王宇靈 陳泳安 閆俊強(qiáng)

【摘要】本文以AT89S52單片機(jī)為核心，設(shè)計(jì)了全自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)。本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)洗衣機(jī)整個(gè)洗衣過(guò)程的控制，包括用戶(hù)參數(shù)輸入、洗衣、脫水和結(jié)束演奏四個(gè)階段?？刂葡到y(tǒng)主要由電源電路、數(shù)字控制電路和機(jī)械控制電路三大模塊構(gòu)成。

【關(guān)鍵詞】AT89S52;洗衣機(jī);控制系統(tǒng)

引言

目前的洗衣機(jī)主要有強(qiáng)弱洗滌功能、進(jìn)排水系統(tǒng)故障自動(dòng)診斷功能、暫停等七大功能，在許多方面還不能達(dá)到人們的需求。這就要求設(shè)計(jì)者們有更高的專(zhuān)業(yè)和技術(shù)水平，設(shè)計(jì)出更節(jié)能、功能更全面、更人性化的全自動(dòng)洗衣機(jī)。目前的洗衣機(jī)都沒(méi)有實(shí)現(xiàn)全方面的兼容，大多洗衣的廠(chǎng)家都注重各自品牌的洗衣機(jī)的特長(zhǎng)，突出一兩個(gè)與別的洗衣機(jī)不同的個(gè)性化的功能，洗衣機(jī)的各項(xiàng)功能是由單片機(jī)控制實(shí)現(xiàn)的，單片機(jī)的體積小，控制功能靈活，因此，設(shè)計(jì)出基于單片機(jī)的全自動(dòng)洗衣機(jī)控制電路系統(tǒng)具有很強(qiáng)的實(shí)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(fù)責(zé)控制洗衣機(jī)的工作過(guò)程，主要由AT89S52單片機(jī)、兩位共陽(yáng)數(shù)碼管、按鍵、蜂鳴器、LED指示燈組成;機(jī)械控制電路實(shí)現(xiàn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)、進(jìn)水、排水等功能，主要由電動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)系統(tǒng)部件、進(jìn)水排水電磁閥組成。

1.總體設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)框架

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

整體設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。

圖1 整體設(shè)計(jì)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(jī)為控制核心，控制整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行，對(duì)各個(gè)接口電路進(jìn)行控制，接收用戶(hù)參數(shù)輸入模塊采集到的按鍵信號(hào)，根據(jù)用戶(hù)所選擇的工作模式，在不同的時(shí)間點(diǎn)控制電磁閥動(dòng)作并驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，將洗衣剩余時(shí)間通過(guò)數(shù)碼管進(jìn)行顯示。

（2）直流電機(jī)控制模塊：在該設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，我們采用H橋電路實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電機(jī)的控制。

（3）鍵盤(pán)電路：本系統(tǒng)使用了兩只微動(dòng)按鍵進(jìn)行洗衣機(jī)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(yáng)數(shù)碼管顯示洗衣時(shí)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(jìn)水閥和排水閥，在進(jìn)水過(guò)程中，進(jìn)水閥吸合，在排水過(guò)程中，排水閥吸合。

（6）報(bào)警電路：本文采用一只5V的蜂鳴器用于洗衣結(jié)束時(shí)的報(bào)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(jì)模式，單洗滌模式和單脫水四個(gè)工作模式，洗滌，漂洗和脫水三個(gè)工作過(guò)程。

2.硬件設(shè)計(jì)

2.1 單片機(jī)介紹

MCS-51具有比較大的尋址空間，地址線(xiàn)寬達(dá)16條，即外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和程序存儲(chǔ)器的尋址范圍達(dá)216=64kB，這作為單片機(jī)控制來(lái)說(shuō)已是比較大的，這同時(shí)具備對(duì)I/O口的訪(fǎng)問(wèn)能力。此外，MCS-51采用模塊化結(jié)構(gòu)，可方便地增刪一個(gè)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(qiáng)，其工作頻率為2-12MHz，當(dāng)振蕩頻率為12MHz時(shí)，一個(gè)機(jī)器周期為1us，工作速度快。

2.2 直流電機(jī)

