基于單片機(jī)的全自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)電氣自動(dòng)化專業(yè)

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1、 基于單片機(jī)的全自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 摘 要 隨著我國人民總體生活水平的逐漸提高和科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，在智能控制的范疇中越來越多的應(yīng)用到數(shù)字電子技術(shù)。以其全面的功能、小巧的體積、低廉的價(jià)格、方便于開發(fā)的優(yōu)勢，單片機(jī)逐漸得到了廣泛電子工程設(shè)計(jì)者的青睞。對(duì)于實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)，單片機(jī)可謂特別適用。 本次設(shè)計(jì)采用型號(hào)為AT89C51的微控制芯片為核心設(shè)計(jì)了一套全自動(dòng)洗衣機(jī)的控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)基本上能夠模擬消費(fèi)者日常的整套洗衣流程，其中包括四個(gè)用戶日常的洗衣階段，分別是洗滌時(shí)間的設(shè)置、洗滌模式的選擇、隨時(shí)暫停洗衣以供中途添加衣物或洗衣液和洗衣結(jié)束提醒。本次洗衣機(jī)控制電路系統(tǒng)主要由三個(gè)大

2、的模塊構(gòu)成，它們分別是電源電路模塊、單片機(jī)控制電路模塊和外部擴(kuò)展硬件電路模塊，其中單片機(jī)主控電路直流電壓由電源電路模塊提供，而洗衣機(jī)的工作過程由主控電路模塊負(fù)責(zé)，外部過賬硬件電路則由微控制器芯片、輕觸按鈕、蜂鳴器、LED指示燈、繼電器、三極管、LED數(shù)碼管構(gòu)成。 本系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)簡單，在供AT89C51微控制器寫入編寫好的軟件程序后，全自動(dòng)洗衣機(jī)的所有功能也就得以實(shí)現(xiàn)。 關(guān)鍵詞： AT89C51；用戶參數(shù)；繼電器；控制系統(tǒng)；電壓放大器、比較器 Abstract With the gradual improvement of the overall living standard of

3、our people and the rapid development of science and technology, more and more applications are applied to digital electronic technology in the field of intelligent control. With its comprehensive functions, compact size, low price and convenient development advantages, SCM has gradually gained the f

4、avor of a wide range of electronic engineering designers. For real - time control system, single - chip microcomputer is very suitable. This design uses the model for the micro control chip AT89C51 as the core to design a set of fully automatic washing machine control system, the system can simulat

5、e consumers daily basically set of laundry process, including four users daily laundry phase, respectively is washing time Settings, washing mode selection, at any time suspend the laundry for midway add clothes or laundry detergent and end to remind. This washing machine control circuit system main

6、ly consists of three big modules, they are respectively the power supply circuit module, MCU control circuit module and external extension hardware circuit module, including single chip microcomputer control circuit dc voltage is provided by power supply circuit module, and the working process of th

7、e washing machines shall be the responsibility of the main control circuit module, external Posting hardware circuit by the micro controller chip, light touch button, buzzer, LED lamp, relay, transistors, LED digital tube. The circuit structure of the system is simple, and all the functions of the

8、automatic washing machine can be realized after the written software program is written to the AT89C51 microcontroller. Keywords: AT89C51; User Parameters; Relay; Control System; Voltage Amplifier; Comparator 目 錄 摘 要 2 Abstract 2 緒論 1 第一章 設(shè)計(jì)方案 3 1.1 設(shè)計(jì)參數(shù) 3 1.2 設(shè)計(jì)任務(wù) 3 1.3 洗衣機(jī)的設(shè)計(jì)方

9、案 4 1.3.1 按鍵 4 1.3.2 洗衣程序 4 1.3.3 設(shè)計(jì)總方框圖 5 1.3.4 控制系統(tǒng)的功能 5 第二章 元器件的選擇 6 2.1 洗衣機(jī)類型的選擇 6 2.1.1 波輪上開門洗衣機(jī)的優(yōu)點(diǎn) 6 2.1.2 波輪上開門洗衣機(jī)工作原理 6 2.2 洗衣機(jī)馬達(dá)的選擇 7 2.3 單片機(jī)的選擇 8 2.4 蜂鳴器 9 第三章 控制系統(tǒng)及外部電路 10 3.1 控制系統(tǒng)的電路組成 10 3.2 電源電路 11 3.3 單片機(jī)控制電路 11 3.3.1 單片機(jī)的復(fù)位電路 11 3.3.2 單片機(jī)的時(shí)鐘電路 12 3.3.3顯示電路 13 3.3.4

