單片機課程設(shè)計（論文）全自動洗衣機控制系統(tǒng)設(shè)計

1、前 言全自動洗衣機綜合運用了大量力學(xué)、電學(xué)、光學(xué)等知識，以下就其原理和構(gòu)造作一分析。洗衣機的洗滌過程主要是在機械產(chǎn)生的排滲、沖刷等機械作用和洗滌劑的潤濕、分散作用下，將污垢拉入水中來實現(xiàn)洗凈的目的。首先充滿于波輪葉片間的洗滌液，在離心力的作用下被高速甩向桶壁，并沿桶壁上升。在波輪中心處，因甩出液體而形成低壓區(qū)，又使得洗滌液流回波輪附近。這樣，在波輪附近形成了以波輪軸線為中心的渦流。衣物在渦流的作用下，作螺旋式回轉(zhuǎn)，吸入中心后又被甩向桶壁，與桶壁發(fā)生摩擦。又由于波輪中心是低壓區(qū)，衣物易被吸在波輪附近，不斷地與波輪發(fā)生摩擦，如同人工揉搓衣物，污垢被迫脫離衣物。其次，當(dāng)衣物被放進(jìn)洗滌液之后，由于慣性

2、作用運動緩慢，在水流與衣物之間存在著速度差，使得兩者發(fā)生相對運動，水流與衣物便發(fā)生相對摩擦，這種水流沖刷力同樣有助于污垢離開衣物。再次由于洗衣涌形狀的不規(guī)則，當(dāng)旋轉(zhuǎn)著的水流碰到桶壁后，其速度和方向都發(fā)生了改變，形成湍流。在湍流的作用下，衣物做無規(guī)則地運動并翻滾，其纖維不斷被彎曲、絞紐扣拉長，衣物相互相摩擦，增大了洗滌的有效面積，提高衣物的洗凈的均勻性。全自動洗衣機是通過水位開關(guān)與電磁進(jìn)水閥配合來控制進(jìn)水、排水以及電機的通斷：從而實現(xiàn)自動控制的。第1章 全自動洗衣機概述電磁進(jìn)水閥起著通、斷水源的作用。如圖1，當(dāng)電磁線圈1斷電時，移動鐵芯2在重力和彈簧力的作用下，緊緊頂在橡膠膜片3上，并將膜片的中

3、心小孔4堵塞，這樣閥門關(guān)閉，水流不通。當(dāng)電磁線圈通電后，移動鐵芯在磁力作用下上移，離開膜片，并使膜片的中心小孔打開，于是膜片上方的水通過中心小孔流入洗衣桶內(nèi)。由于中心小孔的流通能力大于膜片兩側(cè)小孔5的流通能力，膜片上方壓強迅速減小，膜片將在壓力差的作用下上移，閉門開啟，水流導(dǎo)通。水位開關(guān)實際上是一個壓力開關(guān)。如圖2，氣室1的入口與洗衣桶中的貯氣室相聯(lián)接。當(dāng)水注入洗衣桶后，貯氣室口很快被封閉，隨水位上升，貯氣室的水位也上升，被封閉的空氣壓強亦增大，水位開關(guān)中的波紋膜片2受壓而脹起，推動頂桿3運動而使觸點4改變，從而實現(xiàn)自動通斷。智能型模糊控制的全自動洗衣機還可以自動判斷水溫、水位、衣質(zhì)衣量、衣物

4、的臟污情況，決定投放適量的洗滌劑和最佳的洗滌程序。當(dāng)洗衣桶內(nèi)衣物的多少和質(zhì)地不同，而注入水使其達(dá)到相同的水位時，其總重量是不同的。利用這一點，通過對洗衣電動機低速轉(zhuǎn)動后的慣性測量，可以判斷衣質(zhì)和衣量。方法是：在洗衣桶內(nèi)注入一定量水后使電機低速運轉(zhuǎn)，平穩(wěn)后快速斷電，洗衣桶在慣性作用下帶動電機繼續(xù)轉(zhuǎn)動。此時，電機繞組產(chǎn)生反電動勢，對其半波整流并放大整形后獲得一矩形脈沖系列。通過分析脈沖個數(shù)和脈沖寬度。就能得到衣質(zhì)衣量情況。衣物的臟污程度是通過水的透明度來判斷的。在洗衣桶的排水口處加一紅外光電傳感器，使紅外光通過水而進(jìn)入另一側(cè)的接收管。若水的透明度低，接收管獲得的光能小，說明衣物較臟。脫水時采用壓電

