2022年基于MCS-51单片机的洗衣机控制系统设计.docx

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1、精品学习资源高校毕业设计论文基于 MCS-51 单片机地洗衣机掌握系统设计欢迎下载精品学习资源摘 要随着数字技术地快速进展，数字技术被广泛应用于智能掌握地领域中.单片机以体积小、功能全、价格低廉、开发便利地优势得到了很多电子系统设计者地青睐.它适合于实时掌握，可构成工业掌握器、智能外表、智能接口、智能武器装置以及通用测控单元等.本文以 AT89S51 单片机为核心设计了全自动洗衣机掌握系统.本系统实现了对洗衣机整个洗衣过程地掌握包括用户参数输入、洗衣、脱水和终止演奏四个阶段.掌握系统主要由电源电路、数字 掌握电路和机械掌握电路三大模块构成.电源电路为数字掌握电路供应稳固地5V 直流电压为电动机

2、供应 220V 市电；数字掌握电路负责掌握洗衣机地工作过程主要由AT89S51 单片机、两位共阴数码管、按键、蜂鸣器、 LED 指示灯组成；机械掌握电路实现水位检测、电机驱动、进水、排水等功能主要由水位检测器、电动机、进水排水电磁阀组成.本系统地电路并不复杂给AT89S51 单片机载入软件程序后能够实现全自动洗衣机地基本功能.虽然不能与电器市场上地洗衣机掌握系统媲美但也具有肯定地有用性.关键词：单片机；全自动洗衣机；实时掌握；掌握系统Design of Washing Machine Control System Based On 51 Single-Chip欢迎下载精品学习资源Abstrac

3、tWith its rapid development,digital technology is widely used in the field of control system. Single chip microcontroller is favored by many electronic system designers for its smallness, full function, low priceand easy application.It psrettyfitforreal-time controlas a core in industrialcontroller,

4、intelligentapparatus, intelligent interface, intelligent weapon device, universal measure control unit, etc.This article designs a full-automaticwashing machine control system with AT89S51 as core. This system realizes wholeworkingcourse offull-automaticwashing machine, includingfour parts: user par

5、ameter input, wash, dehydrate and ending music play. Hardware system is made up of three modules: power supply circuit,digitalcontrolcircuitand machine controlcircuit.Power supply circuitprovides steady DC 5V voltage for digital control circuit and AC 220V for motor. Digital control circuit takes ch

6、argeof controllingthe workingcourse. it consists of AT89S51, double-figuredcommon-cathodednumeral display, buttons, buzzer, LEDs. Machine control circuit realizes the functions of water level detect, motor driven, water import and export, it consists of water level detector, motor, transmission syst

7、em components and penstocks.After downloading the program to AT89S51, this circuit can realize basic functions of full-automatic washing machine. It seems hard for this control system to compare with perfect ones in the electrical appliance market, but it has certain practicability.Keywords: SCM ； F

8、ull-automatic washing machine ； Realtime control ； Control system目 录引言 .- 1 -第 1 章 绪论 .- 2 -1.1 本课题地争论目地和意义.- 2 -1.2 洗衣机地进展和分类 .- 2 -欢迎下载精品学习资源1.3 洗衣机地基本工作原理 .- 3-第 2 章 设计方案 .- 4 -2.1 掌握系统地功能 .- 4-2.2 系统地设计方案 .- 5-第 3 章 硬件设计 .- 7 -3.1 洗衣机地整体电路模块 .- 7-3.2 电源电路 .- 8-3.3 数字掌握电路 .- 8-3.3.1AT89S51单片机主控模块

9、 .- 8-3.3.2单片机地时钟电路 .- 12-3.3.3 单片机地复位电路 . - 12 -3.3.4 指示灯显示模块 .- 14 -3.3.5 按键输入模块 .- 15 -3.3.6 蜂鸣器报警模块 .- 15 -3.4 机械掌握电路 .-15 -3.4.1 电动机地掌握电路 .- 15 -3.4.2 水位掌握电路 .- 15 -3.4.3 进水/排水电磁阀 .- 15 -第 4 章 软件设计 .- 16 -4.1 主程序设计 .- 16 -4.1.1 进水程序设计 .- 17 -4.1.2 洗涤过程程序设计 .- 17 -4.1.3 脱水、漂洗过程程序设计 .- 18 -4.2 内部

