【正文】 ............................................ 35 附錄Ⅱ 源程序 ..................................................... 36 第 1 章 引 言 研究背景、目的與意義 洗衣機(jī)是一 種在家庭中不可缺少的家用電器，發(fā)展非常快，全自動(dòng)式洗衣機(jī)因使用方便得到大家的青睞 。 隨著電子技術(shù)的發(fā) 展， 洗衣機(jī)的性能將會(huì)不斷完善。但 在許多方面還不能達(dá)到人們的需求 ， 這就要求設(shè)計(jì)者們有更高的專業(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 的需求變成現(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)。因此，設(shè)計(jì)出基于單片機(jī)的全自動(dòng)洗衣機(jī)控制電路系統(tǒng)具有很強(qiáng)的實(shí)用性。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(dòng)條件等方面都顯示出無比 的優(yōu)越性 [1]。 同時(shí)也為將來從事電子行業(yè)打下一定基礎(chǔ)，具有重大意義。隨著社會(huì)的進(jìn)步和生活水平的提高，人們對(duì)全自動(dòng)洗衣機(jī)的功能多樣化、操作簡(jiǎn)單化也提出了更高的要求。 單片機(jī)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(jié)構(gòu)之中。單片機(jī)以微小的體積和編程的靈活性而產(chǎn)生多種控制功能，完全可以滿足家用電器的需求。它的出現(xiàn)及發(fā)展使計(jì)算機(jī)技術(shù)從通用型數(shù)值計(jì)算領(lǐng)域進(jìn)入到智能化的控制領(lǐng)域 ， 從此計(jì)算機(jī)技術(shù)在兩個(gè)重要領(lǐng)域 —— 通用計(jì)算機(jī)領(lǐng)域和嵌入式計(jì)算機(jī)領(lǐng)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(jī)獨(dú)特的結(jié)構(gòu)決定了它具有如下特點(diǎn) ： （ 1）高集成度 ,高可靠性 單片機(jī)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(jī)程序指令 ， 常數(shù)及表格等固化在 ROM 中不易破壞 ， 許多信號(hào)通道均在一個(gè)芯片內(nèi) ， 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(jī)內(nèi)的工作電壓僅為 ～12V, 而工作電流僅為數(shù)百微安。單片機(jī)的尋址能力也已突破 64KB 的限制 ， 有的已可達(dá)到 1MB 和 16MB， 片內(nèi)的 ROM 容量可達(dá) 62MB， RAM 容量則可達(dá) 2MB。 洗衣機(jī)的分類 當(dāng)今主流洗衣機(jī)主要有三大類，分別是波輪式洗衣機(jī)，滾筒式洗衣機(jī)和攪 3 拌式洗衣機(jī)。 缺點(diǎn)：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(jī) 缺點(diǎn)：耗時(shí) 時(shí)間是普通的幾倍，而且一旦關(guān)上門，洗 衣過程中無法打開，潔凈力不強(qiáng)，適合洗滌衣物：羊毛、羊絨以及絲綢、純毛類織物。 滾筒洗衣機(jī)優(yōu)點(diǎn)：全面的洗滌能力?？梢岳眉訜峒せ钕匆路壑械幕钚悦?，充分發(fā)揮出洗衣粉的去污效能。這種發(fā)源于歐洲的洗衣機(jī)是模仿棒錘擊打衣物原理設(shè)計(jì)，利用電動(dòng)機(jī)的機(jī)械 做功使?jié)L筒旋轉(zhuǎn)，衣物在滾筒中不斷地被提升摔下，再提升再摔下，做重復(fù)運(yùn)動(dòng)，加上洗衣粉和水的共同作用使衣物洗滌干凈。 （ 3）攪拌式洗衣機(jī) 洗衣特點(diǎn)：衣物潔凈力最強(qiáng)，省洗衣粉。 