5、傳感器。當(dāng)脫水桶高度旋轉(zhuǎn)時，從脫水桶噴射出來的水作用于壓電傳感器上，根據(jù)這個壓力變化，自動停止脫水運轉(zhuǎn)。第2章 fra540變頻器的簡介多功能、通用型，重負(fù)載適用fra5001.功率范圍：0.4800kw（3相220v，fra540系列）2.采用先進(jìn)磁通矢量控制方式，調(diào)速比可達(dá)1：120（0.5-60hz）3.可拆卸式風(fēng)扇和接線端子，維護(hù)方便。4.柔性pwm，實現(xiàn)更低噪音運行。5.內(nèi)置rs485通信口，并可支持各種常用的現(xiàn)場。6.pid等多種功能適合各種應(yīng)用場合。第2.1節(jié) 概述 交流變頻調(diào)速技術(shù)是現(xiàn)代電力傳動技術(shù)重要發(fā)展方向，隨著電力電子技術(shù)，微電子技術(shù)和現(xiàn)代控制理論在交流調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用，

6、變頻交流調(diào)速已逐漸取代了過去的滑差調(diào)速，變極調(diào)速，直流調(diào)速等調(diào)速系統(tǒng)，越來越廣泛的應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)和日常生活的許多領(lǐng)域。 隨著變頻調(diào)速器的廣泛應(yīng)用，許多工程技術(shù)人員對它也有了相當(dāng)?shù)牧私?一般通用型變頻器大致包括以下幾個部分:1整流電路，2直流中間電路，3逆變電路，4控制電路。而產(chǎn)生可調(diào)電壓和可調(diào)頻率的逆變電路，又應(yīng)該是變頻器各組成部分的核心技術(shù)。第2.2節(jié) 驅(qū)動電路 逆變電路主要包括:逆變模塊和驅(qū)動電路。由于受到加工工藝，封裝技術(shù)，大功率晶體管元器件等因數(shù)的影響，目前逆變模塊主要由日本(東芝,三菱,三社,富士,三肯。)及歐美(西門子,西門康,摩托羅拉,ir)等少數(shù)廠家能夠生產(chǎn)。 驅(qū)動電路作為逆變

7、電路的一部分，對變頻器的三相輸出有著巨大的影響。驅(qū)動電路的設(shè)計一般有這樣幾種方式、分立插腳式元件組成的驅(qū)動電路、光耦驅(qū)動電路、厚膜驅(qū)動電路、專用集成塊驅(qū)動電路等幾種。 (1) 分立插腳式元件的驅(qū)動電路 分立插腳式元件組成的驅(qū)動電路在80年代的日本和臺灣變頻器上被廣泛使用,主要包括日本(富士:g2,g5.三肯:svs,svf,mf., 春日,三菱z系列k系列等)臺灣(歐林,普傳,臺安.)等一系列變頻器。隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展及貼片工藝的出現(xiàn),這類設(shè)計電路復(fù)雜，集成化程度低的驅(qū)動電路已逐漸被淘汰。 (2) 光耦驅(qū)動電路 光耦驅(qū)動電路是現(xiàn)代變頻器設(shè)計時被廣泛采用的一種驅(qū)動電路，由于線路簡單，可靠性

8、高，開關(guān)性能好，被歐美及日本的多家變頻器廠商采用。由于驅(qū)動光耦的型號很多，所以選用的余地也很大。驅(qū)動光耦選用較多的主要由東芝的tlp系列，夏普的pc系列,惠普的hcpl系列等。以東芝tlp系列光耦為例。驅(qū)動igbt模塊主要采用的是tlp250，tlp251兩個型號的驅(qū)動光耦。對于小電流(15a)左右的模塊一般采用tlp251。外圍再輔佐以驅(qū)動電源和限流電阻等就構(gòu)成了最簡單的驅(qū)動電路。而對于中等電流(50a)左右的模塊一般采用tlp250型號的光耦。而對于更大電流的模塊，在設(shè)計驅(qū)動電路時一般采取在光耦驅(qū)動后面再增加一級放大電路，達(dá)到安全驅(qū)動igbt模塊的目的。 (3) 厚膜驅(qū)動電路厚膜驅(qū)動電路是

