基于單片機的洗衣機控制電路設計畢業(yè)設計論文.doc

南昌大學共青學院畢業(yè)設計(論文) 目錄基于單片機的洗衣機控制電路設計畢業(yè)設計論文目 錄摘 要IABSTRACTII第一章 引言11.1課題的背景、目的和意義11.2國內外研究現狀和研究成果2第二章 系統(tǒng)方案設計42.1 設計要求42.2 總體方案設計4第三章 元件和洗衣機功能介紹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電機驅動芯片73.2.1 L298引腳功能83.3 洗衣機控制電路系統(tǒng)的功能介紹9第四章 洗衣機控制系統(tǒng)的硬件設計114.1單片機輔助電路設計124.1.1復位電路的設計124.1.2振蕩電路的設計124.2洗衣機功能電路設計134.2.1按鍵和開關134.2.2進、排水閥電路144.2.3顯示電路154.2.4電機控制16第五章 洗衣機控制系統(tǒng)的軟件設計225.1主程序流程設計225.2程序的執(zhí)行235.3子程序流程設計23第六章 系統(tǒng)仿真266.1軟件調試266.2系統(tǒng)仿真27結束語30參考文獻31致謝32附錄A 源程序33附錄B 仿真圖44 南昌大學共青學院畢業(yè)設計(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洗衣機，該洗衣機的主件是一只圓桶，桶內裝有一根帶有槳狀葉子的直軸，軸是通過搖動和它相連的曲柄轉動的。但這臺洗衣機使用費力，且損傷衣服，因而沒被廣泛使用，但這卻標志了用機器洗衣的開端。次年在德國出現了一種用搗衣杵作為攪拌器的洗衣機，當搗衣杵上下運動時，裝有彈簧的木釘便連續(xù)作用于衣服。19世紀末期的洗衣機已發(fā)展到一只用手柄轉動的八角形洗衣缸，洗衣時缸內放入熱肥皂水，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。布萊克斯的洗衣機構造極為簡單，是在木筒里裝上6塊葉片用手柄和齒輪傳動，使衣服在筒內翻轉，從而達到“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)，洗衣機的改進過程開始大大加快。1880年，美國又出現了蒸氣洗衣機，蒸氣動力開始取代人力。經歷了上百年的發(fā)展改進，現代蒸汽洗衣機較早期有了無與倫與的提高，但原理是相同的?，F代蒸汽洗衣機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對衣物進行雙重噴淋，貫穿全部洗滌過程，實現了全球獨創(chuàng)性的“蒸汽洗”全新洗滌方式。蒸汽洗衣機之后，水力洗衣機、內燃機洗衣機也相繼出現。水力洗衣機包括洗衣筒、動力源和與船相連接的連接件，洗衣機上設有進、出水孔，洗衣機外殼上設有動力源，洗衣筒上設有衣物進口孔其進口上設有密封蓋，洗衣機通過連接件與船相連。1910年，美國的費希爾在芝加哥試制成功世界上第一臺電動洗衣機。電動洗衣機的問世，標志著人類家務勞動自動化的開端。1922年，美國瑪塔依格公司改造了洗衣機的洗滌結構，把拖動式改為攪拌式，使洗衣機的結構固定下來，這也就是第一臺攪拌式洗衣機的誕生。1932年，美國本德克斯航空公司宣布，他們研制成功第一臺前裝式滾筒洗衣機，洗滌、漂洗、脫水在同一個滾筒內完成。這意味著電動洗衣機的型式躍上一個新臺階，朝自動化又前進了一大步。60年代的日本出現了帶干桶的雙桶洗衣機，人們稱之為“半自動型洗衣機”。70年代，生產出波輪式套桶全自動洗衣機。70年代后期，以微處理器控制的全自動洗衣機在日本問世，開創(chuàng)了洗衣機發(fā)展史的新階段。80年代，“模糊控制”的應用使得洗衣機操作更簡便，功能更完備，洗衣程序更隨人意，外觀造型更為時尚。據2013-2017年中國洗衣機行業(yè)產銷需求與投資預測分析報告1分析從全國范圍來看，目前我國洗衣機市場普及程度已經超過了76%，其中城鎮(zhèn)市場已經超過了96%，農村市場也已經超過了53%;隨著國家開展家電下鄉(xiāng)、擴大內需的政策，洗衣機企業(yè)將目光均投向了擁有較大消費潛力的農村市場。未來幾年我國洗衣機市場需求增長空間將主要來自于：以城鎮(zhèn)化和農村市場為主的首次需求，以及以城鎮(zhèn)市場消費升級為主的更新需求;整個洗衣機市場需求在未來幾年將繼續(xù)保持溫和增長態(tài)勢。中國洗衣機業(yè)在發(fā)展的同時，一些問題也日益顯露出來。特別是洗衣機行業(yè)規(guī)范標準不健全，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重等制約了行業(yè)的進一步發(fā)展和品質的提高。