典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品全自動(dòng)洗衣機(jī)論文.doc

1、平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品題 目: 全自動(dòng)洗衣機(jī) 姓 名： 學(xué) 號(hào)：班 級(jí)： 平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2011年 5 月 15 日前言 洗衣機(jī)是一種在家庭中不可缺少的家用電器，發(fā)展非?？?，全自動(dòng)式洗衣機(jī)因使用方便得到大家的青睞，全自動(dòng)即進(jìn)水、洗滌、漂洗、摔干等一系列過程自動(dòng)完成，控制器通常設(shè)有幾種洗滌程序，對(duì)不同的衣物可供用戶選擇。變頻控制依其高性能、節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)在洗衣機(jī)的控制中得到廣泛應(yīng)用，介紹了可編程控制器在洗衣機(jī)電氣參數(shù)測試中的應(yīng)用,討論了硬件設(shè)計(jì)和程序設(shè)計(jì)。1.概述42.各過程分析52.1 全自動(dòng)洗衣機(jī)控制過程52.1.1 洗滌過程52.1.2 脫水過程52.1.3 漂洗

2、過程52.1.4 暫停功能62.1.5 聲光顯示功能62.2 整機(jī)組成框圖63.硬件電路分析73.1 鍵盤管理單元83.2 數(shù)碼管顯示電路83.3 adc0809 采樣電路83.4 電機(jī)控制電路103.5 進(jìn)水閥控制電路113.6 排水閥控制電路114.程序分析124.1 主程序框圖125.結(jié)束語146.參考文獻(xiàn)151.概述 將洗衣機(jī)的各種洗衣程序運(yùn)行在單片機(jī)（微電腦芯片）的控制下，使得洗滌、漂洗、脫水等各種功能的操作都能不需要手動(dòng)，而是模擬人類智能行為完成，一般的微電腦控制程序全自動(dòng)洗衣機(jī)由使用者根據(jù)洗滌衣物的質(zhì)量、厚薄、臟污程度等，選擇洗滌程度（包括洗滌水量、洗滌時(shí)間、漂洗方式、脫水時(shí)間等

3、），洗衣機(jī)按照選定的洗滌程度自動(dòng)進(jìn)行工作。高檔的微電腦程控全自動(dòng)洗衣機(jī)（又稱智能型洗衣機(jī)），它的輸入指令來自兩個(gè)方面：一方面是使用者在控制面板上的選擇;另一方面，洗衣機(jī)內(nèi)具有各種傳感器，在洗滌過程中可對(duì)洗滌量、洗凈程度、排水情況、脫水情況等進(jìn)行檢測，調(diào)整洗滌過程，使洗衣機(jī)工作于最佳狀態(tài)。2.各過程分析2.1 全自動(dòng)洗衣機(jī)控制過程2.1.1 洗滌過程 通電后，洗衣機(jī)進(jìn)入暫停狀態(tài)，以便放好衣物。若不選擇洗衣周期，則洗衣機(jī)從洗滌過程開始。當(dāng)按暫停開關(guān)鍵時(shí)，進(jìn)入洗滌過程。首先進(jìn)水閥通電，打開進(jìn)水開關(guān)，向洗衣機(jī)供水；當(dāng)?shù)竭_(dá)預(yù)定水位時(shí)，水位開關(guān)接通，進(jìn)水閥斷電關(guān)閉，停止進(jìn)水；電機(jī)接通電源，帶動(dòng)波輪旋轉(zhuǎn)，形

4、成洗衣水流。電機(jī)是一個(gè)正反轉(zhuǎn)電機(jī)，可以形成往返水流，有利于洗滌衣物。2.1.2 脫水過程 洗滌或漂洗過程結(jié)束后，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，排水閥通電，開始排水。排水閥動(dòng)作時(shí)，帶動(dòng)離合器動(dòng)作，使電機(jī)可以帶動(dòng)內(nèi)桶轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)水位低到一定值時(shí)，水位開關(guān)斷開，再經(jīng)過一段時(shí)間后，電機(jī)開始正轉(zhuǎn)，帶動(dòng)內(nèi)桶高速旋轉(zhuǎn)，甩干衣物。2.1.3 漂洗過程 與洗滌過程操作相同，只是時(shí)間短一些。全部洗衣工作完成后，由蜂鳴器發(fā)出音響，表示衣物已洗干凈。具有弱、強(qiáng)洗滌功能。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2s。 洗衣機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)洗衣程序是：洗滌脫水漂洗脫水漂洗脫水漂洗脫水。經(jīng)濟(jì)洗衣程序少

5、一次漂洗和脫水過程。具體的時(shí)間自己設(shè)定。2.1.4 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。 2.1.5 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。 圖1.全自動(dòng)洗衣機(jī)的組成框圖2.2 整機(jī)組成框圖 針對(duì)上述，一方面，涉及到硬件電路，另一方面要配合相應(yīng)的軟件，才能完成上述功能。下面為本設(shè)計(jì)的整機(jī)框圖如圖2。 如圖所示，通過傳感器，將被洗衣物一相關(guān)數(shù)據(jù)通過a/d轉(zhuǎn)換電路送到微處器內(nèi)部，進(jìn)行分析、處理，然后分別進(jìn)行模糊控制，如進(jìn)水量、浸泡時(shí)間、洗滌時(shí)間和排水時(shí)間。通過數(shù)碼管顯示相應(yīng)狀

