閆家政，丁在興，孫國玉，孟繽琦，盛峻豪，楊鐵濱

基于單片機的共享洗衣機筒自潔檢測控制系統(tǒng)

閆家政1，丁在興1，孫國玉1，孟繽琦1，盛峻豪2，楊鐵濱1

（1.東北林業(yè)大學 工程技術(shù)學院，黑龍江 哈爾濱 150040；2.東北林業(yè)大學 機電工程學院，黑龍江 哈爾濱 150040）

基于AT89C52單片機，利用紅外線光電傳感器、語音芯片和繼電器電路，通過編寫程序，設(shè)計出共享洗衣機筒自潔檢測控制系統(tǒng)。系統(tǒng)主要由主控制器、紅外檢測模塊、電源管理模塊、語音模塊、信號發(fā)射模塊組成，紅外檢測模塊檢測共享洗衣機桶內(nèi)是否有衣物，由語音模塊語音提示當前桶內(nèi)情況，主控制器控制信號發(fā)射模塊發(fā)射執(zhí)行筒自潔功能的信號，實現(xiàn)對共享洗衣機筒自潔功能的自動控制。當桶內(nèi)有衣物時，共享洗衣機關(guān)閉筒自潔功能，當筒內(nèi)無衣物時，開啟筒自潔功能，避免二次洗滌，并且有語音提示，從而完善共享洗衣機筒自潔功能。

AT89C52單片機；語音芯片；紅外檢測；共享洗衣機

近年來共享洗衣機在學校使用越來越廣泛，共享洗衣機洗衣省時省力，自動化程度高。由于共享洗衣機是多人使用，人們在使用時通常會進行筒自潔清洗洗衣筒。手機端下單后，在共享洗衣機功能面板按下筒自潔開關(guān)，手機端收到執(zhí)行筒自潔信息并確認，共享洗衣機即可執(zhí)行筒自潔功能。然而，學校共享洗衣機在進行筒自潔前不能判斷桶內(nèi)是否有衣物，如果未仔細觀察洗衣桶，會造成未及時取出的衣物二次洗滌，甚至產(chǎn)生糾紛，因此應(yīng)給共享洗衣機增加桶自潔檢測和提示功能。

紅外檢測技術(shù)在自動控制領(lǐng)域應(yīng)用已經(jīng)十分廣泛，而在實際應(yīng)用中檢測控制系統(tǒng)的靈敏度與精度始終是衡量檢測控制過程準確度和穩(wěn)定性的重要指標。本文將紅外技術(shù)與共享洗衣機設(shè)備相結(jié)合，通過紅外檢測對共享洗衣機進行自動控制，從而使其更加經(jīng)濟環(huán)保。

1 總體設(shè)計方案

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

共享洗衣機筒自潔檢測控制系統(tǒng)由電源管理模塊、紅外檢測模塊、信號發(fā)射模塊、語音模塊、主控制器組成，如圖1所示。共享洗衣機筒自潔檢測控制系統(tǒng)的設(shè)計方案如圖2所示。

圖1 系統(tǒng)組成

圖2 總體設(shè)計方案

將主控制器通過繼電器電路與筒自潔功能模塊并聯(lián)，實現(xiàn)筒自潔功能模塊電路通斷，進而實現(xiàn)信號發(fā)射控制。紅外檢測模塊檢測洗衣桶內(nèi)部是否有待取出衣物，將光信號轉(zhuǎn)換為電信號，傳遞給主控制器，主控制器輸出信號，驅(qū)動語音模塊工作，進一步判斷執(zhí)行筒自潔功能，并實現(xiàn)自動關(guān)閉。

2 系統(tǒng)控制流程

共享洗衣機筒自潔檢測控制系統(tǒng)程序由C語言程序編寫。系統(tǒng)控制流程如圖3所示，首先對不同模塊進行初始化操作，通過各模塊間的合理配合，利用全局變量及其狀態(tài)標志位實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信[2]。通過判定全局變量或者狀態(tài)標志位數(shù)值，判斷模塊運行和停止。