10、定时中断设计 .-19 -4.3 外部中断设计 .-20 -第 5 章 调试 .- 21 -5.1 硬件调试 .- 21-5.2 软件调试 .- 21-结论与展望 .- 22 -致谢 .- 24 -参考文献 .- 25 -附 录 A：系统总图 .- 26 -附 录 B：外文文献及译文 .- 27 -附 录 C：主要参考文献及摘要 .- 31 -附 录 D：源程序 .- 33 -插图清单图 2 - 1洗 衣 机 整 体 设 计 框 图 .6图3 - 1电 源 部 分 电 气 原 理 图 . . . . . . . . . . . . . 8图 3 -2内 部 数 据存 储 器 . . 11欢迎下

11、载精品学习资源图 3 -3 时钟电 路 . . . .12图 3-4 手动复位电路13图 3 - 5 LE D 显 示 器管 脚 图 . . 1 4 图 4 - 1 主 程 序 流 程 图 . . 1 8 图 4 -2 洗涤过 程程 序流 程图 . . 19图 4 -3 脱水、 漂洗 程序 流程 图 . . 20图 4 -4 内部中 断程 序流 程图 . . 21图 4-5外部中断0程序流程图 . .22图 4-6外部中断1程序流程图 . . .22表格清单表 3 - 1 P 3 口 地 第 二 功 能 表 11表 3-2复位后寄存器状态13欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源引 言目前中

12、国洗衣机市场正进入更新换代时期，市场潜力庞大，人们对于洗衣机地要求也越来越高.目前地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、暂停等七大功能在很多方面仍不能达到人们地需求. 这就要求设计者们有更高地专业和技术水平能够提出更多好地建议和新地课题将人们地需要变成现实，设计出更节能、功能更全面、更人性化地洗衣机.目前地洗衣机都没有实现全方面地兼容大多洗衣机地厂家都留意各自品牌地洗衣机地特长，突出一两个与别地洗衣机不同地个性化地功能，洗衣机地各项功能是由单片机掌握实现地，单片机地体积小掌握功能敏捷，因此设计出基于单片机地洗衣机掌握电路系统具有很强地有用性.估计 2021 年洗衣机生产量将达

13、 1800 万台左右，增长率在 5 6之间国内销量为 1500 万台左右，增长率在 3 4之间 . “更节水更洗净 ”将成为今年中高档洗衣机最大地亮点和卖点 .随着更多国内外强势品牌加入，争论新地技术开发新地产品，洗衣机行业将爆发新一轮以“绿色环保 ”、“节水节能 ”为主题地大战 .而技术制高点就是将来地竞争焦点 .消费者挑选自动挑选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地商情显示由于受水资源不断削减自来水费有所提高等因素地影响市场上那些用水量较大地洗衣机销售受阻而具有节水功能地洗衣机销路不断看好.针对市场需求地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

14、水型全自动洗衣机受到消费者地青睐成为洗衣机中地购买热点.节水型全自动洗衣机地主要特点是可供用水水位在挑选上有 6 种、 8 种、 10 种等多种 .有地节水型全自动洗衣机最低水位在12 升至 20 升之间用水量大大削减 .除此之外由于传统双缸洗衣机用水量可以随便挑选因此又重新被消费者认可.本设计采纳物美价廉地ATMTEI单片机 AT89S51 为掌握核心，为保证洗衣机及人身安全设计了蜂鸣报警电路.因本设计输入按键较少所以采纳直接输入方式使电路简洁化.电源采纳三端集成固定稳压器 7805 供应 +5V 电源.功率驱动电路由可控硅实施对电动机进水阀排水阀地掌握.为便利读者更快地明白熟识本设计作为基

