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

滾筒洗衣機(jī)和波輪洗衣機(jī)一樣具有不銹鋼內(nèi)桶結(jié)構(gòu)，普遍也通過單片機(jī)進(jìn)行控制，具有質(zhì)地較好的外殼和內(nèi)置平衡裝置一同來平衡滾筒旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的巨大離心力，重復(fù)的洗衣運(yùn)動(dòng)加上洗滌液和水進(jìn)行共同作用使衣物洗滌干凈。滾筒式洗衣機(jī)具有如下性能：1、水溫的平衡可以更好地軟化衣物纖維，減小洗滌過程中衣物的損傷和變形程度，并且還可以使洗后的衣物柔軟而蓬松；2、洗滌過程中加熱的水溫可充分溶解洗滌液，加快洗滌液中弱酸性物質(zhì)與污物的化學(xué)反應(yīng)速度，提高洗衣粉中酶的活性；3、溫度高有利于污物在水中的擴(kuò)散；4、高溫能有效的殺死一些細(xì)菌。優(yōu)點(diǎn)：?jiǎn)纹瑱C(jī)的控制可以使得所有程序自行運(yùn)轉(zhuǎn)、衣物無纏繞，是最大程度地減小損耗衣物的洗衣方式。缺點(diǎn)：洗衣時(shí)間普遍較長(zhǎng)。滾筒洗衣機(jī)在運(yùn)行洗衣程序時(shí)機(jī)蓋無法打開，添加衣物不方便。2.1.3選取標(biāo)準(zhǔn)1、從洗衣時(shí)間來看：波輪時(shí)間更短；2、從省水省電來看：波輪耗水滾筒耗電；3、從衣物的磨損度來看，滾筒洗衣機(jī)模擬手搓，洗凈度均勻、磨損率低，衣服不易纏繞；4、從洗凈度方面來看，用常溫水洗的話，波輪洗的更干凈；而滾筒的則需要加熱洗才能洗干凈（但有的衣服一加熱就變形）。滾筒的洗凈比都是1.03。

綜合以上的對(duì)比，滾筒洗衣機(jī)更能模擬人的手洗過程，更符合人們的生活需求，性能方面更加全面只能。本次課題選取滾筒全自動(dòng)洗衣機(jī)進(jìn)行性能設(shè)計(jì)。2.2洗衣機(jī)的設(shè)計(jì)方案1.按鍵功能。洗衣機(jī)面板上有4個(gè)按鈕K1、K2、K3、K4。K1為菜單鍵，在按K4鍵時(shí)，需先按下K1鍵，防止誤操作。K2為開始鍵，用于啟動(dòng)洗衣機(jī)。K3用于停止。K4為菜單選擇鍵，用于選擇用戶所需的功能。2.洗衣功能。通電后，若不選擇洗衣周期，則洗衣機(jī)從洗滌過程開始。進(jìn)入洗滌過程，首先進(jìn)水，進(jìn)水指示燈亮，開始向洗衣機(jī)供水，當(dāng)?shù)竭_(dá)要求時(shí)間時(shí)，停止進(jìn)水；電機(jī)M接通，帶動(dòng)波輪旋轉(zhuǎn)，形成洗衣水流。電機(jī)M是一個(gè)正反轉(zhuǎn)電機(jī)，可以形成往返水流，有利于洗滌衣物。3.漂洗功能。漂洗過程與洗滌過程操作相同，只是時(shí)間短一些。4.脫水功能。洗滌或漂洗過程結(jié)束后，電機(jī)M停止轉(zhuǎn)動(dòng)，開始排水。排水完畢，電機(jī)開始正轉(zhuǎn)，帶動(dòng)內(nèi)桶高速旋轉(zhuǎn)，甩干衣物。5.報(bào)警與指示功能。在運(yùn)行相應(yīng)的程序時(shí)相應(yīng)的指示燈會(huì)亮起，并在結(jié)束運(yùn)行程序時(shí)采用蜂鳴器報(bào)警。2.3設(shè)計(jì)方案的總體結(jié)構(gòu)本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)洗衣機(jī)整個(gè)洗衣過程的控制，包括按鍵的輸入、進(jìn)水、洗滌、漂洗、排水和脫水等階段。利用電源電路供給電源，單片機(jī)控制系統(tǒng)控制洗衣機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)過程，主要由AT89C51單片機(jī)、2位共陽(yáng)數(shù)碼管、按鍵、蜂鳴器、LED指示燈組成。如圖1為設(shè)計(jì)總方框圖：3洗衣機(jī)硬件部分設(shè)計(jì)3.1單片機(jī)選取在本次課題的設(shè)計(jì)中，主要的涉及的內(nèi)容是單片機(jī)，我們需要用單片機(jī)和控制電路一起運(yùn)行來控制我們所設(shè)計(jì)的洗衣機(jī)。