基于51單片機(jī)的全自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)

1、目 錄一、題目1二、題目分析及設(shè)計(jì)思路介紹12.1 題目分析：12.2 設(shè)計(jì)思路介紹：1三、方案設(shè)計(jì)說(shuō)明23.1 洗衣程序23.2控制系統(tǒng)的電路組成3四、單元電路設(shè)計(jì)說(shuō)明54.1電源電路54.2單片機(jī)控制電路54.3單片機(jī)的時(shí)鐘電路74.4顯示電路84.5蜂鳴器報(bào)警電路94.6電動(dòng)機(jī)的控制電路104.7進(jìn)水/排水電路114.8按鍵電路11五、 軟件設(shè)計(jì)125.1 主程序設(shè)計(jì)125.2 洗滌程序的設(shè)計(jì)125.3 脫水程序的設(shè)計(jì)13附整個(gè)洗衣程序14六、調(diào)試過(guò)程出現(xiàn)的問(wèn)題19七、體會(huì)與總結(jié)19參考文獻(xiàn)20一、題目設(shè)自動(dòng)洗衣機(jī)的控制要求是：?jiǎn)?dòng)后先開(kāi)啟進(jìn)水閥進(jìn)水，水位到達(dá)設(shè)定值后關(guān)閉，然后波輪按正轉(zhuǎn)

2、5秒、反轉(zhuǎn)5秒，正、反轉(zhuǎn)之間停3秒的規(guī)律不斷循環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)，直至達(dá)到設(shè)定時(shí)間停止，之后打開(kāi)排水閥放水，水放完后洗衣桶旋轉(zhuǎn)脫水，1分鐘后停止并關(guān)閉排水閥，洗衣過(guò)程結(jié)束。要求水位設(shè)置不少于高、中、低三檔，洗衣時(shí)間在312分鐘范圍內(nèi)可調(diào)，以1分鐘為單位，排水時(shí)間定為1分鐘，試設(shè)計(jì)該洗衣機(jī)的控制電路，作業(yè)具體要求如下：1.畫出控制系統(tǒng)的框圖，說(shuō)明系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)的思路、理由或依據(jù)；2.選擇、確定組成控制系統(tǒng)的各個(gè)單元，并闡述選擇確定的原則或依據(jù)；3.畫出完整的電氣原理圖，介紹整體電路的工作原理、性能或特點(diǎn)； 4.如采用單片機(jī)控制，給出單片機(jī)程序的流程圖和清單，說(shuō)明程序的工作原理。 5.制作實(shí)物電路，驗(yàn)證設(shè)計(jì)、制

3、作是否正確。二、題目分析及設(shè)計(jì)思路介紹2.1 題目分析：本題主要是實(shí)現(xiàn)一種較為簡(jiǎn)單的全自動(dòng)洗衣機(jī)的控制。設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于單片機(jī)的控制，即整個(gè)單片機(jī)的控制程序的編寫。同時(shí)也要注意單片機(jī)輸出端與受控對(duì)象的硬件電路設(shè)計(jì)問(wèn)題。2.2 設(shè)計(jì)思路介紹：控制系統(tǒng)主要由電源電路、單片機(jī)控制系統(tǒng)和外部硬件電路構(gòu)成。電源采用三端集成固定穩(wěn)壓器7805提供+5V電源，單片機(jī)控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)控制洗衣機(jī)的工作過(guò)程，主要由AT89S51單片機(jī)、2位7段共陽(yáng)數(shù)碼管、按鍵、蜂鳴器、LED指示燈組成；外部硬件電路有繼電器、三極管、電動(dòng)機(jī)、進(jìn)水電磁閥、排水電磁閥組成。進(jìn)水部分沒(méi)有采用傳感器，而是采用定時(shí)器控制進(jìn)水閥，通過(guò)不同的進(jìn)水時(shí)間

