基于单片机的全自动洗衣机系统设计_张明德.docx

《基于单片机的全自动洗衣机系统设计_张明德.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于单片机的全自动洗衣机系统设计_张明德.docx（89页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、摘要 单片机自 20世纪 70年代问世以来，以其极高的性能价格比，受到人们的重 视和关注，应用很广、发展很快。而 51单片机是各单片机中最为典型和最有代 表性的一种。 洗衣机作为一款家用电器，在日常生活中得到了广泛的使用，洗衣机的产生， 是人们从繁重的家务劳动中解脱出来，是人们节省了大量 ,的时间与精力。而全自 动洗衣机的发明是洗衣机技术史上的一个重大变革，设计人员所设计的洗衣程序 能使得这款洗衣机更加的智能化。它不仅能大大节省人力，而且还能进一步扩大 对机洗衣物的范围。使用全自动洗衣机洗衣可以根据衣物的体积、质地，在微电 脑控制器上选择水流的大小和强弱以及时间的长短以及水量的多少等。能够实现

2、 完整的自动化洗衣过程。现在的洗衣机也越来越高度自动化，衣服只要放入洗 衣机，只需简单的按两个键，系统就会自动注水，通过电脑控制的洗衣机，能够 自动感觉衣物的重量，会自动添加适合的水量以及洗涤剂，能自动设置洗涤的时 间以及洗涤的力度，洗涤完之后还会自动的漂洗甩干，甚至将衣物烘干，从而大 大节省了时间。 本次设计以 AT89C51芯片为核心，辅以必要的外围电路，设计了单片 机的 全自动洗衣机系统，它由 5V直流电源供电。在硬件方面，除了 CPU外，使用 了两个个七段 LED数码管来进行显示，在开机时显示 00值；用户按下选择按 键后，显示选择的洗衣过程代码；开始洗涤后，显示剩余的时间（单位为分钟

3、 ） 并闪动。 LED采用的是动态扫描显示。通过 LED能够比较准确显示工作状态及 时间。功能按键对洗衣机的进行开关动作及对工作状态进行设置，按键用于选择 所需要的洗衣过程；开始洗衣后，该按键则用于暂停或继续洗衣过程。水位开关 用于检测洗衣桶内水位高低，若冼衣时遇水不足或需补水，单片机将根据该开关 的通断情况以决定是否需要进水。若需进水，则打开进水阀直至水位开关闭合。 安全开关用于在脱水时，判断洗衣机的桶盖是否打开。桶盖打开则报警，若脱水 时遇桶盖打开则通过显示报警，直到闭合桶盖后才能继续脱水处理；外接蜂鸣器 电路主要用于按键音提示或者鸣叫报警。可控硅电路主要由四只双向可控硅组 成，用于将单片

4、机输出的控制信号转换为电机或电磁阀的通断动作，双向可控硅 在该电路中起交流电源的开关作用。洗衣机的进水、排水，洗涤过程中的电机正 转、反转，实际上就是通过控制上述四只 可控硅的通断来实现的。 洗衣机的功能主要就是要求能够完成衣物的洗涤、漂洗和脱水过程。而这三 种功能的组合就可以形成总共 9种选择，用户通过控制功能板上的选择按键 (幵 始 /暂停按键 )来选择执行洗衣的程序。洗涤和漂洗都是通过控制电机的正转和 反转来达到清洗衣物的主要目的。而在洗涤和漂洗过程中，则都需要盛水桶里面 的水位达到所设定的要求。假如遇到没有水或者水位不足的情况，那么就要随时 进水。脱水动作是通过电机的正转来实现的，在脱

5、水的同时要求排水阀门一直打 开，也正是由于排水阀门的打开，才能使脱水时的电机速度和洗涤时 的电机正转 速度不相同。 软件方面采用汇编语言编程。通过对单片机程序设计实现对洗衣机系统的整 个洗涤程序进行监测、判断和控制以及人机交换。 通过这次设计让我更深入了解单片机基本电路、如何设计控制电路和仿真调 试的基本方法，从而锻炼了我学习、设计和开发软、硬件的能力。 关键词：洗衣机，单片机 ABSTRACT ABSTRACT Abstract:Because of its extremely high performance-price ratio, the single-chip computer ha

6、s been paid great attention to ever since it came out in 1970s of 20th Century, and has gained an extensive applicable field and fast development. Among all kinds of MCS- 51 is the most typical and representative one. Household washing machines in everyday life, has been widely used, the production