當(dāng)洗衣機(jī)發(fā)生損壞或出現(xiàn)故障的時(shí)候，如果不是外部機(jī)械系統(tǒng)的問題，就要從我們所設(shè)計(jì)的單片機(jī)控制系統(tǒng)和與其一起運(yùn)行的控制電路入手檢查。洗衣機(jī)內(nèi)的單片機(jī)根據(jù)按鍵系統(tǒng)接受到的操作面板的動(dòng)作指令，給其他元器件發(fā)出執(zhí)行命令，使得電動(dòng)機(jī)、進(jìn)水閥、排水閥等通電運(yùn)行；同時(shí)，單片機(jī)微控器還要監(jiān)測(cè)洗衣機(jī)的各部件的工作狀態(tài)，判定工作正常與否，一旦有異常，就立刻送出停止的命令。這些功能都是由電單片機(jī)微控器配合各種電路控制來實(shí)現(xiàn)。本次課題選擇的是AT89C51單片機(jī)。AT89C51是一種低耗能、高性能8位微控制器字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程快閃記憶體，具有8位微控制器字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程快閃記憶體，該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。AT89C51單片機(jī)具有如下功能：8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，是一種高效微控制器，32位的I/O端口線。AT89C單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。引腳圖如圖2所示：3.2電源電路設(shè)計(jì)生活用電為220V，變壓器T經(jīng)過變壓后形成12V交流電，再通過4只二極管全橋整流，電容C4、C6濾波后得到直流電壓，經(jīng)過三端穩(wěn)壓管穩(wěn)壓得到穩(wěn)定的+5V電壓給各器件供電。電源電路如圖3所示：3.3電機(jī)控制電路設(shè)計(jì)電機(jī)控制電路如圖4所示，其中包括步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片L298。L298是雙全橋步進(jìn)電機(jī)專用驅(qū)動(dòng)芯片，內(nèi)部包含4信道邏輯驅(qū)動(dòng)電路，是一種二相和四相步進(jìn)電機(jī)的專用驅(qū)動(dòng)器，可同時(shí)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)二相和一個(gè)四相步進(jìn)電機(jī)，內(nèi)含兩個(gè)H-Bridge的高電壓、低電流雙全橋式驅(qū)動(dòng)器，接受標(biāo)準(zhǔn)TTL邏輯準(zhǔn)位信號(hào)可驅(qū)動(dòng)46V、2A以下的步進(jìn)電機(jī)，且可以直接透過電源來調(diào)節(jié)輸出電壓，此芯片可直接由單片機(jī)的IO端口來提供模擬時(shí)序信號(hào)3.4蜂鳴器報(bào)警電路設(shè)計(jì)在洗衣機(jī)運(yùn)行結(jié)束后，蜂鳴器會(huì)發(fā)出警報(bào)提示用戶洗衣程序的結(jié)束。蜂鳴器與單片機(jī)的P0.7口相連，當(dāng)P0.7口為低電平時(shí)蜂鳴器報(bào)警，用三極管驅(qū)動(dòng)蜂鳴器。蜂鳴器報(bào)警電路如圖5所示：3.5顯示電路設(shè)計(jì)顯示模塊由數(shù)碼管構(gòu)成。在本次設(shè)計(jì)中，我們采用兩位共陽(yáng)數(shù)碼管來顯示洗衣機(jī)在運(yùn)行相應(yīng)程序的時(shí)候倒計(jì)時(shí)的時(shí)間。兩位數(shù)碼管分別與單片機(jī)的P2口以及P1.2、P1.3口連接，其中，P1.2和P1.3口控制數(shù)碼管的位碼，P2口控制數(shù)碼管的段碼。