基于PLC的全自動洗衣機控制系統(tǒng)論文電氣自動化專業(yè)

《基于PLC的全自動洗衣機控制系統(tǒng)論文電氣自動化專業(yè)》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《基于PLC的全自動洗衣機控制系統(tǒng)論文電氣自動化專業(yè)（63頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、 洗衣機控制系統(tǒng)設計 摘 要：隨著社會經(jīng)濟的增長，自動化的洗衣機已經(jīng)開始慢慢替代了傳統(tǒng)的手工洗衣！從19世紀，單片機往往被用作核心部件所以我們片面掌握SCM知識是不夠的。我們還應該深入了解單片機具體的應用對象特性，結(jié)合詳細的硬件結(jié)構(gòu)和軟件組合，將整個體系進一步完善。 洗衣機控制系統(tǒng)的設計以51單片機為核心，通過51單片機與外圍電路結(jié)合，控制數(shù)字顯示的時間，LED燈進水，出水模擬，直流電機旋轉(zhuǎn)，蜂鳴器人聲模擬發(fā)出聲音提示。 優(yōu)異的硬件固然重要，但如果沒有軟件可以驅(qū)動，硬件就是一個沒有靈魂的外殼，花瓶。無論是在此次設計的電腦或洗衣機系統(tǒng)上，軟件優(yōu)化都可以使整體效果更加理想。本文的

2、主要思想是通過硬件和軟件的結(jié)合來編譯和實現(xiàn)功能模塊。 全自動洗衣機六個工作過程出發(fā)，對系統(tǒng)控制方案進行了可行性分析和論證，包括 PLC 以及外圍設備選型、編程方式選擇、各種抗干擾措施等。最后設計了以西門子 S7-200 系列 PLC 為控制核心的全自動工業(yè)洗衣機控制系統(tǒng)，包括了控制系統(tǒng)的 I/O 端口分配、PLC 接線圖及 PLC 程序設計，并詳細分析了程序的控制過程，實現(xiàn)了洗衣機洗衣過程的自動化，具有智能化程度高、安全可靠、方便、靈活等特點。 關(guān)鍵詞：單片機，直流電機，控制系統(tǒng)，數(shù)碼管 Washing machine control system design A

3、bstract:With?the?growth?of?society?and?economy,?automatic?washing?machines?have?begun?to?slowly?replace?the?traditional?manual?laundry!?The?advent?of?the?first?washing?machine?in?the?19th?century?has?brought?tremendous?benefits?to?mankind. It?seems?that?in?the?recent?decades,?due?to?the?rapid?devel

4、opment?of?computer?networks?in?various?fields?of?society,?the?use?of?single-chip?microcomputers?has?also?continued?to?increase.?At?the?same?time,?it?has?also?mobilized?the?new?momentum?of?traditional?control?and?detection.?In?the?design?and?development?of?application?microcontroller?systems,?single-

5、chip?microcomputers?are?often?used?as?the?core?components.?Therefore,?it?is?not?enough?to?grasp?the?knowledge?of?SCM?in?one?piece.?We?should?also?thoroughly?understand?the?specific?application?object?characteristics?of?the?SCM,?and?combine?the?detailed?hardware?structure?and?software?combination?to?

6、further?improve?the?entire?system.?The?design?of?the?washing?machine?control?system?is?based?on?51?single-chip?microcomputer,?through?the?combination?of?51?single-chip?microcomputer?and?peripheral?circuit,?controlling?the?time?of?digital?display,?LED?lamp?water?inlet,?water?outlet?simulation,?DC?mot

7、or?rotation,?buzzer?vocal?simulation?to?give?voice?prompts. Excellent?hardware?is?important,?but?if?there?is?no?software?to?drive,?the?hardware?is?a?shell?without?a?soul,?a?vase.?Whether?it?is?in?the?computer?or?washing?machine?system?designed?this?time,?software?optimization?can?make?the?overall?e

8、ffect?more?ideal.?The?main?idea?of?в??в??this?paper?is?to?compile?and?implement?functional?modules?through?a?combination?of?hardware?and?software. Keywords: MCU, DC motor, buzzer, number keys, LED indicator, digital tube  目錄 目錄 4 第一章 緒論 6 1.1.洗衣機控制系統(tǒng)課題的背景和意義 6 1.2.洗衣機控制系統(tǒng)國

9、內(nèi)外研究現(xiàn)狀 7 1.3.洗衣機控制系統(tǒng)技術(shù)特點 8 第二章 洗衣機控制系統(tǒng)的總體設計 8 2.1 洗衣機控制系統(tǒng)整體方案設計思路 8 2.2系統(tǒng)總方案設計 8 2.3 設計總方框圖 9 2.4 設計流程圖 10 2.5 單片機選擇； 10 2.5.1 AT89S51單片機的優(yōu)點 10 2.5.2 單片機比較 11 2.6 L298N電機驅(qū)動芯片 13 2.7 74HC573鎖存器 14 第三章 系統(tǒng)的硬件實現(xiàn) 16 3.1 概括 16 3.2PLC控制 16 3.2.1PLC概念 16 3.2全自動洗衣機PLC控制系統(tǒng) 17 3.2.1PLC控制系統(tǒng) 17

10、 3.2.2顯示電路 17 3.2.3報警電路 17 3.2.4水位開關(guān) 17 3.3電源設計 18 3.4 數(shù)碼管設計 22 3.5 按鍵設計 25 3.6 電機驅(qū)動電路 27 3.7 LED模擬部分 29 3.8 蜂鳴器報警電路 30 第四章 系統(tǒng)的軟件實現(xiàn) 32 4.1 數(shù)碼管顯示電路 32 4.2 按鍵控制操作 32 4.3 LED燈顯示 33 4.4 電機驅(qū)動 34 第五章 仿真調(diào)試 36 5.1仿真調(diào)試圖 36 5.2 Keil2調(diào)試圖 37 5.3 程序下載圖 38 結(jié) 論 40 致謝 41 參考文獻 42 第一章 緒論