10、 蜂鳴器報(bào)警電路 13 3.3.5 直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 14 第四章 程序設(shè)計(jì) 15 4.1 主程序設(shè)計(jì) 15 4.2 洗滌程序的設(shè)計(jì) 16 第五章　實(shí)物制作與調(diào)試 17 5.1 印制電路板設(shè)計(jì) 17 5.2 印刷板制作工藝流程 18 5.3 整機(jī)裝配與調(diào)試 18 結(jié) 論 19 致 謝 20 參考文獻(xiàn) 21 附錄1實(shí)物照片 22 緒論 課題開發(fā)背景 就當(dāng)今國內(nèi)洗衣機(jī)消費(fèi)市場而言，洗衣機(jī)市場具備強(qiáng)大的潛力，該市場發(fā)展勢頭迅猛，消費(fèi)者對(duì)洗衣機(jī)的需求和洗衣機(jī)功能的要求也可謂水漲船高。目前市面上的洗衣機(jī)主要具備僅僅的幾項(xiàng)功能，如具備標(biāo)注洗滌

11、和輕柔洗滌模式可選功能以及隨時(shí)暫停洗滌以供中途添加衣物的功能等等。但是，在生活中的很多方面，人們的日常生活需求仍不能滿足。這就要求工程師和設(shè)計(jì)者們具備更高的技術(shù)和專業(yè)水準(zhǔn)以設(shè)計(jì)出更加節(jié)能、更加完備、更加符合大眾需求和更加人性化的智能洗衣機(jī)。 隨著大量的國外品牌加入到國內(nèi)洗衣機(jī)消費(fèi)市場中以及隨著中國加入WTO，國產(chǎn)家電企業(yè)在開發(fā)新洗衣機(jī)產(chǎn)品和研發(fā)新的洗衣技術(shù)上可謂刻不容緩，該行業(yè)將以“綠色環(huán)?！?、“節(jié)能減排”為主題，進(jìn)入新一輪的技術(shù)戰(zhàn)爭中，未來競爭的焦點(diǎn)仍然是技術(shù)的制高點(diǎn)的爭奪。洗衣機(jī)在國內(nèi)市場上的消費(fèi)情況表明：由于我國水資源持續(xù)緊缺和用戶平均用水費(fèi)的持續(xù)增加等因素的共同作用下，市場上一大批大

12、量用水的洗衣機(jī)的銷售情況逐漸受到阻礙，銷售量也逐步降低，研發(fā)節(jié)能省水的洗衣機(jī)已逐步受到國內(nèi)消費(fèi)者的青睞。針對(duì)正在變化的消費(fèi)者需求，一些生產(chǎn)廠家如美的，三洋，TCL等陸續(xù)推出了多款省水節(jié)能型的全自動(dòng)洗衣機(jī)。作為未來技術(shù)發(fā)展方向之一，變頻技術(shù)將促進(jìn)整個(gè)洗衣機(jī)行業(yè)技術(shù)的進(jìn)步，這無疑將更新?lián)Q代洗衣機(jī)的整體行業(yè)。 目前，所有洗衣機(jī)都不兼容所有方面。大多數(shù)洗衣機(jī)制造商都會(huì)關(guān)注自己品牌洗衣機(jī)的特點(diǎn)，并與其他洗衣機(jī)作對(duì)比強(qiáng)調(diào)一種或兩種不同的個(gè)性化特性，走差異化路線。洗衣機(jī)的功能均由微控制器控制，單片機(jī)控制電路系統(tǒng)非常實(shí)用，隨著飛速發(fā)展的單片機(jī)技術(shù)，其具有的集成度高，運(yùn)行速度快，占用空間少，運(yùn)行可靠和經(jīng)濟(jì)實(shí)惠

13、等優(yōu)點(diǎn)，使得單片機(jī)在機(jī)電一體化和家電等領(lǐng)域得到了較為廣泛的運(yùn)用。總而言之，每項(xiàng)技術(shù)的進(jìn)步都極大地促進(jìn)了洗衣過程自動(dòng)化的改進(jìn)。 國內(nèi)外現(xiàn)狀及水平 1. 洗衣機(jī)的分類 普通洗衣機(jī)：普通洗衣機(jī)采用交流電機(jī)，因技術(shù)的原因，它們不具備變頻功能，其洗滌、脫水、漂洗、晾干等功能均須由人工操作，不僅耗能、噪聲大，人工操作也很不方便； 半自動(dòng)洗衣機(jī)：半自動(dòng)洗衣機(jī)就是在放置完畢衣物、洗衣液和足夠的水后，再人工設(shè)定好洗衣程序，就能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)完成洗衣、甩干、排水的全過程，等洗衣過程完畢就自動(dòng)提醒用戶，然后取出晾曬。 全自動(dòng)洗衣機(jī)：在無需人工干預(yù)和監(jiān)督的情況下，全自動(dòng)洗衣機(jī)能獨(dú)自自動(dòng)地完成洗滌、漂洗和脫水的所有

