基于單片機(jī)的智能全自動(dòng)洗衣機(jī)模擬控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

?殷爽 邵金俠 趙全友 潘學(xué)文

[摘? ? 要]采用STC89C51單片機(jī)作為主要控制芯片，按鍵可控制和選擇功能，繼電器模擬出水、進(jìn)水，水位傳感器檢測高低水位，由L298N芯片組成的電機(jī)控制模塊模擬洗衣機(jī)工作，LED顯示狀態(tài)，2位共陽數(shù)碼管顯示時(shí)間。使用C51語言進(jìn)行編程，完成了洗衣的基本功能。洗衣機(jī)包括標(biāo)準(zhǔn)、輕柔、快速三大洗衣模式，并且實(shí)現(xiàn)了一鍵暫停和一鍵脫水功能，用于日常生活中，能夠滿足日常洗衣的需求，具有效率高、操作方便等特點(diǎn)。

[關(guān)鍵詞]STC89C51單片機(jī);洗衣機(jī)模擬控制系統(tǒng);全自動(dòng)

[中圖分類號]TN911-4;G434 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號]2095–6487（2021）04–00–03

Design of Intelligent Automatic Washing Machine Simulation Control

System Based on Single Chip Microcomputer

Yin Shuang? Shao Jin-xia? Zhao Quan-you? Pan Xue-wen

[Abstract]This design adopts STC89C51 single-chip microcomputer as the main control chip， the button can control and select the function， the relay simulates the water and water， the water level sensor detects the high and low water level， the motor control module composed of L298N chip simulates the washing machine work， the LED display status， 2 total The digital tube shows the time. Programming in C51 language completes the basic functions of laundry. The design includes standard， gentle and fast three laundry modes， and achieves one-button pause and one-button dehydration. This system is designed for daily life and can easily meet the needs of daily laundry. It has high efficiency and convenient operation.

[Keywords]STC89C51 microcontroller;washing machine analog control system system;fully automatic

隨著通信電子技術(shù)及計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，人民的生活水平不斷提高，單片機(jī)技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛，同時(shí)用單片機(jī)設(shè)計(jì)的各種家用電器也被人們所關(guān)注，家電市場上涌現(xiàn)出大量各式各樣的新型電器[1]。

以往的家電市場中，大部分洗衣機(jī)的功能比較單一、固定，一般來說洗滌、漂洗和排水都要通過按鍵來分別進(jìn)行操作，操作特別繁瑣且浪費(fèi)時(shí)間[2]。隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，智能全自動(dòng)洗衣機(jī)越來越受到廣大消費(fèi)者的喜愛。智能全自動(dòng)洗衣機(jī)的便捷性、易操作性為繁瑣的家庭勞動(dòng)節(jié)省了時(shí)間，緩解了家庭勞動(dòng)壓力，成就了高速有效的生活工作效率[3-4]。

本系統(tǒng)根據(jù)人們的實(shí)際需求設(shè)計(jì)出以單片機(jī)為主要控制中心，功能全面、人性化的全自動(dòng)洗衣機(jī)。簡化了以往傳統(tǒng)洗衣機(jī)的復(fù)雜操作，并且還具有體積小、價(jià)格便宜、控制靈活和方便操作等優(yōu)點(diǎn)。

1 系統(tǒng)總體方案

本次設(shè)計(jì)以STC89C51單片機(jī)為主要控制模塊，主要控制進(jìn)水閥、出水閥、電機(jī)、蜂鳴報(bào)警器、顯示系統(tǒng)。本次設(shè)計(jì)共有三種洗衣模式，模式不同，工作狀態(tài)以及運(yùn)行的時(shí)間也不同。洗衣過程主要包括洗滌過程、漂洗過程、一鍵脫水過程。系統(tǒng)主要由STC89C51單片機(jī)、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片L298N組成的電機(jī)模擬控制洗衣機(jī)工作、LED顯示狀態(tài)，2位共陽數(shù)碼管顯示時(shí)間，控制按鍵可控制和選擇功能，繼電器模擬出水、進(jìn)水組成。