因此，中國洗衣機企業(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，提高技術含量，加強售后服務水平打造有效推廣策略，對洗衣機行業(yè)的國家標準進行統(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、樹脂原材料價格上漲和產品售價下滑的雙重壓力正使國內洗衣機市場面臨挑戰(zhàn)，技術競爭逐漸成為推動市場發(fā)展的重要力量。高端滾筒洗衣機價格的大幅度下降是推動洗衣機市場增長的主要動力。節(jié)水、節(jié)能等環(huán)保意識的提高，是消費者進行洗衣機更新換代的重要因素，成為重要的增長點。1.2國內外研究現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研制的步伐。首先由英國研制并推出了一種噴流式洗衣機，它是靠筒體一側的運轉波輪產生的強烈渦流，使衣物和洗滌液一起在筒內不斷翻滾，洗凈衣物。在引進英國噴流式洗衣機的基礎之上，日本研制出獨具風格、并流行至今的波輪式洗衣機。至此，波輪式、滾筒式、攪拌式在洗衣機生產領域三分天下的局面初步形成。由于電機調速技術的提高，洗衣機實現了寬范圍的轉速變換與調節(jié)，誕生了許多新水流洗衣機。此后，隨著電機驅動技術的發(fā)展與提高，日本生產出了電機直接驅動式洗衣機，省去了齒輪傳動和變速機構，引發(fā)了洗衣機驅動方式的巨大革命。之后，隨著科技的進一步發(fā)展，滾筒洗衣機已經成了大家耳濡目染的產品。我國相關專家認為節(jié)水將成未來洗衣機重點發(fā)展方向，洗衣機產業(yè)目標主要涵蓋節(jié)電節(jié)水、產品功能、綠色設計三大方向。在中國家用電器協(xié)會編制的冰箱空調、洗衣機的技術路線圖中，就節(jié)電節(jié)水方面，制定了到 2015年，波輪式雙桶洗衣機達到國家能效2級，波輪式全自動洗衣機達到國家能效1級，能效1級的滾筒式全自動洗衣機要達到歐盟A+等級耗電、耗水要求， 滾筒式洗干一體機要達到GB/T23118國標A級耗電、耗水要求。到2020年，滾筒洗衣機達到歐盟A+等級耗電、耗水要求，波輪式全自動洗衣機達到國標A+等級耗電、耗水要求，滾筒式洗干一體機達到國標A+等級耗電、耗水要求。在產品功能方面洗衣機的發(fā)展方向是大容量，低噪聲、低振動。伴隨著科技的進一步發(fā)展，相信新型更適合人們使用的洗衣機會給我們的生活帶來新的方3南昌大學共青學院畢業(yè)設計(論文) 第二章 系統(tǒng)方案設計第二章 系統(tǒng)方案設計2.1 設計要求基于單片機的洗衣機控制電路的設計要求是要能使洗衣機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，整個一次完整的洗衣過程大致可分為五個階段分別是進水、排水、洗滌、漂洗、脫水。每個階段的工作時間都可以通過相應的程序來設置，本設計要求洗衣機處于進水工作狀態(tài)時，工作時間持續(xù)4分鐘，當進水達到一定的水位后，進水閥關閉，停止進水；接著洗衣機進入洗滌工作狀態(tài)并要求洗滌時間也要達到6分鐘，洗滌工作完成時，洗衣機就要進行排水1分鐘鐘后水位降到一定的高度，要求排水閥關閉，進水閥打開，然后進行漂洗。這里設置了長漂洗時間為4分鐘，短漂洗時間為2分鐘，漂洗工作完成后要求洗衣機進入脫水狀態(tài)，脫水工作持續(xù)2分鐘，一次洗衣過程完成。洗衣機的工作模式這里分為四種分別是標準洗衣、經濟洗衣、單獨洗衣和排水洗衣，我們可以根據不同的情況選擇不同的洗衣模式以達到節(jié)水節(jié)電省時的效果。當洗衣機處于洗滌狀態(tài)時也要求有兩種洗滌方式分別是強洗和弱洗。2.2 總體方案設計通過對設計要求的分析，總控制系統(tǒng)運用的是AT89C51單片機，利用該單片機設計的洗衣機控制電路系統(tǒng)主要有工作模式選擇鍵、強弱洗滌選擇鍵、水位開關、進排水閥、電機驅動電路和各種工作狀態(tài)顯示電路等組成。4南昌大學共青學院畢業(yè)設計(論文) 第三章 元件和洗衣機功能介紹第三章 元件和洗衣機功能介紹3.1 AT89C51簡介AT89C51是一種帶4K字節(jié)FLASH存儲器（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。AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲器的單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復擦除1000次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術制造，與工業(yè)標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃速存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，AT89C2051是它的一種精簡版本。AT89C51單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。