基于單片機(jī)的共享洗衣機(jī)筒自潔檢測(cè)控制系統(tǒng)

閆家政，丁在興，孫國(guó)玉，孟繽琦，盛峻豪，楊鐵濱

基于單片機(jī)的共享洗衣機(jī)筒自潔檢測(cè)控制系統(tǒng)

閆家政1，丁在興1，孫國(guó)玉1，孟繽琦1，盛峻豪2，楊鐵濱1

（1.東北林業(yè)大學(xué) 工程技術(shù)學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150040；2.東北林業(yè)大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150040）

基于AT89C52單片機(jī)，利用紅外線光電傳感器、語(yǔ)音芯片和繼電器電路，通過(guò)編寫程序，設(shè)計(jì)出共享洗衣機(jī)筒自潔檢測(cè)控制系統(tǒng)。系統(tǒng)主要由主控制器、紅外檢測(cè)模塊、電源管理模塊、語(yǔ)音模塊、信號(hào)發(fā)射模塊組成，紅外檢測(cè)模塊檢測(cè)共享洗衣機(jī)桶內(nèi)是否有衣物，由語(yǔ)音模塊語(yǔ)音提示當(dāng)前桶內(nèi)情況，主控制器控制信號(hào)發(fā)射模塊發(fā)射執(zhí)行筒自潔功能的信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)共享洗衣機(jī)筒自潔功能的自動(dòng)控制。當(dāng)桶內(nèi)有衣物時(shí)，共享洗衣機(jī)關(guān)閉筒自潔功能，當(dāng)筒內(nèi)無(wú)衣物時(shí)，開(kāi)啟筒自潔功能，避免二次洗滌，并且有語(yǔ)音提示，從而完善共享洗衣機(jī)筒自潔功能。

AT89C52單片機(jī)；語(yǔ)音芯片；紅外檢測(cè)；共享洗衣機(jī)

近年來(lái)共享洗衣機(jī)在學(xué)校使用越來(lái)越廣泛，共享洗衣機(jī)洗衣省時(shí)省力，自動(dòng)化程度高。由于共享洗衣機(jī)是多人使用，人們?cè)谑褂脮r(shí)通常會(huì)進(jìn)行筒自潔清洗洗衣筒。手機(jī)端下單后，在共享洗衣機(jī)功能面板按下筒自潔開(kāi)關(guān)，手機(jī)端收到執(zhí)行筒自潔信息并確認(rèn)，共享洗衣機(jī)即可執(zhí)行筒自潔功能。然而，學(xué)校共享洗衣機(jī)在進(jìn)行筒自潔前不能判斷桶內(nèi)是否有衣物，如果未仔細(xì)觀察洗衣桶，會(huì)造成未及時(shí)取出的衣物二次洗滌，甚至產(chǎn)生糾紛，因此應(yīng)給共享洗衣機(jī)增加桶自潔檢測(cè)和提示功能。

紅外檢測(cè)技術(shù)在自動(dòng)控制領(lǐng)域應(yīng)用已經(jīng)十分廣泛，而在實(shí)際應(yīng)用中檢測(cè)控制系統(tǒng)的靈敏度與精度始終是衡量檢測(cè)控制過(guò)程準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性的重要指標(biāo)。本文將紅外技術(shù)與共享洗衣機(jī)設(shè)備相結(jié)合，通過(guò)紅外檢測(cè)對(duì)共享洗衣機(jī)進(jìn)行自動(dòng)控制，從而使其更加經(jīng)濟(jì)環(huán)保。

1 總體設(shè)計(jì)方案

共享洗衣機(jī)通過(guò)GPRS模塊與云端服務(wù)器建立數(shù)據(jù)通信，從而在手機(jī)端進(jìn)行在線支付、模式選擇等功能。其中GPRS模塊負(fù)責(zé)接收云端控制指令，并向微處理器發(fā)射控制指令。微處理器負(fù)責(zé)接收控制指令，控制共享洗衣機(jī)各功能模塊[1]。

共享洗衣機(jī)筒自潔檢測(cè)控制系統(tǒng)由電源管理模塊、紅外檢測(cè)模塊、信號(hào)發(fā)射模塊、語(yǔ)音模塊、主控制器組成，如圖1所示。共享洗衣機(jī)筒自潔檢測(cè)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案如圖2所示。