圖3 系統(tǒng)控制流程

電源管理模塊用于給系統(tǒng)供電，電源開關(guān)為共享洗衣機筒自潔功能開關(guān)。當用戶啟動共享洗衣機筒自潔功能開關(guān)時，電源管理模塊給系統(tǒng)供電，系統(tǒng)正常工作。紅外檢測模塊檢測共享洗衣機桶內(nèi)衣物情況，并將紅外信號轉(zhuǎn)化為電信號，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音模塊，語音模塊進行語音提示“桶內(nèi)有衣物，請取出衣物”，語音提示2次，開始3 min延時。在3 min內(nèi)衣物被取出，信號發(fā)射模塊電路通電，筒自潔功能信號發(fā)射，系統(tǒng)斷電；3 min后衣物沒有被取出，信號發(fā)射模塊電路不通電，信號不發(fā)射，系統(tǒng)斷電。若桶內(nèi)沒有衣物，主控制器將控制指令直接傳給信號發(fā)射模塊，信號發(fā)射模塊GPRS模塊電路通電，信號發(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，該單片機是一種低電壓、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)標準的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單片機引腳電路如圖4所示，其中P0.3引腳用于控制信號發(fā)射模塊，實現(xiàn)與GPRS模塊連接。P0.4引腳用于語音模塊，P0.5用于連接電源管理模塊，RXD引腳用于控制紅外檢測模塊[3]。

圖4 主控制器電路圖

3.2 語音模塊

語音模塊電路如圖5所示，該模塊使用ISD1820專用語音錄放芯片，支持錄制8～20 s的語音。為提升洗衣機筒自潔檢測控制系統(tǒng)的實際應(yīng)用性，通過外接音頻功率放大器LM386，對音頻信號實施放大處理。通過編寫程序，實現(xiàn)單片機接收其他模塊傳送的信號，通過繼電器電路控制通斷，實現(xiàn)語音播報自動控制。

圖5 語音模塊電路圖

3.3 紅外檢測模塊

光電傳感器通過把變化的光強度信號轉(zhuǎn)換成變化的電信號實現(xiàn)探測。光電傳感器由發(fā)射器、接收器和檢測電路這三部分構(gòu)成[4]。發(fā)射器（半導體光源）通過對準目標發(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。接收端（半導體接收器）接收發(fā)射器發(fā)送的光信號，并將光信號轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號。

鑒于共享洗衣機內(nèi)筒表面較為光亮、反射率高，同時衣物放置較為松散，采用一種集發(fā)射與接收于一體的擴散反射型E18-D50NK光電傳感器，檢測距離可以通過調(diào)節(jié)滑動變阻器的電位信號進行調(diào)節(jié)。將光電傳感器安裝在洗衣機外筒壁上端，當檢測到洗衣機內(nèi)筒有衣物時，由檢測電路的OUT端輸出一個低電平信號單片機，當內(nèi)筒無衣物時輸出一個高電平信號，單片機通過判斷電平信號進而完成下一步功能。

3.4 信號發(fā)射模塊

共享洗衣機的微處理器接收控制指令，調(diào)整共享洗衣機筒自潔功能模塊狀態(tài)，同時通過云端處理器傳遞洗衣機筒自潔狀態(tài)信息。筒自潔檢測控制系統(tǒng)是外接入式，將繼電器電路與筒自潔功能開關(guān)相連，通過單片機控制繼電器電路，實現(xiàn)對筒自潔功能模塊的控制。微處理器感測洗衣機筒自潔功能模塊信息，進而實現(xiàn)控制云端處理器信號的發(fā)射。

圖6 信號發(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)動電路采用PNP三極管實現(xiàn)。當單片機P0.5口為低電平時，T38500三極管導通，繼電器J1上電吸合；當單片機的P0.5口為高電平時，T38500三極管斷開，繼電器J1斷電，二極管D5IN4007起到保護作用。將單片機與繼電器并聯(lián)，按下啟動按鍵S2，單片機給電，復位后輸出自鎖信號，按鍵抬起后，由自鎖繼電器供電。當單片機P0.5輸出高電平，J1斷電，系統(tǒng)關(guān)閉。將單片機與各模塊電路封裝，并用電子防水膠做防水處理。光電傳感器的檢測頭透過共享洗衣機外筒密封層，用防水膠和固定支架固定。電源通過變壓器與洗衣機主電源連接，實現(xiàn)5 V供電。

圖7 電源管理模塊電路圖

4 結(jié)束語

基于AT89C52單片機的筒自潔檢測控制系統(tǒng)將嵌入式應(yīng)用技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)理論相結(jié)合，實現(xiàn)了系統(tǒng)自動檢測筒內(nèi)是否有衣物進而控制筒自潔功能的運行，進一步完善共享洗衣機的功能，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)的共享洗衣機平臺設(shè)計與實現(xiàn)［J］.上海工程技術(shù)大學學報，2018，32（2）：179-183.

［2］馮喬.基于STC89C52單片機的模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計智能藥盒實現(xiàn)［J］.電子測試，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)代計算機（專業(yè)版），2018（22）：71-74.

［4］李虹靜，李升輝.基于STC8系列單片機的繼電器控制電路設(shè)計［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〕