9、在阻容元件和半導(dǎo)體技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種混合集成電路。它是利用厚膜技術(shù)在陶瓷基片上制作模式元件和連接導(dǎo)線，將驅(qū)動電路的各元件集成在一塊陶瓷基片上，使之成為一個整體部件。使用驅(qū)動厚膜對于設(shè)計布線帶來了很大的方便,提高了整機的可靠性和批量生產(chǎn)的一致性，同時也加強了技術(shù)的保密性?，F(xiàn)在的驅(qū)動厚膜往往也集成了很多保護(hù)電路，檢測電路。應(yīng)該說驅(qū)動厚膜的技術(shù)含量也越來越高。 (4) 專用集成塊驅(qū)動電路 現(xiàn)在還出現(xiàn)了專用的集成塊驅(qū)動電路，主要由ir的ir2111，ir2112，ir2113等，其它還有三菱的exb系列驅(qū)動厚膜。三菱的m57956，m57959等驅(qū)動厚膜。此外，現(xiàn)在的一些歐美變頻器在設(shè)計上采用

10、了高頻隔離變壓器加入了驅(qū)動電路中(如丹佛斯vlt系列變頻器)。應(yīng)該說通過一些高頻的變壓器對驅(qū)動電路的電源及信號的隔離，增強了驅(qū)動電路的可靠性，同時也有效地防止了強電部分的電路出現(xiàn)故障時對弱電電路的損壞。在實際的維修中我們也感覺到這種驅(qū)動電路故障率很低，大功率模塊也極少出現(xiàn)問題。 在我們平時的日常生產(chǎn)使用中，大功率模塊損壞是一種常見的故障現(xiàn)象。第23節(jié) 故障現(xiàn)象分析損壞的原因可能是多種多樣的。馬達(dá)短路，對地絕緣不好，電機堵轉(zhuǎn)，外部電源電壓過高都有可能造成變頻器大功率模塊的損壞，我們在實際維修中更換大功率模塊時一定要確定驅(qū)動電路的正常工作。否這更換后很容易引起大功率模塊的再次損壞。另外我們也要了解

11、gtr模塊和igbt模塊驅(qū)動電路的區(qū)別，兩種功率模塊前者為電流驅(qū)動，后者為電壓驅(qū)動。第3章 全自動洗衣機plc控制系統(tǒng)設(shè)計第3.1節(jié) 全自動洗衣機控制系統(tǒng)的設(shè)計要求1畫出全自動洗衣機運行框圖。2根據(jù)控制要求設(shè)計程序及必要的硬件系統(tǒng)。3plc選擇及i/o及其它plc元器件分配。元器件分配。4選擇電器元件，編制元件目錄表。 5繪制梯形圖。6編寫設(shè)計說明書及設(shè)計小結(jié)。第3.2節(jié) plc控制系統(tǒng)設(shè)計的內(nèi)容和步驟全自動洗衣機的洗衣桶（外桶）和脫水桶（內(nèi)桶）是以同一中心安放的。外桶固定，作盛水用。內(nèi)桶可以旋轉(zhuǎn)，作脫水（甩水）用。內(nèi)桶的四周有很多小孔，使內(nèi)外桶的水涌相通。該洗衣機的進(jìn)水和排水分別由進(jìn)水電磁閥

12、和排水電磁閥來執(zhí)行。進(jìn)水時，通過電控系統(tǒng)使進(jìn)水閥打開，經(jīng)進(jìn)水管將水注入到外桶。排水時，通過電控系統(tǒng)使排水閥打開，將水由外桶排出到機外。洗滌正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)由洗滌電動機驅(qū)動波盤正、反轉(zhuǎn)來實現(xiàn)，此時脫水桶并不旋轉(zhuǎn)。脫水時，通過電控系統(tǒng)將離合器合上，由洗滌電動機帶動內(nèi)桶正轉(zhuǎn)進(jìn)行甩干。高、低水位開關(guān)分別用來檢測高、低水位。啟動按鈕用來啟動洗衣機工作。停止按鈕用來實現(xiàn)手動停止進(jìn)水、排水、脫水及報警。排水按鈕用來實現(xiàn)手動排水。plc投入運行，系統(tǒng)處于初始狀態(tài)，準(zhǔn)備好啟動 。 (1) 按下啟動按扭及水位選擇開關(guān)，(2) 開始進(jìn)水直到高（中、 低）水位，關(guān)水(3) 2秒后開始洗滌(4） 洗滌時，正轉(zhuǎn)30s，停2s，

