基于单片机的自动洗衣机控制系统的设计说明.doc

.基于单片机的自动洗衣机控制系统的设计摘 要：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。一般的数字逻辑电路控制的洗衣机只有两三个程序，也有一按通的傻瓜程序。而基于单片机控制的洗衣机可以复杂程序控制，将水位段细化，漂洗功能细化，加上适用不同衣物等功能，洗涤程序大大增加。本次设计采用AT89C51单片机作为洗衣机控制系统的主控芯片，洗衣机的各种洗衣程序运行都在单片机的控制下，使得洗涤、漂洗、脱水等各种功能的操作都不需要手动。系统的硬件设计包括电源模块、谐振式水位监测模块、洗衣机LED显示、输出控制电路，软件设计包括主程序、部定时中断服务程序、外部中断服务程序。关键词：洗衣机；单片机；LED显示Design of Automatic Washing Machine Control System Based on Single Chip MicrocomputerAbstract：The washing machine is the appliance in peoples daily life, its invention and application to the job gets time-saving, and relieves the pressure in the domestic labour. The digital logic to control circuit of the washing machine has only two or three programs, also has a fool according to the program. But the revivification of washing machine can control a large complex program, and can turn the water level and rinsing functionsinto tiny, because of its different functions in clothing,washing procedure increases significantly.This design uses AT89C51 as the main control chip, all the programs of the washing machine are under the control of the CPU so that washing, rinsing and dehydration functions dont need to be operated by manual. The hardware design of the system includes power module, water monitoring module, LED display and output controller, the software partis composed ofthe main procedure, timing services application and external services.Keywords: Washing Machine; Single Chip Microcomputer; LED display49 / 53目 录1 绪论11.1 课题提出的目的与意义11.2 国外研究现状11.3 发展趋势21.4 系统的工作流程31.5主要研究容32 系统的整体方案设计42.1 系统的整体构架42.2 系统技术方案62.3 系统功能方案63 系统的硬件设计73.1 主控电路的设计73.1.1 关于AT89C51芯片73.1.2 AT89C51图的引脚图与总线结构图83.1.3 AT89C51外围辅助电路的设计103.2 