基于單片機(jī)的洗衣機(jī)控制電路設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文.doc

南昌大學(xué)共青學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 目錄基于單片機(jī)的洗衣機(jī)控制電路設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文目 錄摘 要IABSTRACTII第一章 引言11.1課題的背景、目的和意義11.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和研究成果2第二章 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)42.1 設(shè)計(jì)要求42.2 總體方案設(shè)計(jì)4第三章 元件和洗衣機(jī)功能介紹53.1 AT89C51簡介53.1.1主要特性53.1.2 特性概述63.1.3 引腳說明63.2 L298電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片73.2.1 L298引腳功能83.3 洗衣機(jī)控制電路系統(tǒng)的功能介紹9第四章 洗衣機(jī)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)114.1單片機(jī)輔助電路設(shè)計(jì)124.1.1復(fù)位電路的設(shè)計(jì)124.1.2振蕩電路的設(shè)計(jì)124.2洗衣機(jī)功能電路設(shè)計(jì)134.2.1按鍵和開關(guān)134.2.2進(jìn)、排水閥電路144.2.3顯示電路154.2.4電機(jī)控制16第五章 洗衣機(jī)控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)225.1主程序流程設(shè)計(jì)225.2程序的執(zhí)行235.3子程序流程設(shè)計(jì)23第六章 系統(tǒng)仿真266.1軟件調(diào)試266.2系統(tǒng)仿真27結(jié)束語30參考文獻(xiàn)31致謝32附錄A 源程序33附錄B 仿真圖44 南昌大學(xué)共青學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 第一章 引言第一章 引言1.1課題的背景、目的和意義1858年，一個(gè)叫漢密爾頓史密斯的美國人在匹茨堡制成了世界上第一臺(tái)洗衣機(jī)，該洗衣機(jī)的主件是一只圓桶，桶內(nèi)裝有一根帶有槳狀葉子的直軸，軸是通過搖動(dòng)和它相連的曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)的。但這臺(tái)洗衣機(jī)使用費(fèi)力，且損傷衣服，因而沒被廣泛使用，但這卻標(biāo)志了用機(jī)器洗衣的開端。次年在德國出現(xiàn)了一種用搗衣杵作為攪拌器的洗衣機(jī)，當(dāng)搗衣杵上下運(yùn)動(dòng)時(shí)，裝有彈簧的木釘便連續(xù)作用于衣服。19世紀(jì)末期的洗衣機(jī)已發(fā)展到一只用手柄轉(zhuǎn)動(dòng)的八角形洗衣缸，洗衣時(shí)缸內(nèi)放入熱肥皂水，衣服洗凈后，由軋液裝置把衣服擠干。1874年，“手洗時(shí)代”受到了前所未有的挑戰(zhàn)，美國人比爾布萊克斯發(fā)明了木制手搖洗衣機(jī)。布萊克斯的洗衣機(jī)構(gòu)造極為簡單，是在木筒里裝上6塊葉片用手柄和齒輪傳動(dòng)，使衣服在筒內(nèi)翻轉(zhuǎn)，從而達(dá)到“凈衣”的目的。這套裝置的問世，讓那些為提高生活效率而冥思苦想的人士大受啟發(fā)，洗衣機(jī)的改進(jìn)過程開始大大加快。1880年，美國又出現(xiàn)了蒸氣洗衣機(jī)，蒸氣動(dòng)力開始取代人力。經(jīng)歷了上百年的發(fā)展改進(jìn)，現(xiàn)代蒸汽洗衣機(jī)較早期有了無與倫與的提高，但原理是相同的?，F(xiàn)代蒸汽洗衣機(jī)的功能包括蒸汽洗滌和蒸汽烘干，采用了智能水循環(huán)系統(tǒng)，可將高濃度洗滌液與高溫蒸氣同時(shí)對(duì)衣物進(jìn)行雙重噴淋，貫穿全部洗滌過程，實(shí)現(xiàn)了全球獨(dú)創(chuàng)性的“蒸汽洗”全新洗滌方式。蒸汽洗衣機(jī)之后，水力洗衣機(jī)、內(nèi)燃機(jī)洗衣機(jī)也相繼出現(xiàn)。水力洗衣機(jī)包括洗衣筒、動(dòng)力源和與船相連接的連接件，洗衣機(jī)上設(shè)有進(jìn)、出水孔，洗衣機(jī)外殼上設(shè)有動(dòng)力源，洗衣筒上設(shè)有衣物進(jìn)口孔其進(jìn)口上設(shè)有密封蓋，洗衣機(jī)通過連接件與船相連。1910年，美國的費(fèi)希爾在芝加哥試制成功世界上第一臺(tái)電動(dòng)洗衣機(jī)。電動(dòng)洗衣機(jī)的問世，標(biāo)志著人類家務(wù)勞動(dòng)自動(dòng)化的開端。1922年，美國瑪塔依格公司改造了洗衣機(jī)的洗滌結(jié)構(gòu)，把拖動(dòng)式改為攪拌式，使洗衣機(jī)的結(jié)構(gòu)固定下來，這也就是第一臺(tái)攪拌式洗衣機(jī)的誕生。1932年，美國本德克斯航空公司宣布，他們研制成功第一臺(tái)前裝式滾筒洗衣機(jī)，洗滌、漂洗、脫水在同一個(gè)滾筒內(nèi)完成。這意味著電動(dòng)洗衣機(jī)的型式躍上一個(gè)新臺(tái)階，朝自動(dòng)化又前進(jìn)了一大步。60年代的日本出現(xiàn)了帶干桶的雙桶洗衣機(jī)，人們稱之為“半自動(dòng)型洗衣機(jī)”。70年代，生產(chǎn)出波輪式套桶全自動(dòng)洗衣機(jī)。70年代后期，以微處理器控制的全自動(dòng)洗衣機(jī)在日本問世，開創(chuàng)了洗衣機(jī)發(fā)展史的新階段。80年代，“模糊控制”的應(yīng)用使得洗衣機(jī)操作更簡便，功能更完備，洗衣程序更隨人意，外觀造型更為時(shí)尚。據(jù)2013-2017年中國洗衣機(jī)行業(yè)產(chǎn)銷需求與投資預(yù)測分析報(bào)告1分析從全國范圍來看，目前我國洗衣機(jī)市場普及程度已經(jīng)超過了76%，其中城鎮(zhèn)市場已經(jīng)超過了96%，農(nóng)村市場也已經(jīng)超過了53%;隨著國家開展家電下鄉(xiāng)、擴(kuò)大內(nèi)需的政策，洗衣機(jī)企業(yè)將目光均投向了擁有較大消費(fèi)潛力的農(nóng)村市場。未來幾年我國洗衣機(jī)市場需求增長空間將主要來自于：以城鎮(zhèn)化和農(nóng)村市場為主的首次需求，以及以城鎮(zhèn)市場消費(fèi)升級(jí)為主的更新需求;整個(gè)洗衣機(jī)市場需求在未來幾年將繼續(xù)保持溫和增長態(tài)勢。中國洗衣機(jī)業(yè)在發(fā)展的同時(shí)，一些問題也日益顯露出來。特別是洗衣機(jī)行業(yè)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)不健全，科研開發(fā)能力弱，市場培育能力差，安全問題和健康問題嚴(yán)重等制約了行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展和品質(zhì)的提高。因此，中國洗衣機(jī)企業(yè)必須抓住新的發(fā)展形勢，加大科技創(chuàng)新，注重節(jié)水節(jié)能，提高技術(shù)含量，加強(qiáng)售后服務(wù)水平打造有效推廣策略，對(duì)洗衣機(jī)行業(yè)的國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃，只有這樣才能在新形勢下立于不敗之地。