《机电一体化技术》图文课件第七章.ppt

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1、机电一体化技术机电一体化技术第第7章章 应用实例应用实例 7.1 针式打印机针式打印机7.1.1 针式打印机简介针式打印机简介 针式打印机是使用较早且应用广泛的一种办公用的机电一体化产品，又称为撞击式打印机。它的工作原理类似于用复写纸复写，完成打印功能的是打印头内部的多支金属打印针（常见的为24针和9针），打印头在纸张和色带上运动，当指定的打印针到达指定的位置时，便会在电磁铁吸合的作用下击打色带，使色带上的色素印在纸上形成一个色点，如图7-1所示。在计算机的控制下，多根打印针共同动作形成若干个色点，由这些色点在纸上形成文字或图画。针式打印机有单色和彩色两种，单色式仅有一种色带，而彩色针式打印机

2、有4个不同颜色的色带，在打印的过程中根据颜色命令来变换不同颜色的色带，多种颜色的点阵组合形成了彩色图案或文字。7.1.1 针式打印机简介针式打印机简介图7-1 针式打印机击打原理图如图7-2所示为一个9针打印头在打印一个“5”和“A”字符时9根打印针的动作情况，每一根打印针需要用一个驱动线圈，当线圈通电时，实现击打，所以在打印“5”的第1列时，数据为111001000，第5列时为101000000，第9列时为100111000。这些数据的组合称为“5”的字形码。实际上，由于字形码有88、1616等格式，所以只有8根针动作，并且按照反码表示，则“5”的字形码按列就是00011011、111111

3、01、,用16进制表示为1B、FD、。7.1.1 针式打印机简介针式打印机简介图7-2 点阵式字符的形成和列数据7.1.2 针式打印机的结构针式打印机的结构针式打印机的主要任务是在系统的控制下各部分协调工作，实现打印头横向左右移动、打印纸纵向移动以及打印针的击打等任务，将计算机传送来的数据打印在纸上，同时对打印机的工作状态进行实时检测等。针式打印机是一种典型的机电一体化产品，由于执行电动机是步进电动机并且没有反馈部分，因此，它的控制系统属于开环控制系统。针式打印机的组成如图7-3所示，主要由机械部分和电路部分组成。7.1.2 针式打印机的结构针式打印机的结构图7-3 针式打印机组成框图7.1.

4、2 针式打印机的结构针式打印机的结构1.机械部分机械部分针式打印机的机械部分包括字车传动机构、走纸传动机构、色带传动机构和打印头等几部分。1）字车传动机构如图7-4所示为针式打印机字车传动机构，步进电动机通过齿轮减速后驱动同步带，同步带上固定有装着打印头的字车。因此，步进电动机的旋转运动驱使打印头水平横向移动，将打印头移动到需要打印的位置，等待打印针的击打动作。图7-4 针式打印机字车传动机构7.1.2 针式打印机的结构针式打印机的结构2）走纸传动机构走纸步进电动机通过齿轮减速机构后驱动摩擦滚轮，通过摩擦滚轮的摩擦将打印纸移动到需要打印的行位置上。对于两边有孔的专用打印纸，则是借助走纸链轮的齿

5、穿过打印纸的孔来实现走纸。走纸的方式较多，根据纸张的传动方式分为摩擦式和链轮式两种，而根据纸张的行走方式又分为卷绕式和平推式走纸方式。在此仅介绍摩擦式。如图7-5所示为摩擦式走纸传动机构原理图，走纸步进电动机通过齿轮减速后驱动摩擦轮运转，为了防止误差导致打印质量下降，采用双齿轮错齿法消除误差。图7-5 针式打印机走纸传动机构7.1.2 针式打印机的结构针式打印机的结构2.电路部分电路部分电路部分包括接口电路、状态检测电路、主控计算机、打印针驱动电路、步进电动机驱动电路、操作面板与状态指示电路和电源7个部分，如图7-6所示。图7-6 针式打印机组成原理图7.1.2 针式打印机的结构针式打印机的结