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存儲器 3. 全靜態(tài)工作：0Hz-24MHz4. 三級程序存儲器鎖定5.1288位內部RAM6. 32可編程I/O線7. 2個16位定時器/計數器8. 5個中斷源9. 可編程串行通道10. 低功耗的閑置和掉電模式11. 片內振蕩器和時鐘電路3.1.2 特性概述AT89C51 提供以下標準功能：4k 字節(jié)Flash 閃速存儲器，128字節(jié)內部RAM，32 個I/O 口線，兩個16位定時/計數器，一個5向量兩級中斷結構，一個全雙工串行通信口，片內振蕩器及時鐘電路。同時，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。空閑方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時/計數器，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硬件復位。3.1.3 引腳說明VCC：供電電壓P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當P0口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數據存儲器，它可以被定義為數據/地址的低八位。在FIASH編程時，P0 口作為原碼輸入口，當FIASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須接上拉電阻。P1口：P1口是一個內部提供上拉電阻的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，被內部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為低八位地址接收。P2口：P2口為一個內部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當P2口被寫“1”時，其管腳被內部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。P3口：P3口管腳是8個帶內部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當P3口寫入“1”后，它們被內部上拉為高電平，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（計時器0外部輸入）6. P3.5 T1（計時器1外部輸入）7. P3.6 /WR（外部數據存儲器寫選通）8. P3.7 /RD（外部數據存儲器讀選通）9. P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。RST：復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，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，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數據存儲器時，這兩次有效的PSEN信號將不出現。EA/VPP：當/EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH），不管是否有內部程序存儲器。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內部時鐘工作電路的輸入。XTAL2：來自反向振蕩器的輸出3.2 L298電機驅動芯片L298是ST公司生產的一種高電壓、大電流電機驅動芯片。該芯片的主要特點是:工作電壓高，最高工作電壓可達46V；輸出電流大，瞬間峰值電流可達3A，持續(xù)工作電流為2A；內含兩個H橋的高電壓大電流全橋式驅動器，可以用來驅動直流電動機和步進電動機、繼電器、線圈等感性負載；采用標準TTL邏輯電平信號控制；具有兩個使能控制端，在不受輸入信號影響的情況下允許或禁止器件工作；有一個邏輯電源輸入端，使內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功能115SENSING ASENSING B此兩端與地連接電流檢測電阻，并向驅動芯片反饋檢測到的信號23OUT 1OUT 2此兩腳是全橋式的兩個輸出端，用來連接負載57IN 1IN 2輸入標準的TTL邏輯電平信號，用來控制全橋式驅動器A的開關611ENABLE AENABLE B使能控制端，輸入標準TTL邏輯電平信號；低電平時全橋式驅動器禁止工作 4Vs電機驅動電源輸入端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輸入標準的TTL邏輯電平信號，用來控制全橋式驅動器B的開關1314OUT 3OUT 4此兩腳是全橋式驅動器B的兩個輸出端，用來連接負載3.3 洗衣機控制電路系統(tǒng)的功能介紹用AT89C51單片機控制自動洗衣機的運行，使其自動的完成進水、洗滌、漂洗、脫水等功能。