各部分电路设计103.2.1 洗衣机控制器控制面板的设计103.2.2按键的部连接123.2.3 晶闸管驱动控制电路设计123.2.4 水位监测电路设计143.2.5开关电源电路设计163.2.6 键盘输入与显示电路设计173.2.7报警电路设计213.3 本章小结224 系统的软件设计224.1 主程序224.2 键盘中断子程序设计244.3 部定时中断程序设计254.4 外部中断设计264.5 本章小结275 总结28参考文献29辞30附录自动洗衣机控制系统总程序31附录自动洗衣机控制系统总硬件连接图.381 绪论1.1 课题提出的目的与意义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、家用电器以与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再满足部分人的需求，所以研究多功能的洗衣机具有重大的意义。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。基于单片机的自动洗衣机控制系统具有精度高、功能强、经济性好的特点。无论在提高产品质量还是产品数量，节约能源还是改善劳动条件等方面都显示出无比的优越性。对基于单片机的全自动洗衣机控制系统设计进行深入研究，可使我们掌握全自动洗衣机这种重要家电的工作原理和控制系统，进一步了解单片机在不同领域的应用方法，学会维修全自动洗衣机的基本技术，同时也为将来从事电子信息行业打下一定基础，所以本课题具有重大的意义。1.2 国外研究现状自19世纪中叶，美国人史密斯研制出世界上首台洗衣机至今，洗衣机的发展已经历了一个多世纪。1910年世界上第一台电动洗衣机问世，标志着人类家务劳动自动化的开始。1922年世界上第一台搅拌式洗衣机在美国诞生。1937年世界上第一台全自动滚筒式洗衣机投放市场。1957年三洋公司推出世界上第一台涡流式波轮洗衣机。从此，确立了搅拌式、滚筒式和波轮式三种工作方式的洗衣机三足鼎立天下的局面。20世纪60年代以后，洗衣机在一些发达国家的普与率迅速上升。70年代，日本生产出波轮式套桶全自动洗衣机。70年代后期，日本又生产出微电脑控制型波轮式套桶全自动洗衣机。80年代后，“模糊控制”开始应用于洗衣机，生产出了智能型模糊控制洗衣机，使洗衣机的功能更加完善，其洗衣程序更随人意，其使用操作更简单化。进入90年代，由于电机调速技术的提高，实现了洗衣机宽围大调速比的转速变换与调节，诞生了各种新水流洗衣机。20世纪末到21世纪初，变频洗衣机问世，使洗衣机的功能更具人性化，实现真正意义上的智能化控制成为目前人们研究的主要方向。由于我国洗衣机起步晚，在技术方面存在问题，不可避免的在现有洗衣机机型中存在噪声大，麻电和漏水等弊病，在质量方面与国外存在一定的差距。所以现在资品牌正立足技术升级，也开始重视高端产品研发，洗衣机的技术革命正在国愈演愈烈。1.3 发展趋势随着更多国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。在国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，具有节水功能的洗衣机不断被人们看好。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的水位在选择上有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，使得用水量大大减少。今后，洗衣机将以高可靠性，完善的功能，节水省电，降噪省时以与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。1.4 系统的工作流程洗衣机的工作流程包括：洗涤脱水漂洗脱水漂洗烘干。上述工作程序中，包含三个过程，洗涤过程、漂洗过程、脱水过程。1洗涤过程：放好待洗物，启动开关，进水阀通电，向洗衣机供水，当供水达到预定水位时，水位开关接通，进水阀断电关闭，停止供水。