11、1.1.洗衣機控制系統(tǒng)課題的背景和意義 在中國，目前市場上洗衣機越來越被人們所需求，中國洗衣機市場處于一種穩(wěn)步上升的狀態(tài)，潛力巨大，由于人們對洗衣機的需求也越來越高，就會出現(xiàn)許多新老洗衣機的淘汰替換情況，需要我們設計一種具有高效且不易被淘汰的洗衣機更符合人們的需求。目前市場上的洗衣機主要有強力和弱洗滌功效，自動診斷進水和出水系統(tǒng)故障，并暫停。不過，洗衣機僅僅具備這樣的功能并不能引起人們你的親睞，在許多方面，它們還遠遠不能滿足人們的需求。這無形就是對人們對技術(shù)的掌握的要求越來越高，需要很高的技術(shù)才能完成設計。 洗衣機產(chǎn)業(yè)將研發(fā)中心轉(zhuǎn)為以“綠色環(huán)?！保肮?jié)水節(jié)能”為主題的新焦點，在洗衣機

12、市場的國內(nèi)市場上，由于水資源持續(xù)減少等水費增加等因素，市場上洗衣機的銷售量相對較大，導致節(jié)水洗衣機的銷售受阻繼續(xù)看起來不錯。針對市場需求的變化，小天鵝，達克林，海爾等一些生產(chǎn)廠家陸續(xù)推出了多款節(jié)水自動洗衣機。在未來，洗衣機將全體變更為變頻時代，變頻技術(shù)將會使洗衣機行業(yè)技術(shù)推向一個新的高度，洗衣機行業(yè)的發(fā)展會有良好的勢頭。 目前的洗衣機并不完全兼容，許多洗衣機生產(chǎn)商都注重自己品牌洗衣機的優(yōu)勢，突出與其他洗衣機的一兩種不同的個性化功能，洗衣機的功能由單片機控制，所以設計基于單片機的洗衣機控制電路系統(tǒng)具有很強的實用性。單片機技術(shù)的發(fā)展越來越快，技術(shù)越來越先進，單片機由于種種強而有優(yōu)勢的優(yōu)點而被

13、人們廣泛應用于生產(chǎn)過程控制，智能儀表，家用電器等多重領(lǐng)域?？傊喾N技術(shù)的飛快發(fā)展對洗衣過程的自動化都起到了積極的促進作用。 洗衣機的新老更替越來越快，主要因為人們對洗衣機功能的要求越來越高，所以才會出現(xiàn)許多老式洗衣機被淘汰。這就要求設計師要有較高的專業(yè)技術(shù)水平，并能提出更多的好建議和新意見。該項目將把人們的需求變得更加切合現(xiàn)實，我們或許能通過此次設計來探討設計出更節(jié)能，更全面，更人性化的全自動洗衣機。洗衣機的設計也是為了滿足一些用戶的不同需求。而且，單片機控制技術(shù)在人們?nèi)粘Ｉ钪幸脖粦玫脑絹碓綇V泛，單片機的發(fā)展越來越符合人們的生活節(jié)奏。對人們未來科技發(fā)展有良好的促進作用。我相信通過個人設

14、計，它肯定會受益匪淺。 1.2.洗衣機控制系統(tǒng)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 普通洗衣機：普通洗衣機的功能非常具有局限性，其包含的洗滌，漂洗，脫水等功能都必須人們主動控制，很難滿足人們的需求;半自動洗衣機：可實現(xiàn)洗滌，漂洗，脫水等功能之間的一定功能自動轉(zhuǎn)換;自動洗衣機：解決了人們必須手動洗衣機的局限，能夠自動實現(xiàn)普通洗衣機的功能。 研究現(xiàn)狀和水平： 按結(jié)構(gòu)自動洗衣機可分為波輪自動洗衣機，滾筒式自動洗衣機和全自動洗衣機三大類。 （1） 波輪自動洗衣機：衣服纖維的更好軟化減少了洗滌過程中衣物的損壞和變形，并且還使洗過的衣物柔軟蓬松。提高洗滌溫度可以使洗衣粉充分溶解，加快弱酸性物質(zhì)的化學反應速率和洗衣

15、粉中的污垢，提高洗衣粉中酶的活性，同時也是有利的用于溶解汗液，血漬，減少灰塵和油脂的附著。 （2） 滾筒式自動洗衣機：由于滾筒式機器的價格遠遠高于波輪式機器，因此使用波輪式機器對中國人來說很方便，因此普遍受到歡迎。新推出的波輪式自動洗衣機采用單片機程序控制器。各廠家生產(chǎn)的各類波輪自動洗衣機有不同的控制程序。至少有幾個控制，每個項目有幾個不同的洗滌程序可供選擇，這是足夠的不同洗滌。要求，所以沒有必要考慮這個問題。關(guān)于不銹鋼內(nèi)桶：不銹鋼內(nèi)桶可以有效地保護洗衣過程中對衣服的損壞，它能減少衣服與不銹鋼內(nèi)桶壁之間的摩擦，所以不銹鋼內(nèi)桶是我們優(yōu)先考慮選擇的。關(guān)于同心清洗：同心清洗是將電機軸直接安裝到清洗

