基于單片機的自動洗衣機系統(tǒng)

王宇靈 陳泳安 閆俊強

【摘要】本文以AT89S52單片機為核心，設(shè)計了全自動洗衣機控制系統(tǒng)。本系統(tǒng)實現(xiàn)了對洗衣機整個洗衣過程的控制，包括用戶參數(shù)輸入、洗衣、脫水和結(jié)束演奏四個階段?？刂葡到y(tǒng)主要由電源電路、數(shù)字控制電路和機械控制電路三大模塊構(gòu)成。

【關(guān)鍵詞】AT89S52;洗衣機;控制系統(tǒng)

引言

目前的洗衣機主要有強弱洗滌功能、進排水系統(tǒng)故障自動診斷功能、暫停等七大功能，在許多方面還不能達到人們的需求。這就要求設(shè)計者們有更高的專業(yè)和技術(shù)水平，設(shè)計出更節(jié)能、功能更全面、更人性化的全自動洗衣機。目前的洗衣機都沒有實現(xiàn)全方面的兼容，大多洗衣的廠家都注重各自品牌的洗衣機的特長，突出一兩個與別的洗衣機不同的個性化的功能，洗衣機的各項功能是由單片機控制實現(xiàn)的，單片機的體積小，控制功能靈活，因此，設(shè)計出基于單片機的全自動洗衣機控制電路系統(tǒng)具有很強的實用性。

控制系統(tǒng)電源電路為數(shù)字控制電路提供穩(wěn)定的5V直流電壓;數(shù)字控制電路負責(zé)控制洗衣機的工作過程，主要由AT89S52單片機、兩位共陽數(shù)碼管、按鍵、蜂鳴器、LED指示燈組成;機械控制電路實現(xiàn)電機驅(qū)動、進水、排水等功能，主要由電動機、傳動系統(tǒng)部件、進水排水電磁閥組成。

1.總體設(shè)計

1.1 系統(tǒng)框架

該系統(tǒng)我們采用模塊化的方法進行設(shè)計，全自動洗衣機模擬系統(tǒng)主要由七部分組成，分別為單片機控制系統(tǒng)模塊、鍵盤輸入模塊、直流電機控制模塊、進、排水電磁閥控制模塊、報警電路、時間顯示模塊和工作模式及狀態(tài)指示模塊。

整體設(shè)計框圖如圖1所示。

圖1 整體設(shè)計框圖

1.2 模塊的功能介紹

（1）控制系統(tǒng)模塊：本系統(tǒng)以AT89C51單片機為控制核心，控制整個系統(tǒng)的運行，對各個接口電路進行控制，接收用戶參數(shù)輸入模塊采集到的按鍵信號，根據(jù)用戶所選擇的工作模式，在不同的時間點控制電磁閥動作并驅(qū)動電機轉(zhuǎn)動，將洗衣剩余時間通過數(shù)碼管進行顯示。

（2）直流電機控制模塊：在該設(shè)計系統(tǒng)中，我們采用H橋電路實現(xiàn)對直流電機的控制。

（3）鍵盤電路：本系統(tǒng)使用了兩只微動按鍵進行洗衣機工作參數(shù)的設(shè)定。

（4）顯示模塊：本系統(tǒng)采用一只兩位一體共陽數(shù)碼管顯示洗衣時間。

（5）電磁閥模塊：在本系統(tǒng)中，選用了兩只5V的繼電器分別模擬進水閥和排水閥，在進水過程中，進水閥吸合，在排水過程中，排水閥吸合。

（6）報警電路：本文采用一只5V的蜂鳴器用于洗衣結(jié)束時的報警。

（7）工作模式指示：本文使用了7只紅色發(fā)光二極管用于工作模式的指示，分別表示：標(biāo)準(zhǔn)模式，經(jīng)濟模式，單洗滌模式和單脫水四個工作模式，洗滌，漂洗和脫水三個工作過程。

2.硬件設(shè)計

2.1 單片機介紹

MCS-51具有比較大的尋址空間，地址線寬達16條，即外部數(shù)據(jù)存儲器和程序存儲器的尋址范圍達216=64kB，這作為單片機控制來說已是比較大的，這同時具備對I/O口的訪問能力。此外，MCS-51采用模塊化結(jié)構(gòu)，可方便地增刪一個模塊就可使引腳和指令兼容的新產(chǎn)品，從而容易使產(chǎn)品形成系列化。由于MCS-51集成了幾乎完善的8位中央處理單元，處理功能強，其工作頻率為2-12MHz，當(dāng)振蕩頻率為12MHz時，一個機器周期為1us，工作速度快。