顯示電路仿真圖以及相應(yīng)段碼連接電路圖如圖6所示：3.6按鍵控制電路設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)分別用K1、K2、K3、K4四個(gè)按鍵分別控制洗衣機(jī)的菜單，啟動(dòng)，停止，和功能選擇，分別為：K1菜單鍵、K2開始鍵、K3停止鍵、K4菜單選擇鍵，分別于單片機(jī)的P3.4、P3.5、P3.6、P3.7相連。如圖7所示：3.7指示電路設(shè)計(jì)指示電路由6個(gè)發(fā)光二極管組成，分別指示洗衣機(jī)的進(jìn)水、洗滌、漂洗、脫水、排水、結(jié)束，分別接單片機(jī)的P0.0、P0.1、P0.2、P0.3、P0.4、P0.5口，當(dāng)對(duì)應(yīng)口為低電平時(shí)，相應(yīng)指示燈亮，指示洗衣機(jī)現(xiàn)在的工作狀態(tài)。指示電路如圖8所示：3.8進(jìn)排水電路設(shè)計(jì)洗衣機(jī)的進(jìn)排水過程由單獨(dú)的進(jìn)排水繼電器進(jìn)行控制。繼電器控制著進(jìn)排水電磁閥，進(jìn)排水電路如圖9所示：3.9復(fù)位、時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)在本次設(shè)計(jì)中采用了復(fù)位電路中的自動(dòng)復(fù)位電路。其工作原理是：上電瞬間，電容充電，RST端的電容與VCC相同，隨著電容的充電，+5V的電壓加到RST端，高電平使單片機(jī)復(fù)位。時(shí)鐘電路由晶振和和單片機(jī)內(nèi)部電路組成，將晶振跨接到XTAL1和XTAL2之間。一般單片機(jī)采用的晶振頻率為11.0592MHZ。單片機(jī)的復(fù)位時(shí)鐘電路如圖如圖10所示：4洗衣機(jī)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1主程序設(shè)計(jì)洗衣機(jī)的功能主要就是完成衣物的洗滌、漂洗和脫水過程。用戶通過洗衣機(jī)外殼上面的按鍵來選擇這三種功能。鍵盤掃描到用戶按下啟動(dòng)鍵，洗衣機(jī)開始運(yùn)行，再按下功能選擇鍵，就可以實(shí)現(xiàn)不同功能之間的切換；若用戶并沒有選擇洗衣機(jī)運(yùn)行的功能，則默認(rèn)依次運(yùn)行各個(gè)程序。如圖11為主程序流程圖：4.2標(biāo)準(zhǔn)洗衣程序標(biāo)準(zhǔn)的洗衣程序是默認(rèn)的洗衣過程，當(dāng)用戶按下啟動(dòng)鍵以后，若無其他選擇，則進(jìn)行默認(rèn)的洗衣程序。如圖12為標(biāo)準(zhǔn)洗衣程序流程圖：洗衣開始洗衣開始電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)進(jìn)水洗滌結(jié)束？漂洗開始漂洗三次結(jié)束？脫水開始電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)電機(jī)正轉(zhuǎn)脫水結(jié)束？蜂鳴器報(bào)警洗衣結(jié)束YNNYNY圖12標(biāo)準(zhǔn)洗衣程序流程圖4.3洗滌程序流程圖洗衣機(jī)在進(jìn)水結(jié)束后就進(jìn)入洗滌程序。在洗衣機(jī)的運(yùn)行過程中，洗滌程序是主要的一環(huán)，是我們使用洗衣機(jī)的基本功能。洗滌程序開始后，電動(dòng)機(jī)執(zhí)行“正轉(zhuǎn)-停止-反轉(zhuǎn)”的循環(huán)程序，直至洗滌程序結(jié)束進(jìn)入下一個(gè)程序。如圖13為洗滌程序流程圖：洗衣開始洗衣開始電機(jī)正轉(zhuǎn)電機(jī)反轉(zhuǎn)電機(jī)停止剩余時(shí)間=0？進(jìn)入漂洗YN電機(jī)停止圖13洗滌程序流程圖4.4漂洗程序流程圖開始漂洗指示燈亮第一次漂洗第二次漂洗第三次漂洗洗滌完成漂洗指示燈滅開始漂洗指示燈亮第一次漂洗第二次漂洗第三次漂洗洗滌完成漂洗指示燈滅漂洗結(jié)束進(jìn)入脫水NY

圖14漂洗程序流程圖4.5脫水程序流程圖Y開始脫水開電機(jī)脫水脫水結(jié)束Y開始脫水開電機(jī)脫水脫水結(jié)束關(guān)電機(jī)開蜂鳴器洗衣結(jié)束N圖15脫水程序流程圖