16、缸軸上并直接驅(qū)動。這減少了洗滌和脫水過程中浴缸的振動，并降低了噪音。為達到一定的清潔效果，必須有足夠的機械力量，機械力對衣服造成損害，這使得波輪式洗衣機的磨損率遠高于滾筒式洗衣機。 1.3.洗衣機控制系統(tǒng)技術(shù)特點 可靠性高 使用靈活方便 編程簡單 便于維修 第二章 洗衣機控制系統(tǒng)的總體設計 2.1 洗衣機控制系統(tǒng)整體方案設計思路 系統(tǒng)功能簡介： 1.系統(tǒng)的數(shù)碼管具備顯示功能，可以用來實現(xiàn)我們所計劃的時間顯示倒計時； 2.系統(tǒng)的按鍵具有可用性作用，通過按鍵我們可以實現(xiàn)我們所需的功能執(zhí)行相對應的程序； 3.系統(tǒng)的LED燈具備指示作用，我們可以用不同的燈來顯示我們設計的不同

17、含義； 4.系統(tǒng)的蜂鳴器可以發(fā)出聲音，提示報警后到停止結(jié)束。 2.2系統(tǒng)總方案設計 本次設計的控制系統(tǒng)主芯片有4個，AT89S51單片機，L298N電機驅(qū)動芯片，74HC573鎖存器兩個。通過單片機為主體來精確控制L298N的工作狀態(tài)，達到需求的控制電機轉(zhuǎn)動的目的，控制74HC573鎖存器狀態(tài)以達到控制數(shù)碼管的顯示功能。 洗衣過程：開機后，洗衣機首先執(zhí)行洗衣過程。在洗衣過程中，首先打開入口閥，并在連接后將水供應到洗衣機。當達到所需的水位時，進水閥關(guān)閉，進水完成。電機開啟以驅(qū)動波輪旋轉(zhuǎn)以構(gòu)成洗衣水流。也可進行漂洗過程 ，兩者區(qū)別只是洗衣時間漂洗相對洗衣時間較短。 脫水過程：洗衣(漂洗)

18、進程完畢后，電機停止旋轉(zhuǎn)，排水閥打開，排水開始。當排水完成后，電機的高速端打開，電機開始正轉(zhuǎn)，使得洗衣機內(nèi)桶快速，脫干衣物。脫水是洗衣機里的一個獨立的進程，可以獨自進行脫水操作。 2.3 設計總方框圖 2.4 設計流程圖 2.5 單片機選擇； 2.5.1 AT89S51單片機的優(yōu)點 （1）低電壓，高性能，低功耗，低價格，應用廣泛; （2）可擦除只讀存儲器可以重復擦除100次; （3）采取ATMEL高密度非易失性存儲器制造工藝制造，兼容產(chǎn)業(yè)標準MCS-51指令集和輸出引腳; （4）由SCM設計的系統(tǒng)可以反復測試，以確保用戶的

19、系統(tǒng)體系設計是最優(yōu)的; （5) 芯片價格便宜； （6）AT89S51系列單片機編寫程序的基本程序。其語法結(jié)構(gòu)與我們常用的計算機C語言基本相同。區(qū)分在于增添了控制特定引腳工作的語句和命令。與計算機C語言相比更加簡潔明了，可以控制每個引腳。輸入和輸出狀態(tài)。 2.5.2 單片機比較 AT89C51 不支持在線更新功能（IPO） AT89S51 性價比更高，支持在線更新（IPO），工作效率更高，電源關(guān)閉標志，保密性更優(yōu)，鄉(xiāng)下兼容全部51系列。 MCS-51 8位高性能單片機，性能優(yōu)越，性價比高 MSP430 功耗非常低，功能集成度比較高，16位低功耗 因為AT89S51單片機的

20、功能更滿足于我們的設計，所以我們選擇AT89S51單片機來進行我們的設計。 引腳圖 引腳介紹 端口引腳 功能 VCC 電源端 GND 接地端 XTAL1 外接石英晶體的一個引腳 XTAL2 外接石英晶體的另一個引腳 RST 復位輸入端 ALE 地址鎖存允許 PSEN 外部程序存儲器（外ROM）的讀選通信號 EA 外部訪問允許端 P0 一組8位漏極開路型雙向I/O口，地址數(shù)據(jù)總線復用口 P1 一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口 P2 一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口 P3 一個內(nèi)部上拉電阻的8位

21、雙向I/O口 P3.0 RXD（串行輸入口) P3.1 TXD（串行輸出口） P3.2 INT0（外部中斷0） P3.3 INT1（外部中斷1） P3.4 T0（定時/計數(shù)器0） P3.5 T1（定時/計數(shù)器1） P3.6 WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） P3.7 RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通） 2.6 L298N電機驅(qū)動芯片 L298N是ST生產(chǎn)的高電壓，大電流電機驅(qū)動器IC。該芯片采用15引腳封裝。其主要功能是高工作電壓，最高工作電壓高達46V，最大輸出電流，最大瞬時電流3A，持續(xù)工作電流2A，額定功率25W。它可以控制標準邏輯電平信號，可用于驅(qū)動感應式

22、負載繼電器線圈，如兩個H橋，帶全橋高壓驅(qū)動器的高壓直流電機，步進電機和兩個控制端子。在不使用邏輯電源輸入或輸入信號到低電壓內(nèi)部邏輯電路的情況下操作器件，可以連接到外部檢測電阻，并提供給變化量反饋控制電路。?L298N芯片驅(qū)動電機，芯片可驅(qū)動2步步進電機或4步步進電機，也可驅(qū)動2臺直流電機。使用該芯片驅(qū)動設計的直流電機比構(gòu)建Wendig H橋電路更安全，更穩(wěn)定。 L298N電機驅(qū)動芯片運行邏輯表： ENA IN1 IN2 運行狀態(tài) 0 X X 停止 1 1 0 正轉(zhuǎn) 1 0 1 反轉(zhuǎn) 1 1 1 剎停 1 0 0 停止 表中的ENA是L298N