2.2 直流電機

由于直流電機轉(zhuǎn)動力矩大，轉(zhuǎn)動速度較快，體積小，重量輕，裝配簡單，使用方便，所以本設(shè)計采用直流電動機這種電機類型。

首先我們了解下直流電機的結(jié)構(gòu)。直流電機的組成部分為定子和轉(zhuǎn)子。在定子上面固定了磁極（繞在定子上的線圈為電磁式直流電機提供了磁極），轉(zhuǎn)子的構(gòu)成主要是硅鋼片，硅鋼片壓在一起形成了轉(zhuǎn)子，在轉(zhuǎn)子的外圈上有個小小的凹槽，電機繞組就嵌在了凹槽內(nèi)，繞組的引出主要是由換向器和電刷實現(xiàn)的，它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 直流電動機結(jié)構(gòu)

2.3 數(shù)碼管介紹

LED顯示器在實際的設(shè)計中常常被用來顯示數(shù)據(jù)，通過數(shù)碼段可以顯示比如數(shù)字，簡單字母等，在各行各業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。目前由于數(shù)碼管技術(shù)的成熟，導(dǎo)致其成本低，而且能夠清晰的顯示字符數(shù)據(jù)，硬件連接簡單。如果要顯示的數(shù)據(jù)內(nèi)容只有字符或者數(shù)字的話，使用LED顯示器是一個比較好的選擇。

要想使數(shù)碼管發(fā)光，必須給它的正負兩端加上1.5～2V的電壓。當(dāng)數(shù)碼管采用靜態(tài)方式工作時，工作電流一般為10MA，當(dāng)工作在動態(tài)模式下時，可以適當(dāng)?shù)募哟笤试S的工作電流，但是一般最大也不能超過40MA，否則可能造成數(shù)碼管的損壞。

2.4 電機驅(qū)動電路

本系統(tǒng)采用H橋電路對電機進行驅(qū)動，電路之所以稱作“H橋驅(qū)動電路”是因為它的形狀和字母H很相似。每側(cè)兩只三極管構(gòu)成了酷似“H”左右兩側(cè)的豎線，而直流電機則是“H”中間的橫線。H橋直流電機驅(qū)動電路主要由四個三極管和1個電機組成。當(dāng)電機運轉(zhuǎn)時，斜對著的那兩個三極管導(dǎo)通。通過控制三極管的導(dǎo)通情況，實現(xiàn)電流從電機的左側(cè)流向右側(cè)，或者從電機的右側(cè)流向左側(cè)，從而實現(xiàn)電機轉(zhuǎn)向的控制。當(dāng)P1.6輸入高電平P1.7輸入低電平時，三極管Q7、Q8導(dǎo)通，電機電流從左側(cè)流向右側(cè)。當(dāng)P1.6輸入低電平P1.7輸入高電平時，三極管Q6、Q9導(dǎo)通，電機電流從右側(cè)流向左側(cè)。這樣就實現(xiàn)了電機的正反轉(zhuǎn)。

2.5 按鍵電路

按下S1按鍵后對工作模式進行選擇，按下該按鍵一次選擇“標(biāo)準(zhǔn)工作模式”，按下該按鍵兩次選擇“經(jīng)濟工作模式”，按下該按鍵三次選擇“單洗滌工作模式”，按下該按鍵四次選擇“單脫水工作模式”。S2按鍵的功能是“開始和暫停洗衣”，工作模式選擇完畢后，按下該按鍵開始洗衣，當(dāng)洗衣過程中需要暫停時，再次按下此按鍵即可。S3自鎖開關(guān)用于洗衣機門狀態(tài)的模擬，當(dāng)此按鍵處于按下狀態(tài)時表示洗衣機門關(guān)閉，否則表示打開，當(dāng)洗衣中途洗衣機門打開時，洗衣暫停。

2.6 數(shù)碼管顯示電路

本文的數(shù)據(jù)顯示使用了一只兩位一體共陽數(shù)碼管用于洗衣倒計時的顯示。單片機的P0端口連接數(shù)碼管的8個數(shù)據(jù)端，單片機的P2端口控制數(shù)碼管的位選端，本設(shè)計中使用了兩只PNP型三極管用于數(shù)碼管位端端的驅(qū)動，以數(shù)碼管第一位點亮進行說明，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識“1”為低電平時，三極管Q2飽和，它的EC端導(dǎo)通，所以第一位數(shù)碼管點亮。