6、构1）接口电路接口电路是打印机与主控计算机之间进行状态、命令和数据通信的通路。如图7-7（a）所示，计算机将需要打印的信息和命令通过接口电路发送给打印机，而打印机则将打印机的状态通过接口电路传输给计算机。接口通常使用并行口、串行口和USB口3种，由于串行口（RS-232C）传输数据较慢，已经很少使用，目前大多打印机都使用USB口和计算机连接，而针式打印机则大多采用centronics标准并行接口。如图7-7（b）所示为一种通用打印机专用接口，该接口具有数据传输率高的特点。在打印机接口电路中，通常还配置一定存储容量的输入数据缓冲区来减少与计算机主机的频繁通信，提高计算机主机工作效率。7.1.2

7、针式打印机的结构针式打印机的结构图7-7 针式打印机和计算机之间通信接口7.1.2 针式打印机的结构针式打印机的结构2）状态检测电路为了保证打印机的正常运行和打印质量，针式打印机通常用多个传感器来检测打印头的初始位置、是否缺纸、打印头是否过热、打印纸的薄厚等。（1）打印头初始位置检测电路。打印机在打印过程中，打印头需要一个参考位置来确定字符的位置，该参考位置称为初始位置，位于打印头运行的左侧极限位置。如图7-8所示为LQ-1600K的打印头初始位置检测电路，它采用对射式光电传感器。当打印头移动到左侧时，打印头上的一块片状物挡住光线，光敏三极管截止，输出为高电平，控制器接收到该信号后，确定出初始

8、位置，开始一行的打印。打印头每打印一行就会到达初始位置一次，当打印头离开初始位置后，光敏三极管接收光线导通。经过微处理器对信号处理而得知打印头是否处在初始位置。7.1.2 针式打印机的结构针式打印机的结构图7-8 LQ-1600K的打印头初始位置检测电路7.1.2 针式打印机的结构针式打印机的结构（2）纸尽及纸张检测电路。打印机在打印前需要进行纸张有无的检测。当没有纸张时，打印机纸尽指示灯发光，打印机停止动作。如图7-9所示为LQ-1600K的纸尽及纸张检测电路，它采用常闭型簧片开关作为纸尽传感器。当有纸时，打印纸压住簧片开关，开关断开，输出的高电平信号经电阻R65送至CPU的PA1端口，打印

9、机正常工作。当打印机纸尽时，簧片开关恢复到原来的闭合状态，PA1端接收到低电平信号，控制打印机停止当前的打印并报警，纸尽传感器安装在摩擦滚轮下前方。图7-9 LQ-1600K打印机的纸尽及纸张检测电路7.1.2 针式打印机的结构针式打印机的结构（3）打印头温度检测电路。在打印过程中，打印头中的打印针不断击打色带，这种击打运动会使打印头温度上升。为了防止打印头温度上升造成电路和机械故障，不仅在设计打印头结构时选用铝和铜等散热效果好的材料和散热片，而且应安装温度传感器用来检测打印机的温度。打印头温度传感器使用负热敏电阻，装在打印头内部。如图7-10所示为LQ-1600K打印机打印头温度检测电路，当

10、温度上升时，热敏电阻阻值下降，AN0（CPU的模拟输入端）电压降低，微处理器对AN0进行检测后得到温度过高信号，便停止工作并发出警报，等待降温。图7-10 LQ-1600K打印机打印头温度检测电路7.1.2 针式打印机的结构针式打印机的结构3）主控计算机打印机的主控计算机通常用单片机组成，其本身就是一台完整的计算机，因此，除打印头、字车和走纸控制外，也有CPU、数据存储器RAM、程序存储器ROM、I/O电路等。微处理器控制着打印机的所有动作和功能，不仅要完成对打印数据的加工处理和控制机械部件的协调动作，还要根据选择面板的功能对工作状态进行检测及显示。所有这些功能都是依靠打印机的专用监控软件来实