23、芯片的使能端，相當于主開關(guān)的含義。從表中可以看出，當ENA為零（低電平）時，當ENA處于1狀態(tài)時，主開關(guān)打開時，輸出IN1和IN2均為X（X表示低電平）。此時，只要控制電機的兩端電平相同，當電機的兩端的電平處于同一高度時，電機處于停止狀態(tài)。 L298N芯片引腳圖 L298N芯片引腳圖 2.7 74HC573鎖存器 74HC573是一款高性能硅柵CMOS器件。他的八個鎖存器是透明的D型鎖存器。當使能（G）為高電平時，Q輸出將跟著數(shù)據(jù)（D）輸入而改變。當使能為低電平時，輸出鎖存在建立的數(shù)據(jù)級別。輸出控制不會影響鎖存器的內(nèi)部操作，即，即使關(guān)閉輸出，也可以保留舊數(shù)據(jù)，可以放置新數(shù)據(jù)

24、。該電路可以驅(qū)動高阻抗或低阻抗負載，可以直接與系統(tǒng)總線連接并驅(qū)動總線，而無需外部接口。特別適用于緩沖寄存器，I / O通道，雙向總線驅(qū)動器和工作寄存器。 74HC573邏輯表 輸入 輸入 輸入 輸出 輸出使能 鎖存使能 D Q L H H H L H L L L L X L H X X Z 第三章 系統(tǒng)的硬件實現(xiàn) 3.1 概括 通過分析洗衣機控制系統(tǒng)設計的功能來研究，硬件電路可包括以下幾個部分：顯示電路、采樣電路、進水閥、排水閥控制電路和按鍵報警電路、電機控制電路、微處理器控制電路。通過對這幾個部分的設計，洗衣機就

25、能準確開始相對的操作。 本次設計以AT89S51單片機為核心，進而控制進水閥、排水閥、電機、報警器、顯示器。我們可以根據(jù)不同的程序來控制設定它們所對應的工作程序和工作時間。按鍵控制可以用來控制手動和自動洗衣模式；發(fā)光二極管用來表示洗衣機的工作時間和正在進行的一個洗衣程序的狀態(tài)；蜂鳴器用來提示程序運行；數(shù)碼管用來顯示不同的工作狀態(tài)和剩余的運行時間；進水閥和排水閥還需要水位監(jiān)測。 3.2PLC控制 3.2.1PLC概念 電腦控制器的優(yōu)點是價格比較低，指令比較多。它有 Flash 存儲器和 RAM；有一定的 I/O 接線口和中斷源；所以運用起來很方便。但是它的缺點是：自身的指令系統(tǒng)相對復

26、雜；編程語言不易掌握；設計人員在編寫洗滌、脫水等功能程序也較復雜；單片機驅(qū)動能力較弱，需要在硬件上加驅(qū)動電路，造成系統(tǒng)電路較復雜。 可編程控制器由于是模塊化結(jié)構(gòu)，PLC體積小，安裝調(diào)試方便，各個模塊能夠通用，使維護工作量較小。并且，PLC 工作原理是采用周期掃描的工作方式，使 PLC 的抗干擾能力很強，可靠性很高。軟件編程中PLC指令很少，語言很簡單，讓用戶方便學習。目前，市場的種類非常多。所以我們需呀對產(chǎn)品的要求更高成本要低，質(zhì)量要高，提高產(chǎn)品的競爭力。全自動洗衣機控制系統(tǒng)采用 PLC 作為控制核心，可以達到洗衣機自動控制的效果，也能夠提高洗衣機的使用壽命，減少控制器外部電路，實現(xiàn)洗衣機

27、的全自動化和智能化。所以，本次設計采用 PLC 作為系統(tǒng)控制器。 3.2全自動洗衣機PLC控制系統(tǒng) 3.2.1PLC控制系統(tǒng) PLC是程序控制的中心。它將計算機的各種功能電路集成在單一芯片上，主要包括CPU，數(shù)據(jù)存儲器RAM，程序存儲器ROM，輸入/輸出接口電路，定時，掃描，分頻電路，ROM已經(jīng)固化了洗衣機的操作程序，單片機按照輸入指令和檢測信號，調(diào)出內(nèi)部相應的操作程序，在經(jīng)過電路處理后，輸出各類電路節(jié)制信號，使洗衣機自動程序運行過程。如果微控制器本身發(fā)生故障，或者控制電路向微控制器發(fā)送不正確的信息，洗衣機將無法正常工作。 3.2.2顯示電路 顯示電路是用來顯示洗衣機的工作狀

28、態(tài)。 3.2.3報警電路 該電路在洗衣機中用作提醒和警報。根據(jù)編程和軟件設置，當洗衣結(jié)束時，洗衣機將發(fā)出嘟嘟聲以提示用戶完成衣物的洗滌完成。 3.2.4水位開關(guān) 在進水期間，系統(tǒng)進行檢測，當水位達到所需水位時候便停止進水。結(jié)束 3.3電源設計 完整的電源系統(tǒng)應該包括整流-濾波-穩(wěn)壓最后才是輸出！ 圖 3-1 在此設計中，為了突出設計的技術(shù)性，安全性和穩(wěn)定性，我們不會使用變壓器，而是直接使用相關(guān)的電源芯片轉(zhuǎn)換。盡管我們只需要遵守一些安全法規(guī)來設計變壓器，但在正常情況下使用變壓器時，沒有問題，但是當產(chǎn)品長時間堆放時，在

29、通電時非常不安全可能受到潮濕等因素的影響?？赡軙霈F(xiàn)漏電等危險情況。但是，當我們采用集成電源芯片處理時，這些問題就能有效的避免發(fā)生。這種電路采用功率數(shù)字芯片處理輸出量小，使用方便，非常方便，而且這種功率芯片輸出更加穩(wěn)定，輸出后經(jīng)過濾波電路濾波，濾波使電路電壓波形更加平滑，輸出電壓輸出穩(wěn)定，然后通過穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓器使負載電源更穩(wěn)定，達到負載運行的最佳效果。 如下圖所示;完整電源電路。 圖 3-2 完整電源電路 下圖是220V交流輸入部分，通過15A / 275V熔斷器通過模扼流圈實現(xiàn)保護