圖1 系統(tǒng)組成

圖2 總體設(shè)計(jì)方案

將主控制器通過(guò)繼電器電路與筒自潔功能模塊并聯(lián)，實(shí)現(xiàn)筒自潔功能模塊電路通斷，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)信號(hào)發(fā)射控制。紅外檢測(cè)模塊檢測(cè)洗衣桶內(nèi)部是否有待取出衣物，將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，傳遞給主控制器，主控制器輸出信號(hào)，驅(qū)動(dòng)語(yǔ)音模塊工作，進(jìn)一步判斷執(zhí)行筒自潔功能，并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)關(guān)閉。

2 系統(tǒng)控制流程

共享洗衣機(jī)筒自潔檢測(cè)控制系統(tǒng)程序由C語(yǔ)言程序編寫。系統(tǒng)控制流程如圖3所示，首先對(duì)不同模塊進(jìn)行初始化操作，通過(guò)各模塊間的合理配合，利用全局變量及其狀態(tài)標(biāo)志位實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信[2]。通過(guò)判定全局變量或者狀態(tài)標(biāo)志位數(shù)值，判斷模塊運(yùn)行和停止。

圖3 系統(tǒng)控制流程

電源管理模塊用于給系統(tǒng)供電，電源開(kāi)關(guān)為共享洗衣機(jī)筒自潔功能開(kāi)關(guān)。當(dāng)用戶啟動(dòng)共享洗衣機(jī)筒自潔功能開(kāi)關(guān)時(shí)，電源管理模塊給系統(tǒng)供電，系統(tǒng)正常工作。紅外檢測(cè)模塊檢測(cè)共享洗衣機(jī)桶內(nèi)衣物情況，并將紅外信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，傳給主控制器。若桶內(nèi)有衣物，主控制器將控制指令傳給語(yǔ)音模塊，語(yǔ)音模塊進(jìn)行語(yǔ)音提示“桶內(nèi)有衣物，請(qǐng)取出衣物”，語(yǔ)音提示2次，開(kāi)始3 min延時(shí)。在3 min內(nèi)衣物被取出，信號(hào)發(fā)射模塊電路通電，筒自潔功能信號(hào)發(fā)射，系統(tǒng)斷電；3 min后衣物沒(méi)有被取出，信號(hào)發(fā)射模塊電路不通電，信號(hào)不發(fā)射，系統(tǒng)斷電。若桶內(nèi)沒(méi)有衣物，主控制器將控制指令直接傳給信號(hào)發(fā)射模塊，信號(hào)發(fā)射模塊GPRS模塊電路通電，信號(hào)發(fā)射，系統(tǒng)斷電。

3 系統(tǒng)主要模塊結(jié)構(gòu)

3.1 主控制器

系統(tǒng)的主控制器選用的是AT89C52單片機(jī)，該單片機(jī)是一種低電壓、高性能CMOS8位微控制器。在單芯片上，擁有8位CPU和在線系統(tǒng)可編程Flash，并采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的C51內(nèi)核，在內(nèi)部功能及管腳排布上與8xc52相同，方便紅外遙控信號(hào)IR的接收解碼及與主板CPU通信等功能控制。

本系統(tǒng)中AT89C52單片機(jī)引腳電路如圖4所示，其中P0.3引腳用于控制信號(hào)發(fā)射模塊，實(shí)現(xiàn)與GPRS模塊連接。P0.4引腳用于語(yǔ)音模塊，P0.5用于連接電源管理模塊，RXD引腳用于控制紅外檢測(cè)模塊[3]。

圖4 主控制器電路圖

3.2 語(yǔ)音模塊

語(yǔ)音模塊電路如圖5所示，該模塊使用ISD1820專用語(yǔ)音錄放芯片，支持錄制8～20 s的語(yǔ)音。為提升洗衣機(jī)筒自潔檢測(cè)控制系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用性，通過(guò)外接音頻功率放大器LM386，對(duì)音頻信號(hào)實(shí)施放大處理。通過(guò)編寫程序，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)接收其他模塊傳送的信號(hào)，通過(guò)繼電器電路控制通斷，實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音播報(bào)自動(dòng)控制。

圖5 語(yǔ)音模塊電路圖

3.3 紅外檢測(cè)模塊

光電傳感器通過(guò)把變化的光強(qiáng)度信號(hào)轉(zhuǎn)換成變化的電信號(hào)實(shí)現(xiàn)探測(cè)。光電傳感器由發(fā)射器、接收器和檢測(cè)電路這三部分構(gòu)成[4]。發(fā)射器（半導(dǎo)體光源）通過(guò)對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)發(fā)射連續(xù)或變光脈沖寬度的光束，給接收器傳輸持續(xù)或間斷的光信號(hào)。接收端（半導(dǎo)體接收器）接收發(fā)射器發(fā)送的光信號(hào)，并將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號(hào)。

