摘? 要：以實際工程設(shè)計為載體，通過教學(xué)化處理應(yīng)用實例，激發(fā)學(xué)生對智能家電課程的學(xué)習(xí)興趣和主觀能動性，提升學(xué)院學(xué)生綜合技能為目標(biāo)，探討了一種基于R5F212K單片機控制的洗衣機控制系統(tǒng)，通過剖析其電控系統(tǒng)構(gòu)成、分析模塊電路功能、反繪原理圖，培養(yǎng)學(xué)生的電路設(shè)計能力和創(chuàng)新意識。并總結(jié)了多個典型的維修實例來供技術(shù)人員參考，以提高整機檢修效率。

關(guān)鍵詞：R5F212K單片機;開關(guān)電源;串激式電機;故障檢修

中圖分類號：TP368.1? ? 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：2096-4706（2020）09-0033-04

An Example Analysis of Washing Machine Control System

Based on R5F212K Single Chip Microcomputer

LU Zhonghua

（Zhongshan Technician College，Zhongshan? 528429，China）

Abstract：Taking the practical engineering design as the carrier，through the example of teaching processing application，to stimulate the studentsinterest and initiative in learning the course of intelligent home appliances，and to improve the comprehensive skills of college students as the goal，this paper discusses a kind of washing machine control system based on R5F212K single-chip microcomputer control，through analyzing the composition of its electronic control system，analyzing the circuit function of the module，drawing the schematic diagram，and cultivating the studentselectricity Road design ability and innovation awareness. Several typical maintenance examples are summarized for the reference of technicians to improve the efficiency of the whole machine maintenance.

Keywords：R5F212K single chip microcomputer;switching power supply;series motor;trouble shooting

0? 引? 言

中山市技師學(xué)院作為培養(yǎng)高技能人才的主陣地，針對滿足企業(yè)用人需求、從實際工程應(yīng)用角度進行教學(xué)化處理、更好地銜接專業(yè)教學(xué)，提高學(xué)生專業(yè)學(xué)習(xí)的主觀能動性進行了深入的探討。本文以日用電器海爾旗下一款型號為XQG50-807的滾筒洗衣機為例，以解決工程應(yīng)用中的實際問題為目標(biāo)，透過故障現(xiàn)象，分析電控系統(tǒng)功能實現(xiàn)方式。該產(chǎn)品控制電路是以瑞薩R8C系列單片機R5F212K4為控制核心[1]，線路板雙面走線，且使用了大量的貼片元件，線路、器件比較密集，控制線路比較復(fù)雜。

1? 電控系統(tǒng)框圖

電控系統(tǒng)框圖，如圖1所示，電源輸入部分接了電抗器（濾波器），起到濾波、抗干擾作用，以提高AC220 V電源的質(zhì)量。門鎖內(nèi)部安裝了一顆PTC和雙金屬觸點，起到延時閉合和斷開觸頭的功能。另外，主洗電磁閥、預(yù)洗電磁閥和排水泵的供電都是受門鎖開關(guān)的控制。水位開關(guān)用于檢測水位，控制洗滌和脫水。發(fā)熱絲能實現(xiàn)加熱水溫洗滌，提高潔凈度，水溫由水溫傳感器控制。該洗衣機由串激式電機，由定子線圈、轉(zhuǎn)子線圈、電刷和速度傳感器組成，通過控制程序能實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)洗滌和高速甩干功能。