不同的洗衣程序洗滌、漂洗、脫水所用的時間不同，要求設計能夠實現以下功能：1、洗衣工作狀態(tài)功能：強、弱洗滌。要求強洗時正反轉驅動時間各為4S，間歇時間為1S；弱洗時正反轉驅動時間各為3S，間歇時間為1S。2、洗衣程序功能：含4種獨立程序，即標準洗衣程序、經濟洗衣、單獨洗衣、排水洗衣功能。標準程序是進水-洗滌-排水-進水-較長時間漂洗-排水-進水-較短時間漂洗-排水-脫水-報警。經濟洗衣程序是進水-洗滌-排水-進水較長時間漂洗-排水-報警。單獨洗衣程序是進水-洗滌-報警。排水洗衣程序是排水-脫水-報警。3、特殊功能：故障診斷、暫停、啟動、蓋開關保護、聲光指示等。進排水系統(tǒng)故障自動診斷功能：洗衣機在進水或排水過程中，若在一定的時間范圍內進水或排水未能達到預定的水位，就說明進排水系統(tǒng)有故障，此故障由控制系統(tǒng)測知并通過警報程序發(fā)出警報信號，提醒操作者進行人工排除。洗衣期間安全保護功能：洗衣機在脫水期間，若打開機蓋時，洗衣機就會自動停止脫水操作。暫停功能：不管洗衣機工作在什么狀態(tài)，當按下暫停鍵時，洗衣機需暫停工作，待啟動鍵按下后洗衣機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南昌大學共青學院畢業(yè)設計(論文) 第四章 洗衣機控制系統(tǒng)的硬件設計第四章 洗衣機控制系統(tǒng)的硬件設計該洗衣機控制電路系統(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/排水閥控制電路、電機控制電路、按鍵和開關電路、輸出控制電路、特殊功能電路、電源電路等單元組成。 按鍵和開關輸出控制電路電源電路電機控制電路進、排水閥電路特殊功能電路 CPU(AT89C51) 圖4.1 硬件電路框圖在設計過程中采用AT89C51作為控制核心。其中P1.0到P2.0分別控制標準經濟、單獨、排水、強洗、弱洗、洗滌、漂洗、脫水的LED指示燈。由于AT89C51每根I/O線的低電平驅動電流達到20mA，所有I/O線的總驅動電流達80mA,而這7個燈最多只有3個燈同時亮，每個燈只需3.5mA左右的電流，再算上其它I/O線的驅動電流，總電流也不會超過80mA,所以可這樣直接驅動LED發(fā)亮；P3.0接程序選擇鍵，P3.1接強弱選擇鍵，P3.2接暫停/啟動/解除警報鍵，P3.6接水位開關，用于進/排水過程中的水位控制，為CPU提供洗衣機水位信息，P3.7接蓋開關，這是安全保護措施，P2.1來控制蜂鳴器，P2.2引腳來控制進水閥和進水狀態(tài)顯示燈，P2.3引腳來控制排水閥和排水狀態(tài)顯示燈，單片機的復位引腳RST接洗衣機的強制復位鍵。4.1單片機輔助電路設計4.1.1復位電路的設計單片機在啟動時都需要復位，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系列單片機的復位信號是從RST引腳輸入到芯片內的施密特觸發(fā)器中的。當系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)時，且振蕩器穩(wěn)定后，如果RST引腳上有一個高電平并維持2個機器周期以上，則CPU就可以響應并將系統(tǒng)復位。單片機系統(tǒng)的復位方式有：手動按鈕復位和上電復位。上電復位是外部的復位電路在系統(tǒng)通上電源后直接是直接使單片機工作，單片機的起停通過電源控制。手動復位是在復位電路中設計按鍵開關觸發(fā)復位電平，控制單片機復位。工作原理是：單片機通電時，電容兩端相當于短路，則RST上位高電平，然后電源通過對電容充電，RST兩端電壓慢慢下降，降到一定程度，即為低電平，單片機開始正常工作。上電復位時間要在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 復位電路4.1.2振蕩電路的設計振蕩電路對于單片機來說非常重要，沒有晶振就沒有時鐘周期，沒有時鐘周期就無法執(zhí)行程序代碼，單片機就無法工作。單片機工作時時一條一條地從ROM中取指令，然后一步一步地執(zhí)行。單片機內部有一個用于構成片內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。這個放大器與作為反饋元件片外石英晶體以及電容C1或C2構成并聯振蕩電路，接在放大器的反饋回路中。