單片機(jī)課程設(shè)計(jì)基于C5的全自動(dòng)洗衣機(jī)控制器設(shè)計(jì)

課程設(shè)計(jì)單片機(jī)系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)成績?cè)u(píng)定表設(shè)計(jì)課題基于89C51的全自動(dòng)洗衣機(jī)控制器設(shè)計(jì)學(xué)院名稱：電氣工程學(xué)院專業(yè)班級(jí)：學(xué)生姓名：學(xué)號(hào)：指導(dǎo)教師：設(shè)計(jì)地點(diǎn)：設(shè)計(jì)時(shí)間：指導(dǎo)教師意見：成績:簽名：年月日單片機(jī)系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)名稱：基于89C51的全自動(dòng)洗衣機(jī)控制器設(shè)計(jì)專業(yè)班級(jí)：學(xué)生姓名：學(xué)號(hào)：指導(dǎo)教師：課程設(shè)計(jì)地點(diǎn)：課程設(shè)計(jì)時(shí)間：單片機(jī)系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué)生姓名專業(yè)班級(jí)學(xué)號(hào)題目課題性質(zhì)工程設(shè)計(jì)課題來源自擬指導(dǎo)教師主要內(nèi)容（參數(shù)）利用89C51設(shè)計(jì)全自動(dòng)洗衣機(jī)，實(shí)現(xiàn)以下功能：可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)洗滌功能衣物脫水功能洗衣機(jī)完成一次洗滌之后會(huì)發(fā)出警報(bào)，提示已經(jīng)洗完任務(wù)要求（進(jìn)度）第1-2天：熟悉課程設(shè)計(jì)任務(wù)及要求，查閱技術(shù)資料，確定設(shè)計(jì)方案。第3-4天：按照確定的方案設(shè)計(jì)單元電路。要求畫出單元電路圖，元件及元件參數(shù)選擇要有依據(jù)，各單元電路的設(shè)計(jì)要有詳細(xì)論述。第5-6天：軟件設(shè)計(jì)，編寫程序。第7-8天：實(shí)驗(yàn)室調(diào)試。第9-10天：撰寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告。要求內(nèi)容完整、圖表清晰、文理流暢、格式規(guī)范、方案合理、設(shè)計(jì)正確，篇幅不少于6000字。主要參考資料[1]張迎新．單片微型計(jì)算機(jī)原理、應(yīng)用及接口技術(shù)（第2版）[M]．北京：國防工業(yè)出版社，2004[2]熊志奇．微機(jī)自動(dòng)配料控制系統(tǒng)[J]．電子技術(shù)應(yīng)用，1997，(10)：30-32[3]周建洪．自動(dòng)配料控制系統(tǒng)的研制[J]．工礦自動(dòng)化，2003，(06)：27-29[4]張慶彬，畢麗紅，王鑄．\o"工業(yè)自動(dòng)配料系統(tǒng)的精度分析"工業(yè)自動(dòng)配料系統(tǒng)的精度分析[J]．自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用，2005，(05)：79-81[5]中國電子網(wǎng)http://www.21IC.com審查意見系（教研室）主任簽字：年月日目錄1概述 32總體方案設(shè)計(jì) 42.1全自動(dòng)洗衣機(jī)的工作流程 42.2硬件組成 53硬件電路設(shè)計(jì) 53.189C51 53.2晶振電路 53.3復(fù)位電路 63.4啟動(dòng)電路 63.5注水電路，放水電路 63.6洗滌電機(jī)控制電路 73.7警報(bào)電路 104軟件設(shè)計(jì) 114.1主程序流程圖 114.2中斷服務(wù)程序流程圖 134.3子函數(shù)流程圖 145總結(jié) 146參考文獻(xiàn) 15附錄A 16附錄B 171概述當(dāng)今社會(huì)，洗衣機(jī)已經(jīng)滲透到各個(gè)家庭了，人們對(duì)于這種東西已經(jīng)不會(huì)再陌生，也越來越離不開洗衣機(jī)。洗衣機(jī)的便利讓人們節(jié)省了許許多多的時(shí)間，而且洗滌之后的效果也比人手洗的更加干凈。而自從推出了全自動(dòng)洗衣機(jī)之后，洗衣機(jī)變得更加可靠。