4、來(lái)實(shí)現(xiàn)低、中、高的水位控制。三、方案設(shè)計(jì)說(shuō)明3.1 洗衣程序.洗滌過(guò)程通電后，若不設(shè)置洗衣時(shí)間和水位要求，則洗衣機(jī)默認(rèn)洗滌三分鐘，水位要求為低，從洗滌過(guò)程開(kāi)始。進(jìn)入洗滌過(guò)程，首先進(jìn)水閥接通，開(kāi)始向洗衣機(jī)供水，當(dāng)?shù)竭_(dá)要求水位時(shí)，進(jìn)水閥斷電關(guān)閉，停止進(jìn)水；電機(jī)M接通，波輪按正轉(zhuǎn)5秒、反轉(zhuǎn)5秒，正、反轉(zhuǎn)之間停3秒的規(guī)律不斷循環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)，直至達(dá)到設(shè)定時(shí)間停止。.漂洗過(guò)程洗滌過(guò)程結(jié)束之后進(jìn)入漂洗過(guò)程，與洗滌過(guò)程操作相同，只是時(shí)間短一些，漂洗時(shí)間為2分鐘。.脫水過(guò)程漂洗過(guò)程結(jié)束后，電機(jī)M停止轉(zhuǎn)動(dòng)，排水閥M接通，開(kāi)始排水。排水閥動(dòng)作，排水閥排水一分鐘后，排水閥停止工作，電機(jī)M開(kāi)始正轉(zhuǎn)，帶動(dòng)內(nèi)桶高速旋轉(zhuǎn)，甩干衣物

5、，時(shí)間也為一分鐘。洗衣機(jī)工作流程如圖3.1所示：圖3.1 洗衣機(jī)流程圖3.2控制系統(tǒng)的電路組成該電路主要組成部件是由AT89S51單片機(jī)、指示燈、電動(dòng)機(jī)、蜂鳴器、電控水龍頭、LED顯示燈、及3只控制按鍵組成。其組成如圖3.2所示。電動(dòng)機(jī)有兩個(gè)控制端，一端控制電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)且該端與P2.0相連，另一端控制電動(dòng)機(jī)的反轉(zhuǎn)且該端與P2.1相連。電控水龍頭共兩個(gè)，一個(gè)為進(jìn)水水龍頭且受P1.6的控制，另一個(gè)為排水水龍頭而受P1.7的控制，當(dāng)電控水龍頭的控制端為“0”時(shí)水龍頭打開(kāi)，當(dāng)電控水龍頭的控制端為“1”時(shí)水龍頭關(guān)閉。顯示器通過(guò)74HC573編碼與單片機(jī)相連，采用動(dòng)態(tài)顯示顯示洗滌時(shí)間。蜂鳴器有由P3.5控制

6、，當(dāng)P3.5輸出為“1”時(shí)蜂鳴器發(fā)聲，洗滌結(jié)束時(shí)發(fā)出提示音。本設(shè)計(jì)采用11.0592MHz的晶體振蕩器定時(shí)器0和定時(shí)器1的 設(shè)置為每隔50ms產(chǎn)生一次中斷，用于水位、洗滌、脫水和排水的定時(shí)。 圖3.2洗衣機(jī)控制系統(tǒng)總體電路圖四、單元電路設(shè)計(jì)說(shuō)明4.1電源電路單片機(jī)系統(tǒng)電源部分的電氣原理圖如圖4.1所示。市電220V經(jīng)過(guò)變壓器T變壓為12V交流電，再通過(guò)4只二極管全橋整流，經(jīng)過(guò)電容C9、C10濾波得到光滑的直流電壓后，經(jīng)過(guò)三端穩(wěn)壓管（7805）穩(wěn)壓得到穩(wěn)定的+5V電壓給各器件供電。圖4.1電源部分電路圖4.2單片機(jī)控制電路AT89S51單片機(jī)作為控制部件，該型號(hào)單片機(jī)共有40個(gè)引腳采用雙列直插式