電容的大小沒有嚴格的要求，但也會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，C1和C2一般取30pf10pf，外接陶瓷振蕩器時，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洗衣機功能電路設計4.2.1按鍵和開關 圖4.4 按鍵和開關電路1.強弱洗選擇鍵K3：洗衣機的強弱洗可以通過該鍵來循環(huán)選擇，系統(tǒng)默認下為強洗狀態(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準洗衣、經濟洗衣、單獨洗衣、排水洗衣。系統(tǒng)默認下為標準洗衣。3.暫停/啟動/解除警報鍵K4：在洗衣機未進入工作狀態(tài)或處于暫停狀態(tài)期間，該鍵用來啟動洗衣機進入工作狀態(tài)或恢復到原來的工作狀態(tài)；在進入工作狀態(tài)后，按觸該鍵則進入暫停狀態(tài)；報警期間，按該鍵停止報警，并回到初始的待命狀態(tài)。4.水位開關：水滿時開關閉合。在進水期間，系統(tǒng)不斷檢測該開關，若在4分鐘之內檢測到該開關閉合，則停止進水。否則認進水出故障，關閉進水閥，并警報提示；在排水期間，系統(tǒng)不斷檢測該開關，若在1分鐘內檢測不到該開關斷開，則認為排水出故障，關閉排水閥，并警報提示，否則按正常處理。5.蓋開關：脫水期間若打開機蓋則該開關閉合，引起中斷，洗衣機就會自動停止脫水操作，合上蓋后又繼續(xù)脫水。4.2.2進、排水閥電路進/排水閥電路圖如圖4.5所示： 圖4.5 進、排水閥電路圖在控制系統(tǒng)中，分別用P2.2和P2.3兩引腳控制進水閥和排水閥的開啟和關閉。當引腳被設置為高電平，電磁閥開啟：當引腳被設置為低電平，電磁閥關閉。1.進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P3.2引腳為低電平，進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流孔。此時，自來水進入到橡皮膜的上方，膜片受到水壓而把出水口堵住。當P3.2引腳為高電平時，進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，膜片中心的導流孔經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部分電磁鐵的主要作用是控制進水閥的開啟和關閉，在排水電磁鐵吸合排水閥開啟的同時，控制減速離合器制動臂動作來轉換洗衣機的工作狀態(tài)（即控制洗衣機在洗滌和脫水中的轉速）洗衣機排水時，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，排水閥復位，排水結束。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LED指示各狀態(tài)的運行。LED1指示電源狀態(tài)，LED2到LED5分別用來指示標準程序、經濟程序、單獨程序、排水程序四種洗衣工作程序，LED6用于指示強洗狀態(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的脈沖信號來控制喇叭。當洗衣機出現故障或者當執(zhí)行完洗衣機設定的程序后也會出現報警省聲，提醒操作者執(zhí)行人為操作。蜂鳴器的設計如圖所示，使用了一支PNP三極管S8850來驅動蜂鳴器，當單片機的P2.1為高電平時，三極管不導通；當P2.1為低電平時，三極管導通，蜂鳴器獲得了一個高電平信號，發(fā)出報警聲音。在不發(fā)音的時候，置P2.1為高電平，阻止三極管導通，如圖4.7所示： 圖4.7 蜂鳴器電路4.2.4電機控制電機的選取：交、直流兩用電動機現在比較常用的步進電機包括反應式步進電機、永磁式步進電機、混合式步進電機和單相式步進電機等。其中反應式步進電機的轉子磁路由軟磁材料制成,定子上有多相勵磁繞組,利用磁導的變化產生轉矩?，F階段,反應式步進電機獲得最多的應用。常用單相交流感應電動機種類 在家用電器設備中,常配有小型單相交流感應電動機。交流感應電動機因應用類別的差異,一般可分為分相式電動機、電容啟動式電動機、永久分相式電容電動機、罩極式電動機、永磁直流電動機及交直流電動機等類型。一般的三相交流感應電動機在接通三相交流電后,電機定子繞組通過交變電流后產生旋轉磁場并感應轉子,從而使轉子產生電動勢,并相互作用而形成轉矩使轉子轉動。但單相交流感應電動機,只能產生極性和強度交替變化的磁場,不能產生旋轉磁場,因此單相交流電動機必須另外設計使它產生旋轉磁場,轉子才能轉動, 所以常見單相交流電機有分相啟動式、罩極式、電容啟動式等種類。 1.分相啟動式電動機分相式電動機廣泛應用于電冰箱、洗衣機、空調等家用電器中。該電機有一個鼠籠式轉子和主、副兩個定子繞組。兩個繞組相差一個很大的相位角,使副繞組中的電流和磁通達到最大值的時間比主繞組早一些,因而能產生一個環(huán)繞定子旋轉的磁通。這個旋轉磁通切割轉子上的導體,使轉子導體感應一個較大的電流,電流所產生的磁通與定子磁通相互作用,轉子便產生啟動轉矩。