基于单片机的洗衣机控制系统2.doc

【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流基于单片机的洗衣机控制系统2.精品文档.东 北 石 油 大 学 课 程 设 计课 程 单片机课程设计 题 目 16*16 LED点阵广告屏 院 系 电气信息工程学院测控系 专业班级 测控09级 3班 学生姓名 贾雅栋 学生学号 090601240308 指导教师 2012年 7 月 8日东北石油大学课程设计任务书课程 单片机课程设计 题目 基于单片机的洗衣机控制系统 专业 测控技术与仪器 姓名 贾雅栋 学号 09061240308 一、任务 以AT89C51单片机为控制核心，利用独立键盘、LED显示电路、直流电机等部分模块组成一套完整的洗衣机模型控制系统。二、设计要求1 利用独立键盘模拟洗衣机操作按钮，K1为洗衣机操作时间，K2为电机驱动按钮，当K2按下后，电机正转30秒，逆转30秒，反复执行此操作到洗衣机操作时间结束。2 利用LED显示单元显示时间。3 基本电路包括单片机最小系统、电机驱动电路、LED显示电路。4 提交设计报告、电路图及源程序代码。三、参考资料1 刘国钧，陈绍业，王凤翥.图书馆目录M.北京：高等教育出版社，1957.15-18.2 刘润华,刘立山.模拟电子技术J.山东:石油大学出版社,2003.3 苏成富.彩灯控制器J.北京:电机电器技术,2000，（01）.4 祝富林.音乐彩灯电路CS9482J.北京:电子世界,1995，（12）.5 彭介华.电子技术课程设计指导J.北京:高等教育出版社,1997.完成期限 2012.6.29 至 2012.7.8 指导教师 专业负责人 曹广华 2012年 6月 29 日目 录第1章 绪论11.1 LED点阵显示屏概述11.2 LED显示屏控制技术状况11.3 本设计任务2第2 章 总体方案论证与设计32.1 LED驱动模块32.2 数据存储模块32.3 总体硬件组成框图4第3章 系统硬件设计53.1 LED驱动模块的硬件设计53.2数据存储电路设计63.3 PC机通信模块的设计7第4章 系统的软件设计94.1 主程序设计94.2 驱动显示子程序设计10第5章 系统调试与测试结果分析125.1 使用的仪器仪表125.2 系统调试125.3 测试结果12结 论13参考文献14附录1 程序15第1章 绪论洗衣机是人们日常生活中常见的一种家电，已经成为人们生活中不可缺少的家用电器。在工业生产中应用也十分广泛。但是传统的基于继电器的控制，已经不能满足人们对洗衣机的自动化程度的要求了。随着单片机技术的发展，用单片机来作为控制器，能更好的控制洗衣机，并且控制方式灵活多样，控制模式可以根据不同场合的应用而有所不同。单片机以微小的体积和编程的灵活性而产生多种控制功能，完全可以满足设计的需求。本系统采用AT89C51单片机作为控制系统，设计目的主要是为了熟悉单片机系统设计的基本方法并实现基本的洗衣机功能。系统的控制面板主要由按键开关组成，按键选择洗衣机工作模式，并且可以根据需要调整洗涤时间长短。LED液晶显示器则显示洗衣机的工作模式和洗涤时间。洗衣机的整体电路模块包括按键矩阵、液晶显示、电机及驱动电路。控制程序设计包括定时中断服务程序、时间设定程序、外中断服务程序及主程序。整体来说系统设计基本达到设计目标。1.1 洗衣机的概述随着数字技术的快速发展，数字技术被广泛应用于智能控制的领域中。单片机以其集成度高、运算速度快、体积小、运行可靠、价格低廉等特点，在过程控制、数据采集、机电一体化、智能化仪表、家用电器及网络技术等方面得到了广泛的应用。洗衣机是现代人必备的日常生活家电，它的发明和应用使人们的洗衣工作变得省时又省力，很好地缓解了人们在家务劳动方面的压力。而随着人们对生活质量的不断追求，普通的洗衣机已经不能满足部分人的需求，所以研究多功能的全自动洗衣机具有重大的意义。1.2 洗衣机控制技术状况目前中国洗衣机市场正进入更新换代期，市场潜力巨大，人们对于洗衣机的要求也越来越高，目前的洗衣机主要有强弱洗涤功能、进排水系统故障自动诊断功能、暂停等几大功能，在许多方面还不能达到人们的需求。这就要求设计者们有更高的专业和技术水平，能够提出更多好的建议和新的课题，将人们的需求变成现实，设计出更节能、功能更全面、更人性化的全自动洗衣机。