全自動(dòng)洗衣機(jī)的模擬控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方框圖如圖1所示，主要由六大模塊組成，即單片機(jī)主控系統(tǒng)、電機(jī)控制電路、蜂鳴器報(bào)警電路、進(jìn)水與排水電路、按鍵控制電路和顯示電路組成。單片機(jī)主控系統(tǒng)由STC89C51組成，選用它作為核心控制芯片，可使電路極大簡化，且程序的編寫及固化也相當(dāng)方便、靈活。電機(jī)控制電路主要由L298N芯片和電機(jī)組成，模擬了洗衣機(jī)的工作。顯示電路清楚地展示了洗滌模式以及洗滌時(shí)長，主要由兩個(gè)共陽極數(shù)碼管、發(fā)光二極管組成，74LS04芯片作為顯示驅(qū)動(dòng)電路。蜂鳴器報(bào)警電路表示著洗滌的結(jié)束以及洗滌暫停。進(jìn)水與排水電路中由兩個(gè)繼電器控制進(jìn)水閥和出水閥，由LM339芯片組成的集成電路是水位傳感器的主要模塊，用于檢測高低水位。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 電動(dòng)機(jī)控制電路

電機(jī)控制模塊主要由L298N芯片組成。該芯片是雙H橋電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片，雙H橋的設(shè)計(jì)可以讓此芯片同時(shí)控制兩個(gè)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，它具有工作電壓大，輸出功率強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。其輸入端可以直接連接到單片機(jī)上，方便單片機(jī)的控制。當(dāng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)，可以直接控制電機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。圖2為電機(jī)控制電路，電機(jī)連接驅(qū)動(dòng)L298N芯片的OUT1和OUT2。

2.2 顯示電路

本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)中采用了發(fā)光二極管來顯示洗衣機(jī)的各個(gè)工作狀態(tài)。5個(gè)發(fā)光二極管分別跟單片機(jī)P1口的5個(gè)I/O口連接，分別接在P0.1、P0.2、P0.3、P0.5、P0.6端口上。從左至右分別代表標(biāo)準(zhǔn)、輕柔、快速、脫水和結(jié)束五種運(yùn)行方式的指示燈，洗衣機(jī)運(yùn)行時(shí)，五盞燈分別閃爍。圖3為發(fā)光二極管的電路圖，當(dāng)發(fā)光二極管的負(fù)極所對應(yīng)的P1口為低電平時(shí)，發(fā)光二極管導(dǎo)通

2.3 蜂鳴器報(bào)警

報(bào)警電路用來提醒用戶洗衣工作結(jié)束后要及時(shí)取出洗滌完畢的衣物，報(bào)警指示電路可以提高洗衣工作效率，同時(shí)洗衣過程中出現(xiàn)中斷也會(huì)給出提示。本次系統(tǒng)的設(shè)計(jì)采用的是蜂鳴器，蜂鳴器工作電壓的范圍為4～12 V。通過單片機(jī)的P0.6輸出高電平來控制蜂鳴器報(bào)警。蜂鳴器報(bào)警電路圖如圖4所示。

2.4 進(jìn)水、排水電路

進(jìn)排水電路電路如圖5所示，進(jìn)水閥受J1的控制，出水閥受J2的控制。當(dāng)控制端J1為“0”時(shí)，Kj1得到指令將進(jìn)水閥打開，進(jìn)水指示燈D5亮起。當(dāng)控制端J2為“0”時(shí)，Kj2得到指令出水閥打開，出水指示燈D7亮。

一個(gè)低水位檢測，一個(gè)高水位檢測;當(dāng)進(jìn)水時(shí)高水位檢測到有水，代表進(jìn)水完畢進(jìn)行下一步，當(dāng)排水時(shí)，低水位檢測沒有水，代表排水結(jié)束。高水位傳感器與P1.4相連，低水位傳感器與P1.7相連。水位傳感器的作用是用于檢測高低水位，包括比較器模塊和自制的水導(dǎo)電萬能板。其中比較器模塊由LM339芯片集成電路組成。水導(dǎo)電萬能板是利用水的導(dǎo)電性形成回路，形成電壓檢測水位。比較器模塊則是通過比較兩個(gè)輸入電壓，高于參考電壓則輸出高電平，水位實(shí)現(xiàn)了檢測，每個(gè)比較器都有兩個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端。