11、现的。打印机的存储器按功能分为输入数据缓冲存储器、中间数据缓冲存储器、监控程序存储器、西文和汉字字符点阵存储器(字库)等。7.1.2 针式打印机的结构针式打印机的结构I/O电路用来实现微处理器和各种状态传感器、控制电动机以及计算机之间的信息交换，是微处理器和外部进行通信的接口。在工作过程中，微控制器接收上位计算机的命令和数据，根据打印命令来确定每行和每列需要打印字符的数量，再根据打印数据从字库中提取出相应字符的字形码，按照字形码的点阵要求发出执行命令，驱动打印针和字车步进电动机运行，实现了一行数据的打印任务。当一行数据打印结束后（以回车符作为行结束命令），字车快速回到初始位置，此时初始位置传感

12、器动作，将信息送入微处理器，微处理器开始执行下一行的打印任务，首先给走纸步进电动机发出走纸一行的命令，然后开始新的一行的打印。由于打印头每次所能打印的字符最大高度是固定的，在打印大字符时，每一行无法打印出一行字符，需要多次换行后才能实现，所以打印机每一行打印的数据不一定是完整的一行字符。另外，微处理器还要执行打印机的状态检测。开机后首先自检，如果自检不能通过，则进行相应的报警处理。在打印过程中，每打印一行的任务之前，先进行打印机的状态检测，包括打印头初始位置检测、纸尽和纸张检测、打印头温度检测等。7.1.2 针式打印机的结构针式打印机的结构4）打印针驱动电路针式打印机是通过打印针击打色带来完成

13、打印任务的，而打印针的击打动作是由电磁线圈通电后吸引打印针来完成，所以打印针的驱动电路实际上就是驱动电磁线圈的过程。因为要求打印针击打色带有一定的力度和速度，所以通常用高电压来驱动电磁线圈。如图7-11所示为打印针的驱动电路，由24只开关管VT1VT24驱动24针线圈，当门阵列数据锁存器的H1H24端口输出为高电平时，相应位的开关管导通，对应打印针线圈通入电流，打印针出针，打印出一个点；当H1H24端口输出为低电平时，相应位置的开关管截止，打印针收针。H1H24是用VX电压偏置输出的，以保证打印动作稳定性。为了使打印针出针有较大的瞬时冲量，采用+35 V电压驱动，且因线圈的电阻只有几十欧姆，线

14、圈中产生较大电流，以满足打印针出针所需冲量。当驱动打印针线圈的开关管截止时，在线圈中将产生高于驱动电压35倍的反向电动势，会导致开关管损坏，为此必须采取保护措施，如采用续流保护。7.1.2 针式打印机的结构针式打印机的结构图7-11 打印针驱动电路7.1.2 针式打印机的结构针式打印机的结构5）步进电动机驱动电路在打印机中走纸机构和字车机构均用四相步进电动机驱动。（1）走纸电动机驱动电路。走纸电动机在打印过程中通过齿轮或摩擦轮驱动纸张向前移动，实现打印的换行动作。通常使用的走纸电动机都是四相步进电动机，为了提高打印质量，其驱动采用双电压驱动。如图7-12所示，从门阵电路E05A09BA输出了四

15、相驱动信号，经过功率放大管VT39、VT40、VT41和VT42驱动步进电动机的相绕组。门阵电路E05A09BA的POT3输出了高低压切换信号，在开始启动瞬间，VT29和VT43导通，步进电动机绕组中加入35 V电压，启动后VT29和VT43截止，由5 V经过VD44供电。（2）字车电动机驱动电路。字车电动机在打印过程中通过齿轮和同步带驱动固定在同步带上的字车左右移动。与走纸电动机一样，字车电动机也是一个四相步进电动机，其通常采用集成电路驱动，但是仅用单电压供电。如图7-13所示，脉冲和控制信号通过微处理器输出后加在环形分配器74HC191上，然后通过功率放大器放大，驱动步进电动机运行。7.1