7、的，下面是各個(gè)引腳的功能：(1) 輸入/輸出口線P0.0P0.7 P0口的8位雙向口線。P1.0P1.7 P1口的8位雙向口線；內(nèi)部具有上拉電阻。P2.0P2.7 P2口的8位雙向口線；內(nèi)部具有上拉電阻。P3.0P3.7 P3口的8位雙向口線；內(nèi)部具有上拉電阻。還具有第二功能見(jiàn)表4-2-1。表4-2-1 P3口的第二功能口線第二功能信號(hào)名稱P3.0RXD串行數(shù)據(jù)接收P3.1TXD串行數(shù)據(jù)發(fā)送P3.2INT0外部中斷0的申請(qǐng)P3.3INT1外部中斷1的申請(qǐng)P3.4T0定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0計(jì)數(shù)輸入P3.5T1定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1計(jì)數(shù)輸入P3.6WR外部RAM寫選通P3.7RD外部RAM讀選通2）控制信號(hào)線

8、RST-復(fù)位輸入信號(hào)高電平有效,用以完成單片機(jī)的復(fù)位初始化操作。EA/Vpp-外部程序存貯器訪問(wèn)允許信號(hào)/編程電壓輸入端，當(dāng)EA信號(hào)為低電平時(shí)，對(duì)ROM的讀操作限定在外部程序存儲(chǔ)器；當(dāng)EA信號(hào)為高電平時(shí)，對(duì)ROM的讀操作是從內(nèi)部程序存儲(chǔ)器開(kāi)始的，并可延至外部程序存儲(chǔ)器。PSEN-低電平有效，可實(shí)現(xiàn)對(duì)外部ROM單元的讀操作。ALE/PROG-低字節(jié)地址鎖存信號(hào)/編程脈沖輸入端3）電源和外部晶振引腳Vcc-電源電壓輸入引腳GND-電源地XAL1、XTAL2-外部晶振引腳4）存儲(chǔ)器的分配 AT89S51的內(nèi)部共有256個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元，通常把這256個(gè)單元按其功能劃分為兩部分：低128單元和高128單

9、元，其中低128個(gè)單元供用戶暫存中間數(shù)據(jù)，可讀可寫，掉電后數(shù)據(jù)會(huì)丟失；高128個(gè)單元被專用寄存器占用。其中內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的分配情況如圖4.2所示:圖4.2數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的分配情況圖4.3單片機(jī)的時(shí)鐘電路時(shí)鐘電路由晶振元件與單片機(jī)內(nèi)部電路組成，產(chǎn)生的振蕩頻率為單片機(jī)提供時(shí)鐘信號(hào)，供單片機(jī)信號(hào)定時(shí)和計(jì)時(shí)。在AT89S51單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)高增益反相放大器，其輸入端引腳為XTAL1，其輸出端為XTAL2。只要在兩引腳之間跨接晶體振蕩器和微調(diào)電容C4、C5，就可以構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器。本設(shè)計(jì)采用圖4.3 所示電路。一般地，電容C1和C2取33pf左右；晶體振蕩器，簡(jiǎn)稱晶振，頻率范圍是1.212MHz。晶

10、振頻率越高，系統(tǒng)的時(shí)鐘頻率也就越高，單片機(jī)的運(yùn)行速度也就越快。在通常情況下，使用振蕩頻率為6MHz或12MHz的晶振。如果系統(tǒng)中使用了單片機(jī)的串行口通信，則一般使用頻率為11.0592MHz的晶振。而在本次設(shè)計(jì)中采用的是頻率為11.0592MHz的晶振。圖4.3 單片機(jī)時(shí)鐘電路4.4顯示電路顯示模塊由發(fā)光二極管和LED顯示器組成。LED（Light Emiting Diode）是發(fā)光二極管英文名稱的縮寫。本次設(shè)計(jì)中我們采用發(fā)光二極管主要是用來(lái)指示洗衣機(jī)的工作狀態(tài)。5個(gè)發(fā)光二極管分別跟單片機(jī)的P1口的5個(gè)I/O口連接，分別用來(lái)顯示不同的洗衣機(jī)工作狀態(tài)，如圖4.4.1所示。當(dāng)發(fā)光二極管的負(fù)極所對(duì)應(yīng)