由于直流電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)力矩大，轉(zhuǎn)動(dòng)速度較快，體積小，重量輕，裝配簡(jiǎn)單，使用方便，所以本設(shè)計(jì)采用直流電動(dòng)機(jī)這種電機(jī)類(lèi)型。

首先我們了解下直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)。直流電機(jī)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(xiàn)圈為電磁式直流電機(jī)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(gè)小小的凹槽，電機(jī)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(shí)現(xiàn)的，它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 直流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)

2.3 數(shù)碼管介紹

LED顯示器在實(shí)際的設(shè)計(jì)中常常被用來(lái)顯示數(shù)據(jù)，通過(guò)數(shù)碼段可以顯示比如數(shù)字，簡(jiǎn)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(jiǎn)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(huà)，使用LED顯示器是一個(gè)比較好的選擇。

要想使數(shù)碼管發(fā)光，必須給它的正負(fù)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(shí)，工作電流一般為10MA，當(dāng)工作在動(dòng)態(tài)模式下時(shí)，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(guò)40MA，否則可能造成數(shù)碼管的損壞。

2.4 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路

本系統(tǒng)采用H橋電路對(duì)電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，電路之所以稱(chēng)作“H橋驅(qū)動(dòng)電路”是因?yàn)樗男螤詈妥帜窰很相似。每側(cè)兩只三極管構(gòu)成了酷似“H”左右兩側(cè)的豎線(xiàn)，而直流電機(jī)則是“H”中間的橫線(xiàn)。H橋直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路主要由四個(gè)三極管和1個(gè)電機(jī)組成。當(dāng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，斜對(duì)著的那兩個(gè)三極管導(dǎo)通。通過(guò)控制三極管的導(dǎo)通情況，實(shí)現(xiàn)電流從電機(jī)的左側(cè)流向右側(cè)，或者從電機(jī)的右側(cè)流向左側(cè)，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)向的控制。當(dāng)P1.6輸入高電平P1.7輸入低電平時(shí)，三極管Q7、Q8導(dǎo)通，電機(jī)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(shí)，三極管Q6、Q9導(dǎo)通，電機(jī)電流從右側(cè)流向左側(cè)。這樣就實(shí)現(xiàn)了電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。

2.5 按鍵電路

按下S1按鍵后對(duì)工作模式進(jìn)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(jì)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(kāi)始和暫停洗衣”，工作模式選擇完畢后，按下該按鍵開(kāi)始洗衣，當(dāng)洗衣過(guò)程中需要暫停時(shí)，再次按下此按鍵即可。S3自鎖開(kāi)關(guān)用于洗衣機(jī)門(mén)狀態(tài)的模擬，當(dāng)此按鍵處于按下?tīng)顟B(tài)時(shí)表示洗衣機(jī)門(mén)關(guān)閉，否則表示打開(kāi)，當(dāng)洗衣中途洗衣機(jī)門(mén)打開(kāi)時(shí)，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(yáng)數(shù)碼管用于洗衣倒計(jì)時(shí)的顯示。單片機(jī)的P0端口連接數(shù)碼管的8個(gè)數(shù)據(jù)端，單片機(jī)的P2端口控制數(shù)碼管的位選端，本設(shè)計(jì)中使用了兩只PNP型三極管用于數(shù)碼管位端端的驅(qū)動(dòng)，以數(shù)碼管第一位點(diǎn)亮進(jìn)行說(shuō)明，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí)“1”為低電平時(shí)，三極管Q2飽和，它的EC端導(dǎo)通，所以第一位數(shù)碼管點(diǎn)亮。

2.7 電磁閥驅(qū)動(dòng)電路

本設(shè)計(jì)使用了兩只5V繼電器來(lái)模擬進(jìn)水和排水閥，當(dāng)需要進(jìn)水時(shí)，單片機(jī)控制進(jìn)水信號(hào)端為低電平，此時(shí)Q1飽和，繼電器K1吸合，黃色發(fā)光二極管點(diǎn)亮。當(dāng)需要排水時(shí)，單片機(jī)控制排水信號(hào)端為低電平，此時(shí)Q4飽和，繼電器K2吸合，綠色發(fā)光二極管點(diǎn)亮。