16、.2 针式打印机的结构针式打印机的结构图7-12 走纸电动机驱动电路7.1.2 针式打印机的结构针式打印机的结构图7-13 字车电动机驱动电路7.1.2 针式打印机的结构针式打印机的结构6）操作面板与状态指示电路针式打印机的操作面板上有按键和状态指示灯。用户可以通过状态指示灯了解打印机的状态，通过按键进行一定的控制。如图7-14所示，通常设置电源、准备好、联机和纸尽4个LED指示灯，LED与限流电阻串联，显示打印机的状态。7）电源针式打印机由于功耗较大，故均采用开关电源，将220 V交流电压转变成打印机各部件使用的直流电压，如5 V、12 V、24 V等。图7-14 打印机键盘操作的状态显示电

17、路7.2 视频播放机视频播放机VCD7.2.1 VCD影碟机的基本结构影碟机的基本结构视频播放机（vidio CD，简称为VCD）是一种典型的机电一体化产品，它将光盘上存放的MPEG-1标准编码的运动图像及伴音数据解码并重放。它包括机械部分和电路部分。机械部分的作用是完成光盘的装卸、旋转和激光头的聚焦、进给等作用。电路部分则主要是通过激光头读取光盘上的数据信息，一方面将数据送到解码部分进行音频和视频的解码，得到音频和视频信号；另一方面由微控制器接收激光头的信号，控制激光头的聚焦和进给等伺服控制，同时根据面板或者遥控操作实现光盘的装卸和驱动控制。如图7-15所示为VCD的结构框图。7.2.1 V

18、CD影碟机的基本结构影碟机的基本结构图7-15 VCD结构框图7.2.1 VCD影碟机的基本结构影碟机的基本结构1.VCD光盘结构光盘结构VCD影碟机光盘的外径为120 mm，内径为15 mm，外边缘空出2 mm,盘片中心直径50 mm范围内也留空，中间50116 mm是信号区，盘片厚度为1.2 mm，如图7-16(a)所示。VCD盘片的信号用深约0.11 m、宽约0.5 m,长约0.813.047 m 的凹坑表示，如图7-16(b)所示。在凹坑信号面上镀有一层铝反射层，其上被一层厚约1.2 mm的透明塑料基片保护。播放时，光盘旋转，同时激光头从光盘的中心向外边缘方向连续移动，以保持恒定的线速

19、度，速度约为1.21.4 m/s。因此，光盘的旋转速度从中心到边缘会越来越慢。光盘上不仅记录着经数据压缩处理的音频、视频数字信号，而且为了恒线速度的运动和抗干扰、纠正数据错误等，加入了许多辅助信号，如同步码、控制码、纠错码等。VCD光盘的数据是一帧一帧存储的，一张光盘上大约有20 625圈数据轨迹，长度为5 300 m。并且在导入区记录了每首曲的开始时间，总曲目数及所有曲目的播放时间等目录表信息。7.2.1 VCD影碟机的基本结构影碟机的基本结构图7-16 VCD光盘的结构及数据存储7.2.1 VCD影碟机的基本结构影碟机的基本结构2.激光头激光头激光（Laser，早期也译为镭射）是人工干预后

20、产生的一种光，在自然界中是没有激光的，激光具有高度单色性、方向性、高亮度及光束高度集中等特性。目前，光盘读取系统采用的光学系统有单光束和三光束两种基本形式，前者光路简单，但是要求有很高的电路特性，而后者电路相对简单，但光路比前者复杂。下面主要介绍三光束激光头，如图7-17所示。图7-17 激光头结构原理7.2.1 VCD影碟机的基本结构影碟机的基本结构光电探测器采用了4个光敏二极管，排列方式如图7-18所示。当激光聚焦正好和凹坑重合时，A、B、C、D这4个光敏二极管收到的信号大小是相同的，当光盘偏离、偏远、偏近时，都将会导致4个光敏二极管收到的信号出现误差，控制系统根据这些误差实现聚焦伺服和进