洗衣機(jī)的工作原理 普通型波輪洗衣機(jī)： 結(jié)構(gòu)：由洗衣桶、電動(dòng)機(jī)、定時(shí)器、傳動(dòng)部件、箱體、箱蓋及控制面板等 4 組成。 機(jī)械全自動(dòng)洗衣機(jī)： 結(jié)構(gòu)：由電動(dòng)程控器、水位開關(guān)、安全開關(guān)（蓋開關(guān)）、排水選擇開關(guān)、不排水停機(jī)開關(guān)、貯水開關(guān)、漂洗選擇開關(guān)、洗滌選擇開關(guān)等組成。 國(guó)內(nèi)外 洗衣機(jī) 應(yīng)用現(xiàn)狀 及發(fā)展趨勢(shì) 洗衣機(jī)起源于 19 世紀(jì)初期，歷經(jīng)了一個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展。 1922 年世界上第一臺(tái)攪拌式洗衣機(jī)誕生。 1957 年第一臺(tái)渦流式波輪洗衣機(jī)推出。 20 世紀(jì)中期以后，洗衣機(jī)在一些發(fā)達(dá)國(guó)家的普及率迅速上升。 70 年代后期，日本又推出微電腦控制型波輪式套筒全自動(dòng)洗衣機(jī)。 20 世紀(jì)末，變頻洗衣機(jī)問世，使洗衣機(jī)的功能更具人性化，實(shí)現(xiàn)了真正意義上的智能化控制 ， 成為目前研究的主要方向。消費(fèi)者通過選擇智能模式，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)省水、省電。 （ 1）向大容量、 小容量和多功能方向發(fā)展； 為了節(jié)約時(shí)間和能源，提高洗衣機(jī)效率，洗衣機(jī)向大容量方向發(fā)展是必然趨勢(shì)。小容量的小型化洗衣機(jī)也是當(dāng)前一種新的發(fā)展趨勢(shì)。多功能全自動(dòng)洗衣機(jī)通常指洗衣機(jī)從臟衣服投入，到預(yù)洗、洗滌、漂洗、甩干、烘干等 ， 能完成多種功能。 （ 2）向微處理器、傳感器、模糊邏輯控制方向發(fā)展； 在洗衣機(jī)中應(yīng)用了微 處理器技術(shù)后，配以各種傳感器，能 自動(dòng)稱重、 自動(dòng)測(cè)出各種洗滌參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)洗衣全過程各動(dòng)作能連續(xù)、自動(dòng)完成。在一些波輪式全自動(dòng)洗衣機(jī) 裝有水量控制器，能根據(jù)衣物的多少做到最大限度地節(jié)水，之后又通過改進(jìn)漂洗方法，以及采用邊淋邊甩的方法進(jìn)一步降低了耗水量。在洗衣機(jī)省電方面制定出洗衣機(jī)的額定耗電標(biāo)準(zhǔn)，限制耗能高的產(chǎn)品生產(chǎn)，有的廠家將具有正溫度系數(shù) PTC 電熱元件應(yīng)用于全自動(dòng)洗 衣機(jī)，可有效地節(jié)省 10%以上的電能。 （ 4）向機(jī)電一體化方向發(fā)展； 將洗衣機(jī)產(chǎn)品與微電子技術(shù)、微處理器技術(shù)相結(jié)合，可構(gòu)成機(jī)電一體化全自動(dòng)洗衣機(jī)。 （ 5）洗衣機(jī)外觀設(shè)計(jì)更加美觀、實(shí)用。 6 第 2 章 方案的論證與選擇 設(shè)計(jì)要求 ⑴洗衣機(jī)可選擇多種洗滌狀態(tài)，用戶只需要按下一鍵，洗衣機(jī)即可根據(jù)不同的衣物質(zhì)地和重量自動(dòng)選擇洗滌程序，完成洗滌。不管洗衣機(jī)工作在什么狀態(tài)，當(dāng)按下暫停鍵時(shí)，洗衣機(jī)必須暫停工作，待驅(qū)動(dòng)鍵按下后洗衣機(jī)又能按原來所選擇的工作方式繼續(xù)工作。洗衣機(jī)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。 ⑸因?yàn)槭侨詣?dòng)洗衣機(jī)，程序?qū)⑼瓿上礈臁⒚撍娜^程。 設(shè)計(jì) 方案與比較 方案設(shè)計(jì) 方案一 :電動(dòng)程序控制器式洗衣機(jī) 一般來說 , 電動(dòng)程序控制器式洗衣機(jī)電路雖然比普通型雙桶洗衣機(jī)復(fù)雜 ,但比電腦程序控制器式電路要簡(jiǎn)單。控制電路基本原理圖如圖 21 所示。