目前的洗衣机都没有实现全方面的兼容，大多数洗衣机的厂家都只注重各自品牌的特长，突出一两个与别的洗衣机不同的个性化的功能。因此，设计出基于单片机的全自动洗衣机控制电路系统具有很强的实用性。随着更多国内外强势品牌加入研究新的技术，开发新的产品，洗衣机行业将爆发新一轮以“绿色环保”、“节水节能”为主题的大战。而技术制高点则是未来的竞争焦点。消费者选择自动选择进水量和洗衣程序，进一步实现省水、省电。在国内从洗衣机市场得到的商情显示，由于受水资源不断减少，自来水费有所提高等因素的影响，市场上那些用水量较大的洗衣机销售受阻，而具有节水功能的洗衣机销路不断看好。针对市场需求的变化，一些生产厂家如小天鹅、小鸭、海尔等，先后向市场推出了一批节水型全自动洗衣机，受到消费者的青睐，成为洗衣机中的购买热点。节水型全自动洗衣机的主要特点是可供用水水位在选择上有6种、8种、10种等多种。有的节水型全自动洗衣机最低水位在12升至20升之间，用水量大大减少。除此之外，由于传统双缸洗衣机用水量可以随意选择，因此又重新被消费者认可。今后，洗衣机将以高可靠性，完善的功能，节水省电，降噪省时以及规格品种多样化为发展方向。但是由于普通洗衣机采用按键和机械定时器进行控制，导致出现触点易磨损，故障率高，并在使用过程中不能给用户准确的定时和醒目的显示，而采用单片机实现洗衣机的智能控制可以有效地克服这些缺点，并能灵活的实现多功能技术兼容，所以采用单片机来控制全自动洗衣机的系统会应用的越来越广泛。1.3 本设计任务单片机又称微控制器，或称嵌入式控制器。而现在的智能家电无一例外是采用微控制器来实现的，所以家用电器是单片机应用最多的领域之一。它是家用电器实现智能化的心脏和大脑。由于家用电器体积小，故要求其控制器体积更小以便能嵌入其结构之中。而家用电器品种多，功能差异也大，所以又要求其控制器有灵活的控制功能。单片机以微小的体积和编程的灵活性而产生多种控制功能，完全可以满足家用电器的需求。单片机主要用于计算机外设、实时控制、仪器仪表、通信和家用电器等各个领域，是计算机技术和电子技术的综合性应用，在不同应用场合其技术要求各不相同，因此设计方法和研制的步骤不完全一样。单片机应用系统由硬件和软件组成。硬件是指MCU、存储器、I/O接口和外设等物理器件的有机组合。软件是指系统监控程序的总称。在开发的过程中，它们的设计不能完全分开，二者需要互相配合、不断调整才能组成高性能的应用系统。单片机应用系统的开发包括系统总体设计、硬件设计、软件设计、系统调试等几个阶段，它们有时交叉进行。第2 章 总体方案论证与设计 本系统采用单片机AT89C51为洗衣机的控制核心，系统主要包括状态显示模块、电机驱动模等下面对各模块的设计逐一进行论证比较。2.1 状态显示模块洗涤时间需要显示出来，我们需要选择显示状态的器件。有LED数码管和LCD液晶显示可供我们选择。方案一：LCD是液晶显示器英文名称的缩写，液晶显示器是一种被动式的显示器，即液晶本身并不发光，而是利用液晶经过处理后能改变光线通过方向的特征，达到白底黑字或黑底白字显示的目的。LCD有明显的优点：工作电流小其功耗很低；尺寸小；字迹清晰、美观、使人舒服；寿命长，使用方便且能够显示四行汉字，更加人性化的特点。液晶动态显示功能强大，可以实现多种信息的显示，提供了一个友好的用户界面，使系统更加直观，人性化。但是LCD液晶显示器价格贵，且占I/O端口比较多方案二：ED数码管实际上是由七个发光管组成8字形构成的，加上小数点就是8个。这些段分别由字母a,b,c,d,e,f,g,dp来表示。当数码管特定的段加上电压后，这些特定的段就会发亮，以形成我们眼睛看到的字样了。LED 数码管的主要特点如下：(1) 编程容易，硬件电路调试简单。(2)能在低电压、小电流条件下驱动发光，能与 CMOS、ITL 电路兼容。 (3)发光响应时间极短(<01s)，高频特性好，单色性好，亮度高。 (4)体积小，重量轻，抗冲击性能好。 (5)寿命长，使用寿命在 10 万小时以上，甚至可达 100 万小时。成本低。因此它 被广泛用作数字仪器仪表、数控装置、计算机的数显器件。本次设计只是显示时间，所以采用LED就可以达到目的了。2.2 电机驱动模块 方案一：采用继电器对电动机的开和关进行控制，通过开关的切换对电机的速度进行调整。这个方案的优点是电路较为简单，实现容易；缺点是继电器的响应速度慢、机械结构易损坏、寿命较短。 