當電機一旦啟動,轉速上升至額定轉速70%時,離心開關脫開副繞組即斷電,電機即可正常運轉。2.罩極式電動機罩極式單相交流電動機,它的結構簡單,其電氣性能略差于其他單相電機,但由于制作成本低,運行噪聲較小,對電器設備干擾小,所以被廣泛應用在電風扇、電吹風、吸塵器等小型家用電器中。罩極式電動機只有主繞組,沒有副繞級（啟動繞組）,它在電機定子的兩極處各設有一副短路環(huán),也稱為電極罩極圈。當電動機通電后,主磁極部分的磁場產生的脈動磁場感應短路而產生二次電流,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,因而磁極構成旋轉磁場,電動機轉子便旋轉啟動工作。罩極式單相電動機還有一個特點,即可以很方便地轉換成二極或四極轉速,以適應不同轉速電器配套使用。3.電容式啟動電動機該類電動機可分為電容分相啟動電機和永久分相電容電機。這種電機結構簡單,啟動快速,轉速穩(wěn)定,被廣泛應用在電風扇、排風扇、抽油煙機等家用電器中。電容分相式電動機在定子繞組上設有主繞組和副繞組（啟動繞組）,并在啟動繞組中串聯大容量啟動電容器,使通電后主、副繞組的電相角成90,從而能產生較大的啟動轉矩,使轉子啟動運轉。對于永久分相電容電動機來說,均與啟動繞組串接。由于永久分相電機其啟動的轉矩較小,因此很適于排風機、抽風機等要求啟動力矩低的電器設備中應用。電容式啟動電動機,由于其運行繞組分正、反相繞制設定,所以只要切換運行繞組和啟動繞組的串接方向,即可方便實現電機逆、順方向運轉。 4.交、直流兩用電動機 一般常用單相交流電動機,在交流50Hz電源中運行時,電動機轉速較高的也只能達每分鐘3000轉。而交直流兩用電動機在交流或直流供電下,其電機轉速可高達20000轉,同時其電機的輸出啟動力矩也大,所以盡管電機體積小,但由于轉速高輸出功率大,因此交直流兩用電動機在洗衣機、吸塵器、排風扇等家用電器中得以應用。 此外,在直流電動機中還有一種結構更為簡單、用在玩具上的電機,這種電機是用永久磁鐵作固定磁場的電動機,在電子玩具、電動剃須刀、微型按摩器等日用小電器中得以廣泛應用。直流電動機按勵磁方式不同可分為他勵、并勵、串勵和復勵四種。下面一常用的他勵和并勵電動機為例介紹其機械特性、起動、反轉和調速，他勵和并勵電動機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 洗衣機電機控制由于電動機一般是在額定狀態(tài)下運行的，它的磁路已接近于飽和，所以在一定負載下，通常是減小磁通調速（N），轉速上調（nnN）。調磁調速是恒功率調速，即轉速升高后，輸出轉距必須減小，否則電樞電流Ia會超過原來的額定電流，使電動機發(fā)熱燒壞。調磁調速的優(yōu)點：1. 調速平滑，可得到無級調速；2. 調速經濟，控制方便；3. 機械特性較硬，穩(wěn)定性較好。對專門生產的調磁調速的電動機，其調速幅度可達到34倍改變電壓U（調壓調速 ）當保持他勵直流電動機的勵磁電流If為額定值時，降低電樞電壓U，使轉速n降低。由式可見，在一定負載下，U愈低，轉速n愈小，但機械特性的硬度不變，見圖4.9所示： 圖4.9 電壓調速曲線一般電動機都處在額定狀態(tài)下運行，再進行調壓調速時，為保證電動機的絕緣，一般是將電動機的電壓下調UU N，而轉速也下調nnN。調壓調速是在額定電流下調速，是恒轉距調速。調壓調速的優(yōu)點：1. 機械特性較硬，電壓降低后硬度不變，穩(wěn)定性較好。2. 調速幅度較大，其調速幅度可達到610倍。3. 可均勻調節(jié)電樞電壓，得到平滑的無級調速。這里采用電壓調節(jié)方式實現對直流伺服電機的調速。交流電機M2控制系統(tǒng)目前較常用的交流電動機有兩種：1、三相異步電動機2、單相交流電動機。第一種多用在工業(yè)上，而第二種多用在民用電器上。三相異步電動機的旋轉原理三相異步電動機要旋轉起來的先決條件是具有一個旋轉磁場，三相異步電動機的定子繞組就是用來產生旋轉磁場的。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，三相異步電動機定子中的三個繞組在空間方位上也互差120度，這樣，當在定子繞組中通入三相電源時，定子繞組就會產生一個旋轉磁場，其產生的過程如圖4.10所示。圖中分四個時刻來描述旋轉磁場的產生過程。電流每變化一個周期，旋轉磁場在空間旋轉一周，即旋轉磁場的旋轉速度與電流的變化是同步的。旋轉磁場的轉速為：n=60f/P 式中f為電源頻率、P是磁場的磁極對數、n的單位是：每分鐘轉數。根據此式我們知道，電動機的轉速與磁極數和使用電源的頻率有關，為此，控制交流電動機的轉速有兩種方法：1、改變磁極法；2、變頻法。以往多用第一種方法，現在則利用變頻技術實現對交流電動機的無級變速控制。圖4.10 三相異步電機工作圖觀察圖還可發(fā)現，旋轉磁場的旋轉方向與繞組中電流的相序有關。