5系統(tǒng)的安裝與調(diào)試5.1安裝步驟1.檢查元件的好壞根據(jù)繪制好的電路圖，按照上面所需元件買回并且檢查好元件的好壞，分別檢測(cè)元件是否能夠正常使用。檢測(cè)完以后按照原理圖一一核對(duì)檢查是否一致，方可進(jìn)行焊接。2.放置、焊接各元件按照繪制好的電路圖放置各個(gè)元件，在放置過程中，先選擇操作程度較低的元件進(jìn)行焊接，然后操作要求較高的元件，特別注意那些成本高切操作過程中容易損壞的元件要最后焊接。5.2軟件的調(diào)試軟件調(diào)試與設(shè)計(jì)本身選擇的調(diào)試軟件和前期的程序設(shè)計(jì)過程有關(guān)。如果采用的是模塊化程序的開發(fā)技術(shù)，那么在調(diào)試好各個(gè)模塊以后，才能再進(jìn)行系統(tǒng)程序的總調(diào)試。調(diào)試子程序時(shí)，要符合入口條件和出口狀態(tài)，即一定要求符合現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境。調(diào)試的手段一般情況下分為單步運(yùn)行方式以及斷點(diǎn)運(yùn)行方式，通過在調(diào)試過程中檢查用戶系統(tǒng)CPU的現(xiàn)場(chǎng)、RAM的內(nèi)容和I/O口的狀態(tài)，顯示程序執(zhí)行結(jié)果，檢測(cè)出不符合設(shè)計(jì)需求的程序。通過檢測(cè)，可以發(fā)現(xiàn)程序中存在的的死循環(huán)錯(cuò)誤、機(jī)器碼錯(cuò)誤及轉(zhuǎn)換地址錯(cuò)誤，同時(shí)也可以發(fā)現(xiàn)用戶系統(tǒng)中的硬件故障、軟件算法及硬件設(shè)計(jì)錯(cuò)誤。在調(diào)試過程中根據(jù)調(diào)試結(jié)果一步步調(diào)整用戶系統(tǒng)的軟件和硬件。在調(diào)試好各個(gè)程序模塊以后，就可以進(jìn)入相關(guān)的功能模塊聯(lián)合起來從而進(jìn)行整體綜合調(diào)試的步驟。存儲(chǔ)這個(gè)階段若發(fā)生錯(cuò)誤，可以考慮各子程序存儲(chǔ)運(yùn)行時(shí)是否存破壞現(xiàn)場(chǎng)，緩沖區(qū)數(shù)據(jù)是否發(fā)生變化，標(biāo)志位的建立和清除是否影響其它標(biāo)志位的變化，堆棧區(qū)的深度是否不夠，輸入設(shè)備的狀態(tài)是否正常等。此次設(shè)計(jì)選擇的是Proteus軟件進(jìn)行仿真調(diào)試。Proteus軟件是由英國(guó)LabCenterElectronics公司開發(fā)并推廣的EDA工具軟件。該仿真軟件不但能夠?qū)DA工具軟件進(jìn)行仿真，而且還能夠?qū)纹瑱C(jī)及其外圍元器件進(jìn)行仿真演示。深受廣大單片機(jī)愛好者的喜愛。從最根本的原理圖布圖，到接下來的程序調(diào)試，再到到單片機(jī)與外圍電路仿真。Proteus軟件具有其它EDA工具軟件例如multisim的功能。這些功能分別是：原理布圖；PCB自動(dòng)或人工布線；SPICE電路仿真。革命性的特點(diǎn)：互動(dòng)的電路仿真，例如：鍵盤，馬達(dá)，LED。仿真處理器及其外圍電路?？梢詫?duì)51系列、AVR型等市場(chǎng)上常用主流單片機(jī)進(jìn)行仿真測(cè)試。還可以配合使用其他顯示器件及輸出設(shè)備，能大致看到運(yùn)行后輸入和輸出的顯示效果。我們采用Proteus軟件進(jìn)行電路的調(diào)試。在進(jìn)入軟件后，根據(jù)我們的需要在軟件界面挑選出各個(gè)器件。。5.3硬件的調(diào)試在進(jìn)行硬件調(diào)試前需要先進(jìn)行靜態(tài)調(diào)試。在調(diào)試過程中，需要在通電前根據(jù)原理圖用萬用表等檢測(cè)工具檢測(cè)電路是否可以正常運(yùn)行，并核對(duì)元器件的型號(hào)、規(guī)格和安裝是否正確。檢測(cè)完畢后，需要借助仿真器進(jìn)行聯(lián)機(jī)調(diào)試，分別測(cè)試擴(kuò)展的RAM、I/O口、I/O設(shè)備、程序存儲(chǔ)器以及晶振和復(fù)位電路是否存在錯(cuò)誤，并根據(jù)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行改正。