21、给伺服。图7-18 光敏二极管拾取光盘数据时误差的反映7.2.2 VCD影碟机的机械部分影碟机的机械部分1.光盘装卸机构光盘装卸机构光盘装卸包括装载光盘的托盘进出和机芯的升降两部分动作。托盘进入和机芯升起的动作关系为：装载电动机逆时针旋转，通过减速机构和齿轮齿条使托盘开始进入仓门，当托盘运动到位后，托盘停止，但是装载电动机并不停止，此时机芯开始上升，直到上升到位后，装载电动机才停止，装载动作完成，接着激光头开始寻找光盘。而托盘退出和机芯下降的动作关系为：装载电动机顺时针旋转，首先是机芯下降到位，机芯不再动作，接着托盘退出并到位，装载电动机才停止。如图7-19所示为光盘装卸机构原理图。7.2.2

22、 VCD影碟机的机械部分影碟机的机械部分图7-19 光盘装卸机构原理图7.2.2 VCD影碟机的机械部分影碟机的机械部分2.进给驱动机构与光盘旋转机构进给驱动机构与光盘旋转机构如图7-20所示，主轴电动机的转子轴上安装有一转盘，当光盘转入后，整个机构开始上升，光盘的中心孔落入转盘中，同时顶板上的磁性压盖由于磁力作用压在光盘中心孔上，实现了光盘的旋转中心定位。图7-20 VCD机芯图7.2.2 VCD影碟机的机械部分影碟机的机械部分3.聚焦和寻迹伺服驱动机构聚焦和寻迹伺服驱动机构聚焦伺服和寻迹伺服采用直线电动机驱动。在激光头基座上固定有两组磁铁，而在聚焦透镜上固定有两组相互垂直的线圈，一组为聚焦

23、线圈，另一组为寻迹线圈，当线圈通入一定的电流时，在电磁力的作用下，聚焦线圈使得透镜上下运动，而寻迹线圈可以使线圈实现横向运动，由此实现了聚焦和寻迹运动，如图7-21所示。图7-21 VCD聚焦驱动线圈机构7.2.3 VCD影碟机的电路部分影碟机的电路部分1.电源电路电源电路VCD影碟机的总机功耗约在15 W左右，其供电方式有线性电源和开关电源两种。供电时，需将交流220 V转换为芯片工作需要的直流5 V、伺服电动机功率驱动需要的直流12 V电压以及显示需要的交流3.8 V和直流21 V电压，但用液晶显示器显示时，显示需要的两个电源可以不要。由于线性电源较为简单，在此主要介绍开关电源。如图7-2

24、2所示为VCD机的开关电源原理图。7.2.3 VCD影碟机的电路部分影碟机的电路部分图7-22 VCD开关电源原理图7.2.3 VCD影碟机的电路部分影碟机的电路部分2.控制电路控制电路VCD影碟机是在控制电路的指挥下工作的。控制电路是以微处理器为核心的自动控制电路，它在工作时接收人工操作指令(包括遥控指令)，然后对VCD机的机芯和电路进行控制。VCD机工作时，先要装光盘。操作装卸光盘键，信息送入微处理器后，微处理器则输出驱动信号送到装载电动机驱动电路上，使电动机旋转，将光盘托架送出机仓，并进行光盘识别。当控制器认为有光盘时，控制器根据程序分别输出各种控制信号，使VCD机进入播放状态，首先微处

25、理器驱动进给电动机，使激光头向光盘的内圆初始位置移动，同时输出激光二极管供电指令，使伺服电路中的激光二极管自动功率控制电路启动为激光二极管供电，接着微处理器输出聚焦搜索指令，使聚焦伺服电路输出三角波电流驱动聚焦镜头上下移动搜索光盘。搜索到光盘后开始读取光盘信息，在光盘信息纹的起始处录有光盘的目录信号，读取到目录信号以后将目录信息送回微处理器，微处理器输出目录信号并显示在多功能显示屏上。同时将字符信号送到视频信号中去，显示在电视机的屏幕上，或将光盘的规格内容显示出来，VCD机便进入了播放准备状态。7.2.3 VCD影碟机的电路部分影碟机的电路部分3.伺服电路伺服电路VCD影碟机在播放时由激光头拾