2? 電源模塊電路

2.1? 工作原理

電源電路原理圖如圖2所示[2]。AC220 V電源經(jīng)過電路板“細線”替代的保險絲FU1后并接了壓敏電阻，用于防止瞬間的高電壓進入電路板損壞、燒毀器件，之后火線串接了20/2 W的限流電阻，連接到由四顆二極管組成的整流橋，整流輸出的直流電經(jīng)E1電解電容濾波后經(jīng)開關(guān)變壓器的1、3腳后直接加到TNY276開關(guān)管模塊IC8的4腳，其間由R74、R75、D4等組成尖峰脈沖吸收電路，防止開關(guān)管“通/斷”期間反峰電壓擊穿開關(guān)管。當(dāng)開關(guān)電源[3]工作時，從開關(guān)變壓器次級8腳輸出經(jīng)D6二極管整流濾波后的直流電并接了穩(wěn)壓管DZ2，確保輸出電壓的穩(wěn)定，同時還串接了穩(wěn)壓取樣電路中的DZ1穩(wěn)壓管，如果輸出電壓高IC9，817光耦初級電流變大，發(fā)光變強，那么次級導(dǎo)通變強，用于調(diào)整、減弱TNY276模塊內(nèi)的開關(guān)管的導(dǎo)通頻率，從而間接控制、降低與穩(wěn)定輸出電壓。輸出+12 V的電壓供繼電器等使用以及經(jīng)過CW7805三端穩(wěn)壓塊后輸出+5 V電壓供MCU等使用。當(dāng)輸出電壓偏低的分析方法雷同，此處不再贅述。

2.2? 常見故障檢修

一臺XQG50-807滾筒洗衣機，上電后指示燈不亮，整機無反應(yīng)。

故障分析與檢修：測量用戶家的AC220 V正常，打開洗衣機頂蓋，沒有發(fā)現(xiàn)線路破損的現(xiàn)象。測量濾波器，輸入與輸出電壓均有AC220 V，初步估計問題應(yīng)該在電控板。

卸下電控板，通入AC220 V電壓，使用萬用表測量全波整流輸出有DC311 V，但是測量開關(guān)變壓器次級D6二極管陰極電壓為0 V，估計次級負載短路所致。

斷電后，測量次級D6輸出直流電阻為0 Ω，故障范圍肯定在D6或之后的電路器件，當(dāng)萬用表檢測到12 V穩(wěn)壓管DZ2時，發(fā)現(xiàn)該開關(guān)管已擊穿損壞，導(dǎo)致次級輸出短路。

更換新的12 V穩(wěn)壓管IN4742后，故障修復(fù)，通電指示燈工作，上電瞬間蜂鳴器工作，機子恢復(fù)正常。

3? 門鎖及發(fā)熱絲模塊

3.1? 工作原理

當(dāng)機子上電時，L、N經(jīng)電源濾波器EMI后，火線并接門鎖PTC、觸點的一端后直接加到發(fā)熱絲繼電器開關(guān)JK1的一端;零線端一路接主板的開關(guān)電源，另一路接到繼電器JK2觸點的一端。當(dāng)按壓電源鍵主板得電工作時，指示燈點亮，MCU的29腳送出高電平到IC6，ULN2003反相器的3腳，從14腳輸出低電平，使JK2繼電器線圈兩端有12 V的電壓，繼電器工作，觸頭閉合，門鎖內(nèi)部的PTC有AC220 V電壓，雙金屬片發(fā)熱變形延時1～3 min后，門鎖開關(guān)6 A觸頭閉合，送電到進水、排水線圈一端。

當(dāng)需要溫水洗滌時，MCU的25腳輸出高電平送到ULN2003的7腳，從10腳輸出低電平，從而使JK1繼電器線圈兩端有12 V的電壓，繼電器工作，17 A觸頭閉合，送電到發(fā)熱絲對水溫加熱。

3.2? 常見故障檢修

一臺XQG50-807滾筒洗衣機，不能進行溫水洗滌。

故障分析與檢修：上門檢查，調(diào)整程序選擇旋鈕至任意一個溫水洗滌的功能時，都不能對水進行加熱，實現(xiàn)溫水洗滌。初步判斷發(fā)熱絲燒毀，斷電后測量發(fā)熱絲阻值30 Ω正常。再次調(diào)至溫水洗滌的功能，進水閥進水完畢，測量發(fā)熱絲兩端接線柱沒有AC220 V電壓，順著線路找到繼電器JK1，其線圈兩端有12 V電壓，繼電器的觸頭未閉合，問題已查出，是繼電器故障所致。