洗涤电动机接通电源，带动波轮旋转，搅动衣物进行洗涤。通过电动机不停地正传，停，反转，反复循环，形成洗涤水对衣物产生强烈的翻滚作用，同时，衣物之间，衣物与四周桶壁之间产生相互摩擦和撞击力，以此达到洗涤衣物的目的。2漂洗过程：与洗涤过程动作完全一样。3脱水过程：洗涤或漂洗过程完毕后，电动机停止转动，排水阀通电打开，进行排水，当水位低到一定程度时，满足安全条件，脱水电动机接通，带动脱水桶高速旋转，利用离心力把衣服上的水从桶壁的小眼里甩出，全部洗衣工作完成后，由蜂鸣器发出音响，表示衣物已洗干净。1.5主要研究容1.5.1 本论文的主要容1设计主控板模块硬件电路芯片选型，确定选用的芯片了解芯片的外围电路，分析芯片间的接线方式，设计硬件原理图绘制protel电路图元器件的选型等2设计外围电路与附加设备蜂鸣电路的选型与设计液晶显示电路的选型与设计上面两个电路的protel电路图的绘制3该系统的软件的设计编制主控板读写程序编制蜂鸣器与液晶显示相关程序1.5.2 本论文主要解决的问题1洗衣机主控模板软硬件设计2水位监测设计3液晶显示软硬件设计4系统电源设计 2 系统的整体方案设计2.1 系统的整体构架主控制系统运用的是AT89C51单片机，其控制的对象包括：进水阀、排水阀、电机。这些被控对象需要根据不同的洗衣程序来设定它们不同的工作状况和工作时间，进水阀和排水阀的控制还需要水位检测，同时需要数码管显示不同的工作状态与运行剩余时间。发光二极管用来指示洗衣机的运行状态；按键用来控制程序的运行和设置洗涤模式；蜂鸣器用来进行程序运行提示与故障报警。系统各部分的功能或作用：1单片机电路：单片机电路是程序控制的中心，它把计算机的各种功能电路都集成在一块芯片上，主要包括中央处理器CPU、程序存储器ROM、数据存储器RAM、输入/输出接口电路与计时、分频、扫描、定时、时间设定等电路，ROM已固化了洗衣机操作程序，单片机根据输入指令和检测信号，调出部相应的操作程序，通过电路处理后，输出各种电路控制信号，使洗衣机自动完成程序操作过程。如果单片机自身出故障，或控制电路传送给单片机的信息不正确，洗衣机就不能正常工作。2直流电源电路：这是为单片机与其外围控制电路提供直流电源的电路，它将输入的220V交流电经过变压、整流、滤波、稳压后，变为稳定的低压直流电，送给单片机、可控硅触发电路、显示电路等。3复位电路：此电路的作用是复位。在单片机接上电源以后，若电源出现过低电压时，将单片机存储器复位，使其各项参数处于初始位置，即处于开机时的标准程序状态，以消除由于某种原因引起的程序紊乱。洗衣机控制器系统整体构架如图1所示：变压器整流滤波稳压时基时钟双向可控硅蜂鸣驱动电路按键输入LED显示AT89C51825574LS240进水阀排水阀电机正转电机反转3-8译码器洗衣机状态显示指示灯D0D6复位电路水位选择图1 硬件结构框图4时钟电路：由晶振元件与单片机部电路组成，产生的振荡频率为单片机提供时钟信号，供单片机信号定时和计时。5按键输入电路(1) 按键K1，接P1.0，作为工作过程中的启动/停止键；(2) 暂停键K2，接P3.3，用外部中断1实现工作过程的暂停，根据用户的需要可以进行手工洗涤；(3) 标准键K3，接P3.4，作为标准洗涤选择键；(4) 轻柔键K4，接P3.5，作为轻柔洗涤选择键；(5) 快速键K5，接P3.6，作为快速洗涤选择键；(6) 压电蜂鸣器接P1.7，作为洗衣时间到以与故障发生的报警器。6显示电路74LS138译码器为3-8译码器，选用它可以解决I/O口线数量不足的问题。从控制要求可知，洗衣机的工作模式以与工作程序必须有7种不同的显示加以区别。74LS138译码器的输入端C、B、A分别接P1.1、P1.2、P1.3，输出端分别与7个发光二极管D0D6的阴极相连，发光二极管阳极接电源，输出端Y0控制D0“电源”指示灯；Y1控制D1“标准”指示灯，Y2控制D2“轻柔”指示灯；Y3控制D3“快速”指示灯；Y4控制D4“洗涤”指示灯，Y5控制D5“漂洗”指示灯；Y6控制D6“脱水”指示灯。