第一步：核對(duì)好相應(yīng)元器件的型號(hào)、規(guī)格，在確定符合要求后，在沒有通電的情況下用萬用表檢查線路的正確性。特別注意電源的正負(fù)極以及電源之間是否有短路并檢查地址總線、數(shù)據(jù)總線、控制總線是否存在相互間的短路或其它信號(hào)線的短路。由于本系統(tǒng)的開發(fā)是基于曾經(jīng)用過的單片機(jī)，所以此步驟不會(huì)發(fā)生故障。第二步：通電后檢查單片機(jī)I/O的電位，測(cè)量各點(diǎn)電位是否正常。尤其是應(yīng)注意單片機(jī)輸出口的各點(diǎn)電位。若有高壓將有可能損壞外部仿真電路，同樣如果電壓過低就沒有能力驅(qū)動(dòng)負(fù)載。第三步：將單片機(jī)信號(hào)輸出接口與外部仿真電路接口連接起來，為軟件調(diào)試做好準(zhǔn)備。在硬件的調(diào)試過程中常見的硬件故障有：元器件失效：元器件失效的原因包括兩個(gè)方面，一方面是期間本身在使用過程中因操作不當(dāng)造成了損壞，另一方面是在購(gòu)買其間的時(shí)候沒有仔細(xì)檢查，購(gòu)買之處已經(jīng)損壞。我們?cè)谡{(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)小電機(jī)在安裝過程中出現(xiàn)了損壞?？煽啃圆睿阂鹣到y(tǒng)不可靠的因素很多，如金屬化孔、接插件接觸不良會(huì)造成系統(tǒng)時(shí)好時(shí)壞，經(jīng)不起振動(dòng)；內(nèi)部和外部的干擾、電源紋波系統(tǒng)過人、器件負(fù)載過大或熱穩(wěn)定性差等造成邏輯電平不穩(wěn)定；另外，走線和布局的不合理等也會(huì)引起系統(tǒng)可靠性差。我們?cè)谡{(diào)試的過程中發(fā)現(xiàn)單片機(jī)輸出穩(wěn)定的電壓，但是硬件電路的顯示器件的亮度不一、時(shí)亮?xí)r不亮。經(jīng)查證主要是由于元器件的引腳過長(zhǎng)和彎曲造成的電路不夠穩(wěn)定、I/O輸出口的高低電平?jīng)]有明確電源故障：電源故障包括電壓值不符合設(shè)計(jì)要求，電源引出線和插座不對(duì)應(yīng)，電源功率不足，負(fù)載能力差等。電壓過高容易燒壞發(fā)光二極管，電壓過低無法驅(qū)動(dòng)負(fù)載。因此我們焊接了直流電源電路，使其輸出穩(wěn)定的電壓。參考文獻(xiàn)[1]李勛.單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)大學(xué)讀本[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社.2002.[2]王治剛.單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)與實(shí)訓(xùn)[M].北京：清華大學(xué)出版社.2004.[3]彭為.單片機(jī)典型系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例精講[M].北京：電子工業(yè)出版社.2006.[4]盧艷軍.單片機(jī)基本原理及應(yīng)用系統(tǒng)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社.2005.[5]周美娟等.單片機(jī)技術(shù)及系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].北京：清華大學(xué)出版社.2007.[6]高學(xué)群等.單片機(jī)控制的全自動(dòng)洗衣機(jī)系統(tǒng)[C].常州高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校.2015.[7]楊威等.基于單片機(jī)全自動(dòng)洗衣機(jī)控制器設(shè)計(jì)與仿真[C].邵陽(yáng)學(xué)院信息工