30、電路和濾除共模干擾信號的作用，濾波器（T1）連接在主電路與負載之間，用脈動直流電壓中的交流分量被濾除，并且電壓敏感的VR2電阻器和電容器C2一起形成RC濾波器電路，以便為隨后的整流提供穩(wěn)定的AC電流。 圖 3-3 220V交流輸入部分 如下圖所示，我們可以通過這個電路將這個220V交流電轉(zhuǎn)換成直流電。該圖不僅是電源的整流部分，還包括電路中使用的IN4007整流二極管。 濾波整流 圖3-4 濾波整流電路 220V電壓轉(zhuǎn)換為12V是數(shù)字芯片的

31、轉(zhuǎn)換部分;如圖所示，與變壓器轉(zhuǎn)換相比，使用芯片轉(zhuǎn)換部件的優(yōu)點是不需要考慮安全規(guī)定，并且可以避免因變壓器引腳之間的某些原因引起的火花事件。其功能更可靠，穩(wěn)定，安全。 圖 3-5 AP8012電源轉(zhuǎn)換12V示意圖 通過AP8012電源轉(zhuǎn)化為12V的輸出部分，使用CD4電解電容接地，使得我們要求的12V輸出電源更加的穩(wěn)定。 良好的電源是產(chǎn)品電路穩(wěn)定運行的基本保證。只有當供電系統(tǒng)穩(wěn)定時，負載電源穩(wěn)定，負載才能工作得更好。我們再次對該設計的供電系統(tǒng)進行了相關(guān)介紹。 圖 3-6 5V輸出電路 圖為12V輸出經(jīng)過I形電感三極穩(wěn)壓器78

32、L05后，再經(jīng)過三端穩(wěn)壓器3腳輸出5V供電，為后面單片機和L298N芯片提供電源。 3.4 數(shù)碼管設計 數(shù)碼管介紹：數(shù)碼管”是一種半導體發(fā)光器件，主要由發(fā)光二極管構(gòu)成。數(shù)碼管也分多種，我們在此次設計中選用共陰極數(shù)碼管，對其他數(shù)碼管就不詳加介紹。 將發(fā)光二極管的所有陰極連在一起形成公共陰極(COM)，這樣便可以形成一個共陰極數(shù)碼管。共陰極數(shù)碼管的應用應連接到COM上的公共極GND，當某一字段發(fā)光二極管的陽極為高電平時，相應字段被點亮，當某一字段的陽極為低電平時，相應的字段不亮。 圖 3-7 數(shù)碼管引腳圖 圖中的“A,B,C,D,E,F,G,DP”為數(shù)碼管的段

33、選信號接口段，用來控制數(shù)碼管的顯示內(nèi)容。“1,2”為位選接口端，用于控制兩位中的哪一位數(shù)碼管亮。 鎖存器U3的輸出端與數(shù)碼管的八位段選端“A-DP”端口相連，單片機發(fā)送的信號數(shù)據(jù)通過74HC573的鎖存處理，然后就能發(fā)送到數(shù)碼管來控制顯示。 數(shù)碼管的位選，W1,W2分別連接到鎖存器U4的19,18腳，U4的LE端連接到單片機的I/O口，以便接收從單片機發(fā)送過來的數(shù)據(jù)，控制數(shù)碼管的顯示位，及控制數(shù)碼管顯示哪一個，如圖所示： 圖 3-8 數(shù)碼管連

34、接鎖存器圖 單片機引腳與數(shù)碼管引腳連接示意圖： 圖 3-9 單片機引腳與數(shù)碼管引腳連接示意圖 Q1-Q7作為鎖存器輸出端，當通過信號處理74HC573鎖存器由微控制器傳輸數(shù)據(jù)時，并饋送到數(shù)字顯示器以控制顯示內(nèi)容和中位數(shù)。 3.5 按鍵設計 按鍵介紹：鍵盤/鍵盤包含編碼鍵盤和非編碼鍵盤兩種。我們可以通過特殊硬件編碼器來識別鍵盤上的關(guān)閉鍵，并且產(chǎn)生鍵盤編碼號或稱為編碼鍵的鍵盤值，例如計算機鍵盤，并且通過軟件編程識別的鍵盤被稱為非編碼鍵鍵盤，在我們應用的單片機各種系統(tǒng)中。非編碼鍵盤最常被我們使用，非編碼

35、鍵盤分為獨立鍵盤和行列式（也稱為矩陣）鍵盤。此次設計中我們采用的是非編碼的獨立按鍵。 下圖為灌電壓檢測按鍵，按鈕的右側(cè)接地，根據(jù)當前流量，單片機的輸出將會從左到右，所以只要單片機到高電平檢測按鈕時按下按鈕，當單片機檢測到低電平時，數(shù)據(jù)返回單片機。 圖 3-10 灌電流檢測按鍵 反之一樣： 圖 3-11 灌電流檢測按鍵 按鍵誤差：當按下開關(guān)按鈕時，理想波形和實際波形之間存在很大差異。按下并釋放按鈕時，實際波形會發(fā)生抖動。抖動時間與按鈕的材質(zhì)機械特性有關(guān)。大部分為5-12ms。通常我們手動按下按鈕并立即釋放它。這個動作超過20ms。我們這

