【正文】 ................................... 31 第 1 章 引 言 研究背景、目的與意義 洗衣機是一種在家庭中不可缺少的家用電器，發(fā)展非?？欤詣邮较匆聶C因使用方便得到大家的青睞。隨著電子技術的發(fā)展， 洗衣機的性能將會不斷完善。但在許多方面還不能達到人們的需求，這就要求設計者們有更高的專業(yè) 和技術水平，能夠提出更多好的建議和新的課題，將人們的需求變成現實，設計出更節(jié)能、功能更全面、更人性化的全自動洗衣機。因此，設計出基于單片機的全自動洗衣機控制電路系統(tǒng)具有很強的實用性。無論在提高產品質量還是產品數量，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 [1]。同時也為將來從事電子行業(yè)打下一定基礎，具有重大意義。隨著社會的進步和生活水平的提高，人們對全自動洗衣機的功能多樣化、操作簡單化也提出了更高的要求。 單片機又稱微控制器，或稱嵌入式控制器。 由于家用電器體積小，故要求其控制器體積更小以便能嵌入其結構之中。單片機以微小的體積和編程的靈活性而產生多種控制功能，完全可以滿足家用電器的需求。它的出現及發(fā)展使計算機技術從通用型數值計算領域進入到智能化的控制領域，從此計算機技術在兩個重要領域 —— 通用計算機領域和嵌入式計算機領域都 得到了極其重要的發(fā)展，并正在深深地改變著我們的生活。 單片機獨特的結構決定了它具有如下特點： （ 1）高集成度 ,高可靠性 單片機將各功能部件集成在一塊晶體芯片上，集成度很高 ,體積自然也是最小的。單片機程序指令，常數及表格等固化在 ROM中不易破壞，許多信號通道均在一個芯片內，故可靠性高。 （ 3）低電壓，低功耗 為了滿足廣泛使用于便攜式系統(tǒng)，許多單片機內的工作電壓僅為 ～ 12V,而工作電流僅為數百微安。單片機的尋址能力也已突破 64KB的限制，有的已可達到 1MB和 16MB，片內的 ROM容量可達 62MB， RAM容量則可達 2MB。 洗衣機的分類 當今主流洗衣機主要有三大類，分別是波輪式洗衣機，滾筒式洗衣機和攪拌式洗衣機。 缺點：耗電、耗水、衣物易纏繞、清潔性不佳，適合洗滌除需要特別洗滌之外的所有衣物。 （ 2）滾筒式洗衣機 。流行于歐洲、南美等主要穿毛、綿為主的地區(qū)，幾乎 100％的家庭使用的都是滾筒洗衣機。因為衣物在洗滌過程中不纏繞、洗滌均勻、磨損小，所以就連羊絨、羊毛、真絲衣物也能在機內洗滌，做到真正的全面洗滌性能。由于用水量較小，可以在桶內形成高濃度洗衣液，在節(jié)水的情況下帶來理想的洗衣效果。滾筒洗衣機的發(fā)展最為成熟，多年來在結構上沒有多少變化，基本是不銹鋼內桶，機械程序控制器，經過磷化、電泳、噴涂三重保護的外殼，和兩塊笨重的水泥塊用于平衡滾筒旋轉時產生的巨大離心力，由于用料比波輪洗衣機好，所以壽命一般在 15－ 20 年，而以塑料件為主的波輪壽命一般只有 8－ 10 年左右。 缺點：喜歡 纏繞相比前兩種方式損壞性加大，噪音最大，適合洗滌衣物，除需要特別洗滌之外的所有衣物，北美普遍使用。 工作原理：依靠裝在洗衣桶底部的波輪正、反旋轉，帶動衣物上、下、左、右不停地翻轉，使衣物之間、衣物與桶壁之間，在水中進行柔和地磨擦，在洗滌劑的作用下實現去污清洗。 工作原理：通過各種開關組成控制電路，來控制電動機、進水閥、排水電磁鐵及蜂鳴器的電壓輸出，使洗衣機實現程序運轉。 1911 年世界上第一臺洗衣機問世，標志著家務勞動自動化的開始。 1937 年世界上第一臺全自動滾筒洗衣機投放市場。從此，確立了攪拌式、滾筒式和波輪式洗衣機三足鼎 4 立的局面。 70 年代初期，日本推出波輪式套筒全自動洗衣機。 80 年代后，“模糊控制”開始應用于洗衣機，生產出了智能型模糊控制洗衣機。 隨著更多國內外品牌研究新的技術，開發(fā)新的產品，洗衣機行業(yè)爆發(fā)以“節(jié)能環(huán)?！钡募夹g更新。今后，洗衣機將以高可靠性，完善的功能，節(jié)水節(jié)電，降噪省時及 規(guī)格品種多樣化為發(fā)展方向 [3]。但也有很多獨身和雙職工的小家庭，因受居住環(huán)境等限制，迫切需要小容量、輕便化的全自動洗衣機。 