7、of washing machines, heavy domestic work is from the people, the liberation of people save a lot of time and effort. The invention of automatic washing laundry in the history of a major invention, by the designer to make this process more intelligent laundry washing machine. It not only saves manpow

8、er, but also to further expand the scope of the washing machine. You can use the automatic washing machine micro-controller size, texture, water flow, select the size and strength and the duration and how much water. In order to achieve fully automated laundry. Now more and more highly automated was

9、hing into the washing machine, as long as the machinery and clothing, simply press the two keys, the system will automatically computer-controlled water through the clothes washing machine can automatically sense the weight, it will automatically add the appropriate water and detergent , the amount

10、of washing can automatically set the time and intensity of washing, automatic washing drying after washing, even the clothes dryer, thus saving time. AT89C51 chip design as the core, accompanied by the necessary peripheral circuits, combined with SCM systems, automatic washing machines, including th

11、e 5V DC power supply. On the hardware side, in addition to the CPU using two seven-segment, LED digital tube display carried out to show the value of object-oriented guidance; the user presses the select button, in the laundry process shows the selected code; after washing, indicating the remaining

12、time (minutes), and flash. The use of dynamic scanning LED display. Can accurately work through the LED display status and time. Washing machine and si ABSTRACT working conditions, the switch function key to select the button for the laundry process to start laundry, laundry button to pause or conti

13、nue the process. Laundry bucket water level switch is used to detect water levels, water shortages or the need to add laundry, micro-controller will close the case to determine whether water. For the water, and then open the inlet valve until the water level switch is turned off. Safety switch for d

14、ehydration, to determine whether the washing machine lid open. Cover open alarm, open the lid if the case of dehydration through the alarm, closed the lid, and then to continue until dehydration; external buzzer circuit is mainly used for touch-tone or buzzer alarm use. Circuit consists of four sili

15、con micro controller triac output control signals to the motor or solenoid valve switching operation, AC power from the role of SCR switch circuit. Washing machine water supply, drainage, movement forward in the process of washing, on the contrary, in fact, the relationship by controlling the four S

16、CR to achieve. The main function of washing the clothes must be complete washing, rinsing, dehydration. The combination of these three functions can be formed of the total 9 choices the user to select the button control panel (start / pause button), select the wash program implementation. Cleaning a

17、nd flushing the motor through the control of forward and reverse, to reach the main purpose of washing clothes. In the washing and rinsing process, you will need to reach the requirements set Sheng bucket level. If there is no water, or face water shortages, there will be water. Dehydration of muscl

18、e action to move through to achieve, and at the same time, the valve is opened drainage requirements dehydration, precisely because the drainage valve open, you can dehydration, washing motor speed when the motor speed of transmission is not the same. Software in assembly language programming. SCM p

19、rocess design and implementation through the washing system of monitoring the entire washing process to determine and control, and human exchange. Through this design makes me a better understanding of the basic microcontroller circuit, control circuit design and simulation of how the basic ABSTRACT

20、 method of debugging, so the exercise of ray study, design and development of software and hardware capabilities. Keywords: washing machine, single chip HI 目录 摘要 . . i ABSTRACT . I 目录 : . I 第一章绪言 . . . . 1 1.1课题背景 . 1 1.2特点和发展趋势 . 3 1.2.1双缸洗衣机 . 3 1.2.2全 自动波轮洗衣机 . 3 1.2.3滚筒式洗衣机 . 4 1.2.4洗衣机的发展趋势 . 5

21、 1.3本课题的任务和要求 . 6 1. 4工程技术方案 . 7 第二章系统的总体设计 . 8 2. 1控制系统的硬件组成 . 8 2. 2系统硬件设计 . 9 2.2.1. 电源电路 . 9 2.2.2振荡电路 . 9 2_2_3 “ 复位电路 . 9 2.2.4. 低电压保护电路 . 10 2.2.5. 显示电路 . 10 2.2.6“ 开始 /暂停按键 . 11 2.2.7. 水位、安全开关电路 . 11 2.2.8. 输出可控硅控制电路 . 12 2.3系统的工作过程及其控制 . 13 2.3.1. 进水过程 . 14 2.3.2“ 排水过程 . .15 2.3_3 “ 洗漆漂洗过程