14、過程。 2.全自動(dòng)洗衣機(jī)在國內(nèi)外的現(xiàn)狀及水平 當(dāng)今市面上的全自動(dòng)洗衣機(jī)大體可分為三個(gè)大類，分別是攪拌式全自動(dòng)洗衣機(jī)、滾筒式全自動(dòng)洗衣機(jī)和波輪式全自動(dòng)洗衣機(jī)，它們分別占全球洗衣機(jī)市場份額的15％、52％和33％。以下僅對(duì)波輪式和滾筒式兩種洗衣機(jī)進(jìn)行討論： (1) 滾筒洗衣機(jī) 滾筒洗衣機(jī)具有質(zhì)量可靠的基本結(jié)構(gòu)和美觀的外形設(shè)計(jì)，一般采用不銹鋼內(nèi)筒，制作精巧緊湊，占用空間小，方便安全，而且滾筒洗衣機(jī)大多都采用節(jié)水技術(shù)，其缺點(diǎn)是添加和取出衣服較為麻煩而且相對(duì)于其他洗衣機(jī)而言，滾筒洗衣機(jī)更為耗電，洗衣時(shí)間也較久，時(shí)間一般在一小時(shí)左右。 (2) 波輪式洗衣機(jī) 由于滾筒式機(jī)器的價(jià)格遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于波輪

15、式機(jī)器，因此使用波輪式機(jī)器對(duì)我們來說更經(jīng)濟(jì)更實(shí)用性價(jià)比也更高，因此它普遍受到我國消費(fèi)者的青睞。關(guān)于市面上新推出的波輪式洗衣機(jī)采用的控制器，它們多以微控制器的程序控制器為主。各廠家生產(chǎn)的各種波輪自動(dòng)洗衣機(jī)擁有不同的控制程序。至少有幾個(gè)控件，每個(gè)控件都有幾種不同的洗滌程序可供選擇，這些程序足以用于不同的洗滌需求。使用不銹鋼材質(zhì)作為洗衣機(jī)內(nèi)桶的目的也很明確，就是為了讓衣服和筒壁之間的摩擦有一個(gè)較好的緩沖，這樣就可以有效的減少衣物的損耗，用戶在購買洗衣機(jī)時(shí)應(yīng)把它計(jì)算在內(nèi)。關(guān)于同心清洗：同心清洗是將電機(jī)軸直接安裝到清洗缸軸上并直接驅(qū)動(dòng)。這減少了洗滌和脫水過程中浴缸的振動(dòng)，并也降低了噪音。為達(dá)到一定的清潔

16、效果，要求有一定程度上的的攪拌力，但過大的攪拌力對(duì)衣服也會(huì)造成一定的損傷，這使本款洗衣機(jī)的衣物損耗率要比傳統(tǒng)的滾筒洗衣機(jī)要高出不少。 第一章 設(shè)計(jì)方案 1.1 設(shè)計(jì)參數(shù) 本次設(shè)計(jì)的全自動(dòng)洗衣機(jī)具備標(biāo)準(zhǔn)洗滌模式和輕柔洗滌模式，其共同點(diǎn)是在洗衣過程中電動(dòng)機(jī)都是進(jìn)行周期性的正轉(zhuǎn)-停止-反轉(zhuǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)，都需要用戶預(yù)先設(shè)定洗滌時(shí)間，洗衣結(jié)束后都會(huì)提醒用戶，唯一的不同點(diǎn)是輕柔洗滌模式會(huì)在電機(jī)作周期性運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)候轉(zhuǎn)動(dòng)和停止的時(shí)間會(huì)相比較于標(biāo)準(zhǔn)洗滌模式來說更短，但在這種模式下給衣物的緩沖空間會(huì)更大，衣物的耗損也會(huì)降低，無論從洗衣機(jī)的使用壽命還是被洗滌的衣物的清洗情況，該新增的

17、輕柔模式無疑是一個(gè)較為人性化的功能。以下是兩種模式的詳細(xì)介紹： 1. 標(biāo)準(zhǔn)洗滌模式 (1)最大可調(diào)洗滌時(shí)間20分鐘； (2)洗衣過程為電機(jī)正轉(zhuǎn)20秒暫停10秒后電機(jī)反轉(zhuǎn)20秒如此反復(fù)運(yùn)行直到到達(dá)指定的時(shí)間； (3) 到達(dá)預(yù)先設(shè)定的洗衣時(shí)間后，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，洗衣機(jī)停止洗衣，通過蜂鳴器提醒用戶洗衣完畢。 2. 輕柔洗滌模式 (1) 最大可調(diào)洗滌時(shí)間20分鐘； (2) 洗衣過程為電機(jī)正轉(zhuǎn)10秒暫停5秒后電機(jī)反轉(zhuǎn)10秒如此反復(fù)運(yùn)行直到到達(dá)指定的時(shí)間； (3) 當(dāng)?shù)竭_(dá)預(yù)先設(shè)定的時(shí)間后，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，洗衣機(jī)停止洗衣，通過蜂鳴器提醒用戶洗衣完畢。 1.2 設(shè)計(jì)任務(wù) 1. 主要設(shè)計(jì)內(nèi)