如今，鋼材、銅、鋁、樹脂原材料價(jià)格上漲和產(chǎn)品售價(jià)下滑的雙重壓力正使國內(nèi)洗衣機(jī)市場面臨挑戰(zhàn)，技術(shù)競爭逐漸成為推動(dòng)市場發(fā)展的重要力量。高端滾筒洗衣機(jī)價(jià)格的大幅度下降是推動(dòng)洗衣機(jī)市場增長的主要?jiǎng)恿Α９?jié)水、節(jié)能等環(huán)保意識(shí)的提高，是消費(fèi)者進(jìn)行洗衣機(jī)更新?lián)Q代的重要因素，成為重要的增長點(diǎn)。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和研究成果隨著工業(yè)化的加速，世界各國也加快了洗衣機(jī)研制的步伐。首先由英國研制并推出了一種噴流式洗衣機(jī)，它是靠筒體一側(cè)的運(yùn)轉(zhuǎn)波輪產(chǎn)生的強(qiáng)烈渦流，使衣物和洗滌液一起在筒內(nèi)不斷翻滾，洗凈衣物。在引進(jìn)英國噴流式洗衣機(jī)的基礎(chǔ)之上，日本研制出獨(dú)具風(fēng)格、并流行至今的波輪式洗衣機(jī)。至此，波輪式、滾筒式、攪拌式在洗衣機(jī)生產(chǎn)領(lǐng)域三分天下的局面初步形成。由于電機(jī)調(diào)速技術(shù)的提高，洗衣機(jī)實(shí)現(xiàn)了寬范圍的轉(zhuǎn)速變換與調(diào)節(jié)，誕生了許多新水流洗衣機(jī)。此后，隨著電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)的發(fā)展與提高，日本生產(chǎn)出了電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)式洗衣機(jī)，省去了齒輪傳動(dòng)和變速機(jī)構(gòu)，引發(fā)了洗衣機(jī)驅(qū)動(dòng)方式的巨大革命。之后，隨著科技的進(jìn)一步發(fā)展，滾筒洗衣機(jī)已經(jīng)成了大家耳濡目染的產(chǎn)品。我國相關(guān)專家認(rèn)為節(jié)水將成未來洗衣機(jī)重點(diǎn)發(fā)展方向，洗衣機(jī)產(chǎn)業(yè)目標(biāo)主要涵蓋節(jié)電節(jié)水、產(chǎn)品功能、綠色設(shè)計(jì)三大方向。在中國家用電器協(xié)會(huì)編制的冰箱空調(diào)、洗衣機(jī)的技術(shù)路線圖中，就節(jié)電節(jié)水方面，制定了到 2015年，波輪式雙桶洗衣機(jī)達(dá)到國家能效2級(jí)，波輪式全自動(dòng)洗衣機(jī)達(dá)到國家能效1級(jí)，能效1級(jí)的滾筒式全自動(dòng)洗衣機(jī)要達(dá)到歐盟A+等級(jí)耗電、耗水要求， 滾筒式洗干一體機(jī)要達(dá)到GB/T23118國標(biāo)A級(jí)耗電、耗水要求。到2020年，滾筒洗衣機(jī)達(dá)到歐盟A+等級(jí)耗電、耗水要求，波輪式全自動(dòng)洗衣機(jī)達(dá)到國標(biāo)A+等級(jí)耗電、耗水要求，滾筒式洗干一體機(jī)達(dá)到國標(biāo)A+等級(jí)耗電、耗水要求。在產(chǎn)品功能方面洗衣機(jī)的發(fā)展方向是大容量，低噪聲、低振動(dòng)。伴隨著科技的進(jìn)一步發(fā)展，相信新型更適合人們使用的洗衣機(jī)會(huì)給我們的生活帶來新的方3南昌大學(xué)共青學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 第二章 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)第二章 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)2.1 設(shè)計(jì)要求基于單片機(jī)的洗衣機(jī)控制電路的設(shè)計(jì)要求是要能使洗衣機(jī)分別在不同的工作模式下完成一次洗衣的過程。不同的工作模式工作過程也不一樣，整個(gè)一次完整的洗衣過程大致可分為五個(gè)階段分別是進(jìn)水、排水、洗滌、漂洗、脫水。每個(gè)階段的工作時(shí)間都可以通過相應(yīng)的程序來設(shè)置，本設(shè)計(jì)要求洗衣機(jī)處于進(jìn)水工作狀態(tài)時(shí)，工作時(shí)間持續(xù)4分鐘，當(dāng)進(jìn)水達(dá)到一定的水位后，進(jìn)水閥關(guān)閉，停止進(jìn)水；接著洗衣機(jī)進(jìn)入洗滌工作狀態(tài)并要求洗滌時(shí)間也要達(dá)到6分鐘，洗滌工作完成時(shí)，洗衣機(jī)就要進(jìn)行排水1分鐘鐘后水位降到一定的高度，要求排水閥關(guān)閉，進(jìn)水閥打開，然后進(jìn)行漂洗。這里設(shè)置了長漂洗時(shí)間為4分鐘，短漂洗時(shí)間為2分鐘，漂洗工作完成后要求洗衣機(jī)進(jìn)入脫水狀態(tài)，脫水工作持續(xù)2分鐘，一次洗衣過程完成。洗衣機(jī)的工作模式這里分為四種分別是標(biāo)準(zhǔn)洗衣、經(jīng)濟(jì)洗衣、單獨(dú)洗衣和排水洗衣，我們可以根據(jù)不同的情況選擇不同的洗衣模式以達(dá)到節(jié)水節(jié)電省時(shí)的效果。當(dāng)洗衣機(jī)處于洗滌狀態(tài)時(shí)也要求有兩種洗滌方式分別是強(qiáng)洗和弱洗。2.2 總體方案設(shè)計(jì)通過對(duì)設(shè)計(jì)要求的分析，總控制系統(tǒng)運(yùn)用的是AT89C51單片機(jī)，利用該單片機(jī)設(shè)計(jì)的洗衣機(jī)控制電路系統(tǒng)主要有工作模式選擇鍵、強(qiáng)弱洗滌選擇鍵、水位開關(guān)、進(jìn)排水閥、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路和各種工作狀態(tài)顯示電路等組成。4南昌大學(xué)共青學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 第三章 元件和洗衣機(jī)功能介紹第三章 元件和洗衣機(jī)功能介紹3.1 AT89C51簡介AT89C51是一種帶4K字節(jié)FLASH存儲(chǔ)器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓、高性能CMOS 8位微處理器，俗稱單片機(jī)。AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除1000次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃速存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，AT89C2051是它的一種精簡版本。AT89C51單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。封裝及引腳排列如圖3.1和圖3.2所示： 圖3.1 AT89C51封裝 圖3.2 AT89C51引腳排列3.1.1主要特性1. 與MCS-51 兼容2.4K字節(jié)可編程FLASH存儲(chǔ)器 3. 全靜態(tài)工作：0Hz-24MHz4. 三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定5.1288位內(nèi)部RAM6. 32可編程I/O線7. 2個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器8. 5個(gè)中斷源9. 可編程串行通道10. 低功耗的閑置和掉電模式11. 