11、的P1口為低電平時(shí)，發(fā)光二極管導(dǎo)通。圖4.4.1 LED顯示電路2.LED顯示器是由發(fā)光二極管構(gòu)成的，所以在顯示器前面冠以“LED”。本次設(shè)計(jì)只是顯示時(shí)間，所以采用LED顯示器就可以達(dá)到目的了。如圖4.4.2所示:圖4.4.2 LED顯示電路圖本次設(shè)計(jì)中我們采用的是2位共陽(yáng)極數(shù)碼管，其中段碼線占用1個(gè)8位I/O口，即為P0口，而位選占用2個(gè)I/O口，在P2.6和P2.7口。由于各位的段碼線并聯(lián)，8位I/O口輸出的段碼對(duì)各個(gè)顯示位來(lái)說(shuō)都是相同的。因此，在同一時(shí)刻，如果各位位選都處于選通狀態(tài)的話，2位LED將顯示相同的字符。若要各位LED能夠顯示出與本位相應(yīng)的顯示字符，就必須采用動(dòng)態(tài)顯示，即在某一

12、時(shí)刻，只讓一位的位選線處于選通狀態(tài)，而其他各位的位選處于關(guān)閉狀態(tài)，同時(shí)，段碼線上輸出相應(yīng)位要顯示的字符段碼。這樣，在同一時(shí)刻，2位LED中只有選通的那位顯示字符，而其他1位則是熄滅的。同樣，在下一時(shí)刻，只讓下一位的位選處于選通狀態(tài)，而其他各位的位選線處于關(guān)閉狀態(tài)，在段碼線上輸出將要顯示字符的段碼，則同一時(shí)刻，只有選通位顯示出相應(yīng)的字符，而其他各位都是熄滅的。如此循環(huán)下去，就可以使各位顯示出將要顯示的字符。雖然這些字符是在不同時(shí)刻出現(xiàn)的，而在同一時(shí)刻，只有一位顯示，其他各位熄滅，但由于LED顯示器的余輝和人眼的視覺(jué)暫留作用，只要每位顯示間隔足夠短，則可以造成多位同時(shí)亮的假象，達(dá)到同時(shí)顯示的效果。

13、4.5蜂鳴器報(bào)警電路本設(shè)計(jì)采用無(wú)源蜂鳴器，單片機(jī)必須輸出固定頻率的方波信號(hào)，其工作電壓范圍寬，4-12V，需要外圍元件少，電壓增益可調(diào)范圍為20-200。通過(guò)CPU的P3.5輸出高電平來(lái)控制蜂鳴器報(bào)警。如圖4.5所示：圖4.5 蜂鳴器電路4.6電動(dòng)機(jī)的控制電路1.繼電器的作用繼電器是在自動(dòng)控制電路中起控制與隔離作用的執(zhí)行部件，它實(shí)際上是一種可以用低電壓、小電流來(lái)控制高電壓、大電流的自動(dòng)開(kāi)關(guān)。2.電動(dòng)機(jī)控制電路的工作原理電動(dòng)機(jī)M控制部分的電氣原理圖如圖4.6所示。電動(dòng)機(jī)有兩個(gè)控制端，一端控制電機(jī)正傳該端與P2.0相連，另一端控制電機(jī)反轉(zhuǎn)該端與P 2.1相連。系統(tǒng)供電時(shí)交流220V電壓經(jīng)過(guò)繼電器加