鑒于共享洗衣機(jī)內(nèi)筒表面較為光亮、反射率高，同時(shí)衣物放置較為松散，采用一種集發(fā)射與接收于一體的擴(kuò)散反射型E18-D50NK光電傳感器，檢測(cè)距離可以通過(guò)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的電位信號(hào)進(jìn)行調(diào)節(jié)。將光電傳感器安裝在洗衣機(jī)外筒壁上端，當(dāng)檢測(cè)到洗衣機(jī)內(nèi)筒有衣物時(shí)，由檢測(cè)電路的OUT端輸出一個(gè)低電平信號(hào)單片機(jī)，當(dāng)內(nèi)筒無(wú)衣物時(shí)輸出一個(gè)高電平信號(hào)，單片機(jī)通過(guò)判斷電平信號(hào)進(jìn)而完成下一步功能。

3.4 信號(hào)發(fā)射模塊

共享洗衣機(jī)的微處理器接收控制指令，調(diào)整共享洗衣機(jī)筒自潔功能模塊狀態(tài)，同時(shí)通過(guò)云端處理器傳遞洗衣機(jī)筒自潔狀態(tài)信息。筒自潔檢測(cè)控制系統(tǒng)是外接入式，將繼電器電路與筒自潔功能開(kāi)關(guān)相連，通過(guò)單片機(jī)控制繼電器電路，實(shí)現(xiàn)對(duì)筒自潔功能模塊的控制。微處理器感測(cè)洗衣機(jī)筒自潔功能模塊信息，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)控制云端處理器信號(hào)的發(fā)射。

圖6 信號(hào)發(fā)射模塊電路圖

3.5 電源管理模塊

電源管理模塊如圖7所示，系統(tǒng)電源是由繼電器觸電和按鍵并聯(lián)控制的，繼電器驅(qū)動(dòng)電路采用PNP三極管實(shí)現(xiàn)。當(dāng)單片機(jī)P0.5口為低電平時(shí)，T38500三極管導(dǎo)通，繼電器J1上電吸合；當(dāng)單片機(jī)的P0.5口為高電平時(shí)，T38500三極管斷開(kāi)，繼電器J1斷電，二極管D5IN4007起到保護(hù)作用。將單片機(jī)與繼電器并聯(lián)，按下啟動(dòng)按鍵S2，單片機(jī)給電，復(fù)位后輸出自鎖信號(hào)，按鍵抬起后，由自鎖繼電器供電。當(dāng)單片機(jī)P0.5輸出高電平，J1斷電，系統(tǒng)關(guān)閉。將單片機(jī)與各模塊電路封裝，并用電子防水膠做防水處理。光電傳感器的檢測(cè)頭透過(guò)共享洗衣機(jī)外筒密封層，用防水膠和固定支架固定。電源通過(guò)變壓器與洗衣機(jī)主電源連接，實(shí)現(xiàn)5 V供電。

圖7 電源管理模塊電路圖

4 結(jié)束語(yǔ)

基于AT89C52單片機(jī)的筒自潔檢測(cè)控制系統(tǒng)將嵌入式應(yīng)用技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)理論相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)自動(dòng)檢測(cè)筒內(nèi)是否有衣物進(jìn)而控制筒自潔功能的運(yùn)行，進(jìn)一步完善共享洗衣機(jī)的功能，為共享生活提供更多便利。

［1］陳添威，韓磊，胡建鵬，等.基于物聯(lián)網(wǎng)的共享洗衣機(jī)平臺(tái)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.上海工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào)，2018，32（2）：179-183.

［2］馮喬.基于STC89C52單片機(jī)的模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)智能藥盒實(shí)現(xiàn)［J］.電子測(cè)試，2019（16）：27-28，26.

［3］吳祥飛，何恩節(jié)，鄭磊，等.基于光電傳感器的智能車尋跡系統(tǒng)［J］.現(xiàn)代計(jì)算機(jī)（專業(yè)版），2018（22）：71-74.

［4］李虹靜，李升輝.基于STC8系列單片機(jī)的繼電器控制電路設(shè)計(jì)［J］.科技與創(chuàng)新，2019（13）：37-38.

F724

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2020.13.061

2095－6835（2020）13－0146－02

閆家政（1997—），男，在校本科生。

〔編輯：王霞〕