片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路3.1.2 特性概述AT89C51 提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：4k 字節(jié)Flash 閃速存儲(chǔ)器，128字節(jié)內(nèi)部RAM，32 個(gè)I/O 口線，兩個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，一個(gè)5向量兩級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。同時(shí)，AT89C51可降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時(shí)/計(jì)數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位。3.1.3 引腳說明VCC：供電電壓P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P0口的管腳第一次寫1時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的低八位。在FIASH編程時(shí)，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須接上拉電阻。P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為低八位地址接收。P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下所示：1. P3.0 RXD（串行輸入口）2. P3.1 TXD（串行輸出口）3. P3.2 /INT0（外部中斷0）4. P3.3 /INT1（外部中斷1）5. P3.4 T0（計(jì)時(shí)器0外部輸入）6. P3.5 T1（計(jì)時(shí)器1外部輸入）7. P3.6 /WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通）8. P3.7 /RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）9. P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的低位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。XTAL2：來自反向振蕩器的輸出3.2 L298電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片L298是ST公司生產(chǎn)的一種高電壓、大電流電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片。該芯片的主要特點(diǎn)是:工作電壓高，最高工作電壓可達(dá)46V；輸出電流大，瞬間峰值電流可達(dá)3A，持續(xù)工作電流為2A；內(nèi)含兩個(gè)H橋的高電壓大電流全橋式驅(qū)動(dòng)器，可以用來驅(qū)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、繼電器、線圈等感性負(fù)載；采用標(biāo)準(zhǔn)TTL邏輯電平信號(hào)控制；具有兩個(gè)使能控制端，在不受輸入信號(hào)影響的情況下允許或禁止器件工作；有一個(gè)邏輯電源輸入端，使內(nèi)部邏輯電路部分在低電壓下工作可以外接檢測電阻，將變化量反饋給控制電路。3.2.1 L298引腳功能L298芯片引腳圖3.3所示，引腳功能見表3.1。 圖3.3 L298引腳圖表3.1 L298引腳功能表引腳符號(hào)功能115SENSING ASENSING B此兩端與地連接電流檢測電阻，并向驅(qū)動(dòng)芯片反饋檢測到的信號(hào)23OUT 1OUT 2此兩腳是全橋式的兩個(gè)輸出端，用來連接負(fù)載57IN 1IN 2輸入標(biāo)準(zhǔn)的TTL邏輯電平信號(hào)，用來控制全橋式驅(qū)動(dòng)器A的開關(guān)611ENABLE AENABLE B使能控制端，輸入標(biāo)準(zhǔn)TTL邏輯電平信號(hào)；低電平時(shí)全橋式驅(qū)動(dòng)器禁止工作 4Vs電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源輸入端8GND接地端，芯片本身的散熱片與8腳相通9Vss邏輯控制部分的電源輸入端口1012IN 3IN 4輸入標(biāo)準(zhǔn)的TTL邏輯電平信號(hào)，用來控制全橋式驅(qū)動(dòng)器B的開關(guān)1314OUT 3OUT 4此兩腳是全橋式驅(qū)動(dòng)器B的兩個(gè)輸出端，用來連接負(fù)載3.3 洗衣機(jī)控制電路系統(tǒng)的功能介紹用AT89C51單片機(jī)控制自動(dòng)洗衣機(jī)的運(yùn)行，使其自動(dòng)的完成進(jìn)水、洗滌、漂洗、脫水等功能。不同的洗衣程序洗滌、漂洗、脫水所用的時(shí)間不同，要求設(shè)計(jì)能夠?qū)崿F(xiàn)以下功能：1、洗衣工作狀態(tài)功能：強(qiáng)、弱洗滌。要求強(qiáng)洗時(shí)正反轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)時(shí)間各為4S，間歇時(shí)間為1S；弱洗時(shí)正反轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)時(shí)間各為3S，間歇時(shí)間為1S。2、洗衣程序功能：含4種獨(dú)立程序，即標(biāo)準(zhǔn)洗衣程序、經(jīng)濟(jì)洗衣、單獨(dú)洗衣、排水洗衣功能。標(biāo)準(zhǔn)程序是進(jìn)水-洗滌-排水-進(jìn)水-較長時(shí)間漂洗-排水-進(jìn)水-較短時(shí)間漂洗-排水-脫水-報(bào)警。經(jīng)濟(jì)洗衣程序是進(jìn)水-洗滌-排水-進(jìn)水較長時(shí)間漂洗-排水-報(bào)警。單獨(dú)洗衣程序是進(jìn)水-洗滌-報(bào)警。排水洗衣程序是排水-脫水-報(bào)警。3、特殊功能：故障診斷、暫停、啟動(dòng)、蓋開關(guān)保護(hù)、聲光指示等。進(jìn)排水系統(tǒng)故障自動(dòng)診斷功能：洗衣機(jī)在進(jìn)水或排水過程中，若在一定的時(shí)間范圍內(nèi)進(jìn)水或排水未能達(dá)到預(yù)定的水位，就說明進(jìn)排水系統(tǒng)有故障，此故障由控制系統(tǒng)測知并通過警報(bào)程序發(fā)出警報(bào)信號(hào)，提醒操作者進(jìn)行人工排除。洗衣期間安全保護(hù)功能：洗衣機(jī)在脫水期間，若打開機(jī)蓋時(shí)，洗衣機(jī)就會(huì)自動(dòng)停止脫水操作。暫停功能：不管洗衣機(jī)工作在什么狀態(tài)，當(dāng)按下暫停鍵時(shí)，洗衣機(jī)需暫停工作，待啟動(dòng)鍵按下后洗衣機(jī)又能按原來所選擇的工作方式繼續(xù)工作。聲光顯示功能：洗衣機(jī)各種工作方式的選擇和各種工作狀態(tài)均有聲光提示和顯示。10南昌大學(xué)共青學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 第四章 洗衣機(jī)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)第四章 洗衣機(jī)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)該洗衣機(jī)控制電路系統(tǒng)的硬件電路框圖如圖4.1所示，在該硬件系統(tǒng)中主要由核心單元電路、進(jìn)/排水閥控制電路、電機(jī)控制電路、按鍵和開關(guān)電路、輸出控制電路、特殊功能電路、電源電路等單元組成。 按鍵和開關(guān)輸出控制電路電源電路電機(jī)控制電路進(jìn)、排水閥電路特殊功能電路 CPU(AT89C51) 圖4.1 硬件電路框圖在設(shè)計(jì)過程中采用AT89C51作為控制核心。