6、態(tài)，由簡單按鍵控制，遇到險(xiǎn)情由揚(yáng)聲器發(fā)聲。 單 片 機(jī) at 8 9 c 51 電機(jī)控制電路進(jìn)水閥控制電路排水閥控制電路a/d數(shù)據(jù)采集電路數(shù)碼管顯示電路按鍵控制及報(bào)警電路圖2.整機(jī)電路組成框圖3.硬件電路分析 針對(duì)上文的功能，硬件電路應(yīng)包括七個(gè)部分：微處理器控制電路、顯示電路、采樣電路、電機(jī)控制電路、進(jìn)水閥控制電路、排水閥控制電路和按鍵報(bào)警電路。通過這幾個(gè)部分電路的協(xié)調(diào)工作，洗衣機(jī)能模擬人腦進(jìn)行操作。下面分別產(chǎn)述各電路組成。3.1 鍵盤管理單元 包括功能選擇鍵盤管理和暫停返回鍵管理。功能鍵盤用8279控制，用int0中斷管理。暫停返回鍵用外部中斷一控制。功能：數(shù)字鍵：選擇說明中各工作方式對(duì)應(yīng)的

7、數(shù)字鍵進(jìn)行相應(yīng)的操作 f：確定 b：返回上級(jí)菜單 a: 暫停工作 /int1：返3.2 數(shù)碼管顯示電路該單元能夠顯示按鍵功能，當(dāng)前工作狀態(tài)及該狀態(tài)剩余的時(shí)間。圖3.led顯示電路3.3 adc0809 采樣電路 采樣電路我們用八路輸?shù)腶/d轉(zhuǎn)換芯片adc0809，adc0809是單片coms8位逐次逼近型a/d轉(zhuǎn)換器，與位微機(jī)兼容，正好我們的用的單片要相連，其三態(tài)輸出可直接驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)總。輸入電壓可調(diào)，含內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器，內(nèi)部主要由：d/a轉(zhuǎn)換器、逐次逼的寄存器、移位寄存器、比較器、時(shí)鐘發(fā)生器和控制器電路，它的工作過程是：轉(zhuǎn)換開始時(shí)由時(shí)鐘節(jié)拍控制動(dòng)作，第一個(gè)時(shí)鐘來時(shí)，移位寄存器狀態(tài)為10000000

8、（最高位為1），并送給逐次逼近寄存器（sar），由sar將10000000傳給d/a轉(zhuǎn)換器輸入端，使d/a轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生輸出模擬電壓vst，vst與a/d轉(zhuǎn)換器的輸入模擬量vi進(jìn)行比較。若vstvi，則比較器輸出vc為高電平1，若vstvi，則vc=0。然后第二個(gè)時(shí)鐘到來，使移位寄存器變?yōu)?1000000，送給sar，便sar的最高位由vc來確定，vc為1，sar最高位保持原來的1，vc為0，sar最高位為0。比較一直進(jìn)行到vst=vi才結(jié)束。此時(shí)將sar中的二進(jìn)制數(shù)輸出，即為a/d轉(zhuǎn)換器的二進(jìn)制輸出。電路連接圖如圖4。圖4.adc0809連接圖 圖5.渾濁度檢測渾濁度傳感器主要采用紅外光電傳感器

9、。由紅外發(fā)射管發(fā)出一定強(qiáng)度的紅外光，紅外接收管在溶液的另一側(cè)接收紅外線。紅外線在溶液中透光性的大小就決定接收方產(chǎn)生光電電流的大小，光電流經(jīng)整形放大和數(shù)據(jù)處理后，就可以判斷出水的渾濁程度。最后經(jīng)adc0809轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，由單片機(jī)來判斷，將紅外光電傳感器接在排水口，如圖5所示。3.4 電機(jī)控制電路圖6.步進(jìn)電機(jī)單元采用四相八拍的步進(jìn)電機(jī)，用p1.0p1.3控制，來模擬洗衣機(jī)滾筒的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而模擬洗滌，漂洗，甩干等功能，電機(jī)可以正反轉(zhuǎn)，洗滌和漂洗過程中均每隔3s正反轉(zhuǎn)一次，甩干則高速正轉(zhuǎn)，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制則通過延時(shí)來實(shí)現(xiàn)。3.5 進(jìn)水閥控制電路進(jìn)水閥控制電路如圖7所示。 和電機(jī)控制電路一樣，通固