15、础学问仍介绍了与洗衣机有关地一些常见地电子元器件地基本功能.本设计只设计了洗衣机地基本功能其他地一些功能可在原有地基础上扩展升级使洗衣机能更加智能化更加完善 .欢迎下载精品学习资源第 1 章 绪论1.1 本课题地争论目地和意义在数字技术风行地今日大多数地家用电器实现了数字化掌握.作为一个价廉物美地微处理器单片机被广泛应用在各种数字系统中.基于单片机地洗衣机掌握系统是单片机应用地一个典型例子.洗衣机是现代人必备地日常生活家电.它地创造和应用使人们地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地压力.而在家电市场竞争日益猛烈和利润下降地今日各大家电生产厂商均致力于开发出能满意用户各种要求

16、地家电产品并努力降低生产成本以增强竞争力. 作为家电市场中地重要成员洗衣机地市场竞争更是趋于白炽化.对基于单片机地洗衣机掌握系统设计进行深化争论可使我们把握洗衣机这种重要家电地工作原理和掌握系统，进一步明白单片机在不同领域地应用方法学会修理洗衣机地基本技术同时也为将来从事电子信息行业打下肯定基础，所以此题课具有重大地意义 .1.2 洗衣机地进展和分类自 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地进展已经受了一个多世纪.1910 年世界上第一台电动洗衣机问世标志着揉家务劳动自动化地开头.1922 年世界上第一台搅拌式洗衣机在美国产生 .1937 年世界上第一台全自动滚筒式洗衣机

17、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.从今确立了搅拌式、滚筒式和波轮式三种工作方式洗衣机三足鼎立天下地局面 .20 世纪 60 岁月以后洗衣机在一些发达国家地普及率快速上升.70 岁月末生产出波轮式套桶全自动洗衣机 .70 岁月后期又生产出微电脑掌握型波轮式套桶全自动洗衣机.80 岁月后 “模糊掌握 ”开头应用于洗衣机生产出智能型模糊掌握洗衣机使洗衣机地功能更加完善，其洗衣程序更随人意，其使用操作更简洁化 .进入 90 岁月由于电机调速技术地提高实现了洗衣机宽范畴大调速比地转速变换与调剂产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地功能更具

18、人性化，实现了真正意义上地智能化掌握.在中国洗衣机工业起步于20 世纪 70 岁月后期当时洗衣机工业进展缓慢.进入全面改革开放地80 岁月经济地进展人民生活水平地提高使洗衣机进入家庭地速度加快.1981 年以前国产洗衣机以波轮单桶洗衣机为主 .1982 年以后才先后生产出波轮式双桶洗衣机、滚筒洗衣机、波轮式全自动洗衣机、超薄型滚筒洗衣机、变频洗衣机和搅拌式洗衣机形成了较为完善地洗衣机开发生产体系.从 20 世纪 90 岁月末期我国地洗衣机地总质量水平呈下降趋势，1997 年、 1998 年、 1999 年地国家质量抽查地合格率均为96%以上， 2002 年、 2003 年地合格率分别为82%、

19、81%，而不合格工程占 80% 以上，为产品性能不合格，所以说目前我国家用电动洗衣机产品地整体质量只相当于国外20 世纪 90 岁月地水平，原来与外国先进水平缩小地差距又拉大了.洗衣机地种类可以按自动化程度、洗涤方式和结构形式三方面来划分，下面介绍按自动化程度和结构形式划分地情形 .（ 1）按自动化程度划分欢迎下载精品学习资源一般型洗衣机：指洗涤、漂洗和脱水三个功能都需要人工进行转换才能完成地机型.半自动型洗衣机：指洗涤、漂洗和脱水三个功能中地任意两个功能之间地转换不需要人工帮助就能自动完成地机型 .全自动型洗衣机：指洗涤、漂洗和脱水三个功能之间地转换均不需要人工帮助就能自动完成地机型 .（

20、2）按结构形式划分波轮式洗衣机一般水流波轮式洗衣机地特点：波轮式洗衣机设有一个立式洗涤桶在洗涤桶地底部装有波轮. 在电动机地驱动下波轮作间歇性正、反向运转使桶内洗涤液形成涡流故又名涡流式洗衣机. 这种洗衣机具有结构简洁、洗涤时间短、洗净率高以及重量轻等优点在亚洲等进展中国家普及率较高.一般水流波轮式洗衣机地最大特点和最大缺点都是涡卷水流这种水流简洁造成衣物缠绕在一起影响洗涤地匀称性磨损率也较高.滚筒式洗衣机滚筒式洗衣机为套桶结构，内桶是圆柱形卧置地滚筒筒壁，设有3 4 条凸棱筒壁开有很多小孔滚筒，一般是由不锈钢材料制成，筒上设有一可开启地弧形盖洗涤物，由此放入洗涤筒.在洗涤过程中电动机带动转筒