26、取光盘上的信息，为了能使激光头准确地读取信号，必须使激光束准确地聚焦并投射到尺寸微小的凹坑和凸起中，激光束只能在被读信号的轨道中，并且要保持恒定线速度运行。完成这些功能的分别为聚焦伺服、寻迹伺服、进给伺服和主轴伺服4部分伺服系统。如图7-23（a)所示，激光头中设有4个“田”字形排列的光敏二极管A、B、C、D，用来检测光盘中的信息，它们检测的信息中不仅包含有图像信息的RF信号，而且经过(AC)(BD)运算处理后可得聚焦误差。在激光头的光检测器中，还设有两个用于寻迹误差检测的光敏二极管E、F。误差信号经过处理后将送入伺服驱动电路，驱动聚焦线圈和寻迹线圈实现激光束对准光盘信号轨迹，驱动主轴电动机按

27、照恒定的线速度运转，驱动进给电动机实现激光头沿光盘的径向进给。其原理如图7-23（b）所示。7.2.3 VCD影碟机的电路部分影碟机的电路部分图7-23 伺服误差信号处理和伺服驱动电路7.2.3 VCD影碟机的电路部分影碟机的电路部分1）聚焦伺服光盘旋转时，由于机械误差和光盘的定位间隙等原因，使得光盘不可避免地会出现较大的偏摆现象。伺服电路通过对激光头上的光敏二极管检测到的误差进行处理，形成聚焦和寻迹的控制信号，经过驱动电路放大后驱动线圈工作。聚焦线圈和寻迹线圈是与激光头的透镜制作在一起的，线圈在磁场中移动就可以纠正所产生的误差。误差使伺服电路产生控制电流，从而构成了一个动态的自动控制系统，使

28、误差控制在一定范围之中。在图7-23（a）中，光敏二极管A、B、C和D经过R1R8运算处理后，送入了聚焦误差放大器放大，得到聚焦误差（focus error，简称为FE）信号，然后将FE信号送入放大器进行功率放大，驱动聚焦线圈动作。如图7-24所示。7.2.3 VCD影碟机的电路部分影碟机的电路部分图7-24 聚焦误差放大器原理2）寻迹伺服光敏二极管E和F经过寻迹误差放大器放大，得到寻迹误差（track error，简称为TE）信号，然后将TE信号送入放大器进行功率放大，驱动寻迹线圈动作。如图7-25所示。7.2.3 VCD影碟机的电路部分影碟机的电路部分图7-25 寻迹误差放大器原理7.2.

29、3 VCD影碟机的电路部分影碟机的电路部分3）进给伺服主轴电动机驱动光盘旋转时，要求光盘信息纹与激光头之间的相对运动有一个恒定的线速度。因此，光盘在播放过程中旋转速度是变化的。在播放时，进给电动机驱动激光头由内向外移动。激光头的移动与主轴电动机的驱动有协调关系，即光盘每旋转一周，进给机构使激光头向外移动一个信息纹的间隔。因此，实现上述运动，需要主轴电动机伺服和进给电动机伺服同时工作。4）主轴伺服光盘在刻录数据信息（音频和视频信号）的同时加入了同步信号。主轴电动机的伺服驱动通过激光头读取光盘输出信息中的同步信号，经过对同步信号周期的计算可得到误差信号。该误差信号转换成驱动控制信号，实现电动机转速