18、容： 以AT89C51/52單片機(jī)控制器為主，擴(kuò)展必要的外部電路，設(shè)計(jì)制作一個(gè)可以模擬全自動(dòng)洗衣機(jī)的控制器電路系統(tǒng)。 2. 主要功能: (1)具有標(biāo)準(zhǔn)洗滌模式和輕柔洗滌模式兩種模式可選； (2)單片機(jī)控制電路板上有五個(gè)輕觸按鈕，它們分別是： 第一個(gè)是標(biāo)準(zhǔn)洗滌和輕柔洗滌模式選擇和切換按鈕K1，當(dāng)洗衣機(jī)工作時(shí)可通過此按鈕選擇洗衣機(jī)是工作在標(biāo)準(zhǔn)洗滌模式或者是輕柔洗滌模式，其中標(biāo)準(zhǔn)洗滌模式功能為正轉(zhuǎn)20秒暫停10秒后電機(jī)反轉(zhuǎn)20秒如此反復(fù)運(yùn)行直到到達(dá)指定的時(shí)間；，輕柔洗滌模式功能為正轉(zhuǎn)10秒暫停5秒后電機(jī)反轉(zhuǎn)10秒如此反復(fù)運(yùn)行直到到達(dá)指定的時(shí)間。 第二個(gè)是洗衣機(jī)的啟動(dòng)按鈕K2，通過該按鈕

19、可隨時(shí)啟動(dòng)和停止洗衣機(jī)的工作狀態(tài)。 第三個(gè)是增加洗滌時(shí)間按鈕K3，它主要提供洗衣機(jī)用戶在洗衣開始前進(jìn)行增加洗滌時(shí)間的功能； 第四個(gè)是減少洗滌時(shí)間按鈕K4，它主要提供洗衣機(jī)用戶在洗衣開始前進(jìn)行減少洗滌時(shí)間的功能； 第五個(gè)是復(fù)位按鈕K5，通過這個(gè)按鈕可以實(shí)現(xiàn)單片機(jī)控制器的復(fù)位操作，讓單片機(jī)控制系統(tǒng)恢復(fù)到剛上電時(shí)候的初始狀態(tài)。 (3)電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)方向是通過兩個(gè)繼電器控制的，當(dāng)繼電器通電時(shí)對(duì)應(yīng)的LED燈亮起，表示相應(yīng)的繼電器線圈處于通電狀態(tài)，對(duì)應(yīng)繼電器開關(guān)工作； (4)當(dāng)?shù)褂?jì)時(shí)完畢也就是洗滌全過程結(jié)束后，控制系統(tǒng)電路上的蜂鳴器工作報(bào)警，提醒用戶洗衣完成。 1.3 洗衣機(jī)的設(shè)計(jì)方案 采用

20、微控制器設(shè)計(jì)，以AT89C51/52微控制芯片為本次設(shè)計(jì)的核心元器件，擴(kuò)展的外部電路模塊主要有顯示電路、復(fù)位電路、按鍵電路、時(shí)鐘電路、電源電路和電機(jī)控制電路。利用兩個(gè)繼電器控制電機(jī)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)控制電路的控制。而采用兩位一體的共陽極數(shù)碼管使其與單片機(jī)相連組成洗衣機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)字顯示電路，洗衣機(jī)洗滌倒計(jì)時(shí)的計(jì)算和設(shè)置洗滌時(shí)間等數(shù)字顯示功能則借助C語言編程實(shí)現(xiàn)。而且此方案設(shè)計(jì)的洗衣機(jī)具有標(biāo)準(zhǔn)和輕柔洗滌兩種模式可供用戶選擇。 1.3.1 按鍵 洗衣機(jī)控制系統(tǒng)上有5個(gè)輕觸按鈕，分別實(shí)現(xiàn)不同的功能，它們分別是 K1洗滌模式切換鍵，切換標(biāo)準(zhǔn)洗滌模式和輕柔模式； K2開始洗滌鍵； K3