14、在電動(dòng)機(jī)的兩個(gè)控制端。當(dāng)洗衣機(jī)接到“正轉(zhuǎn)”指令時(shí)P2.0輸出高電平經(jīng)過(guò)R2、Q4使得繼電器RL1線圈得電導(dǎo)通RL1，從而使得電機(jī)正轉(zhuǎn)。當(dāng)洗衣機(jī)接到“反轉(zhuǎn)”的指令時(shí)P2.1輸出高電平經(jīng)過(guò)R3、Q5使得繼電器RL2線圈得電導(dǎo)通RL2，從而使得電機(jī)反轉(zhuǎn)。圖4.6電機(jī)控制電路4.7進(jìn)水/排水電路如圖4.7所示，進(jìn)水閥受P1.6的控制，出水閥受P1.7的控制。當(dāng)電控水龍頭的控制端P1.6為“0”時(shí)，RL4線圈得電使得進(jìn)水閥打開(kāi)。當(dāng)電控水龍頭的控制端P1.7為“0”時(shí)，RL3線圈得電使得出水閥打開(kāi)。圖4.7 進(jìn)/出水電路圖4.8按鍵電路如圖4.8所示，按鍵未按下時(shí)單片機(jī)P1.5-7均為高電位，有按鍵按下時(shí)

15、，相應(yīng)的單片機(jī)端口就能檢測(cè)到低電位，從而完成按鍵的檢測(cè)。圖4.8 按鍵電路5、 軟件設(shè)計(jì)5.1 主程序設(shè)計(jì)根據(jù)硬件設(shè)計(jì)要求控制主程序流程圖如圖5.1所示。洗衣機(jī)通電之后單片機(jī)上電首先進(jìn)行程序的初始化以及各參數(shù)初值的設(shè)定。默認(rèn)洗衣時(shí)間為3分鐘，水位為低水位。然后掃描按鍵的狀態(tài)確定洗衣過(guò)程。當(dāng)發(fā)現(xiàn)啟動(dòng)鍵按下洗衣機(jī)從待命狀態(tài)進(jìn)入工作狀態(tài)。完成進(jìn)水、洗滌、排水、脫水、提醒的循環(huán)過(guò)程。當(dāng)洗衣結(jié)束時(shí)控制蜂鳴器發(fā)聲。圖5.1 主程序流程圖5.2 洗滌程序的設(shè)計(jì)洗滌是洗衣過(guò)程中的主要步驟。當(dāng)進(jìn)水結(jié)束后進(jìn)入洗衣?tīng)顟B(tài)，洗衣開(kāi)始，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)-停止-反轉(zhuǎn)一直循環(huán)，當(dāng)洗衣時(shí)間等于零時(shí)，洗衣結(jié)束且進(jìn)入排水。程序流程圖如圖

16、5.2所示：圖5.2 洗滌程序流程圖5.3 脫水程序的設(shè)計(jì)脫水前先打開(kāi)排水閥排水。然后啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)脫水并保持排水閥開(kāi)啟，然后停止脫水,并且蜂鳴器報(bào)警提醒用戶洗衣完成。程序流程圖如圖5.3所示:圖5.3 脫水程序流程圖附整個(gè)洗衣程序 #include <reg51.h> #define uchar unsigned char #define uint unsigned int sbit dula=P26; sbit wela=P27; sbit key1=P15; sbit key2=P16; sbit key3=P17; uchar code talbe= /編碼LED 0-12 0

17、x3f,0x06,0x5b,0x4f, 0x66,0x6d,0x7d,0x07, 0x7f,0x6f,0x77,0x7c; void delayms(uint); /延時(shí)子程序 void keyscan(); /按鍵掃描 void wash(uint,uint); /洗滌子程序 void display(uint); /顯示子程序 void water(uint); /進(jìn)水子程序 void dry(); /脫水子程序 void main() while(1)keyscan();while(time*60)>0) /洗滌過(guò)程(time*60)-;P23=0; /打開(kāi)排水閥delayms(3