36、時可以采用軟件延時的方法來解決這個問題。 圖 3-12 單片機按鍵檢測圖 上圖為我們這次設計的按鍵部分的單片機的按鍵檢測圖，前面說了怎樣準確控制按鍵和按鍵的分類，在這里，我們通過灌電流來控制按鈕。單片機收集到按鍵信號時，默認的I / O端口電平較高，按下按鍵時，按鍵兩端會出現(xiàn)電壓降，單片機可以捕獲I / O口的電平變化可以通過收集的高低電平來控制主程序的按鍵。 3.6 電機驅(qū)動電路 無刷直流電機：由于低成本且得到優(yōu)化的控制方法，各種各樣新型低功耗的電子器件被廣泛應用，開關(guān)頻率與微處理器技術(shù)的迅速發(fā)展，目前人們便開發(fā)出了無刷直流電機。該電機是由磁性材料的出現(xiàn)開發(fā)的

37、一種新型直流電機。 我們使用普通無刷直流電機！我們只需將12V直流電接通電機即可使電機轉(zhuǎn)動，達到要求。 電機接線圖 圖 3-13 電機接線圖 PWM技術(shù)介紹 經(jīng)過微處理器的數(shù)字輸出技術(shù)非常有效的來控制模擬電路，這個過程便稱為脈寬調(diào)制（PWM），英文全稱（Pulse Width Modulation）。脈寬調(diào)制技術(shù)可以用于測量，通信等諸多領(lǐng)域的功率控制和變換，且應用相當頻繁。 占空比是指高電平在一個周期內(nèi)占用的時間的比例。方波的占空比為50％，占空比為0.5，表明正電平需要0.5個周期。 脈寬調(diào)制（PWM）通過控制逆變器電路的開關(guān)器件的開關(guān)，來使輸出端獲得一系列的

38、具有相同幅度的脈沖，進而使用所獲得的脈沖來替換正弦波和我們所需要的波形。也就是說，在輸出波形的半個周期中產(chǎn)生多個脈沖，并且每個脈沖的等效電壓是正弦波形，并且所獲得的輸出是平滑的且較少的諧波。通過按照一定的規(guī)則調(diào)制每個脈沖的寬度，可以改變逆變器電路的輸出電壓，并且也可以改變輸出頻率。 圖 3-14 L298N驅(qū)動電機圖 單片機控制L298N驅(qū)動電機圖 圖 3-15 單片機控制L298N驅(qū)動電機圖 L298N芯片的第1，第15和第8引腳接地。引腳5和7連接到單片機的I / O端口，用于輸入信號。引腳2和3連接到直流電機以控制直

39、流電機。第9腳連接到5V電源。 ，給芯片供電，并且芯片的輸出電壓不足以驅(qū)動直流電機，所以芯片4腳外接12V驅(qū)動直流電機！ 如上所述針對PWM一般，這里我用PWM技術(shù)來控制電機電壓的輸出，以實現(xiàn)對直流電機轉(zhuǎn)速的控制，從而實現(xiàn)直流電機轉(zhuǎn)速的共同均勻轉(zhuǎn)速，以便模擬洗衣機對直流電機的洗滌過程快速旋轉(zhuǎn)以模擬脫水！ 3.7 LED模擬部分 設計流程： 1洗衣機電源打開時，如果按下電源按鈕LED D1，電源按鈕將一直亮到洗衣服的結(jié)束。 2啟動水，LED D2燈，模擬水。 3開始釋放水，LED D3始終點亮，模擬放電。 4洗衣完成后，LED D4亮起5秒鐘直至電源關(guān)閉。 設計指示燈模塊采用灌電

40、流法控制LED燈的通斷。單芯片I / O端口默認為高電平！在初始狀態(tài)下，由于缺省值為高電平且LED的負端連接到GND，所以需要給單片機I / O端口一個低電平以關(guān)閉LED燈。當單片機電源開啟時，LED燈上的壓降會發(fā)生。 小燈亮;當LED燈熄滅時給I / O口一個低電平時，為了點亮LED I / O口只需要一個高電平就能準確控制。 單片機連接LED圖： 圖3-16 單片機連接LED圖 3.8 蜂鳴器報警電路 蜂鳴器介紹：主動式蜂鳴器：內(nèi)部帶振動源，只要功率穩(wěn)定，不利于程序控制。無源蜂鳴器需要一個數(shù)字信號來觸發(fā)其內(nèi)部振蕩電路來控制其聲音

41、。 這種設計中使用的無源蜂鳴器更便宜，更易于控制。 蜂鳴器發(fā)聲電路原理圖 圖 3-17 蜂鳴器電路圖 給R80電流限制后的蜂鳴器提供5V電源，以防止電流過大而燒毀蜂鳴器，起到限流作用，當BUZZR接收到單片機的高電平時，R88產(chǎn)生一個電壓降使得晶體管S8050的基極導通，使晶體管導通，5V的電源通過蜂鳴器向晶體管E極接地，蜂鳴器導通，當BUZZER從微控制器接收到低電平時，晶體管切斷，蜂鳴器關(guān)閉，停止發(fā)聲。 第四章 系統(tǒng)的軟件實現(xiàn) 4.1 數(shù)碼管顯示電路 當單片機發(fā)

42、送鎖存指令后，74HC573鎖存器接收指令執(zhí)行相應操作控制數(shù)碼管的顯示，當程序顯示程序執(zhí)行結(jié)束，數(shù)碼管顯示結(jié)束。 4.2 按鍵控制操作 單片機I/O口初始化后就開始不斷掃描定義的I/O口引腳電平變化狀態(tài)，當按鍵有被按下，單片機立即檢測到I/O口電平的變化并執(zhí)行相應程序，直到程序結(jié)束。 4.3 LED燈顯示 在單片機發(fā)送指令控制I/O口電平后，單片機輸出不同的高電平和低電平，當LED正極連接到片機I/O口