2.5 按鍵控制電路

洗衣機(jī)面板上有六個(gè)按鈕S1、S2、S3、S4、S5、S6。

S1為電源啟動(dòng)鍵，按一下系統(tǒng)啟動(dòng);S2為菜單鍵，按一下可以選擇菜單;S3為洗衣模式啟動(dòng)鍵，按一下啟動(dòng)對應(yīng)的洗衣模式;S4為停止鍵，按一下洗衣機(jī)進(jìn)入停止?fàn)顟B(tài)，控制系統(tǒng)停止工作;S5為菜單模式選擇鍵，按一下選擇標(biāo)準(zhǔn)洗方式，按兩下選擇輕柔洗方式，按三下選擇快速洗方式，按四下選擇脫水方式;S6為暫停鍵，實(shí)現(xiàn)了一鍵暫停功能。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)暫停工作，蜂鳴器響，再按一次時(shí)洗衣機(jī)恢復(fù)工作。

S2與P3.4口相連，S3與P3.5口相連，S6與P3.6口相連，S5口與P3.7口相連，S6與P3.0口相連。按鍵按下時(shí)，輸入端I/0口的電平狀態(tài)為低電平。

系統(tǒng)整體硬件電路如圖6所示，主要包括STC89C51單片機(jī)主要控制模塊，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片L298N控制模塊，顯示電路模塊，按鍵控制模塊，出水、進(jìn)水電路模塊，蜂鳴器報(bào)警電路模塊幾個(gè)部分。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

主程序設(shè)計(jì)流程如圖7所示。當(dāng)電源接通時(shí)，開始初始化程序，單片機(jī)開始運(yùn)行。在按鍵沒有被按下時(shí)，首先應(yīng)該判斷水位的高低，根據(jù)水位的高低決定是否進(jìn)水，接下來掃描數(shù)碼管，數(shù)碼管顯示時(shí)間，按鍵可以選擇需要的洗滌模式。洗滌模式的作用是能使全自動(dòng)洗衣機(jī)有多個(gè)洗滌模式的選擇，這樣既能節(jié)省家庭勞動(dòng)的時(shí)間又能避免過多水資源的浪費(fèi)。然后按下程序的啟動(dòng)鍵后，洗衣程序開始運(yùn)行，來完成洗衣周期的循環(huán)。系統(tǒng)設(shè)置的洗滌、漂洗、脫水程序均為一次。在主程序運(yùn)行過程中，如果按下暫停鍵，那么整個(gè)洗衣程序暫停蜂鳴器發(fā)出報(bào)警聲?；謴?fù)按鍵時(shí)，洗衣程序?qū)⒗^續(xù)運(yùn)行。當(dāng)所有程序運(yùn)行完畢后，蜂鳴器響，報(bào)警電路在系統(tǒng)程序的尾端進(jìn)行。程序結(jié)束對應(yīng)的指示燈亮起，表示整個(gè)洗衣程序已經(jīng)結(jié)束，實(shí)現(xiàn)了洗衣的功能。

系統(tǒng)有三種洗滌程序，即標(biāo)準(zhǔn)模式、輕柔模式和快速模式。

標(biāo)準(zhǔn)模式洗滌90 s，漂洗90 s，脫水60 s;輕柔模式洗滌60 s，漂洗60 s，脫水60 s;快速模式洗滌30 s，漂洗30 s，脫水60 s。當(dāng)按下菜單選擇鍵，選擇其中的一鍵脫水功能，脫水程序開始運(yùn)行。首先，把排水閥打開，出水的指示燈亮起，電機(jī)開始脫水。當(dāng)水位傳感器的低水位檢測到?jīng)]有水時(shí)，開始進(jìn)行脫水工作，電機(jī)正轉(zhuǎn)60 s。當(dāng)?shù)竭_(dá)設(shè)定的60 s時(shí)間后，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，排水閥關(guān)閉，出水的指示燈關(guān)閉。蜂鳴器發(fā)出聲音，程序運(yùn)行結(jié)束的指示燈亮起，脫水工作完成。

4 結(jié)論

針對智能全自動(dòng)洗衣機(jī)模擬控制系統(tǒng)進(jìn)行了分析和研究，設(shè)計(jì)出一種簡易的模擬控制系統(tǒng)，最終實(shí)現(xiàn)基本功能。借助Keil軟件編程及Proteus硬件電路設(shè)計(jì)，并進(jìn)行了仿真測試，最終通過焊接電路，進(jìn)行多次調(diào)試后做出硬件電路實(shí)物，實(shí)現(xiàn)了本次設(shè)計(jì)的要求。

參考文獻(xiàn)

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