30、和转矩控制。7.2.3 VCD影碟机的电路部分影碟机的电路部分4.音、视频信号处理电路音、视频信号处理电路光盘上的音、视频压缩信号经过激光头检测提取，送到数字信号处理（DSP）电路中进行解压缩处理，还原出音频和视频的数字信号。数字视频信号为8位的R、G、B三基色信号，三基色数字信号经过视频D/A变换后转换为模拟信号，再经过PAL或者NTSC编码电路编码后输出视频图像信号，送到显示屏进行显示。音频数字信号经过D/A变换后输出左右两个声道的音频信号，再经低频放大器滤除噪声后送到输出端。5.操作显示电路操作显示电路操作显示电路的功能是通过按键操作或遥控方式接收人工指令、实现显示功能以及通过传感器输入

31、端来检测传感器或开关信号，通常使用一个专用的微处理器来实现这部分功能。该微处理器同时还处理光盘的装卸任务。7.3 全自动洗衣机全自动洗衣机7.3.1 全自动洗衣机简介全自动洗衣机简介如图7-26(a)所示为波轮式洗衣机的结构，在洗涤桶底部装有波轮，当被洗涤物浸入含有洗涤剂的水中时，波轮开始连续转动或定时正反向转动，利用球擦作用和水流作用完成洗涤功能。波轮式洗衣机具有洗净比高，机械力的作用强，可在短时间内洗净衣物；造型紧凑，机械结构较简单，易做到“大容量、小体积”的优点。但洗涤时对衣料磨损较大，衣物易缠绕，从而造成洗涤不均匀的现象。波轮式全自动洗衣机在日本、中国以及东南亚地区广泛使用。如图7-2

32、6（b）所示为滚筒式全自动洗衣机的结构。洗涤脱水筒的内筒上有许多小孔，工作时将被洗衣物置于滚筒内，部分浸没于含有洗涤剂的水中，内筒沿水平轴连续转动或定时正反向转动，利用内筒内壁上的提升凸筋将被洗涤物提升上来，再落到含有洗涤剂的水中，利用冲击作用、摩擦作用进行洗涤。滚筒式洗衣机具有对衣物的磨损小，用水量少等优点，适合对高档衣物的洗涤，并可将烘干装置安装到洗衣机内，成为洗涤干燥一体机。但是也有洗涤效率低、耗电量大、对安装要求高等缺点。滚筒式洗衣机广泛地应用在欧洲国家，近年来我国也开始大量使用。7.3.1 全自动洗衣机简介全自动洗衣机简介图7-26 洗衣机的结构1内筒；2波轮；3电动机；4滚筒；5提

33、升凸筋7.3.2 全自动洗衣机的电气部分及控制系统全自动洗衣机的电气部分及控制系统全自动洗衣机是一种以单片机作为控制器的机电一体化产品。随着技术的发展，控制方式也越来越先进。现在的全自动洗衣机具有功能广泛化、控制自动化、操作简单化、运转智能化、高可靠性和高安全性等优点。根据控制器应用的不同控制理论，全自动洗衣机可分为简单程序控制洗衣机、模糊控制洗衣机、神经网络控制洗衣机3种，其中模糊控制洗衣机应用最为广泛。模糊控制洗衣机以类似人类的感觉，用模糊推理方法模拟人的操作技能、控制经验和知识等来实现控制。它根据各类传感器检测的洗涤物状态和运行的各种参数进行模糊推理，自动调整操作程序，如进水、排水、洗涤

34、时间、水流强弱、漂洗次数、脱水时间等。同时对运行中的异常状态进行监控，并且迅速作出正确的处理，达到洗净衣物、降低磨损、节约能源的目的，使整个洗涤过程自动完成。如图7-27所示为某型号模糊控制全自动洗衣机的电路图。7.3.2 全自动洗衣机的电气部分及控制系统全自动洗衣机的电气部分及控制系统图7-27 模糊控制全自动洗衣机电路图7.3.2 全自动洗衣机的电气部分及控制系统全自动洗衣机的电气部分及控制系统1.控制器控制器图7-27中模糊控制全自动洗衣机的控制器由1片MOTOROLA公司生产的8位单片机MC6805R3组成，该芯片内部集成了单片机的CPU、存储器、时钟电路和I/O接口，为40引脚封装。