7负载驱动电路 该电路多由双向可控硅与触发电路组成。双向可控硅作为无触点开关控制电机等负载的通断与运行。单片机根据按键输入指令或接收到的检测信号，输出相应的控制信号，控制可控硅触发电路的导通，使电机等负载得电运转。8报警电路 此电路在洗衣机中起提示和报警的作用。根据程序安排和软件设置，当洗衣完成后，洗衣机将发出蜂鸣声以提示用户洗衣完成。9水位开关和安全开关电路 水位选择开关，接P1.5，用户根据需要选择水位，在进水期间，系统不断检测，当到达设定水位时就停止进水。水位电路和安全开关电路由传感器监测，其通断状态由电路输送给单片机，由单片机进行指令控制。2.2 系统技术方案目前国市场上有很多种类的洗衣机，采用的控制系统也各不相同，基于学习与实际的情况，本设计我选用AT89C51单片机来实现洗衣机控制器的各控制要求。此设计以单片机为主体，配以各种控制电路，构成洗衣机的程序控制系统。当有故障时，在排除了机械系统和程控器外接部件后，一般来说，先检测判定单片机外围的控制电路，正常后，再判断单片机的故障。程序控制系统承受来自操作面板的动作指令，送出相应的执行命令，使电动机、进水阀、排水阀等按程序通电运行；同时还可以监测和显示洗衣机的工作状态，并判断工作是否正常，一旦出现异常，会立即送出停止命令，并发出声音报警。程序控制系统的这些功能是由它的各种控制电路相互配合工作来实现的。2.3 系统功能方案本次设计的洗衣机系统具备以下功能：1洗涤模式选择：该洗衣机有三种不同的洗涤模式即为标准洗涤，轻柔洗涤，快速洗涤。用户可以根据需要来选择相应的洗涤模式。2洗涤参数选择：(1) 时间选择：标准:洗涤12分钟；漂洗5分钟二次；脱水3分钟。轻柔：洗涤3分钟；漂洗3分钟，二次；脱水2分钟。快速：洗涤4分钟；漂洗1分钟二次；脱水2分钟。洗涤、漂洗22秒正转，停8秒，反转22秒，停8秒。(2) 洗涤时，洗涤指示灯亮；漂洗时，漂洗指示灯亮；脱水时，脱水指示灯亮。3有水位控制，能自动断水。3 系统的硬件设计3.1 主控电路的设计3.1.1关于AT89C51芯片本次设计中，系统将选择使用的单片机是AT89C51。在众多的51单片机系列中，AT89系列单片机在我国也得到极其广泛的应用，越来越受到人们的瞩目。AT89系列单片机是美国Atmel公司的8位Flash单片机产品。AT89C51是一种4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器(FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory)的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。它的最大特点是在片含有Flash存储器，Flash存储器是一种可以电擦除和电写入的闪速存储器(简记为FPEROM)，在系统的开发过程中可以十分容易地进行程序的修改，使开发调试更为方便。AT89 系列单片机以8031为核，是与8051系列单片机兼容的系列，Atmel89系列单片机有许多型号，可分为标准型号、低档型号和高档型号3类。系统将选用的AT89C51是属于标准型单片机。标准型89系列单片机是与MCS-51系列单片机兼容的。标准型系列在部含有4KB或8KB可重复编程的Flash存储器，可进行1000次擦写操作。全静态工作为033MHz，有3级程序存储器加密锁定，部含有128256字节的RAM、32条可编程的I/O端口、2个16位定时器/计数器、68 级中断，此外有通用串行接口、低电压空闲模式与掉电模式。 AT89系列标准单片机有4种型号，分别为AT89C51、AT89LV51、AT89C52和AT89L52，其中AT89C51和AT89C52直接与8051系列兼容，相当于将8051、8052中的4KB、8KB的ROM换成相应数量的Flash存储器，其余结构、供电电压、引脚数量与封装均相同，使用时可直接替换。