相序A、B、C順時針排列，磁場順時針方向旋轉，若把三根電源線中的任意兩根對調，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，則磁場必然逆時針方向旋轉。利用這一特性我們可很方便地改變三相電動機的旋轉方向。定子繞組產生旋轉磁場后，轉子導條（鼠籠條）將切割旋轉磁場的磁力線而產生感應電流，轉子導條中的電流又與旋轉磁場相互作用產生電磁力，電磁力產生的電磁轉矩驅動轉子沿旋轉磁場方向以n1的轉速旋轉起來。一般情況下，電動機的實際轉速n1低于旋轉磁場的轉速n。因為假設n=n1，則轉子導條與旋轉磁場就沒有相對運動，就不會切割磁力線，也就不會產生電磁轉矩，所以轉子的轉速n1必然小于n。為此我們稱三相電動機為異步電動機單相交流電動機的旋轉原理單相交流電動機只有一個繞組，轉子是鼠籠式的。當單相正弦電流通過定子繞組時，電動機就會產生一個交變磁場，這個磁場的強弱和方向隨時間作正弦規(guī)律變化，但在空間方位上是固定的，所以又稱這個磁場是交變脈動磁場。這個交變脈動磁場可分解為兩個以相同轉速、旋轉方向互為相反的旋轉磁場，當轉子靜止時，這兩個旋轉磁場在轉子中產生兩個大小相等、方向相反的轉矩，使得合成轉矩為零，所以電動機無法旋轉。當我們用外力使電動機向某一方向旋轉時（如順時針方向旋轉），這時轉子與順時針旋轉方向的旋轉磁場間的切割磁力線運動變小；轉子與逆時針旋轉方向的旋轉磁場間的切割磁力線運動變大。這樣平衡就打破了，轉子所產生的總的電磁轉矩將不再是零，轉子將順著推動方向旋轉起來。要使單相電動機能自動旋轉起來，我們可在定子中加上一個起動繞組，起動繞組與主繞組在空間上相差90度，起動繞組要串接一個合適的電容，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。這樣兩個在時間上相差90度的電流通入兩個在空間上相差90度的繞組，將會在空間上產生（兩相）旋轉磁場。在這個旋轉磁場作用下，轉子就能自動起動，起動后，待轉速升到一定時，借助于一個安裝在轉子上的離心開關或其他自動控制裝置將起動繞組斷開，正常工作時只有主繞組工作。因此，起動繞組可以做成短時工作方式。但有很多時候，起動繞組并不斷開，我們稱這種電動機為電容式單相電動機，要改變這種電動機的轉向，可由改變電容器串接的位置來實現。21南昌大學共青學院畢業(yè)設計(論文) 第五章 洗衣機控制系統(tǒng)的軟件設計第五章 洗衣機控制系統(tǒng)的軟件設計5.1主程序流程設計根據硬件設計要求，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位初始化掃描K2、K3進水程序啟動否是否4分鐘內水位開關是否閉合是洗滌程序漂洗、脫水程序排水程序1分鐘內水位開關是否斷開是結束人工故障處理否否單片機上電，首先進行程序的初始化，包括定時器，外部中斷等初始化，以及各參數初始值的設定。默認洗衣方式為標準強洗，漂洗次數兩次。然后掃描剩余鍵盤的狀態(tài)。確定強度和漂洗次數。當啟動鍵按下以后，洗衣機進入待命狀態(tài)，完成進水洗滌漂洗脫水報警的循環(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)上電復位后，首先進行初始化，默認標準洗衣工作程序和強洗方式，然后掃描K2、K3鍵和啟動鍵K4，這時洗衣機出于待命狀態(tài)，通過K2、K3可以改變洗衣工作程序和強、弱洗衣方式。掃描過程中發(fā)現啟動鍵K4按下時，洗衣機從待命狀態(tài)變?yōu)楣ぷ鳡顟B(tài)。洗衣機進入工作程序后，系統(tǒng)根據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時表示標準洗衣，flag_SEL_ChengXu的值為1時，表示經濟洗衣，flag_SEL_ChengXu的值為2時，表示單獨洗衣，flag_SEL_ChengXu的值為3時，表示排水，這時程序直接跳至排水操作程序段，執(zhí)行單獨排水操作，否則進入進水操作程序。進水操作將P3.2引腳為高電平時，進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，膜片中心的導流孔經出水口向洗地桶注水。進水期間系統(tǒng)不斷檢測水位開關的狀態(tài)，當檢測到水位開關閉合時，說明進水已達到預定水位了，如果在規(guī)定的時間內沒能檢測到水位開關閉合的話，那就說明進水系統(tǒng)發(fā)生了故障，此時洗衣機退出洗衣工作狀態(tài)，程序跳轉到報警程序進行報警，提醒操作者進行故障處理。正常情況下，進水期間檢測到水位開關閉合時，說明水位已經達到預定水位，這時洗衣機將進入下一個程序即洗滌程序。因為電機在洗滌或者漂洗工作狀態(tài)時有正、反轉和間歇三種狀態(tài)，所以用Motors這個變量來控制電機的這三種狀態(tài)，當Motors=0時電機正轉，當Motors=1時電機停止，當Motors=2時電機反轉。