21、以50 60r/min 地低速运转由凸棱不断将浸沉在洗涤液中地衣物捞起，当滚筒运转带动衣物达到肯定高度时衣物在自身重力地作用下摔落回洗涤液中.如此循环其洗涤动作与原理同人工洗涤衣物相像.滚筒洗衣机地洗涤容量大洗涤动作比较柔和对衣物地磨损和缠绕小.但洗涤时间长洗净率低耗电量大结构复杂售价高因此它在欧洲国家地应用较为普遍.搅拌式洗衣机搅拌式洗衣机是在立式洗涤桶地正中心设置一根垂直立轴在轴上有搅拌翼（摇摆叶）. 电机通过传动装置带动搅拌翼作180地正反摇摆约每分钟摇摆4050 次.衣物在洗涤液中不断被搅动从而 达到洗涤目地 .搅拌式洗衣机地洗涤容量大洗涤匀称性好衣物磨搞和缠绕低；但洗涤时间长结构复杂

22、售价高.搅拌式洗衣机以美国为主要生产使用国家所以被称为美国式洗衣机.1.3 洗衣机地基本工作原理洗衣机地洗涤原理是由模拟人工洗涤衣物进展而来地即通过翻动、摩擦、水地冲刷等机械作用以及洗涤剂地表面活化作用将附着在衣物上地污垢除掉以达到洗净衣物地目地.现今大多数地洗衣机都使用以单片机为核心地掌握电路来掌握电动机、数码显示管、进水阀、排水阀及蜂鸣器地电压输出访洗衣机依据程序运转. 而在设计洗衣机地掌握系统时要把握好洗涤、漂洗和脱水地时间：（ 1）洗涤时间有人认为洗涤时间越长衣物就洗得越洁净.其实不然假如洗涤时间超过肯定地限度衣物不但不欢迎下载精品学习资源会随洗涤时间地延长而提高洗净度反而会加速衣物地

23、磨损仍会造成能源地铺张.试验证明洗衣机（波轮式洗衣机）地正确洗涤时间为5 10 分钟最长也不应超过15 分钟 .（ 2）漂洗时间在漂洗刚开头地3 分钟时间内残留在衣物上地表面活性剂脱落最快.此后活性剂脱落趋缓漂洗10 分钟后活性剂几乎不再脱落.一般采纳贮水方式漂洗每次3 分钟漂洗 2 3 次就可以了 .（ 3）脱水时间电动机高速地转动洗涤桶水份就会由于离心力而脱离衣物被甩出.脱水时间一般为23 分钟时间太短会造成脱水不够完全太长又可能会损坏衣物.上述地工作原理是进行波轮式洗衣机掌握系统设计地重要指标，也是本论文地设计依据第 2 章 设计方案在家电全面普及应用地今日洗衣机地掌握系统应当具有操作简

24、洁、功能完善地特点.作为一款功能完善地洗衣机除了要具有洗净率高、衣物磨损率低地特点外用户仍可以依据实际情形设置洗涤时间、漂洗次数、脱水时间这些参数.2.1 掌握系统地功能基于单片机洗衣机通过掌握系统设定洗衣程序在内桶（洗涤脱水桶）自动完成注水、洗涤、漂欢迎下载精品学习资源洗、浸泡、排水和脱水全过程.洗衣时掌握系统打开进水电磁阀开头注水；当洗涤脱水桶内地水位达到系统设定值时水位检测器向单片机发送一个低电平通知掌握系统关闭进水电磁阀同时启动电机洗衣 .电机在系统地掌握下进行正转、停、反转通过传动机构带动波轮执行洗涤程序；当洗涤时间终了掌握系统切断电机电路打开排水电磁阀开头排水；然后再次注水，洗衣机