21、洗滌時(shí)間加鍵； K4洗滌時(shí)間減鍵； K5 復(fù)位鍵 1.3.2 洗衣程序 1. 洗滌過程 給洗衣機(jī)通電和設(shè)定洗滌時(shí)間后，洗衣機(jī)從洗滌過程開始，電機(jī)M通電，波輪被帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，洗衣水流形成。電機(jī)M是一個(gè)轉(zhuǎn)向可逆的電機(jī)，可以形成正向和反向的水流，這有利于更好地洗滌衣物。用戶先通過模式選擇按鍵選擇洗滌模式，也可在默認(rèn)為標(biāo)準(zhǔn)洗滌模式下直接進(jìn)行洗滌時(shí)間設(shè)定，設(shè)定好洗滌時(shí)間后，洗滌過程開始，等待洗滌時(shí)間到達(dá)用戶所設(shè)定的時(shí)間后，電機(jī)M停止轉(zhuǎn)動(dòng)，蜂鳴器工作提醒用戶洗衣完畢。 1.3.3 設(shè)計(jì)總方框圖 1.3.4 控

22、制系統(tǒng)的功能 基于單片機(jī)控制洗衣程序以實(shí)現(xiàn)洗衣機(jī)洗滌桶內(nèi)洗滌的全過程。通過洗滌時(shí)間增加和減少按鍵來設(shè)定洗滌時(shí)間，再選擇洗滌模式，洗衣機(jī)開始運(yùn)作，洗衣機(jī)控制系統(tǒng)控制電機(jī)進(jìn)行正轉(zhuǎn)、停止、反轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，通過傳動(dòng)帶動(dòng)波輪執(zhí)行洗滌指令；當(dāng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)到達(dá)預(yù)先設(shè)定的洗滌時(shí)間，控制系統(tǒng)切斷電機(jī)電路同時(shí)蜂鳴器奏響，通知用戶洗衣完畢。 第二章 元器件的選擇 2.1 洗衣機(jī)類型的選擇 2.1.1 波輪上開門洗衣機(jī)的優(yōu)點(diǎn) (1)很輕易的就能把衣物洗干凈，省時(shí)省電、空間占比小、操作簡單、在洗衣的途中可以隨時(shí)添放衣服或洗衣液、快速上手、經(jīng)濟(jì)實(shí)惠且靈活方便。 (2)與當(dāng)今國民經(jīng)濟(jì)相符合，

23、在國內(nèi)波輪上開門洗衣機(jī)的消費(fèi)量可謂是最大的。 (3)洗衣機(jī)內(nèi)筒由塑料制成，幾乎是在靜音情況下完成洗衣過程，上開蓋的設(shè)計(jì)，使用起來也更加快捷方便。所以波輪上開門洗衣機(jī)適用于頻繁清洗衣服的家庭，以洗凈為主。 2.1.2 波輪上開門洗衣機(jī)工作原理 以把衣物洗干凈為目的，波輪上開門洗衣機(jī)的洗滌過程主要是由機(jī)械運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的沖刷和洗滌液的滲潤、散布等共同作用下使污垢脫離衣物。散布在波輪葉片之中的洗衣溶液在翻滾中朝桶壁被拋出，并同時(shí)隨著洗衣桶的內(nèi)壁攀升。在脈動(dòng)器中心，由于液體的拋出形成的低壓區(qū)域，導(dǎo)致洗滌液返回到波輪的周邊。為此，在以軸線為中心的渦流在波輪附近產(chǎn)生，在渦流的作用下，衣服作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。衣物被

24、吸入到洗衣桶的核心后，衣服又被扔向洗衣機(jī)內(nèi)的筒壁上，如人工搓洗衣物一般衣物不斷被摩擦。因?yàn)椴ㄝ喌暮诵奈恢檬堑蛪簠^(qū)域，所以衣服很容易被附著在波輪周邊并不斷與其產(chǎn)生摩擦。在摩擦過程中污漬便會(huì)脫離衣服。此外，當(dāng)往洗衣機(jī)內(nèi)放入洗衣液后，因?yàn)閼T性運(yùn)動(dòng)較為遲緩，水的流動(dòng)和衣服之間存在一定的速度差。兩者之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)是由水和衣服之間的相互摩擦引起的。水流到衣服上也有助于去除衣服上的污漬。因?yàn)橄匆掠績?nèi)部的不規(guī)則，當(dāng)翻滾著的水沖擊桶的內(nèi)壁時(shí)，其方向?qū)l(fā)生變化，從而形成湍流。進(jìn)而衣服做無規(guī)律的滾動(dòng)，衣物彼此搓洗摩擦，洗衣面積被最大程度的增大，也更均勻地洗滌了衣物。 2.2 洗衣機(jī)