2.8 報(bào)警電路

在單片機(jī)的實(shí)際應(yīng)用中，通常我們選擇用數(shù)碼管或發(fā)光二極管來(lái)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(shí)通過(guò)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(huì)選擇用一些能夠明顯引起操作人員注意的警示信號(hào)，比如聲音信號(hào)、閃光信號(hào)或者語(yǔ)音信號(hào)。聲音報(bào)警方式主要是通過(guò)發(fā)出與眾不同的聲響要來(lái)提醒操作人員的注意，閃光信號(hào)是通過(guò)發(fā)出特異的光色彩來(lái)提醒人們注意，而語(yǔ)音信號(hào)不僅能發(fā)出特定的聲響而且能夠提示警示種類(lèi)。其中前兩種在實(shí)際應(yīng)用中非常廣泛，因?yàn)檫@兩種警示方式硬件設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，軟件編寫(xiě)量小。而語(yǔ)音警示信號(hào)雖然信息較直接，但是硬件成本較高，而且軟件編寫(xiě)大。在本設(shè)計(jì)中采用的是聲音報(bào)警的形式，當(dāng)洗衣過(guò)程結(jié)束時(shí)，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(jī)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(jì)模式，單洗滌模式和單脫水模式，選擇其中一種工作模式時(shí)對(duì)應(yīng)的指示燈點(diǎn)亮。D5-D7用于洗衣?tīng)顟B(tài)的顯示，當(dāng)處于洗滌過(guò)程時(shí)，D5指示燈亮，當(dāng)處于漂洗過(guò)程時(shí)，D6指示燈亮，當(dāng)處于脫水狀態(tài)時(shí)，D7指示燈亮，具體的電路如圖5.7所示：

3.軟件部分設(shè)計(jì)

全自動(dòng)洗衣機(jī)模擬系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)主要由主程序、鍵盤(pán)掃描程序、數(shù)碼管顯示程序、標(biāo)準(zhǔn)（經(jīng)濟(jì)，單洗滌，單脫水）程序、定時(shí)器程序組成。主程序循環(huán)對(duì)鍵盤(pán)掃描程序和數(shù)碼管顯示程序進(jìn)行調(diào)用。當(dāng)用戶(hù)選擇標(biāo)準(zhǔn)工作模式時(shí)，調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)洗滌子程序，當(dāng)用戶(hù)選擇經(jīng)濟(jì)工作模式時(shí)，調(diào)用經(jīng)濟(jì)洗滌子程序，當(dāng)用戶(hù)選擇單洗滌工作模式時(shí)，調(diào)用單洗滌子程序，當(dāng)用戶(hù)選擇單脫水工作模式時(shí)，調(diào)用單脫水子程序。定時(shí)器T0程序?qū)崿F(xiàn)洗衣時(shí)間的倒計(jì)時(shí)。

4.總結(jié)

在設(shè)計(jì)中，主要是以AT89S51單片機(jī)為核心的，對(duì)自動(dòng)洗衣機(jī)的工作系統(tǒng)進(jìn)行了簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)與闡述。本次設(shè)計(jì)可以說(shuō)是軟硬結(jié)合，又以硬件為主，軟件程序?yàn)檩o。給出了檢測(cè)系統(tǒng)與控制系統(tǒng)的各部分電路以及相對(duì)應(yīng)的程序。采用模塊化、層次化設(shè)計(jì)，再運(yùn)用單片機(jī)AT89S51進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析和處理，為顯示和報(bào)警電路提供信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)以及間隔時(shí)間進(jìn)行控制。報(bào)警系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定報(bào)警的上下限值實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能，顯示部分采用字符型TC1602液晶顯示時(shí)間變量。實(shí)驗(yàn)證明該設(shè)計(jì)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)自動(dòng)洗衣機(jī)的準(zhǔn)確控制，達(dá)到了相應(yīng)的效果，系統(tǒng)電路簡(jiǎn)單、集成度高、工作穩(wěn)定、調(diào)試方便、檢測(cè)精度高，具有一定的實(shí)用價(jià)值。