基于单片机的全自动洗衣机控制系统设计(排).doc
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1、浙江工业职业技术学院毕业论文 2015届基于单片机的全自动洗衣机控制系统设计学生姓名 蒋超炯 学 号 分 院 电气电子工程分院 专 业 电气自动化技术 班 级 12电气自动化技术(1)班 毕业设计指导教师 徐君燕 企业指导教师 石栋栋 完成日期 2015年 5 月 11 日 摘 要该系统是基于单片机的全自动洗衣机控制系统设计。系统采用AT89C51单片机作为核心控制芯片。并且辅以必要的外围器件和电路,通过I/O口输出控制电动机运行和停止,通过AT89C51单片机内部定时器中断来记录洗衣时间和进水时间,通过按键来进行洗衣参数设置。通过AT89C51单片机驱动数码管显示洗衣机的工作时间,LED指示
2、灯用作洗衣机的工作状态显示,用两个电控水龙头进行加水和放水,通过蜂鸣器提示洗衣结束。通过外部中断来控制进水和放水。论文重点阐述单片机和控制系统模块的设计。关键词:单片机;全自动洗衣机;数码管,蜂鸣器;中断;定时器 目 录1.引 言12.系统整体设计42.1设计功能要求42.2系统设计方案42.3芯片选择52.3.1什么是单片机52.3.2单片机的应用领域52.3.3单片机的确定62.4单片机的结构62.4.1 STC89C516RD单片机的引脚功能72.4.2电源72.4.3时钟82.4.4控制信号引脚线82.4.5输入/输出引脚(I/O口线)92.5 继电器的选择103. 系统硬件设计113
3、.1 电源电路设计113.2进排水电路设计113.3 显示电路设计123.4 按键控制设计133.5 状态指示电路设计143.6 硬件总体电路设计144.系统软件设计164.1 软件整体结构设计164.2主程序结构设计与分析164.3子程序结构设计与分析294.3.1 定时器中断1子程序294.3.2 外部中断0子程序314.3.3 定时器中断0子程序334.3.4 外部中断1子程序344.3.5 数码管显示子程序355.总 结37致 谢38参考文献391.引 言1.全自动洗衣机的发展过程洗衣机的出现给人们的生活带来了诸多方便,它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
4、时又省力,很好地缓解了人们在家务劳动方面的压力,由洗涤脱水系统,进水排水系统,传动系统,程序控制器等部分组成。各种测量浑浊度,温度,水位,位置,泡沫量等一系列的传感器也在洗衣机中得到了应用。家用洗衣机从发明到现在已经经历了一个多世纪,经历以下一些发展阶段:世界上第一台洗衣机实在1874年由美国的比尔.布莱克斯通(Bill Blackstone)研制成功的。1910年前后,第一台卧轴滚筒式电动洗衣机问世,标志着人类家务劳动自动化的开始。20世纪20年代,第一台立轴搅拌式洗衣机再美国试制成功,由此,洗衣机开始了“立轴”与“卧轴”之分。50年代中叶,日本三洋公司推出单桶波轮式洗衣机。开始确定了滚筒式
5、、搅拌式和波轮式三种工作方式。60年代,日本推出了带甩干桶半自动洗衣机,并且大量应用塑料,使洗衣机的发展进入一个新的阶段。70年代,日本推出波轮式套桶全自动洗衣机,从此开始有了“全自动”洗衣机的概念。70年代后期,日本推出了微电脑控制的全自动洗衣机。完成了由机械电动程序控制到电脑控制的过渡,开始了电脑控制时代。这时,洗衣机在发达国家已进入饱和期,而在亚太地区发展中国家开始进入普及期。80年代后期,“模糊控制”洗衣机开始出现,实现了家电器控制方式上的高度自动化。出现“白色家电”的概念。90年代,随着变频技术的发展,日本最先推出了电动机直接驱动洗衣机,实现了洗衣机驱动方式上的革命。今后洗衣机将以高
6、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。2.洗衣机的发展前景及待解决的问题1.国外先进技术及开发前景:当今世界是技术、知识大爆炸的年代,只要人们有需要,就有可能生产出某种产品来满足人们的需要。洗衣机的发展正是这样,人们在生活中发现了它的某些不便,就会在实际中不断地改进和完善它,新型的洗衣机正是在这种情况下诞生的。(1)超声波洗衣机超声振动产生空穴现象,在洗涤中通过气泡的生产和消失的运动,产生强水压,再加入小量洗衣剂,振动纤维,超声乳化,去污,水中气泡上升,产生了从洗涤桶中央向外侧翻动的水流,使衣服之间相互摩擦,并与洗涤剂充分接触产生很有效的洗涤作用。这种洗衣机洗涤桶