25、馬達(dá)的選擇 2.2.1.洗滌-脫水電機(jī)的原理 為提高洗滌效果并防止衣物在洗滌時(shí)的纏繞，波輪需要具有雙向運(yùn)轉(zhuǎn)工作的功能，因此用于洗滌的洗滌、脫水電機(jī)都應(yīng)時(shí)能雙向運(yùn)轉(zhuǎn)的電機(jī)。洗滌、脫水電動(dòng)機(jī)為配合洗衣機(jī)洗滌和脫水有不同的速度，故應(yīng)采用雙速設(shè)計(jì)。有兩套不同極數(shù)的繞組安裝在電機(jī)定子上，兩套定子繞組的自動(dòng)調(diào)整可由鼠籠型轉(zhuǎn)子實(shí)現(xiàn)。因?yàn)樵撾妱?dòng)機(jī)在低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)極數(shù)較多、轉(zhuǎn)速較低，所以想到低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)電動(dòng)機(jī)的溫度和轉(zhuǎn)矩，使得電動(dòng)機(jī)會(huì)比較龐大。在另一方面，單相異步雙速電機(jī)具有簡單的結(jié)構(gòu)、更長的使用時(shí)限，可是成本卻較單速單相異步電機(jī)高。 因此本次電路將根據(jù)電動(dòng)機(jī)的速度以及電動(dòng)機(jī)的功率，選擇西門子公司生產(chǎn)的單相異步

26、雙速電動(dòng)機(jī)。圖2.1和2.2分別是實(shí)物圖和接線圖。 2.3 單片機(jī)的選擇 1. AT89C51/52單片機(jī)的優(yōu)點(diǎn) AT89C51/52單片機(jī)是兩款結(jié)構(gòu)簡單而且效率高的單片機(jī)，更是能耗低性能高的微控制器芯片。微控制器是本次設(shè)計(jì)的核心部件，起系統(tǒng)控制作用，因受管腳的數(shù)目限制，因此有不少具有第二功能的管腳。 2. AT89C51單片機(jī)的引腳圖和實(shí)物圖 3. 引腳描述 2.4 蜂鳴器 電磁式蜂鳴器 用于給電子產(chǎn)品作發(fā)聲

27、的器件中，蜂鳴器一般有電磁式和壓電式，相比于壓電式蜂鳴器，運(yùn)用電磁線圈對(duì)蜂鳴片作用來發(fā)出聲響是電磁式蜂鳴器的一大特點(diǎn)。該蜂鳴器在電路通電，其振蕩器產(chǎn)生的電流流經(jīng)線圈，磁場在線圈內(nèi)產(chǎn)生。膜片在磁鐵和線圈的作用下振動(dòng)報(bào)警。 本次設(shè)計(jì)選用的蜂鳴器分貝數(shù)為130分貝，只要選取該分貝數(shù)的蜂鳴器便可準(zhǔn)確發(fā)出衣物清洗完畢的信號(hào)，此器件結(jié)構(gòu)較為簡單，也較為經(jīng)濟(jì)，成本較低。蜂鳴器的選擇：電磁式有源蜂鳴器，圖2.13和2.14分別為蜂鳴器的實(shí)物圖和蜂鳴器的外接線路圖。 第三章 控制系統(tǒng)及外部電路 3.1 控制系統(tǒng)的電路組成 該電路主要組成部件是AT89C51

28、單片機(jī)、電機(jī)、無源蜂鳴器、LED、數(shù)碼管顯示器、自鎖開關(guān)、兩只繼電器及五只按鍵組成。電機(jī)的一端控制其正轉(zhuǎn)而該端與單片機(jī)P2.0端口連接，另一端控制其反轉(zhuǎn)而該端與單片機(jī)P2.1端口連接。有兩個(gè)顯示器，其中P0端口控制高位顯示器，P2端口控制低位顯示器。P1.5端口控制蜂鳴器，當(dāng)P1.5端口輸出為高電平時(shí)蜂鳴器工作。本電路采用11.059MHz的晶振，定時(shí)器0和定時(shí)器1設(shè)定為間隔100us產(chǎn)生一次中斷。 3.2 電源電路 電源電路的電氣原理圖如圖3.2所示。220V電壓通過變壓器轉(zhuǎn)換為12V的電壓，再由四個(gè)二極管整流，平穩(wěn)的

29、直流電壓經(jīng)由電容C1、電容C2濾波得到，穩(wěn)定的+5V電壓經(jīng)由三端穩(wěn)壓管得到再供電給每個(gè)器件。其中電容C2與C4、C1與C3一個(gè)慮掉高頻干擾信號(hào)，另一個(gè)慮掉低頻紋波，電容大小為10pF和0.1uF。 3.3 單片機(jī)控制電路 3.3.1 單片機(jī)的復(fù)位電路 復(fù)位電路的作用是使整體電路恢復(fù)到剛通電的時(shí)候的狀態(tài)。在微控制器通電或電壓出現(xiàn)過低的情況下，該電路將微控制器存儲(chǔ)器復(fù)位，使其所有指標(biāo)恢復(fù)剛通電時(shí)候的數(shù)值，以防止各種因素導(dǎo)致的程序混亂。 單片機(jī)的復(fù)位電路分別有上電復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位兩種形式，上電復(fù)位指RST端的高電平直接