全自動(dòng)洗衣機(jī)就是將洗衣的全過程（泡浸-洗滌-漂洗-脫水）預(yù)先設(shè)定好N個(gè)程序，洗衣時(shí)選擇其中一個(gè)程序，打開水龍頭和啟動(dòng)洗衣機(jī)開關(guān)后洗衣的全過程就會(huì)自動(dòng)完成，無需人操作，只需要按下開始按鈕便可。其工作原理可以簡述為：洗衣機(jī)的洗滌過程主要是在機(jī)械產(chǎn)生的排滲、沖刷等機(jī)械作用和洗滌劑的潤濕、分散作用下，將污垢拉入水中來實(shí)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，由于慣性作用運(yùn)動(dòng)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(duì)運(yùn)動(dòng)，水流與衣物便發(fā)生相對(duì)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(yùn)動(dòng)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。簡單來說，洗衣機(jī)的洗滌功能主要來源于兩大原理，相對(duì)運(yùn)動(dòng)和離心力。相對(duì)運(yùn)動(dòng)是指在電機(jī)實(shí)行正轉(zhuǎn)時(shí)，突然反轉(zhuǎn)，使的本來正轉(zhuǎn)的衣物與反轉(zhuǎn)的衣物相互摩擦或者與帶有洗衣液的水相撞從而去除污漬。離心力是指衣物隨著水的旋轉(zhuǎn)方向而逐漸離開中心，從而能使得衣物貼近桶壁。2總體方案設(shè)計(jì)2.1全自動(dòng)洗衣機(jī)的工作流程（1）注入水，待水面達(dá)到一定高度的時(shí)候?qū)⑼Ｖ棺⑺?，觸發(fā)啟動(dòng)信號(hào)；（2）單片機(jī)收到啟動(dòng)信號(hào)之后，對(duì)單片機(jī)的I/O口進(jìn)行分配，用I/O口的高低電平來控制電機(jī)。此過程是用單片機(jī)控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，正反轉(zhuǎn)時(shí)間相同，以達(dá)到除去污染物的功能；（3）應(yīng)用定時(shí)器控制其工作時(shí)間，洗滌時(shí)間為30分鐘；（4）當(dāng)定時(shí)時(shí)間到了，可以停止洗滌了；（5）放水，啟動(dòng)放水電機(jī)；（6）此步驟為脫水過程，脫水過程就是讓電機(jī)正轉(zhuǎn)，定時(shí)5分鐘；（7）脫水完成之后，將停止電機(jī)運(yùn)作。圖2-1-12.2硬件組成硬件功能圖圖2-2-13硬件電路設(shè)計(jì)各元件電路分析3.189C51單片機(jī)是本次設(shè)計(jì)的核心部分，通過對(duì)單片機(jī)進(jìn)行編程，從而實(shí)現(xiàn)I/O口電平的高低變化，以此來控制要控制的對(duì)象；3.2晶振電路單片機(jī)的工作需要時(shí)鐘，而晶振電路是給單片機(jī)提供時(shí)鐘的一個(gè)外部電路；圖3-13.3復(fù)位電路復(fù)位電路是當(dāng)單片機(jī)運(yùn)行時(shí)需要恢復(fù)至原始狀態(tài)時(shí)而需要設(shè)計(jì)的電路，實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，只需要給RESET一個(gè)10ms以上的高電平就可以實(shí)現(xiàn)復(fù)位了；圖3-23.4啟動(dòng)電路啟動(dòng)電路比較簡單，給I/O口一個(gè)低電平即可動(dòng)作；圖3-33.5注水電路，放水電路如下圖所示，單片機(jī)P1.2、P1.3口通過1K上拉電阻給8050NPN型三極管的基極供電，M1為供水電機(jī)，M2為放水電機(jī)；圖3-43.6洗滌電機(jī)控制電路該部分電路可設(shè)計(jì)成兩種電路，一種是控制直流電機(jī)，另一種是用直流電路控制交流電機(jī)。1控制直流電機(jī)法圖3-5該控制電路為控制直流電機(jī)法，這是一個(gè)典型的H橋電路，當(dāng)P1.0輸入高電平時(shí)，Q21導(dǎo)通，此時(shí)Q63的基極得到一個(gè)低電平，Q61截止，Q63導(dǎo)通。P1.1輸入低電平，Q22截止，Q60基極得到一個(gè)高電平，Q60導(dǎo)通，Q62截止，此時(shí)電機(jī)M10得到一個(gè)向左的電流，此時(shí)為反轉(zhuǎn)，正轉(zhuǎn)則反之。此法簡單容易控制，不過有缺點(diǎn)，因?yàn)槭艿饺龢O管的耐壓限制，只能運(yùn)用于低壓直流電機(jī)上，實(shí)際可靠性不高。