7、小,桶内无运动部件,无机械电气故障,修理方便。不缠绕,不伤布料,洗衣效果好,省水,省电。(2)电磁洗衣机这种洗衣机洗涤桶内有4个洗涤头,上面各有有个夹子,把衣物伸展夹住,每个洗涤头上有有个电磁线圈,接通电源发生2500次/秒的微击振动,使衣物在洗涤液中洗涤。因不用电机驱动,无噪声,省水50%,省电75%。(3)高温泡沫洗衣机日本大阪大研制的一种不用水用高温泡沫来洗净衣物的洗衣机。洗涤剂罐于洗衣机低部,放衣物后拨动开关,开始鼓风,将空气送入罐中产生泡沫,由加热到70C高温泡沫洗净衣物,然后进入洗衣桶旁边的消泡装置,一般洗510分钟/次,21L/1kg干衣。(4)真空洗衣机原苏联研制的不用洗衣粉或
8、洗涤剂的洗衣机,真空泵将洗衣桶内吸成真空状态,桶中水运动产生气泡爆破并去污。洗净度高,不损衣、无噪声、造价高。实际上是采用冷沸腾洗涤原理,在几秒钟内从洗涤桶的上部那空气抽空出。稀薄空气与水如沸腾壮,衣物在泡沫旋涡钟搅动,1.52分钟就能洗净衣物,一般洗衣服710分钟即可完成全过程。(5)喷射式洗衣机意大利扎努西公司研制一种将洗涤剂不断喷向衣物的洗衣机,似乎无水,可以省水20%,省洗涤剂30%,省能35%,省时间10%。这种洗衣机完全不同于前装式滚筒洗衣机,安装在喷淋系统内的喷射装置持续不断地将水和洗涤剂喷淋在衣物上进行洗涤,并在不锈钢桶内搅动衣物。衣物在液体中不停地搅动,就像桶内根本没有水一样
9、。然而水却渗透过衣物流入位于滚筒底部的一个储水槽中。在槽中,水被从新加热再次循环喷射到衣物上去,洗涤桶做周期性脱水,以排去水和污物,随后漂洗3次,最后脱水洗完。2.洗衣机待解决的一些问题:由于我国洗衣机厂起步晚,加上技术方面的一些问题,不可避免的在现有的机型中出现一些弊端。主要弊端有:噪声大,耗水、耗电,进水不畅或进水不止或排水不畅,工作周期不平稳、振动大,损伤洗涤物,洗涤效果不佳,脱水桶自动性不佳,脱水不良,重量大,容量不合理。具体来说,洗衣机的问题存在于结构、质量、原材料和模具及管理方面(1)结构类型方面我国洗衣机多属波轮式。今后波轮式仍然是主要型式。为了适应国外市场的不同需求,要适当地生
10、产些新型式的滚筒式和搅拌式洗衣机,进而生产具有波轮式、搅拌式两种洗衣机优点的新机型。为了使波轮式洗衣机洗涤更合理,应努力将全自动洗衣机提高到电脑型的水平。双桶洗衣机再提高漂洗的条件下,以重点生产全自动型喷淋式洗衣机为宜。同时要注意避免新水流洗衣机一味地提高波轮式的转数极其转动时间或增高波轮筋高的倾向,以免损伤衣率和缠绕率回升增高,降低了新水流洗衣机的优越性。(2)质量方面我国洗衣机的质量问题,具体反映再功能、外观和可靠性三方面,与国外存在再较大的差距。国内外洗衣机相比较:从功能、电源插头、面板装饰、旋钮结合,塑料件的光整度(光洁、毛刺和变形),外箱和螺丝钉的成形及防锈,皮带的耐磨及噪音,进排水
11、阀和水位开关质量,电脑控制各种功能的能力,电脑的抗电压波动、抗干扰防静电的能力,以及传感器的灵敏度等方面,很容易看出整体质量的好坏。再加上装配工艺较落后,致使我国洗衣机的质量稳定性差,出口有一定的困难。目前我国洗衣机无故障运行水平约为250500小时,而国外同类产品达15002000小时,即十年不需修理。因此提高洗衣机的质量要从提高零部件的质量入手。关键电器件和传动件应组织专业分工,制定标准,组织攻关,进行认证,在改进功能方面、外观质量和可靠性三方面,进行全面整理,提高水平。综合以上分析介绍,全自动洗衣机由于具有对衣物的磨损小、洗涤量大、节约水电等特点,越来越得到广大家庭的青睐。由于人们对全自
12、动洗衣机在价格低廉的基础上也提出了功能齐全、操作简单、不缠绕、不伤布料、洗衣效果好、性能可靠、工作效率高、便于维修等更高的要求。为满足人们这种需求,特设计出这种有微控制器控制的全自动洗衣机控制系统。2. 系统整体设计在进行系统设计之前,首先应根据对系统的功能要求及其应用环境等确定合理的、具体的功能和技术指标,对应用系统的可靠性、通用性、先进性、可维护性、以及成本等进行综合考虑,以尽量合理并符合相应的标准。然后根据市场上各种单片机的货源情况和单片机的性能及开发工具等因素选择合适的机型。接下来要根据系统中遇到的重要器件进行选择,使之符合系统在精度、速度和可靠性等方面的要求。最后确定硬件和软件的功能