多功能洗衣機是目前家庭用戶較受歡迎的產品?，F在又開發(fā)出了“模糊”邏輯控制的全自動洗衣機，使得洗衣機的功能更加完善。 （ 3）向節(jié)水、省電、省時、節(jié)約洗滌劑方向發(fā)展； 通常全自動洗衣機比雙桶半自動洗衣機明顯費水。有些滾筒式全自動洗衣機采用自動循環(huán)裝置和水量控制器。另外用液體洗滌劑取代粉沫劑，以便按微電腦的要求，隨時按程序泵入洗滌劑。該產品在結構上由機械部分、傳感器、信息處理部分和執(zhí)行部分構成。 全自動洗衣機總體外觀設計發(fā)展趨勢為： ①洗衣機外觀整體造型美觀、華貴、協(xié)調緊湊，具有藝術性； ②使用方便、便于清潔，通常都采用觸摸式控制方式； ③ 輪廓外形無棱角，有流線感； ④色澤優(yōu)雅、莊重。 ⑵暫停功能。 ⑶聲光顯示功能。 ⑷本設計包含硬件和軟件設計。 ⑹脫水 完成后，蜂鳴器蜂鳴，通知用戶洗滌完成。程序控制器中的電觸點都能夠直接控制電動機、進水電磁閥、排水電磁閥等。 6 圖 21 控制電路基本原理圖 方案二 :電腦程序控制器式洗衣機 單片機控制的全自動洗衣機 ,就是指它的程序控制器采用微電 腦。單片控制式全自動洗衣機電路的基本原理框圖機如圖 22 所示。操作者通過功能選擇鍵選定某種洗衣程序后 ,電腦根據輸入的這一操作命令 ,從存儲器中取出對應的程序 ,依次在它的各個輸出端上輸出有效電平。 同步電動機 同步電動機 同步電動機 進水電磁閥 電動機 排水電磁閥 蜂鳴器 水位開關 選擇開關 電源開關 7 方案比較 對比以上兩種方案，第一種方案雖然電路要比第二種方案簡單，但從抗干擾、造價等其他方面都不能與第二種方案相比。常用的顯示器件是發(fā)光二極管。有的全自動洗衣機還采用 LED 數碼管作洗滌程序進行中的時間顯示。 基于以上原因，加上實際情況，所以選擇了自動化程度較高的第二種方案來實現本設計。強洗時正、反轉驅動時間各為 4 秒，間歇時間為 1 秒；弱洗時正、反轉驅動時間各為 3 秒，間歇時間為 2 秒。標準程序是進水→洗滌→漂洗→排水→脫水，如此循環(huán)三次，每循環(huán)一次洗滌或漂洗環(huán)節(jié)時間比上一循環(huán)同一環(huán)節(jié)時間減少 2 分鐘，具體是：第一循環(huán) 為洗滌，時間為 6 分鐘，第二、第三次循環(huán)為漂洗，時間分別為 4 分和 2 分。經濟程序與標準程序一樣，只是循環(huán)次數為二次。排水程序是排水→脫水→結束，時間確定與上述程序相應環(huán)節(jié)相同。洗衣機脫水期間，若打開機蓋時，洗衣機就會自動停止脫水操作。 。本系統(tǒng)要求驅動 5 秒，間歇 2 秒，間歇期間靠慣性力使脫水桶保持高速旋轉。不管洗衣機工作在什么狀態(tài)，當按下暫停鍵時，洗衣機須停止工作，待啟動鍵按下后洗衣機又能按原來所選擇的工作方式繼續(xù)工作。洗衣機各種工作方式的選擇和各種工作狀態(tài)均有聲、光提示或顯示。本系統(tǒng)實現了對洗衣機整個洗衣過程的控制?？刂葡到y(tǒng)主要由電源電路、數字控制電路和機械控制電路三大模塊組成，電源電路為數字控制電路提供穩(wěn)定的5V直流電壓；數字 控制電路負責控制洗衣機的工作過程，主要由 8051 單片機、按鍵、蜂鳴器、 LED 指示燈組成；機械控制電路實現水位檢測、電機驅動、進水、排水等功能，主要由水位開關、電動機、進水排水電磁閥組成。這些被控制對象需要根據不同的洗衣程序來設定它們的工作狀態(tài)和時間，進水閥和排水閥的控制還需要檢測水位，同時需要數碼管顯示不同的工作狀態(tài)及運行剩余時間。蜂鳴器用來進行程序結束提示。 圖 31控制系統(tǒng)整體框圖 ⑴ 單片機電路：單片機電路是控制的中心，它把計算機的各種功能電路都集成在一塊芯片 9 上，主要包括中央處理器 CPU、程序存儲器 ROM、數據存儲器 RAM、輸入 /輸出接口電路及計時等電路， ROM內已經固化了洗衣機操作程序，單片機根據輸入指令和檢測信號，調出內部相應的操作程序，通過電路處理后輸出各種電路控制信號， 使洗衣機自動完成程序操作過程。 ⑶復位電路：在單片機接上電源以后，若電源出現過低電壓時，將單片機存儲器復位，使其各項參數處于初始位置。 ⑸按鍵輸入電路：①按鍵 K1，接 RST口，作為“復位”按鍵； ②按鍵 K2，接 ，作為“程序選擇”按鍵； ③按鍵 K3，接 ，作為“強弱洗選擇”按鍵； ④按鍵 K4，接 ，作為“運行 /暫停”按鍵 。 ⑺水位控制電路：在進水期間，系統(tǒng)不斷檢測，當到達預定水位時就停止進水。 ⑻報警電路：在洗衣機工作結束時，發(fā)出蜂鳴聲提示用戶洗衣完成。洗衣機的進水和水位判斷，是由水位開關和進水閥的開合來進行控制的。 ⑵洗滌動作：洗滌動作指的是電機周期性的“正轉 停止 反轉 停止”。 ⑶排水動作：進入脫水動作前應先排水。 ⑷脫水動作：排水結束后進入脫水動作，脫水是通過電機的正反轉來實現的，同時要求排水閥一直打開，也正是由于排水閥的打開，才使得脫水時的電機正轉速度不同于洗滌時的電機正轉速度。脫水結束后，發(fā)出警報，并自動關閉排水閥。 8051 單片機是 Intel 公司 8 位單片機系列產品之一，它 一種 40 引腳雙列直插式芯片?；谏鲜鎏攸c，在 10 需要 I/O 線不多的控制場合，選用它作為核心控制芯片，可使電路極大簡化，而且程序的編寫及固化也相當方便、靈活。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復擦除 1000 次。 管腳說明 圖 32 8051管腳圖 VCC（ 40）：供電電壓 +5V。 P0： ~ 8位雙向口線（在引腳的 39~32號端子）。 P2： ~ 8位雙向口線（在引腳的 21~28號端子）。 四個 I/O接口： P0口有三個功能： 外部擴展存儲器時，當做數據總線（如圖 32中的 D0~D7為數據總線接口） 外部擴展存儲器時，當作地址總線（如圖 32中的 A0~A7為地址總線接口） 不擴展時，可做一般的 I/O使用，但內部無上拉電阻，作為輸入或輸出時應在外部接上拉電阻。 P2口有兩個功能： 擴展外部存儲器時，當作地址總線使用 做一般 I/O口使用，其內部有上拉電阻； P3口有兩個功能： X T A L 21 8X T A L 11 9A L E3 0E A3 1P S E N2 9R S T9P 0 . 0 / A D 03 9P 0 . 1 / A D 13 8P 0 . 2 / A D 23 7P 0 . 3 / A D 33 6P 0 . 4 / A D 43 5P 0 . 5 / A D 53 4P 0 . 6 / A D 63 3P 0 . 7 / A D 73 2P 1 . 01P 1 . 12P 1 . 23P 1 . 34P 1 . 45P 1 . 56P 1 . 67P 1 . 78P 3 . 0 / R X D1 0P 3 . 1 / T X D1 1P 3 . 2 / I N T 01 2P 3 . 3 / I N T 11 3P 3 . 4 / T 01 4P 3 . 7 / R D1 7P 3 . 6 / W R1 6P 3 . 5 / T 11 5P 2 . 7 / A 1 52 8P 2 . 0 / A 82 1P 2 . 1 / A 92 2P 2 . 2 / A 1 02 3P 2 . 3 / A 1 12 4P 2 . 4 / A 1 22 5P 2 . 5 / A 1 32 6P 2 . 6 / A 1 42 7 11 除了作為 I/O使用外 （其內部有上拉電阻），還有一些特殊功能，由特殊寄存器來設置，具體功能請參考我們后面的引腳說明。 四個 I/O口時的“上拉電阻”，當作為輸入時，上拉電阻將其電位拉高，若輸 入為低電平則可提供電流源；所以如果 P0口如果作為輸入時，處在高阻抗狀態(tài)，只有外接一個上拉電阻才能有效。 ALE 有可能是高電平也有可能是低電平，當 ALE是高電平時，允許地址鎖存信號，當訪問外部存儲器時， ALE信號負跳變（即由正變負）將 P0 口上低 8位地址信號送入鎖存器。 在沒有訪問外部存儲器期間， ALE以 1/6振蕩周期頻率 輸出（即 6分頻），當訪問外部存儲器以 1/12振蕩周期輸出（ 12分頻）。 PORG 為編程脈沖的輸入端：在第五課 單片機的內部結構及其組成中，我們已知道，在 8051單片機內部有一個 4KB或 8KB的程序存儲器（ ROM）， ROM的作用就是用來存放用戶需要執(zhí)行的程序的，那么我們是怎樣把編寫好的程序存入進這個