2直流電流控制三相交流電動(dòng)機(jī)法圖3-6圖3-7這種方法需要用到電氣控制，用直流中間繼電器控制交流接觸器的線圈通斷。該部分分為兩個(gè)電路，一個(gè)直流部分，一個(gè)交流部分。直流部分見圖3-6，交流部分見圖3-7。當(dāng)P1.0口為高電平，Q20導(dǎo)通，KA1無電流通過，KM1不得電。當(dāng)P1.0為低電平，Q20截止，此時(shí)KA1線圈得電吸合，KA1常開閉合，KM1得電，此為正轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)則控制P1.1口為0，P1.0為1。經(jīng)查證，該款直流中間繼電器MY2NJ-DC24V額定電壓220VAC，最大開關(guān)電壓250VAC，線圈吸合電流為36.9mA，當(dāng)Q20截止時(shí)，流過KA1上的電流I=24V/250=96mA>36.9mA,所以是可以吸合的。3.7警報(bào)電路當(dāng)P1.4口輸出一個(gè)低電平，Q34導(dǎo)通，此時(shí)蜂鳴器響起，觸發(fā)警報(bào)，提示已經(jīng)完成工作。4軟件設(shè)計(jì)4.1主程序流程圖圖4-1-1圖4-1-1便是本次全自動(dòng)洗衣機(jī)設(shè)計(jì)電路的主函數(shù)部分，總體思路比較簡單。對(duì)外部中斷0的初始化和對(duì)定時(shí)器0的初始化。首先是設(shè)置定時(shí)器0的工作方式，選定為工作方式1。定時(shí)器工作方式1是16位定時(shí)器，有高八位和低八位。選定為定時(shí)器，令D2位為0，GATE位為門控位，在本次設(shè)計(jì)中沒用到，使之置0。由圖4-1-3可以知道，當(dāng)M1=0，M0=1時(shí)，工作方式為1，于是應(yīng)該使TMOD的值設(shè)定為00000001B，即是01H。圖4-1-2圖4-1-3第二步則是裝初值。裝初值之前，必須要了解51單片機(jī)的計(jì)數(shù)/定時(shí)方法。51單片機(jī)的定時(shí)器是從65536（假設(shè)是方式1）到0從高到低的順序來進(jìn)行計(jì)數(shù)定時(shí)的，于是TH0=（65536-要定時(shí)的時(shí)間）/256，TH0為高八位數(shù)據(jù)；同樣可以得到低八位TL0=（65536-要定時(shí)的時(shí)間）%256。第三步設(shè)置TCON。因?yàn)橐玫酵獠恐袛?，所以需要把外部中斷0的觸發(fā)方式選擇一下。IT0是選擇外部中斷0的觸發(fā)方式位，當(dāng)IT0=0時(shí)為電平觸發(fā)方式，當(dāng)IT0=1時(shí)為邊沿觸發(fā)方式。一般常用的外部中斷觸發(fā)方式為邊沿觸發(fā)方式，即是IT0=1。圖4-1-4第四步是設(shè)置中斷允許寄存器IE。在主函數(shù)中，總共需要打開四個(gè)中斷允許位，外部中斷0中斷允許位，定時(shí)器0中斷允許位，總中斷允許位。需要做的只是讓ET0=1，EX0=1，EA=1即可。圖4-1-5最后一步就是等待中斷服務(wù)函數(shù)的到來，在C語言中可以用while（1）；來實(shí)現(xiàn)。4.2中斷服務(wù)程序流程圖圖4-2-1如圖4-2-1所示，這是整個(gè)控制程序的中心部分，中斷服務(wù)函數(shù)。總共采用了兩個(gè)中斷源，一個(gè)是外部中斷0，一個(gè)是定時(shí)器中斷0?？傮w思路是從按鍵中檢測是否有按鍵按下，然后打開注水開關(guān)，而后打開定時(shí)器開始計(jì)時(shí)。每隔50ms進(jìn)入一次定時(shí)器中斷。以1s為基準(zhǔn)，讓50ms循環(huán)20次便得到1s，而后以1s為基準(zhǔn)，需要定時(shí)多長的時(shí)候就直接可以使用1s基準(zhǔn)。注水完成之后便是洗滌過程，啟動(dòng)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，持續(xù)30min，正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)一次5s。洗滌過程完成之后，打開放水電機(jī)，放水5min，放水完成之后脫水，脫水完成啟動(dòng)警報(bào)，結(jié)束。程序詳細(xì)運(yùn)行過程：檢測是否有鍵盤按下，如果有，則觸發(fā)外部中斷0，在外部中斷0函數(shù)內(nèi)部使P1.2輸出低電平，打開注水電機(jī)，打開定時(shí)器0，開始計(jì)時(shí)。直到5min后停止注水，標(biāo)志位置1。當(dāng)標(biāo)志位置1時(shí)，開始進(jìn)行洗滌過程。