13、划分。由于在系统设计中某些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体划分软硬件功能。2.1设计功能要求 1.通过遥控按键控制洗衣机。 2.12864用于显示相应的持续时间,当前时间和处于什么工作方式中。 3.洗衣机具有强洗,弱洗,自定义功能,并且可以进行单项操作。 4.增加水位传感器控制进水时间(在设计中用红外传感器)。 5.当洗衣结束时蜂鸣器唱歌。 6.洗衣时交替正、反转。洗衣和脱水时电机转速不同。2.2系统设计方案通过设对计要求的分析,主控制系统运用的是STC89C516RD单片机,控制对象包括:继电器1(进水阀)、继电器2(出水阀)、小型直流电机、12864显示
14、、LED状态指示灯、蜂鸣器等。这些被控对象需要根据不同的洗衣程序来设定他们的工作状态和工作时间,继电器1(进水阀)和继电器2(出水阀)来控制进水和出水,同时需要LED指示灯和12864显示不同的工作状态和剩余时间,遥控输入用来控制程序运行和设置洗衣模式,蜂鸣器用来提示洗衣完成提示。按照上述的系统方案得到的系统整体构架如图1.1:图1.1系统整体构架2.3芯片选择 2.3.1什么是单片机单片机即单片微型计算机。(Single-Chip Microcomputer ),是 集CPU 、RAM 、ROM 、定时器、计数器和多种接口于一体的微控制器。这样所组成的芯片级芯片级微型计算机称为单片微型计算机
15、(Single-Chip Microcomputer ),简称位单片微机或单片机。他体积小,成本低,功能强,广泛应用于智能产品和工业自动化上。由于单片机的硬件结构与指令系统都是按工业控制要求设计的,常用于工业的检测、控制装置中,因而也称为微控制器或嵌入式控制器。单片机按用途可分为通用型和专用型两大类,按内部数据通道的宽度又可分为位、位、位及位。而51 单片机是各单片机中最为典型和最有代表性的一种。2.3.2单片机的应用领域单片机广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管理及过程控制等领域,大致可分为如下几个范畴:1.在智能仪器仪表的应用单片机具有体积小、功耗低、控制功
16、能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点,广泛应用于仪器仪表中,结合不同类型的传感器,可实现诸如电压、功率、频率、湿度、温度、流量、速度、厚度、角度、长度、硬度、元素、压力等物理量的测量。采用单片机控制使得仪器仪表数字化、智能化、微型化,且功能比起采用电子或数字电路更加强大。例如精密的测量设备(功率计,示波器,各种分析仪)。 2.在家用电器中的应用可以这样说,现在的家用电器基本上都采用了单片机控制,从电饭煲、洗衣机、电冰箱、空调机、彩电、其他音响视频器材、再到电子秤量设备,五花八门,无所不在。3.在工业控制中的应用用单片机可以构成形式多样的控制系统、数据采集系统。例如工厂流水线的智能化管理,电梯
17、智能化控制、各种报警系统,与计算机联网构成二级控制系统等。4.在计算机网络和通信领域中的应用现代的单片机普遍具备通信接口,可以很方便地与计算机进行数据通信,为在计算机网络和通信设备间的应用提供了极好的物质条件,现在的通信设备基本上都实现了单片机智能控制,从手机、电话机、小型程控交换机、楼宇自动通信呼叫系统、列车无线通信、再到日常工作中随处可见的移动电话,集群移动通信,无线电对讲机等。5.单片机在医用设备领域中的应用单片机在医用设备中的用途亦相当广泛,例如医用呼吸机,各种分析仪,监护仪,超声诊断设备及病床呼叫系统等等。 此外,单片机在工商、金融、科研、教育、国防航空等领域都有着十分广泛的用途。2
18、.3.3单片机的确定通过设计方案整体分析,根据单片机的使用性、技术性、经济性、以及对控制系统的设计要求与性能,本系统选择STC89C516RD单片机作为核心控制对象。其中STC89C516RD单片机具有以下基本特性:STC89C516RD是一种带128K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压,高性能CMOS8位微处理器,外围电路简单、硬件设计方便、I/O口操作简单、资源丰富、能满足一般的使用功能、 价格便宜、容易购买。通过以上的介绍和分析,STC89C516RD完全满足设计要求和性能。因此,本系统选择STC89C516RD单片机作为核心控制对象。2.4单片机的结构STC89C516RD芯片内部
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