達到預定的洗滌時間后，系統(tǒng)進入下一條指令，進入排水操作，在排水過程中系統(tǒng)會不斷檢測水位開關，在規(guī)定時間內檢測不到水位開關斷開的話，說明排水系統(tǒng)有故障，程序跳轉到報警程序進行報警，提醒操作者進行故障處理。5.3子程序流程設計1.洗滌過程流程圖：按下啟動按扭，開始進水，進水到規(guī)定高度，使水位開關接通，實現洗滌正轉，并停止進水。在強洗狀態(tài)下洗滌正轉4S后，停止1S，開始反轉4S（弱洗狀態(tài)下是正轉3S后，停止1S，開始反轉3S），直到規(guī)定的洗滌時間結束，開始排水，由于排水，水位降低，當水位低于規(guī)定下限水位時，低水位開關接通，排水結束后并判斷是否重復進行洗滌,若不需要，洗滌程序結束如圖5.2所示：在規(guī)定時間內檢測到水位開關閉合，開始洗滌根據過程代碼獲取電機正轉-停止-反轉的時間周期啟動，開始進水電機動作暫停處理是否否是是否排水是結束結束蘇fou 是否暫停是否繼續(xù)時間到否是否重復洗滌否 圖5.2 洗滌流程圖2.脫水過程流程圖：按下脫水按鈕，洗衣機打開排水閥，電動機開始工作，在高速脫水過程中如果蓋被打開，那洗衣機就會被強制停止，脫水時間結束后判定是否還要繼續(xù)脫水，若不需要就表示脫水結束，警報提醒操作者脫水結束，如圖5.3所示： 圖5.3 脫水流程圖25南昌大學共青學院畢業(yè)設計(論文) 第六章 系統(tǒng)仿真第六章 系統(tǒng)仿真6.1軟件調試軟件部分是用C語言在keil軟件中編寫的，且把它分成了好幾個部分，編寫好后對其仿真，仿真結果顯示有一條錯誤，并指出程序中未對TR0變量進行定義，修改后再進行仿真結果顯示0條錯誤，0條警告。把其生成hex文件并輸入進單片機中，接著進行測試。剛開始時洗衣機各個工作狀態(tài)對應的指示燈都正常顯示，等了4分鐘后洗衣機的工作狀態(tài)才由洗滌進入到排水狀態(tài)，由于考慮到答辯時需要演示給老師看而每個人的答辯時間都很短，所以我把洗滌工作時間由4分鐘改成了20秒，結果不到2分鐘就把洗衣機的所有工作都完成了，達到了預期的效果。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，主要分為單片機的震蕩和復位電路、按鍵開關電路、LED顯示電路、電動機驅動電路以及蜂鳴器電路六個部分，通過結構化的程序設定基本實現了洗衣機的的進排水、洗滌、漂洗和脫水工作。其仿真圖如圖所示，圖6.1為洗衣機處于進水工作狀態(tài)，圖6.2為洗衣機處于洗滌工作狀態(tài)，圖6.3為洗衣機處于漂洗工作狀態(tài)，圖6.4為洗衣機處于脫水工作狀態(tài)。圖6.1 進水圖6.2 洗滌 圖6.3 漂洗圖6.4 脫水29南昌大學共青學院畢業(yè)設計(論文) 結束語結束語在科學技術日益發(fā)達的今天，現代社會對理論和實踐兼?zhèn)涞膶I(yè)型人才的要求越來越高，對從事通信和電子技術的研究人員尤為如此。一名合格的技術人員不僅要掌握扎實的理論基礎，還必須積累豐富的實踐經驗和堅強的動手能力。畢業(yè)設計不僅僅是對大學四年以來所學知識的一種有效的全面檢驗，而且也是對獨立完成任務的考驗和能力的一種提升，也是把學到的理論知識和現場的實際工作經驗又一次地相結合在一起，同時也使我熟練掌握了一項工程設計任務的方法和步驟。通過本次畢業(yè)設計也使我進一步提高了對一些軟件的應用（如Proteus、Keil）、工程設計能力、理論計算能力、經濟分析能力、外文閱讀能力以及文獻查閱和文字表達能力。對于在此次單片機控制系統(tǒng)應用中還存在一些問題，在控制電動機正反轉設計中采用單片機進行控制，也存在一些缺點。本次設計過程中，通過在網上和文獻期刊查閱了大量資料，通過與同學交流經驗和自學并向老師虛心請教等方式，雖經歷了不少艱辛，但收獲巨大?？傊?，在進行畢業(yè)設計的過程中，我深刻體會到我的基礎知識不是很扎實知識的深度和廣度都還較為局限，例如我的文字表達能力，以及我的英語水平等。30南昌大學共青學院畢業(yè)設計(論文) 參考文獻參考文獻1 張毅剛.單片機原理及應用M.第二版.哈爾濱：高等教育出版社，2011.2 蔡明生.電子設計M.第一版.高等教育出版社，2005.3 李葉紫.單片機應用教程M.第二版.北京：清華大學出版社，2007.4 張靖武.單片機系統(tǒng)的Proteus設計與仿真M.北京：北京電子工業(yè)出版社，2007.4.5 譚浩強.C程序設計M.第三版.北京:清華大學出版社，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 關德興,馮文全.單片機外圍器件使用手冊M.北京：北京航空航天大學出版社，1998.4.8 顧偉.滾筒洗衣機機身移位特性分析J.振動、測試與診斷，2013，（33）.9 方亞明一種洗衣機漂水收集裝置：中國，CN201320508924.3P.2014.1.29.10 張毅剛，彭喜源，譚曉均.MCS-51單片機應用設計M.哈爾濱：哈