方案二：采用DSP芯片，配以电机控制所需要的外围功能电路，通过数控电压源调节电机运行速度，实现控制物体的运动轨迹。该方案优点是体积小、结构紧凑、使用便捷、可靠性提高。但系统软硬件复杂、成本高。方案三：采用专用芯片L298N。L298N是一个具有高电压大电流的全桥驱动芯片，它相应频率高，且还带有控制使能端。用该芯片作为电机驱动，操作方便，稳定性好，性能优良。 基于上述理论分析和实际情况，拟定选择方案三。2.3 总体硬件组成框图 89C52时钟电路键盘控制控制端口UNL2003NNN步进电机时钟电路显示端口LED显示屏图2-1 总体硬件组成框图 系统框图如图2-1所示，系统主要由两大模块组成即LED显示模块、电机驱动模块。第3章 系统硬件设计为使该模块化洗衣机控制系统具有更加方便和灵活性，我们对系统的硬件做了精心设计。硬件电路包括LED显示模块、电机驱动模块两部分。3.1 状态显示模块的硬件设计本次设计只是显示时间，所以采用LED就可以达到目的了。我们选择了三个LED作为显示模块来显示三位时间，分别为，分个位、秒十位、秒个位。LED数码管通过TM1620驱动，经过串行口传输数据，进行静态显示。图3.7 数码管驱动电路3.2电机驱动电路设计单相串励电机的引入，起源于欧美等生产厂家。欧美地区住房宽裕，人们一般将洗衣机安放在离卧室较远的地方。不太在乎噪音，而更关心的是脱水转速。单相串励电机正好可以满足这方面的要求，这种电机一般由电刷换向器、励磁绕组和电枢绕组串接而成，定子由定子铁心和励磁绕组等部件组成，转子由电枢铁心、电枢绕组和换向器组成;由于励磁绕组与电枢绕组是串接的，通电后电枢电流与励磁磁场所产生的电磁力矩就可以带动负载旋转。单相串励电机转速高、体积小、起动转矩大，经常用在电钻等电动工具上。将这种电机装配在洗衣机上，洗涤或脱水时只需通过调整电压就可以实现电机转速的调整，并且，调节范围也比较宽。在国外有的滚筒洗衣机装配了这种电机其脱水转速可达达1000r/min以上。但它也有明显不足的地方：最明显的就是工作时噪声突出，尤其是转速越高，噪声越大，这也是由于这种电机的自身结构所决定的。 除此以外，由于这种电机采用的是机械式换向。因此，电磁干扰在所难免，被电刷短接元件中的电流急剧变化和产生的火花，会产生非常的电磁干扰，在高速脱水时尤为明显;电刷与换向器摩擦摄耗也会影响电机的寿命。基于此，这种电机要实现直接驱动也比较困难。单相异步电动机是靠220V单相交流电源供电的一类电动机，它适用于只有单相电源的小型工业设备和家用电器中。单相异步电动机由定子、转子、轴承、机壳、端盖等构成。在单相异步电动机中，当定子绕组通过交流电流时，建立了电枢磁动势，它对电机能量转换和运行性能都有很大影响。所以单相交流绕组通入单相交流产生脉振磁动势，该磁动势可分解为两个幅值相等、转速相反的旋转磁动势和，从而在气隙中建立正转和反转磁场和。这两个旋转磁场切割转子导体，并分别在转子导体中产生感应电动势和感应电流 。该电流与磁场相互作用产生正、反电磁转矩。正向电磁转矩企图使转子正转；反向电磁转矩企图使转子反转。这两个转矩叠加起来就是推动电动机转动的合成转矩。由于单相异步电动机原理、构造大比较简单，制作工艺已成熟，而且，应用在洗衣机上已有几十年历史，所以我们选择单相异步电动机作为洗衣机的电机。由于这种电机是恒速运转，所以工作时通过皮带传动及减速离合器完成速度、力矩的转换，再分别完成洗衣机的洗涤、脱水动作。也可以选用一级皮带作为减速兼传动。它在洗涤、脱水时的不同转速是由电机的不同极对数绕组来完成的。绕组多采用2极/12极或2极/16极。这样可以使洗涤转速大约在40-60r/min，脱水转速大约在400-600r/min。单片机通过P10,P11口控制电机的正反转。图3.6 电机控制电路表3-1引脚功能描述指令代码指令代码 Read ROM(读ROM) 33H Write Scratchpad(写暂存存储器) 4EH Match ROM(匹配ROM) 55H Read Scratchpad(读暂存存储器) BEH Skip ROM(跳过ROM）CCH Copy Scratchpad(复制暂存存储器) 48H Search ROM(搜索ROM) F0H Convert Temperature(温度变换) 44H 3.3 单片机最小系统图3.7 单片机最小系统第4章 系统的软件设计软件是该洗衣机控制系统的重要组成部分，在系统的软件设计中我们也才用了模块化设计，将系统的各部分功能编写成子模块的形式，这样增强了系统软件的可读性和可移植性。