鳴器是靠壓電效應(yīng)的原理來(lái)發(fā)聲的，壓電材料,一般常見(jiàn)的是各種壓電陶瓷。另一方面,當(dāng)振動(dòng)壓電陶瓷時(shí),則會(huì)產(chǎn)生電荷。如上所述,要讓它振動(dòng),除了壓電陶瓷本身,還需要適當(dāng)大小和頻率變化的電壓作用于壓電陶瓷。無(wú)源蜂鳴器原理如圖25所示。因此，我們可以通過(guò)程序控制PA2腳的電平來(lái)使蜂鳴器發(fā)出聲音和關(guān)閉。另外，改變PA2輸出電平的高低電平占空比，則可以控制蜂鳴器的聲音大小。分別用K1和K2兩個(gè)繼電器代替。其中，K1代表進(jìn)水閥門(mén)，K2代表出水閥門(mén)。如果到達(dá)洗滌狀態(tài)，則進(jìn)水繼電器K1與出水繼電器K2同時(shí)關(guān)閉。如果到達(dá)出水狀態(tài)，則出水繼電器K2吸合，進(jìn)水繼電器K2斷開(kāi)，模擬出水閥門(mén)的打開(kāi)。驅(qū)動(dòng)方式采用脈寬調(diào)制技術(shù)（PWM技術(shù)）來(lái)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。其引腳功能說(shuō)明見(jiàn)表25所示。表25 L9110S的引腳功能序號(hào)符號(hào)功能1OAA路輸出管腳2VCC電源電壓3VCC電源電壓4OBB路輸出管腳5GND地線6IAA路輸入管腳7IBB路輸入管腳8GND地線 圖27 L9110S引腳排列圖L9110S具有靜態(tài)工作電流低，電壓范圍寬，帶負(fù)載能力強(qiáng)，外圍電路少及價(jià)格較便宜等優(yōu)點(diǎn)。其器件應(yīng)用圖如圖28所示。圖29為L(zhǎng)9110S管腳波形圖。為了安全起見(jiàn)，CPU到L9110S的控制線采用了光耦進(jìn)行隔離。其原理如圖210所示。12864液晶是一種具有4位/8位并行、2線或3線串行多種接口方式，內(nèi)部含有國(guó)標(biāo)一級(jí)、二級(jí)簡(jiǎn)體中文字庫(kù)的點(diǎn)陣圖形液晶顯示模塊；其顯示分辨率為128*64,內(nèi)置8192個(gè)16*16點(diǎn)漢字。128個(gè)168點(diǎn)陣字符；(5) 顯示方式：STN、半透、正顯；(6) 驅(qū)動(dòng)方式：1/32DUTY，1/5BIAS；(7) 視角方向：6點(diǎn)；(8) 背光方式：側(cè)部高亮白色LED，功耗僅為普通LED的1/5—1/10；(9) 通訊方式：串行、并口可選；(10) 內(nèi)置DCDC轉(zhuǎn)換電路，無(wú)需外加負(fù)壓；(11) 無(wú)需片選信號(hào)，簡(jiǎn)化軟件設(shè)計(jì)；(12) 工作溫度: 0℃ +55℃ ,存儲(chǔ)溫度: 20℃ +60℃。圖211及212分別是12864的實(shí)物圖及電路原理圖。只有通過(guò)專(zhuān)用的密鑰認(rèn)證，才能開(kāi)機(jī)。密鑰使用了一個(gè)103的電位器，這樣就可以通過(guò)改變電阻來(lái)設(shè)置相應(yīng)校驗(yàn)的電壓值。圖213 AD檢測(cè)原理圖3 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 軟件編程思路全自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)根據(jù)其功能要求，主要分為以下幾個(gè)大程序模塊：主程序流程、輸入掃描模塊、顯示界面菜單模塊、輸出控制模塊、串口調(diào)試模塊。 各模塊程序編寫(xiě)思路主程序流程圖如圖31所示。只有插入專(zhuān)用的密鑰才能進(jìn)入下一步的一級(jí)菜單。當(dāng)進(jìn)入一級(jí)菜單后，會(huì)有三個(gè)菜單選項(xiàng)，分別是：洗衣流程、功能設(shè)置、作品簡(jiǎn)介。最后當(dāng)所有洗衣參數(shù)都設(shè)置完后，按下確認(rèn)鍵，會(huì)按照設(shè)置的流程