30、由上電瞬間產(chǎn)生高電平來實(shí)現(xiàn)復(fù)位功能；手動(dòng)復(fù)位即通過按鈕產(chǎn)生高電平復(fù)位信號(hào)從而實(shí)現(xiàn)復(fù)位功能。圖3.3顯示的電路兼具上電復(fù)位與手動(dòng)復(fù)位功能。通過電容充電來復(fù)位的是上電復(fù)位，而通過開關(guān)來復(fù)位的是手動(dòng)復(fù)位。當(dāng)RST端信號(hào)從1復(fù)位到0后復(fù)位結(jié)束，中央處理單元將從初始狀態(tài)運(yùn)行,中央處理單元的初始狀態(tài)即為所有管腳的電平為1。如圖3.3為單片機(jī)復(fù)位電路。 3.3.2 單片機(jī)的時(shí)鐘電路 晶振與微控制器內(nèi)部電路構(gòu)成本次洗衣機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的時(shí)鐘電路，晶振部件產(chǎn)生的頻率為單片機(jī)供給時(shí)鐘信號(hào)，為微控制器實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)和定時(shí)功能。 高增益反相放大器內(nèi)嵌在A

31、T89C51微控制芯片內(nèi)部，XTAL1為輸入管腳，XTAL2為輸出管腳。只要把晶體振蕩器和微調(diào)電容連接到兩管腳之間，一個(gè)自激振蕩器就此組成，如圖3.4所示。電容C6和C5大概可取32pf；晶振部件的頻率范圍可選1.3~12MHz，若其頻率高，系統(tǒng)的頻率也會(huì)高，并且微控制器的計(jì)算速率也會(huì)更快。一般地，頻率為12MHz 或6MHz的晶振部件是最好的選擇。如果控制電路中運(yùn)用了微控制器的串行通信口，則應(yīng)該采用的晶振頻率為11.059MHz，這就能讓算得的T1的初值取整而波特率不再包含不變誤差。表3.1羅列了串行方式2在不同頻率下常用誤差和波特率。 3.3.3顯示電路 在微控制器控制系統(tǒng)

32、中，一般都需要直觀簡潔地顯示出微控制器控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)和運(yùn)行結(jié)果。本次設(shè)計(jì)的顯示電路使用的是二位一體的共陽極數(shù)碼管，它足夠滿足本次設(shè)計(jì)的電路的顯示功能要求，電路如圖3.5所示。 3.3.4 蜂鳴器報(bào)警電路 本次設(shè)計(jì)使用的蜂鳴器是無源式的，所以微控制器必須向蜂鳴器輸出頻率不變的方波，使其正常工作時(shí)的電壓大概可以選取在3~13V之間，而所需要的外部元器件不多，電壓增益可選取在21~201mV之間作調(diào)整。蜂鳴器的奏響通過中央處理器的P1.5端口輸出1時(shí)實(shí)現(xiàn)。R0是一個(gè)降壓電阻，當(dāng)P1.5端口為1時(shí)，其可使得基極的電壓得到降低。如圖3.6所示： 3.3

33、.5 直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 1. 繼電器的作用 繼電器是線路中具有控制和隔離功能的重要部件，事實(shí)上，它是一個(gè)通過低電壓來控制高電壓的開關(guān)，不論在電子設(shè)計(jì)還是日常生活當(dāng)中，繼電器都是可靠的、實(shí)用性強(qiáng)的元器件。 2. 電機(jī)控制電路的工作原理 圖3-7顯示的是一個(gè)典型的直流電機(jī)控制電路。在該電路中，當(dāng)三極管Q4的基極為低電平時(shí)，該三極管Q4則被導(dǎo)通，此時(shí)電機(jī)的電流流向是從下往上流，電機(jī)處于正轉(zhuǎn)狀態(tài)，當(dāng)三極管Q4不導(dǎo)通而三極管Q5導(dǎo)通時(shí)，此時(shí)電機(jī)的電流流向是從上往下流，電機(jī)處于反轉(zhuǎn)狀態(tài)。 本次設(shè)計(jì)還并接了兩個(gè)LED在三極管的線圈處以用于給用戶或者開發(fā)者指示洗衣機(jī)控制系統(tǒng)中兩個(gè)繼電器實(shí)時(shí)的工作狀態(tài)，