近幾年本人陸續(xù)接修了好幾臺繼電器觸頭損壞導(dǎo)致發(fā)熱絲不工作的機子，更換質(zhì)量更好的歐姆龍品牌20 A繼電器后故障排除。

4? 水閥控制模塊

4.1? 工作原理

當(dāng)啟動洗衣機工作時，門鎖開關(guān)閉合，給進、排水閥等供電。選擇程序旋鈕功能，啟動洗衣機洗滌功能，如果未達到設(shè)定水位時，水位開關(guān)常閉觸點閉合，MCU30腳輸出低電平，經(jīng)IC6，ULN2003反相器2腳入，從15腳輸出高電平，啟動瞬間MCU檢測過零信號[4]，產(chǎn)生一個上升沿的觸發(fā)脈沖，這時雙向可控硅TR2的T2、T1極導(dǎo)通，主洗進水電磁閥線圈得電，滾筒洗衣機開始進水。

排、脫水時，當(dāng)水位開關(guān)檢測桶內(nèi)壓力低（無水時），水位開關(guān)觸點閉合，MCU32腳輸出低電平接到ULN2003反相器的1腳，從16腳輸出高電平，啟動瞬間MCU檢測過零信號，產(chǎn)生一個上升沿的觸發(fā)脈沖，通過R54電阻后加至雙向可控硅的控制腳，TR1的T2、T1極導(dǎo)通，排水泵的線圈有AC220 V，進行排水工作。

4.2? 常見故障檢修

一臺XQG50-807滾筒洗衣機，插上電源插頭后，洗衣機的進水閥不受控制馬上進水。

故障分析與檢修：上門檢查，為洗衣機接通電源，機子進水電磁閥不受控制，馬上工作，開始判斷為進水閥線路短路，細查后未發(fā)現(xiàn)問題。順著線路查到電控板的CN3線排插頭的第三根紅色線，查看該線接的是電路板的TR2貼片雙向可控硅，斷電后使用萬用表測量其T2、T1極阻值已經(jīng)為0 Ω，說明擊穿導(dǎo)通損壞。

檢測其周邊的器件正常，若沒有現(xiàn)成的貼片可控硅，則可以使用1 A以上分立雙向可控硅代替，安裝時注意位置與高度或在板子反面使用硅膠固定安裝器件，并通過引線連接線路與可控硅，故障排除。

接通電源前注意測量是否負載（進水閥線圈）短路。如果負載短路，嚴(yán)禁通電試機，否則會導(dǎo)致新更換的可控硅再次擊穿短路。

同理，排水泵可控硅擊穿、炸裂的概率也比較大，維修過程中必須查清楚短路源后才可再次通電。

5? 電源啟動與程序選擇控制電路原理

電源啟動原理：當(dāng)按下電源啟動按鈕，+5 V供電通過R72限流后，送高電平到MCU17腳，MCU17腳接收到高電平，啟動開機程序（對于突然斷電，主板具有掉電記憶功能）[5]。

程序選擇原理：機子上電開機后，如果調(diào)節(jié)程序選擇旋鈕（脈沖電位器），該脈沖電位器，每旋調(diào)一次，就產(chǎn)生一個脈沖信號，與MCU內(nèi)部的程序中的時序比較，以確定選定的功能。

6? 按鍵指示控制電路原理

按下電源開關(guān)后，調(diào)節(jié)程序選擇按鈕或按下速度、強力去污、啟動/暫停鍵，在對應(yīng)面板上都會有相應(yīng)指示燈顯示，說明用戶已選擇該功能。每按下任意按鈕MCU就會在14腳送出串行數(shù)據(jù)到IC3、IC4（74HC595），經(jīng)移位、寄存?zhèn)鬏敽蠓謩e從IC4的1、2、3腳送出驅(qū)動控制的高電平，對應(yīng)N2-N4貼片三極管工作，通過IC3片選芯片后，從對應(yīng)的引腳送出高電平+5 V到各路受控的發(fā)光二極管，發(fā)光二極管的陰極通過N2-N4控制接地，點亮控制面板對應(yīng)已選擇功能的二極管。