AT89LV51是AT89C51低电压型号，可以在2.76V的电压围工作，其他功能和89C51相同。3.1.2 AT89C51图的引脚图与总线结构图图2引脚图 图3 总线结构图AT89C51的引脚功能：1电源引脚VSS和VCC(1) VSS(20脚)：接地。(2) VCC(40脚)：正常操作与对EPROM编程和验证时接+5V电源。2外接晶体引脚XTALl和XTAL2(1) XTALl(19脚)：接外部晶体的一端。(2) XTAL2(18脚)：接外部晶体的另一端。注：两脚之间必须接一个3.512HZ的晶振，常用的晶振有3.58MHZ，6MHZ，11.059MHZ和12MHZ。3控制或与其他电源复用引脚RESET、ALE、(1) RESET(9脚)：复位输入脚。此引脚部已有一个5030K的电阻器接地，所以只需接一个电容至+VCC，即可在电源ON时产生开机复位的功能。但是，常会在RESET引脚用一个8.210K的电阻接地，以缩短开机复位的时间。如需要，也可在电容两端并联一个常开按钮，以便按此按钮时可强迫系统复位。(2) ALE(30脚)：地址锁存器输出端。在系统扩展时，用于控制把P0口输出的低8位地址送入锁存器锁存起来，以实现低位地址和数据的隔离。ALE是以晶振1/6的固定频率输出的正脉冲，因此可以作为外部时钟或外部定时脉冲用。(3) (29脚)：外部程序存储器使能输出端。当CPU想读取外部ROM的容时，此脚会自动产生负脉冲。(4) (31脚)：输入脚。当引脚接地时，部程序数据失效，CPU被迫只读取外部的程序存储器。当接VCC时，对ROM的读操作从部程序存储器开始，并可延续到外部ROM。4输入/输出引脚P0口、P1口、P2口和P3口(1) P0口(P0.0P0.7共8条引脚，即3932脚)：双向8位I/O口。没有部上拉电阻器，输出电平时，需用户在引脚接上外部上拉电阻器。在访问外部存储器时，可分时用做低8位地址线和8位数据线。P0口做输出口用时，每只引脚均可驱动8个LSTTL负载。若某引脚想做输入脚用，则必须先将1写入该引脚。(2) P1口(P1.0P1.7共8条引脚，即l8脚)：双向8位I/O口。具有部上拉电阻器，可驱动4个LSTTL负载。若某引脚想做输入脚用，则须先将1写入该引脚。(3) P2口(P2.0P2.7共8条引脚，即2128脚)：双向8位I/O口。具有部上拉电阻器，可以驱动4个LSTTL负载。在访问外部存储器时，它送出高8位地址。(4) P3口(P3.0P3.7共8条引脚，即1017脚)：双向8位I/O口。具有部上拉电阻器，可驱动4个LSTTL负载。若某引脚想做输入脚用，则须先将1写入该脚。P3口引脚具有特殊功能。3.1.3 AT89C51外围辅助电路的设计1复位电路单片机的复位就和计算机的重启是一样的概念。任何单片机工作之前都要有个复位的过程，复位对于单片机来说，程序还没有开始执行，是在做准备工作，一般的复位只需要5ms的时间。复位操作有上电自动复位和按键手动复位两种方式。上电复位是外部的复位电路在系统通上电源后直接使单片机工作，单片机的起停通过电源控制。手动复位是在复位电路中设计按键开关触发复位电平，控制单片机复位。一般都用上电复位电路。上电自动复位原理：通电时，电容两端相当于短路，于是RESET引脚上为高电平，然后电源通过电阻对电容充电，RESET端电压慢慢下降，降到一定程度即为低电平，单片机开始正常工作。 2振荡电路振荡电路对于单片机来说是非常重要的，没有晶振就没有时钟周期，没有时钟周期，就无法执行程序代码，单片机就无法工作。单片机工作时是一条一条地从ROM中取指令，然后一步一步地执行。单片机部有一个用于构成片振荡器的高增益反相放大器，引脚XTAL1和XTAL2分别是该放大器的输入端和输出端。这个放大器与作为反馈元件的片外石英晶体(或瓷谐振器)一起构成自激振荡器，振荡电路图中外接石英晶体(或瓷谐振器)以与电容或构成并联谐振电路，接在放大器的反馈回路中。