25、进入漂洗状态完成漂洗程序（通常为 2 次漂洗）再注水进行浸泡；浸泡完开头排水同时排水电磁铁地动作带动减速离合器制动臂使离合器棘轮与棘爪分别制动带松开为脱水程序作好预备；排水终止后系统掌握电机单方向高速运转完成脱水程序；当脱水程序终了系统掌握排水电磁铁和电机断电，排水阀和减速离合器地制动臂复位同时蜂鸣器奏响音乐通知用户整个洗衣程序终止.本设计要实现地功能有：（1） 用户参数地输入：用户依据衣物地数量和质地确定洗涤时间、漂洗次数、脱水时间然后通过按键输入具体地参数.（2） 参数和时间地显示：敏捷地运用数码显示管会带来很多便利它可以用来显示欢迎界面、用户参数和剩余洗衣时间.（3） 实时掌握地实现：单

26、片机在猎取了用户输入地参数后对其进行分析处理然后依据运算结果对洗衣过程进行实时掌握.（4） 水位检测地实现：水位地高低影响着整个洗衣过程地进行因此需要水位检测器将水位地变化发送给单片机单片机依据水位地情形确定下一步应当做什么.（5） 洗衣过程地实现：一般地洗衣过程包括注水、洗涤、漂洗、浸泡、排水和脱水这些步骤.在洗衣过程中系统主要掌握进水电磁阀、排水电磁阀地打开和关闭电机地正转、反转和停止.（6） 洗衣完毕地通知：当洗衣过程终止后蜂鸣器就奏出一段音乐通知用户洗衣完毕.2.2 系统地设计方案本文以 AT89S51 单片机为核心设计了洗衣机掌握系统.系统地整体框图如图2-1 所示本系统实现了对洗衣

27、机整个洗衣过程地掌握包括用户参数输入、洗衣、脱水和终止演奏四个阶段.掌握系统主要由电源电路、数字掌握电路和机械掌握电路三大模块构成.电源电路为数字掌握电路供应稳固 地 5V 直流电压为电动机供应220V 市电；数字掌握电路负责掌握洗衣机地工作过程主要由AT89S51 单片机、 74LS138 译码器、与门、两位共阴数码管、按键、蜂鸣器、LED 指示灯组成；机械掌握电路实现水位检测、电机驱动、进水、排水等功能主要有水位检测器、电动机、进水排水电磁阀组成 .本系统地电路并不复杂给AT89S51 单片机载入软件程序后能够实现洗衣机地基本功能.虽然不能与电器市场上地洗衣机掌握系统媲美但也具有肯定地有用

28、性.欢迎下载精品学习资源电 机显示灯单片机主控系统LED 显示水位检测机构蜂鸣器电 源键盘图 2-1 洗衣机整体设计框图（ 1）系统总体设计在进行功能和技术指标对应用系统地牢靠性、通用系统设计之前第一应依据对系统功能要求及其应用环境等确定其合理性、具体性、先进性、可爱护性、以及成本等进行综合考虑以尽量满意并符合相应地标准 .然后依据市场上各种单片机地货源情形和单片机地性能及开发工具等因素挑选合适地机型 .接下来要依据系统中可能遇到地传感器、模拟电路、 I/O 接口、储备器和显示器等器件和设备进行器件挑选使之符合系统在精度、速度和牢靠性等方面地要求 .最终确定硬件和软件地功能划分 .由于在系统设

29、计中某功能用硬件和软件都能实现，在设计中应综合考虑研制周期和成本等因素，具有划分软硬件功能 .（ 2）系统硬件设计硬件设计地任务是依据总体要求在所选地MCU和各个元器件型号地基础上设计出系统地电路原理图，做一些必要地以及工艺结构地设计加工印刷电路板地设计制作和样机地组装等. 在硬件设计中需要考虑系统总线地负载才能、系统扩展时地片选方式、模拟电路地速度和精度等如需扩展存储器就尽量用一片完成这样既降低了成本又减小了线路板地面积同时提高了系统地牢靠性.（ 3）系统软件设计单片机应用系统地软件设计是系统设计中最基本而且工作量较大地任务.与系统机上操作系统 支持下地纯软件不同，单片机地软件设计是在裸机地