22、. 16 _ _ 2.3.4. 脱水过程 . 17 2.3.6“ 报警及错误的处理 . 18 2.3.7“ 按键和显示的处理 . 19 2.3.8. 九种程序状态所经历过程基本情况表 . 19 2.3.9. 实现一次完整洗涤的过程 . 21 第三章系统的实现和关键技术 . 22 1. 1 MCS-51单片机介绍 . 22 3.1.1 主电源引脚 . 24 3.1.2. 外接晶体引脚 . 24 3.1.3 “ 控制线 . . 24 3.1.4. 输入 /输出引脚 . 25 3. 2 驱动电路 ULN2003 . 26 3.2.1 概述 . 26 3.2.2管脚排列 . 28 3_2.3电参数 .

23、 29 3.2.4特征曲线 . 31 3.2.5 ULN2003A 的典型应用 . 31 3.3水位开关 . 32 3.3.1电容式水位 . 32 3.3.2电子式水位 . 32 3.3.3电极式水位 . 33 3.3.4光电式液位 . 34 3.3.5音叉式水位 . 34 3.3.6洗衣机水位传感器 . 35 3.4洗衣机电机 . 35 3.4.1定速电机 . 36 3.4.2变速电机 . 36 3_4.3变频感应电机 . 37 3.4.4永磁无刷电机 . 38 II _ I* _ 3.4_5开关磁阻电机 .38 3.5伟福仿真器 .38 3.5.2保存你的程序 .40 3.5.3建立新的项

24、目 . . 40 3.5.4设置项目 .41 3.5.5编译你的程序 .41 3.5.6单步调试程序 .42 第四章系统设计以及调试 .43 4.1 系统设计 . .“ 43 4.1.1硬件设计原则 .43 4.1.2软件设计原则 .44 4.1.3使用的单片机选取的型号 .44 4.2系统故障及调试 .47 4.2.1常见的故障主要包括以下几个方面 .47 4.2.2硬件调试 .47 4.2.3、软件调试方法 . 49 4.3单片机系统干扰及抗干扰措施 . 50 4.3.1、 干扰源、干扰种类及干扰现象 .50 4.3.2、 抗干扰的措施 .52 第五章总结 .54 参考文献 . 55 致谢

25、 .56 III 第一章绪言 第一章绪言 1.1课题背景 从古到今，洗衣服也都是一项繁重的家务劳动，需要手搓、棒击、冲刷、甩 打 而这些不断重复的简单的体力劳动，留给人的感受常常就是：辛苦劳累。 而且在洗衣机出现以前，对于大部分的人毫无乐趣可言。 到了 1874年，有人发明了用木制手摇洗衣机。它的发明者是美国人比尔 “ 布 莱克斯。布莱克斯所发明的洗衣机只是在木筒里装上 6块叶片，使用用手柄和齿 轮传动，构造却极为简单，通过叶片来使衣服在筒内翻转，从而达到是衣物洁净 的目的。而这套装置的问世，可以使那些为了冥思苦想提高生活效率的人们很受 启发，这开始大大加快了洗衣机的改进过程。 到了 1880

26、年，美国又发明了蒸气洗衣机，开始使用蒸气动力取代人力。之 后，随着水力洗衣机以及内燃机洗衣机的相继出现。到了 1911年，世界上第一 台的电动洗衣机在美国试制成功。而电动洗衣机的问世，则标志着人类家务劳动 的自动化开端。 电动洗衣机经过不断的改进与完善，在 1922年美国玛依塔格公司所研制成 功一种新的洗衣方式称之为 搅拌式 的机器搅拌式洗衣机。这种洗衣机的构造是 在筒的中心位置装上一个立轴，而立轴的下端有一个装置叫搅拌翼，并通过电动 机来带动立轴工作，进行周期性的正反方向的摆动，通过这种方式来驱使衣物和 水流之间进行不断翻滚和相互摩擦，以此来去除衣物上的污垢。因为撹拌式洗衣 机从结构和洗衣功