电容的大小没有严格的要求，但也会影响振荡器频率的高低、振荡器的稳定性、起振的快速性和稳定性。外接石英晶体时，和一般取30pF±10pF，外接瓷谐振器时，和一般取40pF±10pF。本系统采用12MHz的晶振，电容取30pF。3.2 各部分电路设计3.2.1 洗衣机控制器控制面板的设计洗衣机控制面板主要包括：启动/停止、标准、轻柔、快速、水位选择按钮以与状态显示灯，如图4所示：标准轻柔快速启动/停止低中高电源洗涤漂洗脱水图4 洗衣机面板图标准完成一次洗衣过程所需的动作有：1进水动作：进行洗涤时，盛水桶的水量必须达到水位设定要求。洗衣机的进水和水位判断，是由水位开关和进水阀的开合来进行控制的，当桶没有水或水量达不到设定水位时，单片机程序将控制进水阀打开，开始注水，当桶的水位达到设定水位时，水位开关受压闭合，程序就可进入下一步处理。2排水动作：进入脱水动作前应先排水。为了避免空排水造成时间浪费以与排水不完而带水脱水造成对电机的损害。洗衣机能够根据实际水量对排水时间进行动态控制。3洗涤动作：洗涤动作指的是电机周期性的“正转-停止-反转-停止”。不同的洗衣过程，控制电机执行“正转-停止-反转-停止”的时间是不同的。4脱水动作：排水完毕后进入脱水动作，脱水是通过电机的正转来实现的，同时要求排水阀一直打开，也正是由于排水阀的打开，才使得脱水时的电机正转速度不同于洗涤时的电机正转速度。进行脱水时若遇到洗衣机盖打开，则暂停脱水，并发出报警，直至用户合上桶盖后，才继续进行脱水。脱水完毕后，发出报警，并自动关闭排水阀。5脱水不平衡修正：进行脱水处理，电机要正转，电机要进行高速单向正转，若此时衣物偏向于一边，脱水桶会因离心的作用，在很短的时间碰撞安全开关装置，使安全开关产生瞬时的关闭和断开，此时要进行脱水不平衡修正。进行脱水不平衡修正，洗衣机将停止脱水，并自动插入“进水-洗涤1分钟-排水”动作。通过这一插入动作，衣服将调整到洗衣桶中心位置。在同一脱水过程中，如果连续修正3次仍达不到脱水平衡，则进行报警，等用户打开洗衣机将衣物放置均匀再盖上桶盖，方可继续进行脱水。6其它动作：洗衣机控制器在此控制面板上还配有启动/停止、标准、轻柔、快速、水位选择按钮。3.2.2按键的部连接(1) 按键K1，接P1.0，作为工作过程中的启动/停止键；(2) 暂停键K2，接P3.3，用外部中断1实现工作过程的暂停，根据用户的需要可以进行手工洗涤；(3) 标准键K3，接P3.4，作为标准洗涤选择键；(4) 轻柔键K4，接P3.5，作为轻柔洗涤选择键；(5) 快速键K5，接P3.6，作为快速洗涤选择键；(6) 压电蜂鸣器接P1.7，作为洗衣时间到以与故障发生的报警器。(7) 水位选择开关接P1.5。3.2.3 晶闸管驱动控制电路设计1驱动芯片ULN2803ULN2803驱动芯片为高电压大电流八达林顿晶体管阵列，该阵列系列的八达林顿晶体管是低逻辑电平数字电路(如TTL、CMOS或PMOS/NMOS)和大电流高电压要求的灯、继电器、打印机和其它类似负载间的接口的理想器件。广泛用于计算机，工业和消费类产品中。所有器件有集电极开路输出和用于瞬变抑制的续流箝位二极管。ULN2803的设计与标准TTL系列兼容。其工作参数如表3-1所示，部结构如图5所示：表3-1 ULN2803工作电压与工作环境额定值符号值单位输出电压V050V输入电压V130V集电极电流-连续LC500mA基极电流-连续LB25mA工作环境温度围LA0至+7。C保存温度围Tstg-55至+150。C结温TJ125。C图5 ULN2803部结构图2晶闸管驱动控制电路设计控制洗衣机的进水阀、排水阀和电动机的正反转。完成洗衣机的进水、排水以与驱动电机洗衣功能。单片机I/O口直接与驱动芯片ULN2803连接，将信号放大后驱动晶闸管的导通和关断，具体电路如图6所示：图6 晶闸管驱动电路图洗衣机完成衣物检测或手动设置洗衣程序后，进水阀打开，当水位检测电路检测水位达到预定高度时，进水阀关闭停止进水。