18、0000) delayms(30000) /延時(shí)1分鐘P23=1; /關(guān)閉排水閥dry(); /脫水過(guò)程beep(); /蜂鳴提示洗衣結(jié)束 void delayms(uint xms) /延時(shí)約xmsuint i,j;for(i=xms;i>0;j-);void beep()P10=1; /運(yùn)行燈熄滅P11=0; /點(diǎn)亮結(jié)束指示燈P12=1; /關(guān)閉水位指示燈P13=1;P14=1;P35=1; /蜂鳴器啟動(dòng)void display(uint) /顯示子函數(shù)uchar shiwei,gewei;shiwei=time%10; /取時(shí)間的十位gewei=time/10 /取時(shí)間的個(gè)位whl

19、ie(1)dula=1;P0=tableshiwei; /送十位段選數(shù)據(jù)dula=0;P0=0xff; /送位選數(shù)據(jù)前關(guān)閉所有顯示，防止打亂顯示wela=1;P0=0xfe; /送位選數(shù)據(jù)wela=0;delayms(20); /延時(shí)dula=1;P0=tablegewei; /送十位段選數(shù)據(jù)dula=0;P0=0xff;wela=1;P0=0xfd;wela=0;delayms(20);void dry()uint num;TMOD=0x11; /設(shè)置定時(shí)器0為工作方式1TH0=(65536-45872)/256; /裝初值11.0592M晶振定時(shí)50ms數(shù)為45872TL0=(65536-

20、45872)%256;EA=1; /開(kāi)總中斷ET0=1; /開(kāi)定時(shí)器0中斷TR0=1; /啟動(dòng)定時(shí)器0P23=0;/打開(kāi)排水閥P20=1; / 開(kāi)電機(jī)正轉(zhuǎn)線圈void T0() interrupt 1TH0=(65536-45872)/256; /重裝初值TL0=(65536-45872)%256;num+;if(num=1200) /1分鐘后關(guān)閉線圈P20=0;void keyscan()uint x=2,time=3;if(key1=0)delayms(10);if(key1=0)water(x);P10=0; /運(yùn)行燈點(diǎn)亮if(key2=0) /檢查洗滌時(shí)間設(shè)置delayms(10);i

21、f(key2=0)time=time+1;if(time>12) /最長(zhǎng)洗滌時(shí)間為12分鐘time=3;display(time);if(key3=0) /檢查水位設(shè)置delayms(10);if(key2=0);x=x+1;P1(x)=0;if(x=4)x=2;void wash(uint time,uint x)uint num1,num2;TMOD=0x11; /設(shè)置定時(shí)器0為工作方式1,定時(shí)器1為工作方式1TH0=(65536-45872)/256; /裝初值11.0592M晶振定時(shí)50ms數(shù)為45872TL0=(65536-45872)%256;EA=1; /開(kāi)總中斷ET0=1

22、; /開(kāi)定時(shí)器0中斷TR0=1; /啟動(dòng)定時(shí)器0P20=1; /電機(jī)正轉(zhuǎn)while(time*60)>0) /等待發(fā)生(time*60)-;void T0() interrupt 1TH0=(65536-45872)/256; /重裝初值TL0=(65536-45872)%256;num1+;if(num1=100) /5sP20=0; /電機(jī)停止正轉(zhuǎn)ET1=1; /開(kāi)定時(shí)器1中斷TR1=1; /啟動(dòng)定時(shí)器1void T1() interrupt 3TH0=(65536-45872)/256; /重裝初值TL0=(65536-45872)%256;num2+;if(num2=60) /3sP21=1; /電機(jī)反轉(zhuǎn)void water(uint x) /進(jìn)水子程序uint num;TMOD=0x11; /設(shè)置定時(shí)器0為工作方式1TH0=(65536-45872)/256; /裝初值11.0592M晶振定時(shí)50ms數(shù)為45872TL0=(65536-45872)%256;EA=1; /開(kāi)總中斷ET0=1; /開(kāi)定時(shí)器0中斷TR0=1; /啟動(dòng)定時(shí)器0P22=0; / 開(kāi)進(jìn)水閥void T0()