13、然后反轉(zhuǎn)30s，停2s(5) 如此循環(huán)5次，總共320s后開始排水，排空后脫水30s(6) 開始清洗，重復(fù)（2）（5），清洗兩遍(7) 清洗完成，報警3秒并自動停機(8) 若按下停車按扭，可手動排水（不脫水）和手動脫水（不計數(shù)）步驟1根據(jù)課題要求設(shè)定輸入和輸出點。輸入點： 啟動 x1 低水位檢測 x11 停止 x2 手動排水 x12高水位 x3 手動脫水 x13 中水位 x4 低水位 x5 排空檢測 x6 高水位檢測 x7 中水位檢測 x10輸出點：啟動洗衣機 y1 進(jìn)水閥 y2 正轉(zhuǎn) y3 反轉(zhuǎn) y4排水 y5 脫水y6 報警 y7說明：(1) 在洗滌過程中，若外部電源與供水中斷，洗衣機暫時

14、停止工作，當(dāng)電源或供電恢復(fù)后，洗衣機在原來基礎(chǔ)上繼續(xù)工作，知道洗滌完成。(2) 若要求啟動開關(guān)分為標(biāo)準(zhǔn)洗和輕柔洗，試改變有關(guān)輸入點，并在程序中加入輕柔洗功能（輕柔洗過程自定）2根據(jù)要求畫出狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖如圖1.5所示3根據(jù)狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖寫出plc控制程序。4將程序輸入plc。5設(shè)定變頻器程序運行的參數(shù)(1) 在運行模式選擇參數(shù)pr.79=1,時設(shè)定如下參數(shù)： 上限頻率：pr.1=50hz 下限頻率:pr.2=0hz 基底頻率pr.3=50hz加速時間pr.7=5s減速時間pr.8=3s(2) 在pr.79=5時，設(shè)定如下參數(shù): 程序運行分/秒選擇pr.200=2，時間單位是分/秒，監(jiān)視顯示為基準(zhǔn)時間。

15、第一組參數(shù): pr.201=1,50,0.0 pr.202=0,50,0.10 pr.203=2,50,0.13pr.204=1,50,0.0 第二組參數(shù) pr.211=1,50,0.0pr.212=0,50,0.15第3.3節(jié) 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計3.3.1 進(jìn)、出水控制電路設(shè)計全自動洗衣機的進(jìn)、出水控制電路如圖2.5所示。當(dāng)用戶按下電源開關(guān)時，微處器自動檢測洗衣機有無水位，此時引腳 p2.3 送出一個高電平時，三極管vt3 導(dǎo)通,給雙向可控硅 t1的控制極 g 加一個觸發(fā)電壓，使 t1 導(dǎo)通，進(jìn)水閥門打開，洗衣機進(jìn)水。當(dāng)水位到一定的標(biāo)準(zhǔn)時，微處理器發(fā)出一個低電平信號，進(jìn)水閥門觸點斷開，停止進(jìn)

16、水。圖2.5 進(jìn)、出水控制電路3.3.2 水位檢測電路水位檢測機構(gòu)由玻璃管、浮子、金屬滑桿組成，玻璃管與洗衣相連玻璃管的水位就是洗衣桶的水位，在進(jìn)水與出水過程當(dāng)中浮子帶動金屬滑桿上下移動，當(dāng)水位處于最高點或最低點時，金屬滑桿都與地相連，到使89c51引腳int1變?yōu)榈碗娖较騝pu申請中斷。否則int1被上拉電阻上拉變?yōu)楦唠娖?。此時，微處理器p2.3口發(fā)出一個高電平，使進(jìn)水電磁閥觸點閉合， 洗衣機進(jìn)水，開始洗滌。當(dāng)洗滌時間完畢后，微處理器p2.0口發(fā)出一個高電平信號，出水電磁閥得電，出水電磁閥打開，進(jìn)行脫水。當(dāng)工作完畢后，蜂鳴器發(fā)聲，整機停止工作。 圖2.8水位檢測電路第3.4節(jié) 控制系統(tǒng)的軟件