其中P1.0到P2.0分別控制標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)濟(jì)、單獨(dú)、排水、強(qiáng)洗、弱洗、洗滌、漂洗、脫水的LED指示燈。由于AT89C51每根I/O線的低電平驅(qū)動(dòng)電流達(dá)到20mA，所有I/O線的總驅(qū)動(dòng)電流達(dá)80mA,而這7個(gè)燈最多只有3個(gè)燈同時(shí)亮，每個(gè)燈只需3.5mA左右的電流，再算上其它I/O線的驅(qū)動(dòng)電流，總電流也不會(huì)超過80mA,所以可這樣直接驅(qū)動(dòng)LED發(fā)亮；P3.0接程序選擇鍵，P3.1接強(qiáng)弱選擇鍵，P3.2接暫停/啟動(dòng)/解除警報(bào)鍵，P3.6接水位開關(guān)，用于進(jìn)/排水過程中的水位控制，為CPU提供洗衣機(jī)水位信息，P3.7接蓋開關(guān)，這是安全保護(hù)措施，P2.1來控制蜂鳴器，P2.2引腳來控制進(jìn)水閥和進(jìn)水狀態(tài)顯示燈，P2.3引腳來控制排水閥和排水狀態(tài)顯示燈，單片機(jī)的復(fù)位引腳RST接洗衣機(jī)的強(qiáng)制復(fù)位鍵。4.1單片機(jī)輔助電路設(shè)計(jì)4.1.1復(fù)位電路的設(shè)計(jì)單片機(jī)在啟動(dòng)時(shí)都需要復(fù)位，以使CPU及系統(tǒng)各部件處于確定的初始狀態(tài)，并從初態(tài)開始工作。89系列單片機(jī)的復(fù)位信號(hào)是從RST引腳輸入到芯片內(nèi)的施密特觸發(fā)器中的。當(dāng)系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)時(shí)，且振蕩器穩(wěn)定后，如果RST引腳上有一個(gè)高電平并維持2個(gè)機(jī)器周期以上，則CPU就可以響應(yīng)并將系統(tǒng)復(fù)位。單片機(jī)系統(tǒng)的復(fù)位方式有：手動(dòng)按鈕復(fù)位和上電復(fù)位。上電復(fù)位是外部的復(fù)位電路在系統(tǒng)通上電源后直接是直接使單片機(jī)工作，單片機(jī)的起停通過電源控制。手動(dòng)復(fù)位是在復(fù)位電路中設(shè)計(jì)按鍵開關(guān)觸發(fā)復(fù)位電平，控制單片機(jī)復(fù)位。工作原理是：單片機(jī)通電時(shí)，電容兩端相當(dāng)于短路，則RST上位高電平，然后電源通過對(duì)電容充電，RST兩端電壓慢慢下降，降到一定程度，即為低電平，單片機(jī)開始正常工作。上電復(fù)位時(shí)間要在10ms以上，才能保證上電，一般可以取電容的大小為10uF,電阻為1K。電路圖如圖4.2所示： 圖4.2 復(fù)位電路4.1.2振蕩電路的設(shè)計(jì)振蕩電路對(duì)于單片機(jī)來說非常重要，沒有晶振就沒有時(shí)鐘周期，沒有時(shí)鐘周期就無法執(zhí)行程序代碼，單片機(jī)就無法工作。單片機(jī)工作時(shí)時(shí)一條一條地從ROM中取指令，然后一步一步地執(zhí)行。單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成片內(nèi)振蕩器的高增益反相放大器，引腳XTAL1和XTAL2分別是該放大器的輸入端和輸出端。這個(gè)放大器與作為反饋元件片外石英晶體以及電容C1或C2構(gòu)成并聯(lián)振蕩電路，接在放大器的反饋回路中。電容的大小沒有嚴(yán)格的要求，但也會(huì)影響振蕩器頻率的高低、振蕩器的穩(wěn)定性、振蕩的快速性和穩(wěn)定性。外接石英晶體時(shí)，C1和C2一般取30pf10pf，外接陶瓷振蕩器時(shí)，C1和C2一般取40pf10pf。本系統(tǒng)采用12MHz的晶振，電容取30pf。振蕩電路如圖4.3所示： 圖4.3 振蕩電路4.2洗衣機(jī)功能電路設(shè)計(jì)4.2.1按鍵和開關(guān) 圖4.4 按鍵和開關(guān)電路1.強(qiáng)弱洗選擇鍵K3：洗衣機(jī)的強(qiáng)弱洗可以通過該鍵來循環(huán)選擇，系統(tǒng)默認(rèn)下為強(qiáng)洗狀態(tài)。2.程序選擇鍵K2：通過該鍵可以選擇不同的洗衣程序，可以選擇的洗衣程序有標(biāo)準(zhǔn)洗衣、經(jīng)濟(jì)洗衣、單獨(dú)洗衣、排水洗衣。系統(tǒng)默認(rèn)下為標(biāo)準(zhǔn)洗衣。3.暫停/啟動(dòng)/解除警報(bào)鍵K4：在洗衣機(jī)未進(jìn)入工作狀態(tài)或處于暫停狀態(tài)期間，該鍵用來啟動(dòng)洗衣機(jī)進(jìn)入工作狀態(tài)或恢復(fù)到原來的工作狀態(tài)；在進(jìn)入工作狀態(tài)后，按觸該鍵則進(jìn)入暫停狀態(tài)；報(bào)警期間，按該鍵停止報(bào)警，并回到初始的待命狀態(tài)。4.水位開關(guān)：水滿時(shí)開關(guān)閉合。在進(jìn)水期間，系統(tǒng)不斷檢測該開關(guān)，若在4分鐘之內(nèi)檢測到該開關(guān)閉合，則停止進(jìn)水。否則認(rèn)進(jìn)水出故障，關(guān)閉進(jìn)水閥，并警報(bào)提示；在排水期間，系統(tǒng)不斷檢測該開關(guān)，若在1分鐘內(nèi)檢測不到該開關(guān)斷開，則認(rèn)為排水出故障，關(guān)閉排水閥，并警報(bào)提示，否則按正常處理。5.蓋開關(guān)：脫水期間若打開機(jī)蓋則該開關(guān)閉合，引起中斷，洗衣機(jī)就會(huì)自動(dòng)停止脫水操作，合上蓋后又繼續(xù)脫水。4.2.2進(jìn)、排水閥電路進(jìn)/排水閥電路圖如圖4.5所示： 圖4.5 進(jìn)、排水閥電路圖在控制系統(tǒng)中，分別用P2.2和P2.3兩引腳控制進(jìn)水閥和排水閥的開啟和關(guān)閉。當(dāng)引腳被設(shè)置為高電平，電磁閥開啟：當(dāng)引腳被設(shè)置為低電平，電磁閥關(guān)閉。1.進(jìn)水電磁閥主要包括電磁線圈、鐵芯、橡皮膜和彈簧等功能部件。當(dāng)P3.2引腳為低電平，進(jìn)水電磁閥的線圈不通電，鐵芯受彈簧力和自身的重力下壓其頂端的橡膠膜壓住橡皮膜的導(dǎo)流孔。此時(shí)，自來水進(jìn)入到橡皮膜的上方，膜片受到水壓而把出水口堵住。當(dāng)P3.2引腳為高電平時(shí)，進(jìn)水電磁閥的線圈通電，電磁力克服彈簧和鐵芯的重力將鐵芯向上提升，膜片中心的導(dǎo)流孔經(jīng)出水口向洗地桶注水2.排水電磁閥主要包括電磁和排水閥兩個(gè)部分電磁鐵的主要作用是控制進(jìn)水閥的開啟和關(guān)閉，在排水電磁鐵吸合排水閥開啟的同時(shí)，控制減速離合器制動(dòng)臂動(dòng)作來轉(zhuǎn)換洗衣機(jī)的工作狀態(tài)（即控制洗衣機(jī)在洗滌和脫水中的轉(zhuǎn)速）洗衣機(jī)排水時(shí)，置P3.3引腳為高電平，電磁鐵線圈通電而吸合銜鐵，通過閥桿拉開排水閥體，排水開始。排水時(shí)間終了，置P3.3為低電平，電磁鐵線圈斷電而將銜鐵釋放，排水閥復(fù)位，排水結(jié)束。4.2.3顯示電路顯示電路圖如圖4.6所示： 圖4.6 顯示電路1.LED指示部分：用10個(gè)LED指示各狀態(tài)的運(yùn)行。LED1指示電源狀態(tài)，LED2到LED5分別用來指示標(biāo)準(zhǔn)程序、經(jīng)濟(jì)程序、單獨(dú)程序、排水程序四種洗衣工作程序，LED6用于指示強(qiáng)洗狀態(tài)，LED7用于指示弱洗狀態(tài)，LED8用于指示洗滌狀態(tài)，LED9用于指示漂洗狀態(tài)，LED10用于指示脫水狀態(tài)。2.蜂鳴器控制部分：通過CPU的P2.1輸出頻率為1KHz的脈沖信號(hào)來控制喇叭。