2.7 電磁閥驅(qū)動電路

本設(shè)計使用了兩只5V繼電器來模擬進水和排水閥，當(dāng)需要進水時，單片機控制進水信號端為低電平，此時Q1飽和，繼電器K1吸合，黃色發(fā)光二極管點亮。當(dāng)需要排水時，單片機控制排水信號端為低電平，此時Q4飽和，繼電器K2吸合，綠色發(fā)光二極管點亮。

2.8 報警電路

在單片機的實際應(yīng)用中，通常我們選擇用數(shù)碼管或發(fā)光二極管來顯示設(shè)備的工作狀態(tài)，使操作人員能夠一目了然的了解設(shè)備的工作狀況。但是如果當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)緊急或者異常狀況時通過正常的顯示是完全不夠的，為了引出操作人員的警示，盡快采取措施，通常我們會選擇用一些能夠明顯引起操作人員注意的警示信號，比如聲音信號、閃光信號或者語音信號。聲音報警方式主要是通過發(fā)出與眾不同的聲響要來提醒操作人員的注意，閃光信號是通過發(fā)出特異的光色彩來提醒人們注意，而語音信號不僅能發(fā)出特定的聲響而且能夠提示警示種類。其中前兩種在實際應(yīng)用中非常廣泛，因為這兩種警示方式硬件設(shè)計簡單，軟件編寫量小。而語音警示信號雖然信息較直接，但是硬件成本較高，而且軟件編寫大。在本設(shè)計中采用的是聲音報警的形式，當(dāng)洗衣過程結(jié)束時，蜂鳴器發(fā)出“滴滴”的聲響。

2.9 工作狀態(tài)指示電路

本系統(tǒng)使用7只紅色發(fā)光二極管用于洗衣機工作狀態(tài)的指示，D1-D4用于指示工作模式，分別為：標(biāo)準(zhǔn)模式，經(jīng)濟模式，單洗滌模式和單脫水模式，選擇其中一種工作模式時對應(yīng)的指示燈點亮。D5-D7用于洗衣狀態(tài)的顯示，當(dāng)處于洗滌過程時，D5指示燈亮，當(dāng)處于漂洗過程時，D6指示燈亮，當(dāng)處于脫水狀態(tài)時，D7指示燈亮，具體的電路如圖5.7所示：

3.軟件部分設(shè)計

全自動洗衣機模擬系統(tǒng)的軟件設(shè)計主要由主程序、鍵盤掃描程序、數(shù)碼管顯示程序、標(biāo)準(zhǔn)（經(jīng)濟，單洗滌，單脫水）程序、定時器程序組成。主程序循環(huán)對鍵盤掃描程序和數(shù)碼管顯示程序進行調(diào)用。當(dāng)用戶選擇標(biāo)準(zhǔn)工作模式時，調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)洗滌子程序，當(dāng)用戶選擇經(jīng)濟工作模式時，調(diào)用經(jīng)濟洗滌子程序，當(dāng)用戶選擇單洗滌工作模式時，調(diào)用單洗滌子程序，當(dāng)用戶選擇單脫水工作模式時，調(diào)用單脫水子程序。定時器T0程序?qū)崿F(xiàn)洗衣時間的倒計時。

4.總結(jié)

在設(shè)計中，主要是以AT89S51單片機為核心的，對自動洗衣機的工作系統(tǒng)進行了簡單的設(shè)計與闡述。本次設(shè)計可以說是軟硬結(jié)合，又以硬件為主，軟件程序為輔。給出了檢測系統(tǒng)與控制系統(tǒng)的各部分電路以及相對應(yīng)的程序。采用模塊化、層次化設(shè)計，再運用單片機AT89S51進行數(shù)據(jù)的分析和處理，為顯示和報警電路提供信號，實現(xiàn)對電機的正反轉(zhuǎn)以及間隔時間進行控制。報警系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定報警的上下限值實現(xiàn)報警功能，顯示部分采用字符型TC1602液晶顯示時間變量。實驗證明該設(shè)計系統(tǒng)實現(xiàn)了對自動洗衣機的準(zhǔn)確控制，達到了相應(yīng)的效果，系統(tǒng)電路簡單、集成度高、工作穩(wěn)定、調(diào)試方便、檢測精度高，具有一定的實用價值。