這種微電同步電動(dòng)機(jī) 同步電動(dòng)機(jī) 同步電動(dòng)機(jī) 進(jìn)水電磁閥 電動(dòng)機(jī) 排水電磁閥 蜂鳴器 水位開關(guān) 選擇開關(guān) 電源開關(guān) 7 腦程序控制器的核心是單片機(jī) ,外加穩(wěn)壓電 源 ,時(shí)鐘電路 ,功能選擇鍵輸入電路 ,放大驅(qū)動(dòng)電路 ,顯示電路等 ,它們組成了一個(gè)完整的全自動(dòng)洗衣機(jī)的指揮中心。 圖 22 單片 控制式全自動(dòng)洗衣機(jī)電路的基本原理 框 圖 機(jī) 生產(chǎn)廠已在單片機(jī)中存入各種程序。經(jīng)外部電路放大后 ,控制電動(dòng)機(jī)、進(jìn)水電磁閥、排水電磁閥等產(chǎn)生相應(yīng)的動(dòng)作 ,從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)洗衣過程的自動(dòng)化操作。 由于 單片機(jī) 控制的全自動(dòng)洗衣機(jī)除了功能齊全外 ， 還有一個(gè)重要的特點(diǎn) ,就是各種功能及程序進(jìn)行過程中的各種狀態(tài)都由顯示器件顯示出來。電腦輸出的功能顯示信號(hào) ，由三極管電流放大后驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管發(fā)光。增加了這些顯示器件后 ,除進(jìn)一步完善了洗衣機(jī)的功能外 ， 還能美化洗衣機(jī)的外觀造型 ， 為使用者的操作提供方便。 控制功能要求 本系統(tǒng)控制的對(duì)象為套桶式單缸低波輪全自動(dòng)洗衣機(jī)，其功能要求如下： 、弱洗滌功能。 ，即標(biāo)準(zhǔn)程序、經(jīng)濟(jì)程序、單獨(dú)程序和排水程序。排水時(shí)間采用動(dòng)態(tài)時(shí)間法確定，脫水時(shí)間為 2 分鐘。單獨(dú)程序是進(jìn)水→洗滌（ 6 分鐘）→結(jié)束（留水不排不脫）。 。 待機(jī)蓋關(guān)閉 后恢復(fù)工作。脫水期間采取間歇驅(qū)動(dòng)方式，以便節(jié)能。 。 。 實(shí)現(xiàn)方法 基于上述要實(shí)現(xiàn)軟硬件結(jié)合，考慮到 8051 的特點(diǎn)，以 其 作為核心器件，設(shè)計(jì)了全自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)。包括進(jìn)水、洗滌、漂洗、排水和脫水五個(gè)階段。 9 第 3 章 硬件電路的設(shè)計(jì) 系統(tǒng)的整體 框圖 主控系統(tǒng)是運(yùn)用 8051 單片機(jī)，其控制的對(duì)象包括：進(jìn)水閥、排水閥 、驅(qū)動(dòng)電機(jī) 、按鍵和 LED 顯示器件 。按鍵用來控制程序的運(yùn)行和設(shè)置 洗滌模式。洗衣機(jī) 控制系統(tǒng)整體框圖如 圖 31 所示。 ⑵ 直流電源電路：這 是為單片機(jī)及其外圍控制電路提供直流電源的電路，它將輸入 的 220V 交流電經(jīng)過變壓、整流、濾波和穩(wěn)壓后，變?yōu)榉€(wěn)定的低壓直流電，送給單片機(jī)、顯示電路等。 ⑷ 時(shí)鐘電路：由晶振單元與單片機(jī)內(nèi)部電路組成，產(chǎn)生的振蕩頻率為單片機(jī)提供時(shí)鐘信號(hào)，供單片機(jī)定時(shí)和計(jì)時(shí)。 ⑹ 顯示電路： 采用 LED 燈及 一 片 7segmpx2cc 共陰數(shù)碼管 ，用以顯示洗衣機(jī)的各種工作方式 、 狀態(tài) 及剩余 時(shí)間 。水位控制電路由傳感器監(jiān)測(cè)，其通斷狀態(tài)由電路傳給單片機(jī)，由單片機(jī)進(jìn)行指令控制。 完成一次洗衣過程所需的動(dòng)作有： ⑴ 進(jìn)水動(dòng)作：進(jìn)行洗滌時(shí)，盛水桶內(nèi)的水量必須達(dá)到 設(shè)定要求。 當(dāng)桶內(nèi)沒有水或水量達(dá)不到設(shè)定水位時(shí)，單片機(jī)程序?qū)⒖刂七M(jìn)水閥打開，開始注水，當(dāng)桶內(nèi)的水位達(dá)到設(shè)定水位時(shí)，水位開關(guān)受壓閉合，程序就可進(jìn)入下一步處理。