27、能相对来说更加科学合理和具有 更好的洗涤效果，从而受到人 们的普遍欢迎。但是不过很快不到 10年的工夫，美国的本德克斯航空公司又宣 布，他们公司所研制成功了第一台的前装式滚筒洗衣机，这种机器可以实现洗涤 和漂洗以及脱水功能在同一个滚筒内完成。这就意味着电动冼衣机在型式上又前 进了一步，在自动化方向又跃进了一个台阶！直到今天，滚筒式洗衣机仍然在很 多地区和国家得到广泛的应用。 随着工业化的加速发展，在世界上各个国家都加快了洗衣机研制的进程。起 初英国研制并推出了一种叫做为喷流式洗衣机，它就是靠筒体一侧来运转波轮从 1 7 基于单片机的全自动洗衣机系统设计 而产生强烈涡流，来促使洗涤液和衣物共同在

28、滚筒之内不断翻滚旋转，达到洗净 衣物的效果。到了 1955年，另具风格、并且至今都在流行的波轮式洗衣机在曰 本研制出来。此吋，搅拌式和滚筒式以及波轮式这三种类型的洗衣机共同占有了 洗衣机市场的大部分江山。 到了 20世纪 60年代之后，许多发达国家在洗衣机的消费市场开始形成一系 列的产品，洗衣机的家庭普及率急速上升。在此期间日本在洗衣机的发展领域备 受瞩目。60年代在日本出现了能带干桶的双桶洗衣机，也就是人们所谓的 半自 动型洗衣机 。到了 70年代，日本又生产了出波轮式套桶全自动洗衣机。而到了 70年代后期随着计算机技术的发展，通过单片机控制（即微电脑控制）的全自 动洗衣机横空出世。而到80

29、年代，通过所谓的 模糊控制 使洗衣机功能更加完 备，操作更加简便，外观造型更加为时尚，洗衣程序更加随人意 .。进入了 90年代以后，由于电机调速技术水平的提高，宽范围的转速变换以及调节在洗 衣机上的实现，从而诞生了许多的新水流洗衣机。在此以后，在电机驱动技 术的 发展和提高的基础上，日本又幵发和生产出了电机直接驱动式洗衣机，这中洗衣 机直接省去了齿轮传动和变速机构，这是洗衣机驱动方式上的一场革命。 但是在中国，由于历史的原因，洗衣机工业的起步非常的晚，一直到 1978 年才开始正式生产家用洗衣机。但是，随着改革开放的不断深化，随着人们认识 水平的提高以及经济实力和收入的增长，进入 80年代后中

30、国的的洗衣机工业持 续保持着旺盛的发展势头。从 1978年到 1983年洗衣机的产量由 400台急剧飙升 到了 365万台，在此以后大规模的技术引进的热潮在全国各地掀起，大约有数十 个厂家不分先后从先进国口本、英国、法国、意大利、澳大利亚等国把把洗衣机 先进技术引进了数十项。相关技术的大规模引进和吸收甚至创新，从而极大的提 升了我国的国产洗衣机的生产能力质以及产业素，从而大大缩短了同发达国家之 间的技术差距。到了今天，我国洗衣机的年产销量大概占据了世界年产量的四分 之一，从而跃居世界首位。除在品种和数量上满足了国内市场之外，又出口到东 南亚、欧洲、北美等地区，从而位居国际洗衣机市场的行列。 伴

31、随着科学技术的的进一步发展，相信新的更适合人们使用的洗衣机能够给 我们的生活带来新的方式。 2 第一章绪言 1.2特点和发展趋势 洗衣的特点：波轮式构造，能够省去手工洗衣的麻烦，尤其是价格更加的便 宜！缺点：耗水、耗时、耗电、不具备甩干功能，不能够有效的节省人力。 适合洗涤的衣物：被罩、床单、窗帘，春秋以及冬季穿着的单裤、单衣等。 目前由于这个品种的洗衣机己经基本被淘汰。 1.2.1双缸洗衣机 洗衣的特点：增加了甩干的功能，大大节省了人力。另外相比于全自动洗 衣机还便宜了很多。假如一个人在外面租房子住，这个便宜家伙可能会比较合适。 缺点：耗电、噪音、耗时、节水性差。 适合洗涤的衣物：被罩、床单