在整个进水过程中，若进水阀打开时间超过15分钟水位检测电路仍未检测到水位达到预定高度，洗衣机将会报警并暂停水，等待故障排除。如果无故障，当进水满后关闭进水阀，启动电机开始洗涤。洗涤程序完毕排水阀将会打开，进入脱水程序。3ULN2803与单片机接口电路图7 ULN2803与单片机接口图3.2.4 水位监测电路设计1水位开关水位开关和联动开关是全自动洗衣机中比较重要而结构又相对简单的两个器件。它们一般都在直流低压下工作，是电子程控器的两个输入端，只有判定它们处于正确的闭合状态，程序才可以正常地向下运行，完成正常的操作。(1) 工作原理：全自动洗衣机水位开关的主要作用是控制洗衣机的水位高低。正常情况下，微电脑全自动洗衣机的水位开关只有2个插片。在没有受到水压时，两插片的触点是断开的。在选定洗涤程序、选择水位后，洗衣机开始工作，先进水，当水位到一定高度后，盛水桶气室中的气压达到一定值，通过导气管把气压传到水位开关橡胶密封圈上，克服水位开关弹簧、扭簧的力而推动橡胶密封圈动作，使两插片触点接通，这样就给微电脑一个信号，说明已到所选水位。同样选定脱水程序，在洗衣机排水后，水位退到一定高度时，由于弹簧力作用，水位开关橡胶密封圈复原，而使两触点断开，给微电脑一个动作信号，过一段排水时间后，微电脑就控制电机运转，开始脱水。(2) 双水位开关传统的下排水全自动洗衣机在进水后达到设定水位时，洗衣机开始洗涤，如果这时进水阀出现了故障，那么洗涤过程中洗衣机仍旧会不停地进水，当超过溢水水位时，水就会从洗衣机溢水口溢出，再通过排水管排出。而上排水洗衣机的溢水则因排水放置较高，出现这种情况时就无法从正常渠道排出，而是通过洗衣机的溢水口向外溢出。为防止由此给用户带来的麻烦，可以通过改进后的双水位开关回路还解决这一问题。双水位开关回路其中的一个水位开关，其功能与普通水位开关没什么区别，是用于设定进水水位的，当进水到达设定水位时，其触点闭合，单片机接收到这一信号，则发出控制指令给电动机回路，从而实现洗涤控制；另一路水位开关则是水位达到溢水水位时闭合，单片机接收到这一信号，则发出指令驱动排水泵动作，实现排水。图中是用于进行“低、中、高”水位调节的水位开关，它还有补水挡，可以随时提供补给水。双水位联动开关：普通的全自动洗衣机，其联动开关只有一组触点，当洗衣上盖板盖好后，其触点闭合，电路处于接通状态；在过程脱水和脱水最后过程中，若出现50200ms的瞬间断开，则判为碰桶，程序进入开盖处理；断开超过200ms，判为开盖，程序进入开盖子程序，断开不到50ms则不处理。2水位监测模块:水位监测的精度直接影响洗净度，水流强度，洗涤时间等参数，本系统采用谐振式水位传感器。谐振式水位传感器是利用电磁谐振电路LC作为传感器的敏感元件，将被测物体的变化转化为LC参数的变化，最终以频率参数输出。其工作原理是：将水位的高低通过导管转换成一个测试腔气体变化的压力，驱动腔上方的一块隔膜移动，带动隔膜中心的磁芯在某线圈移动，从而线圈电感发声变化，由此引起谐振电路的固有频率随水位变化，水位测量电路如图8所示，为便于与单片机接口，水位传感器采用数字震荡电路，电感与电容组成的三点式震荡电路经C2耦合接入数字式谐振放大器A1，随着水位变化，谐振频率作相应变化，放大器在A点输入，经A2整形，由c点输出，此时即可将数字量接到单片机。图8 水位监测电路图3.2.5 开关电源电路设计开关电源为单片机供电，原理图如图9所示。交流220V电源经变压器降压再经过电力二极管整流、滤波后产生直流电压，输入到集成稳压器7805组件的输入端，7805输出稳定的+5V电压，为单片机供电。7805稳压器一种三端固定正集成稳压器，有输入端、输出端和公共端三个引出端，输入电压为735V，最大的输出电流为1.0A，部设置有过流保护芯片过热保护与调整管安全工作区保护电路，所以使用安全可靠。图9 开关电源电路图3.2.6键盘输入与显示电路设计显示电路主要由2个数码管、8缓冲数码驱动器74LS240以与I/O扩展芯片8255组成。