驅(qū)動(dòng)電機(jī)正反轉(zhuǎn)，正轉(zhuǎn)置P1.1為1，反轉(zhuǎn)置P1.0為0；反轉(zhuǎn)置P1.1為0，P1.0為1。正反轉(zhuǎn)各五秒，一個(gè)周期為10秒，總共要持續(xù)30min，也即是需要循環(huán)180次。當(dāng)洗滌30min之后，應(yīng)該令標(biāo)志位置2。當(dāng)標(biāo)志位為2時(shí)，放水電機(jī)打開，定時(shí)5min。完成后進(jìn)行脫水處理。脫水處理的主要辦法是令電機(jī)正轉(zhuǎn)5min。5min后標(biāo)志位置3。當(dāng)標(biāo)志位為3時(shí)，打開警鈴，告知已經(jīng)完成洗滌，響鈴10s。響鈴?fù)瓿芍?，?biāo)志位清零。所有數(shù)據(jù)復(fù)位，定時(shí)器關(guān)閉，回到主函數(shù)等待下一次中斷響應(yīng)。4.3子函數(shù)流程圖子函數(shù)比較簡單，主要有注水電機(jī)的驅(qū)動(dòng)程序，洗滌時(shí)正反轉(zhuǎn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)程序，放水電機(jī)的驅(qū)動(dòng)程序，脫水時(shí)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)程序以及驅(qū)動(dòng)蜂鳴器的程序。這些子函數(shù)比較簡單，都是進(jìn)行一個(gè)I/O口的高低電平輸出，然后用定時(shí)器進(jìn)行延時(shí)。在此處便不作流程圖，子程序見附錄。5總結(jié)本次設(shè)計(jì)相當(dāng)來說比較簡單，對(duì)單片機(jī)的控制要求不高，只是使用到了中斷系統(tǒng)，定時(shí)器和幾個(gè)I/O口，最難的是對(duì)硬件電路的設(shè)計(jì)。硬件電路設(shè)計(jì)中最難搞的一點(diǎn)就是參數(shù)的選取，對(duì)于一個(gè)完整的電路圖而已，要取得電路中的元件參數(shù)是難點(diǎn)。對(duì)于不同的電壓，要選取什么信號(hào)的三極管，其最大開關(guān)電流是多少，放在電路中會(huì)不會(huì)燒壞，電阻要選多少才能有效限流等等這些問題，都是一些初學(xué)者比較難以搞懂的東西。尤其是交流控制直流那部分，一開始有些想不通，我曾經(jīng)嘗試過用一個(gè)NPN型三極管當(dāng)開關(guān)，在集電極處直接接交流負(fù)載（交流負(fù)載為一個(gè)電阻和一個(gè)交流接觸器線圈串聯(lián)，而且有24VAC供電），在交流電路和直流電流之間用一個(gè)電容連接。（該電容是用來阻擋直流電進(jìn)入交流電路的）后來覺得不妥，因?yàn)榧词谷龢O管基極輸出高電平，集電極處該有低電平，但是，對(duì)于交流電而已，電容本身也是一個(gè)阻抗，而且電容一般是uF級(jí)別，非常小，從而得到的阻抗也不小，從而可能導(dǎo)致電容上分擔(dān)了大部分電壓，使通過線圈的電流并未減小到線圈釋放的程度，從而無法關(guān)斷電機(jī)。因此沒有采用此方案，而是采用了24V直流中間繼電器來進(jìn)行過渡，讓直流中間繼電器的常開觸點(diǎn)控制KM1和KM2，達(dá)到了不錯(cuò)的效果。設(shè)計(jì)是一個(gè)循行漸進(jìn)的過程，從中一點(diǎn)一點(diǎn)制作，其實(shí)并不會(huì)很難，從中還可以學(xué)到不少的知識(shí)。6參考文獻(xiàn)[1]百度百科—全自動(dòng)洗衣機(jī)/link?url=WwNobnBnfYPyOHx8h2LIlydWDKIXbPleYT0IlBAgj2O9vxkal7nnwD8W6vETfl0OAXSlCqo8A7qCFYt7LfAP1a[2]百度百科—三極管8050/link?url=2mEYmChXkSinVQReZSlowpqpOw0Q3Xf6xONZEaJRGsV5GBSvQApZMrgnR_044m4Pb_l9y3V6O2SsE5M3hNvwy_附錄A總體電路圖附錄B源程序#include<reg51.h>sbitP10=P1^0;sbitP11=P1^1;sbitP12=P1^2;sbitP13=P1^3;sbitP14=P1^4;#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintuintnum,num1,num2,flag,num3,num4,num5,num6,t;voidinit()//中斷，定時(shí)器的初始化{ 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