32、、窗帘和一年四季的日常衣物。自从 1995年 之后，洗衣机市场一直都是单缸的全自动洗衣机独领风骚。然而在洗衣机的品牌、 功能都在不断发展的今天，仍旧有一部分人对于双缸洗衣机保持特殊的爱好。主 要原因如下：一部分消费者认为全自动洗衣机洗的衣服不干净，坏了又不好修， 还有一部分消费者则认为全自动洗衣机不耐用。但是作为第二代的改良冼衣机， 双缸洗衣机尽管又增加了甩干功能，但是仍然不能够节省人力 在洗涤结束 后，又必须手动甩干功能，而且常常甩干不彻底、甩 干机经常出故障等。此外， 双缸洗衣机洗衣桶空间有一定限度，比如秋冬穿着的厚重衣物不太好洗涤。 1.2.2全自动波轮洗衣机 洗衣特点：由微电脑控制洗衣

33、以及甩干功能、省力省时。缺点：耗水、耗 电、清洁性不佳、衣物易缠绕，相比之下就比较贵。适合冼涤的衣物：除了需 要特别洗涤之外的其他所有衣物。 与前的两种洗衣机相比较，全自动洗衣机的发明是洗衣机技术史上的一个重 大变革，设计人员所设计的洗衣程序能使得这款冼衣机更加的智能化。它不仅能 大大节省人力，而且还能进一步扩大对机洗衣物的范围。比如羽绒被、羽绒服、 面料结实的棉服等都可以省去手洗的麻烦以及送到洗衣店干洗的费用。同时使用 全自动洗衣机洗衣可以根据衣物的体积、质地，在微电脑控制器上选择水流的大 3 基于单片机的全自动洗衣 flL系统设计 小和强弱以及时间的长短以及水量的多少等。所以自从问世一直到

34、今天，全自动 洗衣机都一直受到消费者所喜爱。 另外，城市的消费者对于洗衣机节水功能的要求也越来越具明显性。于是有 部分品牌也就适时推出了所谓的 水银行 等系列洗衣机，从水资源充分利用的角 度来考虑，设计了洗衣机具有水回收功能。 但是需要注意的就是，在注重洗衣机的节水功效的同时，又不能忽视 节水 和 洗净 的共同和谐发展。从对消费者的一系列调查数据来看，在有预期购买洗 衣机消费群体当中，大概有超过 85%的消费者一直认为洗衣机应该回归本位， 那就是首先解决 洗净 问题。用某款冼衣机来打比方，它可以通过 一桶净 的节 水技术、三段洗涤节水技术、无孔内桶节水技术内凹式双层 S波轮技术和喷淋漂 洗节水

35、技术组合，使得 水银行 系列洗衣机能够比以往普通洗衣机在节水 40% 的同时，它的洗净度也提高了 35%。 但是，由于大部分的全自动冼衣机的缸体仍旧是以波轮式为主，所以衣物 甩干后极易发生缠绕现象，比如羊毛、丝绸类等衣物就不能用此种洗衣机来洗涤。 另外，这类洗衣机对衣物磨损程度也远大于其他洗衣机。 1.2.3滚筒式洗衣机 洗衣的特点：微电脑控制所有功能具有清洁性好、衣物无缠绕。缺点：耗 时，而且一旦洗衣关上了门，那么洗衣过程中无法打开。适合洗涤的衣物：羊绒 羊毛、丝绸以及纯毛类织物。 据说，欧美几乎将近 100%的家庭使用的都是滚筒式洗衣机。这和中国消费 者所偏爱的波轮式洗衣机相比，那就是滚筒

36、洗衣机洗衣范 围广范，能够洗涤丝绸、 羊毛之类的高档衣物，洗好的衣物具有不缠绕，对衣物磨损小的特点。比如春兰 滚筒洗衣机衣物它的磨损率仅为普通波轮洗衣机的大约 1 / 30;滚筒洗衣机转速 比较快，最高每分钟可达到 1000转，还可以将水加热，衣物的洗净度很高；滚 筒洗衣机能够同时利用特有的减震和平衡系统，将噪声降到了极低；同时因为技 术先进、做工精湛，使滚筒洗衣机的使用寿命达到波轮洗衣机的 2倍。 滚筒洗衣机具有两大优点：其一就是省水。波轮洗衣机需要在桶中注入许多 的水来带动衣物；而滚筒洗衣机则是使衣物落下时与水拍打，所以需 要水量比较 4 第一章绪言 小。其次就是滚筒洗衣机对衣物的磨损度比较低。滚筒洗衣机洗衣时很象南方人 洗衣时用棒槌来敲打衣物，而波轮洗衣机则是使衣物来回搅动，所以，滚筒洗衣 机相对衣物的磨损度更低。另外，滚筒洗衣机还是环保先锋，这大