1可编程I/O接口芯片8255(1)8255部结构A组端口A（8）B 组端口B（8）A组端口C上（4）B组端口C下（4）A组控制B组控制数据总线缓冲器 读/写控制内部总线双向数据总线D0-D7A1A0RESETI/OPA0-PA7I/OPC7-PC4I/OPC3-PC0I/OPB7-PB0图10 8255部结构框图由图可知，8255具有3个可编程并行I/O端口，A口、B口和C口。这个8位I/O端口的功能完全由编程决定，但每个口都有自己的特点。A口有三种工作方式：方式0、方式1、方式2。B口有两种工作方式：方式0、方式1。(2) 8255引脚结构与功能1) 数据总线：D0-D7、PA0-PA7、PB0-PB7、PC0-PC7，此32条数据线均为双向三态，其中D0-D7用于传送CPU与8255之间的命令与数据，PA0-PA7、PB0-PB7、PC0-PC7分别与A、B、C3口对应，用于8255与外设之间传送数据。2) 控制线：、RESET：读信号，输入信号线，低电平有效。当这个引脚为低电平时，8255输出数据或状态信息到CPU，即CPU对8255A进行读操作。：写信号，输入信号线，低电平有效。当这个引脚为低电平时，8255接收CPU输出的数据或命令，即CPU对8255A进行写操作。RESET：复位信号，输入信号线，高电平有效。此引脚为高电平时，所有8255部寄存器都清零，所有通道都设置为输入方式，24条I/O引脚为高阻状态。3) 寻址线：、A0、A1：片选信号，输入信号线，低电平有效。当这个引脚为低电平时，8255被CPU选中。A0、A1：这是两条输入信号线，通常一一对应接到地址总线的最低两位A0和A1上。当有效时，这两位的4中组合00、01、10、11分别用来选择A、B、C口和控制寄存器，所以一片8255共有4个地址单元。4) 8255控制字D01D6D5D1D4D3D2标识位A组方式选择00- 方式001- 方式11x-方式2PC7-PC41-输入0-输出端口B;1-输入0-输出A组方式选择00- 方式001- 方式11x-方式2端口A:1-输入0-输出PC3-PC0: 1-输入0-输出图11 8255控制字框图2数码驱动器74LS24074LS240是原码三态输出的8缓冲数码驱动器， G为控制端，又称为使能端，其工作原理如下：当G=0时，A输入为低电平时，Y输出也为低电平。当G=0时，A输入为高电平时，Y输出为高电平。当G=1时，A不论输入高电平还是低电平Y为高阻态。3LED显示器 由发光二极管组成的八段数码管(LED)是单片机应用产品中最常用的廉价输出设备。它由8段发光二极管按一定的规律排列而成。当某一发光二极管导通时，相应的一个点或一个笔画被点亮，控制不同的组合的二极管导通，就能显示出各种字符。发光二极管的阳极连在一起的称为共阳极显示器，阴极连在一起的称为共阴极显示器，如图12(b)所示。一位显示器的8个发光二极管用ag表示，dp表示小数点的亮与暗。如图12(a)所示。这种笔画式的八段显示器能显示的字符较少，字符的形状有些失真，但控制简单，使用方便。系统的显示器主要是显示剩余时间。74LS240是一个反向驱动器，它把由8255输出的电平信号进行一次反向输出低电平，这是由于显示电路中的数码管显示器是共阴极所造成的。(a)外形结构 (b) 共阴极图 12 八段数码管图4显示电路设计LED显示器采用共阴极，由8255的PA口提供位选码，PB口提供段选码。PA口与8缓冲数码驱动器74LS240连接后再接入数码管，PC口与两个非门连接后接入数码管，驱动数码管显示。图13 显示电路图58255与单片机接口电路设计由单片机送出要显示的信息到8255的PB口(PB口的端口地址是0FF7DH)，通过PB0和PB1送出字符信息和时钟，送出的字符信息通过非门并行输出。其2位显示器都收到字符信息，具体哪一位亮就取决于共极信号。这时就要由PA口(PA口的端口地址是0FF7CH)送出的共极信号来决定哪一位有效。PA口送出的地址经过74LS240反向来控制相应的位点亮。具体的电路连接如图14所示。