30、条件下进行地而且随应用系统地不同而不同. 在软件中一般需考虑以下几个方面：1） 依据要求确定软件地具体任务细节然后确定合理地软件结构.一般系统软件地主程序和如干个子程序及中断服务程序组成具体划分主程序、子程序和中断服务程序地具体任务确定各个中断地优先级 .主程序是一个次序执行地无限循环地程序不停地次序查询各种软件标志以完成对事务地处理.在子程序和中断服务程序中要考虑现场地爱护和复原以及它们和主程序之间地信息交换方法.2） 程序地结构用模块化结构即把监控程序分解为如干个功能相对独立地较小地程序模块分别设计以便于调试 .具体设计时可采纳自底向上或自顶向下地方法.欢迎下载精品学习资源3） 在进行程序

31、设计时，先依据问题地定义描述出各个输入变量和输出变量之间地数学关系即建立数学模型，然后绘制流程图再依据流程图，用汇编语言进行具体程序地编写.4） 在程序设计完成后利用相应地开发工具和软件进行程序地汇编生成程序地机器码.第 3 章 硬件设计3.1 洗衣机地整体电路模块该电路地主要组成部件由AT89S51 单片机、 74LS138 译码器、与门、指示灯、水位检测机构、电动机、蜂鸣器、电控水龙头、LED显示器、以及4 只按键组成 .水位检测机构由玻璃管、浮子、金属滑杆等组成 .玻璃管与洗衣机相连，玻璃管中地水位就是洗衣桶内地水位，在放水或进水地过程中浮子带动金属管上下移动，当水位处于最高点或最低点时

32、金属滑杆都与金属地相连致使引脚INT1处于低电平向CPU 申请中断否就INT1被上拉电阻上拉为高电平.74LS138 地输入端分别接AT89S51 单片机地 P1.2、P1.3、P1.4，输出端 Y0 掌握 “洗衣剩余时间 ”指示灯， Y1 掌握 “脱水剩余时间”指示灯， Y2 掌握 “强洗 ”指示灯， Y3 掌握 “弱洗 ”指示灯， Y4 掌握 “洗涤次数 ”指示灯， Y5 掌握“洗衣定时 ”指示灯， Y6 掌握 “脱水定时 ”指示灯 .电动机有两个掌握端一段掌握电机正向运转该端与欢迎下载精品学习资源P1.0 相连，另一端掌握电机反向运转该端与P1.1 相连 .电控水龙头共两只一只为进水龙头

33、受P3.0 掌握，另一只为出水龙头受P3.1 掌握，当电控水龙头地掌握端为“1时”水龙头打开，当电控水龙头地 掌握端为 “0”时水龙头关闭 .显示器共有两只P0 掌握高位显示器， P2 掌握低位显示器 .按键四只分别为“编程挑选 ”、“增”、“减 ”和“启动键 ”这四只键组成地2*2 键地矩阵式键盘，该键盘使用引脚INT0 向 CPU 申请中断， P3.5 和 P3.4 为该键盘地行输出， P3.6 和 P3.7 为该键盘地列输入.蜂鸣器由 P1.7 掌握 ,当 P1.7 输出为 “1时”蜂鸣器发声 .本系统采纳 12M 地晶体振荡器定时器0 和定时器1 地初始值设置为每隔 100us 产生一

34、次中断 .3.2 电源电路系统电源部分电气原理图如图3-12 所示.市电 220V 经过变压器 T 变压为 12V 沟通电压 通过 4 只二极管 1N4004 全桥整流 再经过电容 C 滤波后得到光滑地直流电压经过三端稳压7805 稳压后得到稳固地 +5V 电压给各器件供电.35uGGND12VT2V2/000142100u C80.047uC100.047uC7C9D1N4004*41BRIDGE13VoutNVin1VCCN 7805图 3-1 电源部分电气原理图3.3 数字掌握电路3.3.1 AT89S51单片机主控模块（ 1）单片机概述单片机又称微掌握器或称嵌入式掌握器.而现在地智能家电无一例外是采纳微掌握器来实现地所以家用电器是单片机应用最多地领域之一.它是家用电器实现智能化地心脏和大脑.由于家用电器体积小故要求其掌握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掌握器有敏捷