4.1 主程序设计本系统中下位机（单片机89C51）的主要功能就是实现洗衣机的时间显示、电机转动等功能。其主程序流程如图4-1所示。图4.1 洗衣机控制系统主流程图主程序:#include "reg52.h"#include <stdio.h> void delay(unsigned int t);#define uchar unsigned char #define uint unsigned intvoid time(void); /Motorsbit F1 = P10;sbit F2 = P11;sbit F3 = P12;sbit F4 = P13;sbit K1 = P30;sbit K2 = P31;unsigned char code FFW8=0xfe,0xfc,0xfd,0xf9,0xfb,0xf3,0xf7,0xf6; /反转unsigned char code FFZ8=0xf6,0xf7,0xf3,0xfb,0xf9,0xfd,0xfc,0xfe; /正转unsigned int key,K,rate;/rateunsigned int rest,LedNumVal=1;4.2 洗衣机控制子程序设计4.2.1状态显示子程序设计图4.2 状态显示子程序流程图程序： void timer0_int( ) int num=0; TMOD=0x01; TH0=0x3c; TL0=0xb0 ; EA=1; ET0=1; TR0=1;void timer0_int(void) interrupt 1 TH0=0x3c; TL0=0xb0; num+: While(num!=60) while(TF0!=1); P37=P37; TF0=0;第5章 系统调试与测试结果分析5.1 使用的仪器仪表 数字万用表DT9203单片机仿真器WAVE6000烧写器 GF2100双踪稳压稳流电源DH1718E-55.2 系统调试根据系统设计方案，本系统的调试共分为三大部分：硬件调试，软件调试和软硬件联调。由于在系统设计中采用模块设计法，所以方便对各电路模块功能进行逐级测试：LED驱动模块的调试，数据存储模块的调试，PC机通信模块的调试等，最后将各模块组合后进行整体测试。5.2.1硬件调试 对各个模块的功能进行调试，主要调试各模块能否实现指定的功能。5.2.2软件调试 软件调试采用单片机仿真器WAVE6000L及微机，将编好的程序进行调试，主要是检查语法错误。5.2.3硬件软件联调 将调试好的硬件和软件进行联调，主要调试系统的实现功能。5.3 测试结果此次系统设计结果较好，LED显示屏能很好的显示信息。LED显示屏由八块8*8的LED小模块组成，整个显示屏可以显示两个16*16的汉字，汉字从右到左移动显示，显示亮度也正好。结 论针对传统汉字显示系统显示方式单一，字模更换难度大的问题，设计了本系统，系统是以AT89C52单片机为核心，采用并行ISP下载，串行数据传输、动态扫描技术，利用人眼视觉暂留现象实现汉字移动显示并可与PC机进行通信的16*64LED汉字显示屏。系统总体电路由通信电路，驱动电路和外部存储电路构成。通信电路由MAX232进行电平转换实现单片机与上位机的通信，完成将字模向外部字模数组的传递过程。74LS154和74HC595共同作用完成对显示屏的驱动，实现字模信息于LED点阵上小灯亮灭的转变过程。74LS373和EEPROM2864完成外部数据存储功能。通过软硬件的仿真调试，实现了本次设计的基本功能：汉字的左移显示，并可与上位机进行通信，实现显示汉字的更新。但在实际应用中，功能不仅仅于此，通过对程序的稍做修改，可以实现汉字的静态显示，左移，右移的显示，以及根据要求来控制移动速度和每次移动的距离，并且都可以和上位机进行通信实现汉字的更新。参考文献1 吴杰.基于ISP 技术的电子公告牌系统J.科技资讯2008.NO.14：83-87.2 殷晓安，吴明亮.基于单片机的LED点阵显示条屏控制系统设计J.2008,4月.154-155.3 M.R.Krames,O.B. 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