43、并且負極接GND時，單片機發(fā)送高電平，I/O口輸出高電壓，與LED負端共同產(chǎn)生壓降，LED燈會亮起直到LED燈熄滅。 4.4 電機驅(qū)動 如圖所示，當單片機發(fā)送指令來控制L298N電機芯片時，L298N執(zhí)行相應程序，打開不同的端口，并控制電壓的變化從而達到控制電機的目的，當程序結(jié)束時，電機停止轉(zhuǎn)動。 第五章 仿真調(diào)試 5.1仿真調(diào)試圖 硬件和軟件設計完成后，系統(tǒng)也會進行仿真，如圖所示。這是設計模擬的電路圖。這里使用的仿真

44、軟件是protues。模擬結(jié)果沒有問題，可以滿足設計要求。將hex文件復制到實際硬件電路上的單片機，然后執(zhí)行測試設計所需的各種功能。 5.2 Keil2調(diào)試圖 使用軟件keil?uvision2進行系統(tǒng)調(diào)試，如圖所示。?keiluvision2和protues仿真軟件相結(jié)合，可以實現(xiàn)各種功能是否可以實現(xiàn)并加載到硬件中。調(diào)試過程非常重要，因為在編寫代碼的過程中，調(diào)試可以清楚地了解程序運行的順序以及每個函數(shù)之間的調(diào)用。更重要的是，調(diào)試可以幫助解決程序中遇到的許多錯誤。經(jīng)過代碼的多次調(diào)試，系統(tǒng)的軟件部分

45、能夠滿足系統(tǒng)設計要求，使設計合理完善。 5.3 程序下載圖 粗略地進行了上述逐步調(diào)試和仿真，說明設計的軟件部分能夠滿足系統(tǒng)設計的要求，然后對系統(tǒng)的硬件電路進行調(diào)試。當所有的組件都連接在protues中時，它們應該排列整齊美觀。將HEX文件下載到單片機后，可以運行和調(diào)試。 結(jié) 論 本次設計的主要內(nèi)容為基于PLC控制的洗衣機控制系統(tǒng)設計，該設計體現(xiàn)了電子技術(shù)在我們生活中的廣泛用途。從硬件和軟件上實現(xiàn)了洗衣機的自動控制，洗衣，漂洗，脫水等全自動控

46、制過程，真正實現(xiàn)了全自動化。下面具體介紹此次設計系統(tǒng)的特點： （1）設計合理的洗衣設計，漂洗，脫水時間。它不僅可以保證衣物的洗滌，而且可以縮短洗滌時間，減少衣物的磨損。使洗衣機智能化，最大限度地發(fā)揮洗滌效果，節(jié)約能源和水，使洗衣機達到節(jié)能要求。 （2）本次設計還考慮到了用戶的需求，用戶可以根據(jù)自己的需求來設計洗衣機的工作模式，可以通過一鍵操作來完成自己所需求的洗衣方式，從一定程度上為人們解決了許多問題，改變了人們的生活。 （3）本系統(tǒng)硬件采用PLC進行控制，以及設計中其它電路元件運用，都是考慮到既經(jīng)濟又實用的原因。 （4）由于我們僅僅從理論上來設計洗衣機的工作模式，并不能實際生產(chǎn)，目前

47、還不能解決種種問題，使我們感到很遺憾。 在科學技術(shù)的日新月異的今天，由于單片機具有良好的性能，其控制系統(tǒng)精度高，功能強等等特點依然能受到人們的青睞。單片機無論在提升質(zhì)量還是提升數(shù)量上都相對于其他都擁有著很大的優(yōu)勢。正是因為單片機這些優(yōu)勢，為我們設計提供了方便。相信在不久的將來，便會有新一批的設計師設計出更加優(yōu)秀的洗衣機來解決人們生活上的洗衣需求。 致謝 這幾個月的辛勤工作可以說算是沒有白費。這一次，我的論文的成功完成，在某種程度上，我要感謝我的導師，無論是論文的主題還是專業(yè)的數(shù)據(jù)收集，老師都在很大程度上給與了我很大的幫助。每次我寫論文時，都會遇到我無法解決

48、的問題。無論是簡單還是復雜的問題，他總是熱切地為我解釋這些知識。但同時，我還要感謝在前線與我共同努力奮斗的同學們。每當我看到他們不斷修改和更改論文時，我都會有信心。 對于即將走上社區(qū)的畢業(yè)生來說，這篇論文不僅會提高我的專業(yè)知識，還會鍛煉我的邏輯思維能力。我會把我在大學幾年里所學到的知識和理論運用到我的工作中，使學習的理論知識有更深刻的價值。 通過此次設計，我對許多專業(yè)知識有了更加深刻的理解，相信這些對自己未來的工作也會有很大的幫助。盡管我沒有做過任何類似的事情，但是整個寫作過程的很大一部分都是通過繪圖軟件進行的，也使我在電路設計過程中，不僅從理論上對內(nèi)容進行了深入的研究，特別是在設計過

49、程中，尤其是在調(diào)試程序中，電路的重疊，參數(shù)的計算和電子元件的選擇非常具有挑戰(zhàn)性。在計算過程中，不僅要計算一些計算方法，程序的設計思路，更重要的是將實踐過程融入到設計中。在編寫程序的過程中，編碼和調(diào)制過程仍然存在一些困難，這是非常具有挑戰(zhàn)性的，需要更多的時間。 參考文獻 [1].武群盛，《洗衣機維修操作入門》，人民郵電出版社，2010 [2].劉詩念，《模擬電子技術(shù)分析》高等教育出版社，2000 [3].唐 石，《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)應用》高等教育出版社，1998 [4].張剛梁，《單片機工作原理介紹》高等教育出版社，2003 [5].楊功宏，《單片機實踐教程指導》北京航空航天