當(dāng)洗衣機(jī)出現(xiàn)故障或者當(dāng)執(zhí)行完洗衣機(jī)設(shè)定的程序后也會(huì)出現(xiàn)報(bào)警省聲，提醒操作者執(zhí)行人為操作。蜂鳴器的設(shè)計(jì)如圖所示，使用了一支PNP三極管S8850來驅(qū)動(dòng)蜂鳴器，當(dāng)單片機(jī)的P2.1為高電平時(shí)，三極管不導(dǎo)通；當(dāng)P2.1為低電平時(shí)，三極管導(dǎo)通，蜂鳴器獲得了一個(gè)高電平信號(hào)，發(fā)出報(bào)警聲音。在不發(fā)音的時(shí)候，置P2.1為高電平，阻止三極管導(dǎo)通，如圖4.7所示： 圖4.7 蜂鳴器電路4.2.4電機(jī)控制電機(jī)的選取：交、直流兩用電動(dòng)機(jī)現(xiàn)在比較常用的步進(jìn)電機(jī)包括反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)、永磁式步進(jìn)電機(jī)、混合式步進(jìn)電機(jī)和單相式步進(jìn)電機(jī)等。其中反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子磁路由軟磁材料制成,定子上有多相勵(lì)磁繞組,利用磁導(dǎo)的變化產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。現(xiàn)階段,反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)獲得最多的應(yīng)用。常用單相交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)種類 在家用電器設(shè)備中,常配有小型單相交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)因應(yīng)用類別的差異,一般可分為分相式電動(dòng)機(jī)、電容啟動(dòng)式電動(dòng)機(jī)、永久分相式電容電動(dòng)機(jī)、罩極式電動(dòng)機(jī)、永磁直流電動(dòng)機(jī)及交直流電動(dòng)機(jī)等類型。一般的三相交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)在接通三相交流電后,電機(jī)定子繞組通過交變電流后產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場并感應(yīng)轉(zhuǎn)子,從而使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生電動(dòng)勢,并相互作用而形成轉(zhuǎn)矩使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。但單相交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī),只能產(chǎn)生極性和強(qiáng)度交替變化的磁場,不能產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場,因此單相交流電動(dòng)機(jī)必須另外設(shè)計(jì)使它產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場,轉(zhuǎn)子才能轉(zhuǎn)動(dòng), 所以常見單相交流電機(jī)有分相啟動(dòng)式、罩極式、電容啟動(dòng)式等種類。 1.分相啟動(dòng)式電動(dòng)機(jī)分相式電動(dòng)機(jī)廣泛應(yīng)用于電冰箱、洗衣機(jī)、空調(diào)等家用電器中。該電機(jī)有一個(gè)鼠籠式轉(zhuǎn)子和主、副兩個(gè)定子繞組。兩個(gè)繞組相差一個(gè)很大的相位角,使副繞組中的電流和磁通達(dá)到最大值的時(shí)間比主繞組早一些,因而能產(chǎn)生一個(gè)環(huán)繞定子旋轉(zhuǎn)的磁通。這個(gè)旋轉(zhuǎn)磁通切割轉(zhuǎn)子上的導(dǎo)體,使轉(zhuǎn)子導(dǎo)體感應(yīng)一個(gè)較大的電流,電流所產(chǎn)生的磁通與定子磁通相互作用,轉(zhuǎn)子便產(chǎn)生啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩。當(dāng)電機(jī)一旦啟動(dòng),轉(zhuǎn)速上升至額定轉(zhuǎn)速70%時(shí),離心開關(guān)脫開副繞組即斷電,電機(jī)即可正常運(yùn)轉(zhuǎn)。2.罩極式電動(dòng)機(jī)罩極式單相交流電動(dòng)機(jī),它的結(jié)構(gòu)簡單,其電氣性能略差于其他單相電機(jī),但由于制作成本低,運(yùn)行噪聲較小,對(duì)電器設(shè)備干擾小,所以被廣泛應(yīng)用在電風(fēng)扇、電吹風(fēng)、吸塵器等小型家用電器中。罩極式電動(dòng)機(jī)只有主繞組,沒有副繞級(jí)（啟動(dòng)繞組）,它在電機(jī)定子的兩極處各設(shè)有一副短路環(huán),也稱為電極罩極圈。當(dāng)電動(dòng)機(jī)通電后,主磁極部分的磁場產(chǎn)生的脈動(dòng)磁場感應(yīng)短路而產(chǎn)生二次電流,從而使磁極上被罩部分的磁場,比未罩住部分的磁場滯后些,因而磁極構(gòu)成旋轉(zhuǎn)磁場,電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子便旋轉(zhuǎn)啟動(dòng)工作。罩極式單相電動(dòng)機(jī)還有一個(gè)特點(diǎn),即可以很方便地轉(zhuǎn)換成二極或四極轉(zhuǎn)速,以適應(yīng)不同轉(zhuǎn)速電器配套使用。3.電容式啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)該類電動(dòng)機(jī)可分為電容分相啟動(dòng)電機(jī)和永久分相電容電機(jī)。這種電機(jī)結(jié)構(gòu)簡單,啟動(dòng)快速,轉(zhuǎn)速穩(wěn)定,被廣泛應(yīng)用在電風(fēng)扇、排風(fēng)扇、抽油煙機(jī)等家用電器中。電容分相式電動(dòng)機(jī)在定子繞組上設(shè)有主繞組和副繞組（啟動(dòng)繞組）,并在啟動(dòng)繞組中串聯(lián)大容量啟動(dòng)電容器,使通電后主、副繞組的電相角成90,從而能產(chǎn)生較大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩,使轉(zhuǎn)子啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)。對(duì)于永久分相電容電動(dòng)機(jī)來說,均與啟動(dòng)繞組串接。由于永久分相電機(jī)其啟動(dòng)的轉(zhuǎn)矩較小,因此很適于排風(fēng)機(jī)、抽風(fēng)機(jī)等要求啟動(dòng)力矩低的電器設(shè)備中應(yīng)用。電容式啟動(dòng)電動(dòng)機(jī),由于其運(yùn)行繞組分正、反相繞制設(shè)定,所以只要切換運(yùn)行繞組和啟動(dòng)繞組的串接方向,即可方便實(shí)現(xiàn)電機(jī)逆、順方向運(yùn)轉(zhuǎn)。 4.交、直流兩用電動(dòng)機(jī) 一般常用單相交流電動(dòng)機(jī),在交流50Hz電源中運(yùn)行時(shí),電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速較高的也只能達(dá)每分鐘3000轉(zhuǎn)。而交直流兩用電動(dòng)機(jī)在交流或直流供電下,其電機(jī)轉(zhuǎn)速可高達(dá)20000轉(zhuǎn),同時(shí)其電機(jī)的輸出啟動(dòng)力矩也大,所以盡管電機(jī)體積小,但由于轉(zhuǎn)速高輸出功率大,因此交直流兩用電動(dòng)機(jī)在洗衣機(jī)、吸塵器、排風(fēng)扇等家用電器中得以應(yīng)用。 