17、設(shè)計3.4.1 控制控制流程圖如圖1.4所示 3.4.2 plc順序功能圖3.4.3 按圖1.6接線。3.4.4 調(diào)試運行，并對運行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控,如圖1.7圖1.7 控制梯形圖3.4.5 根據(jù)順序功能圖寫出plc控制程序（運用步進(jìn)指令編程）ld m8002set s0stl s0ld x1set s1stl s1 out y2ld x3and x7set s2ld x4and x10set s2ld x5and x11set s2stl s2out t0 k20ld t0set s3stl s3out y1out y3out t1 k300ld t1set s4stl s4out t2 k20

18、ld t2set s5stl s5out y1out y4out t3 k300ld t3set s6stl s6out t4ld t4and c01set s7ld t4ani c01set s3stl s7out y5out x6ld x6stl s8out y6out t5 k300ld t5and c0set s9ld t5ani c0set s1stl s9out y7out t6 k30ld t6set s0ret s9end第4章 總結(jié)隨著畢業(yè)日子的到來，課程設(shè)計也接近了尾聲。經(jīng)過幾周的奮戰(zhàn)我的課程設(shè)計終于完成了。課程設(shè)計是在完成了理論課程和畢業(yè)實習(xí)的基礎(chǔ)上對所學(xué)知識一次綜合性的

19、總結(jié)，是工科學(xué)生完成基礎(chǔ)課程之后，將理論與實踐有機聯(lián)系起來的一個重要環(huán)節(jié)，是為以后走向工作崗位能更好的服務(wù)社會打下基礎(chǔ)的重要環(huán)節(jié)。本次課程設(shè)計分為三章：第一章緒論，主要介紹全自動洗衣機的基本原理，洗滌衣服的基本過程及其在社會的廣泛應(yīng)用；第二章主要講述了plc控制系統(tǒng)設(shè)計基本原則及其選擇plc的基本步驟，為全自動洗衣機plc控制系統(tǒng)設(shè)計打下基礎(chǔ)；第三章詳細(xì)講解了全自動洗衣機控制系統(tǒng)設(shè)計的硬件連接和軟件編程。在沒有做課程設(shè)計以前覺得課程設(shè)計只是對這幾年來所學(xué)知識的單純總結(jié)，但是通過這次做課程設(shè)計發(fā)現(xiàn)自己的看法有點太片面。課程設(shè)計不僅是對前面所學(xué)知識的一種檢驗，而且也是對自己能力的一種提高。通過這次

20、課程設(shè)計使我明白了自己原來知識還比較欠缺。自己要學(xué)習(xí)的東西還太多，以前老是覺得自己什么東西都會，什么東西都懂，有點眼高手低。通過這次課程設(shè)計，我才明白學(xué)習(xí)是一個長期積累的過程，在以后的工作、生活中都應(yīng)該不斷的學(xué)習(xí)，努力提高自己知識和綜合素質(zhì)。 在這次課程設(shè)計中也使我們的同學(xué)關(guān)系更進(jìn)一步了，同學(xué)之間互相幫助，有什么不懂的大家在一起商量，聽聽不同的看法對我們更好的理解知識，所以在這里非常感謝幫助我的同學(xué)。總之，不管學(xué)會的還是學(xué)不會的的確覺得困難比較多，真是萬事開頭難，不知道如何入手。最后終于做完了有種如釋重負(fù)的感覺。此外，還得出一個結(jié)論：知識必須通過應(yīng)用才能實現(xiàn)其價值！有些東西以為學(xué)會了，但真正到用的時候才發(fā)現(xiàn)是兩回事，所以我認(rèn)為只有到真正會用的時候才是真的學(xué)會了。 在此要感謝我們的指導(dǎo)老師羅老師、朱老師和李老師對我們悉心的指導(dǎo)，感謝老師們給我們的幫助。在設(shè)計過程中，我通過查閱大量有關(guān)資料，與同學(xué)交流經(jīng)驗和自學(xué)，并向老師請教等方式，使自己學(xué)到了不少知識，也經(jīng)歷了不少艱辛，但收獲同樣巨大。在整個設(shè)計中我懂得了許多東西，也培養(yǎng)了我獨立工作的能力，樹立了對自己工作能力的信心，相信會對今后的學(xué)習(xí)工作生活有非常重要的影響。而且大大提高