35、具有32根I/O口线，片内有3 776 B的ROM和112 B的RAM，1个8位定时器/计数器，并且具有4路A/D转换。2.传感器检测电路传感器检测电路1）水位检测电路水位检测采用了机械式电阻传感器进行检测（见图7-27中的W3），当水加入内桶后，水位的高低使电位器W3变化阻值。进而转换为电压的变化，通过模拟输入端AN2输入给单片机，经内部A/D转换后由单片机判断水位的高低。7.3.2 全自动洗衣机的电气部分及控制系统全自动洗衣机的电气部分及控制系统2）电源电压检测电路电位检测由W1、C5和VD2组成，VD2将变压后的低压交流电整流，经C5滤波后变为直流电，W1构成分压电阻，将分压后的电压送入

36、单片机的模拟输入端AN0，经内部A/D转换后由单片机判断输入电压，当电压过高或者过低时停止工作。3）电源电压过零检测由于使用的是交流电动机，为了用晶闸管控制交流电的导通角度，必须要检测出电压波形的过零点时刻。4）水温检测水温检测通过传感器来实现，VT2用来做水温检测传感器，通过放大器放大后送入单片机的AN1，单片机可以根据AN1的电压高低实现水温的判断。7.3.2 全自动洗衣机的电气部分及控制系统全自动洗衣机的电气部分及控制系统5）衣物脏污程度及水质浑浊度检测水质浑浊度及衣物脏污程度检测采用了光电式传感器，当水质很好时，水的透光性也很好，此时光电三极管导通，电位升高；反之，当水质比较差时，电位

37、下降。水质和输入AN3的电压成正比，通过对AN3的电压读取，单片机就可检测出水质的好坏以及衣物的脏污程度。3.驱动控制电路驱动控制电路1）主电动机驱动控制电路洗衣机在洗涤过程中，波轮驱动电动机需要进行正反转等控制，洗衣机采用了单相交流电动机。其正反转原理如图7-28所示，通过开关的切换控制主绕组和启动绕组的变换，实现主电动机的正反转。7.3.2 全自动洗衣机的电气部分及控制系统全自动洗衣机的电气部分及控制系统图7-28 单相交流电动机正反转原理2）洗涤剂加入驱动电路单片机根据衣物的量和水质情况等信息，控制TA3的导通时间来控制电动机M1的运行时间。M1驱动机构实现加入洗涤剂的动作。3）进水和排

38、水驱动控制电路当洗衣机开始工作时，首先需要加水，此时单片机根据水位传感器检测到的信息控制TA2导通，驱动加水电磁阀L1动作，开始加水，当水位到一定程度时，关闭电磁阀L1。排水是由TA1和电磁阀L2实现的。7.3.2 全自动洗衣机的电气部分及控制系统全自动洗衣机的电气部分及控制系统4.声光显示电路声光显示电路1）蜂鸣器电路蜂鸣器电路是根据压电晶体的逆压电效应原理实现的，PA1和PA0口线分别驱动不同频率的两个蜂鸣器N1和N2。当洗衣机程序在执行过程中出现异常状态或结束，芯片相应口就会输出预先设置频率的电平，蜂鸣器就会发出不同次数、每声间隔时间不等、鸣叫时间不同的声音来提醒用户进行处理。2）LED驱动电路LED驱动电路由单片机的PB0PB6驱动七段数码管和LED1、LED2和LED3实现，同时驱动VD6VD12这7个LED显示运行状态，LED驱动采用了动态驱动方式，PA5PA7驱动VT11VT13进行LED1LED3的选通。7.3.2 全自动洗衣机的电气部分及控制系统全自动洗衣机的电气部分及控制系统5.电源电路电源电路如图7-29所示，交流220 V电压经变压器降压、桥式整流和电容滤波后，输出12 V直流电，该直流12 V电经过三端稳压芯片7805稳压后输出稳定的直流5 V电压，供单片机芯片和其他元器件使用。图7-29 电源电路