7? 串激式電機模塊

7.1? 串激式電機控制電路工作原理

串激式電機控制原理圖如圖3所示。當(dāng)電機洗滌正轉(zhuǎn)時，從MCU的26腳輸出低電平（或高電平）送到IC6，ULN2003的6腳，經(jīng)反向后從11腳輸出高電平（或低電平），啟動瞬間MCU檢測過零信號，產(chǎn)生一個上升沿的觸發(fā)脈沖，其轉(zhuǎn)速是受到可控硅控制腳的脈寬調(diào)制信號（PWM）實現(xiàn)調(diào)速。接R61電阻后直接連至雙向可控硅的控制腳，可控硅觸發(fā)導(dǎo)通，此時電源L（火線）經(jīng)電刷、轉(zhuǎn)子、電刷后接到繼電器控制線路，JK4繼電器得電，觸頭1-2斷開，1-3接通，電流從定子繞組1端流入，2端流出，經(jīng)繼電器JK5的2-1觸頭后，接入繼電器JK3，JK3同時得電，觸頭1-2斷開，1-3接通，電流進入可控硅的T2極，由于此時可控硅TR4已觸發(fā)導(dǎo)通工作，T2與T1極導(dǎo)通接至電源零線（N），所以電機得電正轉(zhuǎn)。

當(dāng)電機洗滌反轉(zhuǎn)時，從MCU的26腳輸出高電平（或低電平）送到IC6，ULN2003的6腳，經(jīng)反向后從11腳輸出低電平（高電平），啟動瞬間MCU檢測過零信號，產(chǎn)生一個上升沿的觸發(fā)脈沖，其轉(zhuǎn)速是受到可控硅控制腳的脈寬調(diào)制信號（PWM）實現(xiàn)調(diào)速。接R61電阻后直接連接雙向可控硅的控制腳，可控硅觸發(fā)導(dǎo)通，此時電源L（火線）經(jīng)電刷、轉(zhuǎn)子、電刷后接到繼電器控制線路，電流流經(jīng)JK3繼電器的2-1觸頭后進入JK5繼電器的1-2腳，電流從定子繞組的2端流入，1端流出后接到JK4繼電器的1-2端，再接到可控硅TR4的T2極，此時由于可控硅處于導(dǎo)通的工作狀態(tài)，T1極直接接到零線N端，電機得電反轉(zhuǎn)。

7.2? 常見故障檢修

一臺XQG50-807滾筒洗衣機，關(guān)好門未按啟動按鈕，機子就自動單向連續(xù)運轉(zhuǎn)。

故障分析與檢修：上門檢查，發(fā)現(xiàn)機子只要關(guān)好洗衣機門，無需按壓任何按鈕就會自動單向連續(xù)運轉(zhuǎn)。查遍繼電器，未見異常，電機正常，線路無短路、碰線的現(xiàn)象，當(dāng)使用萬用表測量可控硅TR4時，發(fā)現(xiàn)T1、T2極已經(jīng)擊穿短路，如圖3所示。此時只要已關(guān)好門，門鎖觸頭閉合送電，L和N分別接到定子繞組兩端，電機得電運轉(zhuǎn)。

更換TR4，BTA416Y故障排除，維修時只要更換的雙向可控硅電流大于16 A/800 V即可替換。

8? 結(jié)? 論

對基于R5F212K單片機的洗衣機電控系統(tǒng)作實例分析，總結(jié)了其典型故障的排除辦法，將單片機控制器程序在系統(tǒng)模塊中的控制方式具體化、形象化，希望能夠為技術(shù)人員更全面、快速的診斷、維護產(chǎn)品提供參考。

參考文獻：

[1] Renesas Electronics.R8C/2K，R8C/2L Group Hardware Manual. [EB/OL]（2007-12-21）.https：//www.renesas.com/us/en/doc/products/mpumcu/001/rej09b0406_r8c2k2lhm.pdf？key=de54e19af589cacfd93e812944278e8c.

[2] 陳學(xué)平.Altium Designer10.0電路設(shè)計實用教程 [M].北京：清華大學(xué)出版社，2013.

[3] 孫立群.家電維修完全掌握叢書：洗衣機維修技能完全掌握 [M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2013.

[4] 張亞飛.過零檢測信號在全自動洗衣機控制器中的應(yīng)用 [J].日用電器，2013（9）：42-45.

[5] 韓雪濤.新型洗衣機維修技能速練速通 [M].北京：機械工業(yè)出版社，2012.

作者簡介：盧中華（1983.08—），男，漢族，湖北武漢人，講師，本科，主要研究方向：智能家電、單片機、電子CAD等。