50、大學出版社， 2006 [6].孫紅，《51單片機技術(shù)系統(tǒng)開發(fā)》清華大學出版社，2008 [7].趙洋，《單片機控制實習報告》北京航空航天大學出版社，2006 [8].李民宇，《單片機技術(shù)教程》北京航空航天大學出版社,，2004 [9].江祥大，《51單片機C語言教程:入門、提高、開發(fā)、全攻略》，2009 [10].薛滌元，《電機技術(shù)應用，水利水電出版社》，2004 [11].魏承盛，《電機傳動系統(tǒng)控制》機械工業(yè)出版社，2013 [12].王成元，《現(xiàn)代電機控制技術(shù)》，2009 [13].王大千，《電機維修實用技術(shù)指導手冊》，2012 [14].錢興盾，《PWM整流器分析》，

51、2013 [15].周光平，《PWM控制與驅(qū)動器操作指南》，2009 [16].武平峰?，《高頻開關(guān)型逆變器概述》，2012 [17].李峰和，《對電壓型PWM整流器的非線性控制分析》，2007 [18].錢和群，《小家電維修實踐操作應用》，2012 [19].劉斌，《電子工程師必備:元器件大全》，2016 [20].唐明渠，《LED應用從入門到精通介紹》，2013 [21].張明生，《LED照明設計應用?》，2013 附錄一 主原理圖 附錄二 源程序 #inclu

52、de #define uchar unsigned char sbit power_on_led=P1^0; sbit water=P1^1; sbit motor_move_flag =P1^2; sbit water_go =P1^3; sbit beer=P3^5; sbit w1=P3^6; sbit w2=P3^7; sbit int1=P1^5; sbit int2=P1^6; sbit ENA=P1^7; sbit sw1=P3^2; sbit sw2=P3^3; sbit water_tuo=P1^4; unsigned cha

53、r code tab[]={0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07, 0x7F,0x6F,0x77,0x7C,0x39,0x5E,0x79,0x71}; #define water_in 1 // 進水狀態(tài) #define motor_move 2 // 電機轉(zhuǎn)動狀態(tài) #define WATER_GO 3 // 放水狀態(tài) #define WATER_tuo 5 // 脫水狀態(tài) #define finish 4 // 完成狀態(tài) unsigned int all_time= 0; // 總的時間（自動計算） unsigned int wa

54、ter_in_time=10 ; // 進水時間 unsigned int motor_move_time=10; // 電機轉(zhuǎn)動時間 unsigned int water_go_time=10; // 放水時間 unsigned int water_tuo_time =5; //脫水時間 unsigned int beer_time=5; // 蜂鳴器 unsigned int water_in_time_temp=0; unsigned int motor_move_time_temp=0; unsigned int water_go_time_temp=0; unsig

55、ned int beer_time_temp=0; unsigned int water_tuo_time_temp=0; unsigned char run_time=2; unsigned int time=0; unsigned char current_state=0; void InitTimer0(void) { TMOD = 0x01; TH0 = 0x0D8; TL0 = 0x0F0; EA = 1; ET0 = 1; // TR0 = 1; } void delay1ms(void) //?? 0u

56、s { unsigned char a,b,c; for(c=1;c>0;c--) for(b=142;b>0;b--) for(a=2;a>0;a--); } void delayms(unsigned int num) { for(;num>0;num--) delay1ms(); } void display(unsigned int num) { uchar shi,ge; P2=0X00; num=num /100; shi=num/10; ge=num%10; P2=ta

57、b[shi]; w1=0; w2=1; delayms(5); P2=0X00; P2=tab[ge]; w1=1; w2=0; delayms(5); } void init() { InitTimer0(); EX0=1; EX1=1; EA=1; w1=0; w2=0; power_on_led=0; water=0; motor_move_flag=0; water_go=0; beer=0; water_tuo=0; all_time= (water_in_time+motor_move_tim

58、e+water_go_time+beer_time+water_tuo_time)*200 ; water_in_time = water_in_time *100; motor_move_time = motor_move_time *100; water_go_time = water_go_time *100; beer_time = beer_time * 100; water_tuo_time = water_tuo_time*100; } void main(void) { init(); while(1) { if(run_time >

59、 0) { display(all_time); } } } void Timer0Interrupt(void) interrupt 1 { EA=0; TH0=0x0D8; TL0=0x0F0; all_time--; switch (current_state) { case 0: TR0=0; EA=0; w1=1; w2=1; P2=0X00; power_on_led=0; P2=0X00; break; case water_in:

60、 water_in_time_temp++; water = ~water; if(water_in_time_temp == water_in_time) { water = 0; current_state = motor_move; water_in_time_temp = 0; } break; case motor_move: int1=0; int2=1; ENA=~ENA; motor_move_flag=1; motor_move_time_temp++;

61、 if(motor_move_time_temp==motor_move_time) { motor_move_flag=0; current_state=WATER_GO; motor_move_time_temp=0; ENA=0; } break; case WATER_GO: water_go=~water_go; water_go_time_temp ++; if(water_go_time_temp==water_go_time) { curren

62、t_state=finish; water_go_time_temp=0; ENA=0; } break; case finish: beer=~beer; beer_time_temp ++; if(beer_time_temp==beer_time) { beer=0; beer_time_temp=0; current_state=0; run_time--; if(run_time > 0) { power_on_led=1;

63、 EA=0; current_state=water_in; EA=1; } else { current_state=WATER_tuo; power_on_led=0; P2=0X00; } } break; case WATER_tuo: int1=0; int2=1; ENA=1; water_tuo=~water_tuo; water_tuo_time_temp++; if(water_tuo_time

64、_temp==water_tuo_time) { water_tuo=0; current_state=0; water_tuo_time_temp=0; ENA=0; } break; } EA=1; } void sw1_switch() interrupt 0 { power_on_led=1; current_state=water_in; TR0=1; } void sw2_switch() interrupt 2 { power_on_led=0; P2=0X00; }