10、體繼電器來實(shí)現(xiàn)隔離，反相器74s05實(shí)現(xiàn)緩沖，發(fā)光二極管，指示工作狀態(tài)，進(jìn)水閥門的開關(guān)，由繼電器來控制，當(dāng)繼電器線圈中有電流流過時(shí)，繼電開關(guān)吸合，反之，就斷開，利用這一特性，和單片機(jī)p2.4端口相連，來控制，給這個(gè)端口加低電平，反相緩沖后變成高電平，雙向可控硅斷開，線圈中沒有電流流過，閥門打開；當(dāng)給端口加高電平時(shí)，給反相倒相后變成低電平，點(diǎn)亮發(fā)光二極管，雙向可控硅開通，繼電器線圈繞組中有電流流過，產(chǎn)生磁場，吸合開關(guān)，閥門關(guān)閉。排水閥門的操作主要有兩個(gè)參數(shù)，一個(gè)為開關(guān)，另一個(gè)不開關(guān)時(shí)間，這兩個(gè)參都是很容易通過單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的。圖7.進(jìn)水閥控制電路3.6 排水閥控制電路 排水閥控制電睡如圖8。和進(jìn)水閥

11、電路一樣，通固體繼電器來實(shí)現(xiàn)隔離，反相器74s05實(shí)現(xiàn)緩沖，發(fā)光二極管，指示工作狀態(tài)，進(jìn)水閥門的開關(guān)，由繼電器來控制，當(dāng)繼電器線圈中有電流流過時(shí)，繼電開關(guān)吸合，反之，就斷開，利用這一特性，和單片機(jī)p2.4端口相連，來控制，給這個(gè)端口加低電平，反相緩沖后變成高電平，雙向可控硅斷開，線圈中沒有電流流過，閥門打開；當(dāng)給端口加高電平時(shí)，給反相倒相后變成低電平，點(diǎn)亮發(fā)光二極管，雙向可控硅開通，繼電器線圈繞組中有電流流過，產(chǎn)生磁場，吸合開關(guān)，閥門關(guān)閉。排水閥門的操作同樣也有兩個(gè)參數(shù)，一個(gè)為開關(guān)，另一個(gè)不開關(guān)時(shí)間，這兩個(gè)參都是很容易通過單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的。兩電電都有共同點(diǎn)，都是需要軟件進(jìn)行模糊處理，什么時(shí)候開，什

12、么時(shí)候關(guān)，開多長時(shí)間，關(guān)多長時(shí)間等，都是通過模糊量來完成全自動(dòng)的。圖8. 排水閥控制電路4.程序分析程序完全采用模糊控制的辦法，來達(dá)到全自動(dòng)的功能。在本設(shè)計(jì)中一方面為測量衣物重量，來自動(dòng)調(diào)節(jié)加水、排水；另一方面為檢測水的渾濁度，來控制洗滌時(shí)間，通過這兩個(gè)量的控制，可完成衣物的清洗。4.1 主程序框圖本程序采用模糊控制算法。支持該硬件系統(tǒng)的軟件由六大模塊組成：1.系統(tǒng)初始化模塊；2.信號(hào)檢測及處理模塊；3.功能控制模塊；4.中斷處理模塊；5.顯示輸出模塊；6.正常、過載報(bào)警模塊。模糊控制器的控制算法包括以下兩個(gè)部分：一個(gè)是模糊矩陣運(yùn)算；另一個(gè)是將輸入變量(渾濁度和渾濁度變化率)模糊化處理，查找查

13、詢表并作輸出處理的程序。選擇合適的采樣時(shí)間是系統(tǒng)在調(diào)試過程中必須考慮的問題。在模糊控制系統(tǒng)中，其輸入變量為渾濁度和渾濁度變化率，是通過兩次采樣間隔得到的，因此為了獲得較精細(xì)的控制規(guī)律，應(yīng)使渾濁度變化率的值較大，但從一次響應(yīng)過程中控制作用的次數(shù)來看，一般不能低于5次，否則控制不精細(xì)，可見在模糊控制系統(tǒng)中選擇采樣時(shí)間受以上兩方面的制約。在實(shí)際控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，選擇采樣時(shí)間要進(jìn)行折衷考慮，通過多次實(shí)驗(yàn)方能確定其最佳的采樣時(shí)間。程序框圖如圖9：返回？結(jié)束返回原流程暫停進(jìn)入ny顯示狀態(tài)暫?？刂萍右挛镞M(jìn)水測布量加水、加洗滌濟(jì)浸泡洗滌渾濁度檢測洗滌時(shí)間到排水脫水進(jìn)水清洗排水脫水進(jìn)水清洗排水脫水清洗結(jié)束濁度檢測濁度檢測圖9.程序流程圖5.結(jié)束語本設(shè)計(jì)的全自動(dòng)模糊洗衣機(jī)，充分應(yīng)用了模糊控制技術(shù)，在硬件上首次采用交流變頻技術(shù)，可以根據(jù)不同布質(zhì)調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速以達(dá)到節(jié)省時(shí)間和保護(hù)衣物的目的。軟件上通過多次檢測自動(dòng)修正洗衣時(shí)間和電機(jī)轉(zhuǎn)速，使洗衣機(jī)始終處于最佳運(yùn)行方式。它操作簡單，省心省力，抗干擾能力強(qiáng)，成本低，省電。同時(shí)，學(xué)會(huì)了很多新知識(shí)，從基硅知識(shí)，到專業(yè)知識(shí)，從理論到實(shí)踐，從