此外,在直流電動(dòng)機(jī)中還有一種結(jié)構(gòu)更為簡單、用在玩具上的電機(jī),這種電機(jī)是用永久磁鐵作固定磁場的電動(dòng)機(jī),在電子玩具、電動(dòng)剃須刀、微型按摩器等日用小電器中得以廣泛應(yīng)用。直流電動(dòng)機(jī)按勵(lì)磁方式不同可分為他勵(lì)、并勵(lì)、串勵(lì)和復(fù)勵(lì)四種。下面一常用的他勵(lì)和并勵(lì)電動(dòng)機(jī)為例介紹其機(jī)械特性、起動(dòng)、反轉(zhuǎn)和調(diào)速，他勵(lì)和并勵(lì)電動(dòng)機(jī)只是連接方式上的不同，兩者的特性是一樣的，如圖4.8所示。圖4.8 洗衣機(jī)電機(jī)控制由于電動(dòng)機(jī)一般是在額定狀態(tài)下運(yùn)行的，它的磁路已接近于飽和，所以在一定負(fù)載下，通常是減小磁通調(diào)速（N），轉(zhuǎn)速上調(diào)（nnN）。調(diào)磁調(diào)速是恒功率調(diào)速，即轉(zhuǎn)速升高后，輸出轉(zhuǎn)距必須減小，否則電樞電流Ia會(huì)超過原來的額定電流，使電動(dòng)機(jī)發(fā)熱燒壞。調(diào)磁調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)：1. 調(diào)速平滑，可得到無級(jí)調(diào)速；2. 調(diào)速經(jīng)濟(jì)，控制方便；3. 機(jī)械特性較硬，穩(wěn)定性較好。對(duì)專門生產(chǎn)的調(diào)磁調(diào)速的電動(dòng)機(jī)，其調(diào)速幅度可達(dá)到34倍改變電壓U（調(diào)壓調(diào)速 ）當(dāng)保持他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流If為額定值時(shí)，降低電樞電壓U，使轉(zhuǎn)速n降低。由式可見，在一定負(fù)載下，U愈低，轉(zhuǎn)速n愈小，但機(jī)械特性的硬度不變，見圖4.9所示： 圖4.9 電壓調(diào)速曲線一般電動(dòng)機(jī)都處在額定狀態(tài)下運(yùn)行，再進(jìn)行調(diào)壓調(diào)速時(shí)，為保證電動(dòng)機(jī)的絕緣，一般是將電動(dòng)機(jī)的電壓下調(diào)UU N，而轉(zhuǎn)速也下調(diào)nnN。調(diào)壓調(diào)速是在額定電流下調(diào)速，是恒轉(zhuǎn)距調(diào)速。調(diào)壓調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)：1. 機(jī)械特性較硬，電壓降低后硬度不變，穩(wěn)定性較好。2. 調(diào)速幅度較大，其調(diào)速幅度可達(dá)到610倍。3. 可均勻調(diào)節(jié)電樞電壓，得到平滑的無級(jí)調(diào)速。這里采用電壓調(diào)節(jié)方式實(shí)現(xiàn)對(duì)直流伺服電機(jī)的調(diào)速。交流電機(jī)M2控制系統(tǒng)目前較常用的交流電動(dòng)機(jī)有兩種：1、三相異步電動(dòng)機(jī)2、單相交流電動(dòng)機(jī)。第一種多用在工業(yè)上，而第二種多用在民用電器上。三相異步電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)原理三相異步電動(dòng)機(jī)要旋轉(zhuǎn)起來的先決條件是具有一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場，三相異步電動(dòng)機(jī)的定子繞組就是用來產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場的。我們知道，但相電源相與相之間的電壓在相位上是相差120度的，三相異步電動(dòng)機(jī)定子中的三個(gè)繞組在空間方位上也互差120度，這樣，當(dāng)在定子繞組中通入三相電源時(shí)，定子繞組就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場，其產(chǎn)生的過程如圖4.10所示。圖中分四個(gè)時(shí)刻來描述旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生過程。電流每變化一個(gè)周期，旋轉(zhuǎn)磁場在空間旋轉(zhuǎn)一周，即旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)速度與電流的變化是同步的。旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速為：n=60f/P 式中f為電源頻率、P是磁場的磁極對(duì)數(shù)、n的單位是：每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)。根據(jù)此式我們知道，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與磁極數(shù)和使用電源的頻率有關(guān)，為此，控制交流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速有兩種方法：1、改變磁極法；2、變頻法。以往多用第一種方法，現(xiàn)在則利用變頻技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)交流電動(dòng)機(jī)的無級(jí)變速控制。圖4.10 三相異步電機(jī)工作圖觀察圖還可發(fā)現(xiàn)，旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向與繞組中電流的相序有關(guān)。相序A、B、C順時(shí)針排列，磁場順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，若把三根電源線中的任意兩根對(duì)調(diào)，例如將B相電流通入C相繞組中，C相電流通入B相繞組中，則相序變?yōu)椋篊、B、A，則磁場必然逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。利用這一特性我們可很方便地改變?nèi)嚯妱?dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向。定子繞組產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場后，轉(zhuǎn)子導(dǎo)條（鼠籠條）將切割旋轉(zhuǎn)磁場的磁力線而產(chǎn)生感應(yīng)電流，轉(zhuǎn)子導(dǎo)條中的電流又與旋轉(zhuǎn)磁場相互作用產(chǎn)生電磁力，電磁力產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子沿旋轉(zhuǎn)磁場方向以n1的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)起來。一般情況下，電動(dòng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速n1低于旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速n。因?yàn)榧僭O(shè)n=n1，則轉(zhuǎn)子導(dǎo)條與旋轉(zhuǎn)磁場就沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，就不會(huì)切割磁力線，也就不會(huì)產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，所以轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速n1必然小于n。