不同的洗衣過程，控制電機(jī)執(zhí)行“正轉(zhuǎn) 停止 反轉(zhuǎn) 停止”的時(shí)間是不同的。為了避免空排水造成時(shí)間浪費(fèi)以及排水不完而帶水脫水造成對(duì)電機(jī)的損害 ， 洗衣機(jī) 適當(dāng)延長(zhǎng) 排水時(shí)間。進(jìn)行脫水是若遇到洗衣機(jī)蓋打開，則暫停脫水，并發(fā)出報(bào)警，直至用戶合上桶蓋后，才繼續(xù)進(jìn)行脫水。 11 8051 單片機(jī) 微控制電路我們采用 8051 單片機(jī)， 其 價(jià)格便宜、功能齊全、可靠性高、使用普遍。它內(nèi)含 2KB 可反復(fù)燒錄的 FLASH 存儲(chǔ)器， RAM 字 節(jié)也有128 個(gè)， 有 15 條可編程控制的 I/O 線 [4]， 5 個(gè)中斷 觸發(fā)源 ， 2 個(gè)定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器，已經(jīng)可以滿足程序的需要，指令和 MCS51 系列 完全 兼容 。 8051 是一種帶 2K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的單片機(jī)。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容 ， 將多功能 8 位 CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合 在單個(gè)芯片中 。 GND（ 20） ： 公共 接地 端 。 P1： ~ 口 8 位雙向口線（在引腳的 1~8 號(hào)端子）。 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 12 P3： ~ 口 8 位雙向口線（在引腳的 10~17 號(hào)端子）。 P1 口只做 I/O 口使用：其內(nèi)部有上拉電阻。 有內(nèi)部 EPROM 的單片機(jī)芯片（例如 8751），為寫入程序需提供專門的編程脈沖和編程電源，這些信號(hào)也是由信號(hào)引腳的形式提供的， 即：編程脈沖： 30 腳（ ALE/PROG） 編程電壓（ 25V）： 31 腳（ EA/Vpp） 當(dāng)外接電源下降到下限值時(shí)，備用電源就會(huì)經(jīng)第二功能的方式由第 9 腳（即RST/VPD）引入，以保護(hù)內(nèi)部 RAM 中的信息不會(huì)丟失。 ALE/PROG 地址鎖存控制信號(hào)：在系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí)， ALE 用于控制把 P0 口的輸出低 8 位地址送鎖存器鎖存起來，以實(shí)現(xiàn)低位地址和數(shù)據(jù)的隔離。當(dāng) ALE 是低電平時(shí)， P0 口上的內(nèi)容和鎖存器輸出一致。從這里我們可以看到，當(dāng)系統(tǒng)沒有進(jìn)行擴(kuò)展時(shí) ALE 會(huì)以 1/6 振蕩周期的固定頻率輸出，因此可以做為外部時(shí)鐘，或者外部定時(shí)脈沖使用。 PSEN 外部程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)：在讀外 部 ROM 時(shí) PSEN 低電平有效，以 實(shí)現(xiàn)外部 ROM 單元的讀操作。 EA/VPP 訪問和序存儲(chǔ)器控制信號(hào) 接高電平時(shí) ： CPU讀取內(nèi)部程序存儲(chǔ)器（ ROM）擴(kuò)展外部 ROM。 8051 燒寫內(nèi)部 EPROM 時(shí) ，利用此腳輸入 21V 的燒寫電壓。 XTAL1 和 XTAL2 外接晶振引腳。 單片機(jī)最小系統(tǒng)復(fù)位電路 在圖 313 的復(fù)位電路中，當(dāng) Vcc 掉電時(shí)，必然會(huì)使 RST 端電壓迅速下降到 0V 以下 。另外，在復(fù)位期間，端口引腳處于隨機(jī)狀態(tài)，復(fù)位后，系統(tǒng)將端口置為 14 全 “l(fā)”態(tài)。 復(fù)位電