為此我們稱三相電動(dòng)機(jī)為異步電動(dòng)機(jī)單相交流電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)原理單相交流電動(dòng)機(jī)只有一個(gè)繞組，轉(zhuǎn)子是鼠籠式的。當(dāng)單相正弦電流通過定子繞組時(shí)，電動(dòng)機(jī)就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)交變磁場，這個(gè)磁場的強(qiáng)弱和方向隨時(shí)間作正弦規(guī)律變化，但在空間方位上是固定的，所以又稱這個(gè)磁場是交變脈動(dòng)磁場。這個(gè)交變脈動(dòng)磁場可分解為兩個(gè)以相同轉(zhuǎn)速、旋轉(zhuǎn)方向互為相反的旋轉(zhuǎn)磁場，當(dāng)轉(zhuǎn)子靜止時(shí)，這兩個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場在轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生兩個(gè)大小相等、方向相反的轉(zhuǎn)矩，使得合成轉(zhuǎn)矩為零，所以電動(dòng)機(jī)無法旋轉(zhuǎn)。當(dāng)我們用外力使電動(dòng)機(jī)向某一方向旋轉(zhuǎn)時(shí)（如順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)），這時(shí)轉(zhuǎn)子與順時(shí)針旋轉(zhuǎn)方向的旋轉(zhuǎn)磁場間的切割磁力線運(yùn)動(dòng)變小；轉(zhuǎn)子與逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)方向的旋轉(zhuǎn)磁場間的切割磁力線運(yùn)動(dòng)變大。這樣平衡就打破了，轉(zhuǎn)子所產(chǎn)生的總的電磁轉(zhuǎn)矩將不再是零，轉(zhuǎn)子將順著推動(dòng)方向旋轉(zhuǎn)起來。要使單相電動(dòng)機(jī)能自動(dòng)旋轉(zhuǎn)起來，我們可在定子中加上一個(gè)起動(dòng)繞組，起動(dòng)繞組與主繞組在空間上相差90度，起動(dòng)繞組要串接一個(gè)合適的電容，使得與主繞組的電流在相位上近似相差90度，即所謂的分相原理。這樣兩個(gè)在時(shí)間上相差90度的電流通入兩個(gè)在空間上相差90度的繞組，將會(huì)在空間上產(chǎn)生（兩相）旋轉(zhuǎn)磁場。在這個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場作用下，轉(zhuǎn)子就能自動(dòng)起動(dòng)，起動(dòng)后，待轉(zhuǎn)速升到一定時(shí)，借助于一個(gè)安裝在轉(zhuǎn)子上的離心開關(guān)或其他自動(dòng)控制裝置將起動(dòng)繞組斷開，正常工作時(shí)只有主繞組工作。因此，起動(dòng)繞組可以做成短時(shí)工作方式。但有很多時(shí)候，起動(dòng)繞組并不斷開，我們稱這種電動(dòng)機(jī)為電容式單相電動(dòng)機(jī)，要改變這種電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向，可由改變電容器串接的位置來實(shí)現(xiàn)。21南昌大學(xué)共青學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 第五章 洗衣機(jī)控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)第五章 洗衣機(jī)控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)5.1主程序流程設(shè)計(jì)根據(jù)硬件設(shè)計(jì)要求，控制主程序流程圖如圖5.1所示:圖5.1 主程序流程圖上電復(fù)位初始化掃描K2、K3進(jìn)水程序啟動(dòng)否是否4分鐘內(nèi)水位開關(guān)是否閉合是洗滌程序漂洗、脫水程序排水程序1分鐘內(nèi)水位開關(guān)是否斷開是結(jié)束人工故障處理否否單片機(jī)上電，首先進(jìn)行程序的初始化，包括定時(shí)器，外部中斷等初始化，以及各參數(shù)初始值的設(shè)定。默認(rèn)洗衣方式為標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)洗，漂洗次數(shù)兩次。然后掃描剩余鍵盤的狀態(tài)。確定強(qiáng)度和漂洗次數(shù)。當(dāng)啟動(dòng)鍵按下以后，洗衣機(jī)進(jìn)入待命狀態(tài)，完成進(jìn)水洗滌漂洗脫水報(bào)警的循環(huán)過程。5.2程序的執(zhí)行從主程序框圖中可以看出程序的基本流程，系統(tǒng)上電復(fù)位后，首先進(jìn)行初始化，默認(rèn)標(biāo)準(zhǔn)洗衣工作程序和強(qiáng)洗方式，然后掃描K2、K3鍵和啟動(dòng)鍵K4，這時(shí)洗衣機(jī)出于待命狀態(tài)，通過K2、K3可以改變洗衣工作程序和強(qiáng)、弱洗衣方式。掃描過程中發(fā)現(xiàn)啟動(dòng)鍵K4按下時(shí)，洗衣機(jī)從待命狀態(tài)變?yōu)楣ぷ鳡顟B(tài)。洗衣機(jī)進(jìn)入工作程序后，系統(tǒng)根據(jù)flag_SEL_ChengXu的值來判斷程序的選擇，按下K2鍵flag_SEL_ChengXu的值自加1，flag_SEL_ChengXu的值為0時(shí)表示標(biāo)準(zhǔn)洗衣，flag_SEL_ChengXu的值為1時(shí)，表示經(jīng)濟(jì)洗衣，flag_SEL_ChengXu的值為2時(shí)，表示單獨(dú)洗衣，flag_SEL_ChengXu的值為3時(shí)，表示排水，這時(shí)程序直接跳至排水操作程序段，執(zhí)行單獨(dú)排水操作，否則進(jìn)入進(jìn)水操作程序。進(jìn)水操作將P3.2引腳為高電平時(shí)，進(jìn)水電磁閥的線圈通電，電磁力克服彈簧和鐵芯的重力將鐵芯向上提升，膜片中心的導(dǎo)流孔經(jīng)出水口向洗地桶注水。進(jìn)水期間系統(tǒng)不斷檢測水位開關(guān)的狀態(tài)，當(dāng)檢測到水位開關(guān)閉合時(shí)，說明進(jìn)水已達(dá)到預(yù)定水位了，如果在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)沒能檢測到水位開關(guān)閉合的話，那就說明進(jìn)水系統(tǒng)發(fā)生了故障，此時(shí)洗衣機(jī)退出洗衣工作狀態(tài)，程序跳轉(zhuǎn)到報(bào)警程序進(jìn)行報(bào)警，提醒操作者進(jìn)行故障處理。正常情況下，進(jìn)水期間檢測到水位開關(guān)閉合時(shí)，說明水位已經(jīng)達(dá)到預(yù)定水位，這時(shí)洗衣機(jī)將進(jìn)入下一個(gè)程序即洗滌程序。因?yàn)殡姍C(jī)在洗滌或者漂洗工作狀態(tài)時(shí)有正、反轉(zhuǎn)和間歇三種狀態(tài)，所以用Motors這個(gè)變量來控制電機(jī)的這三種狀態(tài)，當(dāng)Motors=0時(shí)電機(jī)正轉(zhuǎn)，當(dāng)Motors=1時(shí)電機(jī)停止，當(dāng)Motors=2時(shí)電機(jī)反轉(zhuǎn)。達(dá)到預(yù)定的洗滌時(shí)間后，系統(tǒng)進(jìn)入下一條指令，進(jìn)入排水操作，在排水過程中系統(tǒng)會(huì)不斷檢測水位開關(guān)，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)檢測不到水位開關(guān)斷開的話，說明排水系統(tǒng)有故障，程序跳轉(zhuǎn)到報(bào)警程序進(jìn)行報(bào)警，提醒操作者進(jìn)行故障處理。5.3子程序流程設(shè)計(jì)1.洗滌過程流程圖：按下啟動(dòng)按扭，開始進(jìn)水，進(jìn)水到規(guī)定高度，使水位開關(guān)接通，實(shí)現(xiàn)洗滌正轉(zhuǎn)，并停止進(jìn)水。在強(qiáng)洗狀態(tài)下洗滌正轉(zhuǎn)4S后，停止1S，開始反轉(zhuǎn)4S（弱洗狀態(tài)下是正轉(zhuǎn)3S后，停止1S，開始反轉(zhuǎn)3S），直到規(guī)定的洗滌時(shí)間結(jié)束，開始排水，由于排水，水位降低，當(dāng)水位低于規(guī)定下限水位時(shí)，低水位開關(guān)接通，排水結(jié)束后并判斷是否重復(fù)進(jìn)行洗滌,若不需要，洗滌程序結(jié)束如圖5.2所示：在規(guī)定時(shí)間內(nèi)檢測到水位開關(guān)閉合，開始洗滌根據(jù)過程代碼獲取電機(jī)正轉(zhuǎn)-停止-反轉(zhuǎn)的時(shí)間周期啟動(dòng)，開始進(jìn)水電機(jī)動(dòng)作暫停處理是否否是是否排水是結(jié)束結(jié)束蘇fou 是否暫停是否繼續(xù)時(shí)間到否是否重復(fù)洗滌否 圖5.2 洗滌流程圖2.脫水過程流程圖：按下脫水按鈕，洗衣機(jī)打開排水閥，電動(dòng)機(jī)開始工作，在高速脫水過程中如果蓋被打開，那洗衣機(jī)就會(huì)被強(qiáng)制停止，脫水時(shí)間結(jié)束后判定是否還要繼續(xù)脫水，若不需要就表示脫水結(jié)束，警報(bào)提醒操作者脫水結(jié)束，如圖5.3所示： 圖5.3 脫水流程圖25南昌大學(xué)共青學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 第六章 系統(tǒng)仿真第六章 系統(tǒng)仿真6.1軟件調(diào)試軟件部分是用C語言在keil軟件中編寫的，且把它分成了好幾個(gè)部分，編寫好后對(duì)其仿真，仿真結(jié)果顯示有一條錯(cuò)誤，并指出程序中未對(duì)TR0變量進(jìn)行定義，修改后再進(jìn)行仿真結(jié)果顯示0條錯(cuò)誤，0條警告。把其生成hex文件并輸入進(jìn)單片機(jī)中，接著進(jìn)行測試。剛開始時(shí)洗衣機(jī)各個(gè)工作狀態(tài)對(duì)應(yīng)的指示燈都正常顯示，等了4分鐘后洗衣機(jī)的工作狀態(tài)才由洗滌進(jìn)入到排水狀態(tài)，由于考慮到答辯時(shí)需要演示給老師看而每個(gè)人的答辯時(shí)間都很短，所以我把洗滌工作時(shí)間由4分鐘改成了20秒，結(jié)果不到2分鐘就把洗衣機(jī)的所有工作都完成了，達(dá)到了預(yù)期的效果。6.2系統(tǒng)仿真如前面原理圖介紹的一樣，硬件部分比較簡單，主要分為單片機(jī)的震蕩和復(fù)位電路、按鍵開關(guān)電路、LED顯示電路、電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路以及蜂鳴器電路六個(gè)部分，通過結(jié)構(gòu)化的程序設(shè)定基本實(shí)現(xiàn)了洗衣機(jī)的的進(jìn)排水、洗滌、漂洗和脫水工作。其仿真圖如圖所示，圖6.1為洗衣機(jī)處于進(jìn)水工作狀態(tài)，圖6.2為洗衣機(jī)處于洗滌工作狀態(tài)，圖6.3為洗衣機(jī)處于漂洗工作狀態(tài)，圖6.4為洗衣機(jī)處于脫水工作狀態(tài)。圖6.1 進(jìn)水圖6.2 洗滌 圖6.3 漂洗圖6.4 脫水29南昌大學(xué)共青學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 結(jié)束語結(jié)束語在科學(xué)技術(shù)日益發(fā)達(dá)的今天，現(xiàn)代社會(huì)對(duì)理論和實(shí)踐兼?zhèn)涞膶I(yè)型人才的要求越來越高，對(duì)從事通信和電子技術(shù)的研究人員尤為如此。一名合格的技術(shù)人員不僅要掌握扎實(shí)的理論基礎(chǔ)，還必須積累豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和堅(jiān)強(qiáng)的動(dòng)手能力。畢業(yè)設(shè)計(jì)不僅僅是對(duì)大學(xué)四年以來所學(xué)知識(shí)的一種有效的全面檢驗(yàn)，而且也是對(duì)獨(dú)立完成任務(wù)的考驗(yàn)和能力的一種提升，也是把學(xué)到的理論知識(shí)和現(xiàn)場的實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)又一次地相結(jié)合在一起，同時(shí)也使我熟練掌握了一項(xiàng)工程設(shè)計(jì)任務(wù)的方法和步驟。通過本次畢業(yè)設(shè)計(jì)也使我進(jìn)一步提高了對(duì)一些軟件的應(yīng)用（如Proteus、Keil）、工程設(shè)計(jì)能力、理論計(jì)算能力、經(jīng)濟(jì)分析能力、外文閱讀能力以及文獻(xiàn)查閱和文字表達(dá)能力。對(duì)于在此次單片機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)用中還存在一些問題，在控制電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)設(shè)計(jì)中采用單片機(jī)進(jìn)行控制，也存在一些缺點(diǎn)。本次設(shè)計(jì)過程中，通過在網(wǎng)上和文獻(xiàn)期刊查閱了大量資料，通過與同學(xué)交流經(jīng)驗(yàn)和自學(xué)并向老師虛心請(qǐng)教等方式，雖經(jīng)歷了不少艱辛，但收獲巨大?？傊?，在進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程中，我深刻體會(huì)到我的基礎(chǔ)知識(shí)不是很扎實(shí)知識(shí)的深度和廣度都還較為局限，例如我的文字表達(dá)能力，以及我的英語水平等。30南昌大學(xué)共青學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)1 張毅剛.單片機(jī)原理及應(yīng)用M.第二版.哈爾濱：高等教育出版社，2011.2 蔡明生.電子設(shè)計(jì)M.第一版.高等教育出版社，2005.3 李葉紫.單片機(jī)應(yīng)用教程M.第二版.北京：清華大學(xué)出版社，2007.4 張靖武.單片機(jī)系統(tǒng)的Proteus設(shè)計(jì)與仿真M.北京：北京電子工業(yè)出版社，2007.4.5 譚浩強(qiáng).C程序設(shè)計(jì)M.第三版.北京:清華大學(xué)出版社，2005.6 徐愛鈞.基于Proteus虛擬仿真M.北京：北京電子工業(yè)出版社，2009.1.7 關(guān)德興,馮文全.單片機(jī)外圍器件使用手冊(cè)M.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1998.4.8 顧偉.滾筒洗衣機(jī)機(jī)身移位特性分析J.振動(dòng)、測試與診斷，2013，（33）.9 方亞明一種洗衣機(jī)漂水收集裝置：中國，CN201320508924.3P.2014.1.29.10 張毅剛，彭喜源，譚曉均.MCS-51單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)M.哈爾濱：哈