34、使開發(fā)者對(duì)電路系統(tǒng)的工作狀態(tài)的把控變得更加方便和直觀。 第四章 程序設(shè)計(jì) 4.1 主程序設(shè)計(jì) 軟件程序通過硬件平臺(tái)實(shí)現(xiàn)，完成控制系統(tǒng)的協(xié)調(diào)和控制工作。系統(tǒng)各項(xiàng)功能是由軟硬件協(xié)同實(shí)現(xiàn)的，由于軟件的可操作性和可擴(kuò)展性，系統(tǒng)功能的最終實(shí)現(xiàn)情況也可強(qiáng)可弱，差別可能很大。本次把程序模塊化，這不但易于調(diào)試和程序編寫，也可最大限度地減少軟件發(fā)生故障，讓軟件的可靠性更強(qiáng)。此外，對(duì)程序執(zhí)行地毯式的調(diào)試也是排錯(cuò)和的一種重要途徑。在編寫程序時(shí)會(huì)涉及比較復(fù)雜的運(yùn)算，而LCD燈的邏輯設(shè)計(jì)也需要經(jīng)過數(shù)重選擇運(yùn)算，若采用傳統(tǒng)的匯編語言編寫程序難度較大，所以本次設(shè)計(jì)選用結(jié)構(gòu)清晰、移值能力強(qiáng)、能實(shí)施復(fù)雜計(jì)算的C語

35、言來實(shí)現(xiàn)。 當(dāng)本次洗衣機(jī)控制系統(tǒng)的硬件大體定型之后，軟件程序也基本上可以定型了，根據(jù)程序?qū)崿F(xiàn)的功能的不同，本次程序設(shè)計(jì)可分為兩類，首先是主程序，它實(shí)際上是一個(gè)監(jiān)控程序，每個(gè)子程序都要經(jīng)由主程序才得以運(yùn)行，主程序?qū)ｉT用來進(jìn)行各個(gè)執(zhí)行模塊的調(diào)用、聯(lián)系和協(xié)調(diào), 也是整個(gè)軟件程序的核心部分；再者就是子程序，它又被稱為執(zhí)行程序，主要用來完成各種功能性的工作，比如實(shí)現(xiàn)中斷處理、顯示、實(shí)現(xiàn)幾時(shí)定時(shí)等功能，每個(gè)子程序都是一個(gè)小小的執(zhí)行模塊。 4.2 洗滌程序的設(shè)計(jì) 初始化硬件電路、調(diào)用、聯(lián)系和在各個(gè)子程序之間輪流

36、切換等工作均由主程序執(zhí)行，為了使得本次設(shè)計(jì)的洗衣機(jī)控制電路該具備標(biāo)準(zhǔn)洗滌和輕柔洗滌兩種模式的要求，本次設(shè)計(jì)的主程序應(yīng)當(dāng)具備初始化硬件電路和自由靈活調(diào)用以及切換各個(gè)子程序的功能，而該洗滌程序的流程圖如圖4-4所示。 第五章　實(shí)物制作與調(diào)試 5.1 印制電路板設(shè)計(jì) 具有多項(xiàng)功能的EDA綜合設(shè)計(jì)和調(diào)試平臺(tái)Protel99SE是Protel公司在兩千零一年發(fā)布的，它不僅僅能夠進(jìn)行PCB的設(shè)計(jì)、原理圖設(shè)計(jì)、邏輯器件設(shè)計(jì)，還能進(jìn)行電路的模擬仿真等多項(xiàng)實(shí)用性較強(qiáng)的功能。因此在本次的控制電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)當(dāng)中，設(shè)計(jì)電路和設(shè)計(jì)PCB將由Protel99SE軟件完成。

37、 在本次設(shè)計(jì)中，用Protel99SE軟件進(jìn)行PCB設(shè)計(jì)主要分為以下步驟： 運(yùn)行Protel99SE軟件繪制PCB，然后檢查和選擇適應(yīng)于本次設(shè)計(jì)要求的電氣規(guī)格，對(duì)規(guī)格進(jìn)行調(diào)整和標(biāo)注，網(wǎng)絡(luò)表的生成，PCB文件的新建、電路板的定制，PCB部件庫的載入，網(wǎng)絡(luò)表的載入，調(diào)整部件排布，設(shè)定規(guī)則，電腦布線，最后再手動(dòng)對(duì)布線進(jìn)行檢查和調(diào)整，就可以打印PCB圖了。 5.2 印刷板制作工藝流程 工藝流程：在尺寸、版型和質(zhì)量要求上選取滿意本次設(shè)計(jì)要求的電路板，然后進(jìn)行熱轉(zhuǎn)印紙的粘貼，在熱轉(zhuǎn)印機(jī)上開始執(zhí)行熱轉(zhuǎn)印操作，對(duì)電路板進(jìn)行熱轉(zhuǎn)印完成后用手摘掉轉(zhuǎn)印紙，然后就可以對(duì)電路板進(jìn)行腐蝕，首先用清水清洗電路板，再

38、用砂布拋光、涂抹松香水，人工或利用機(jī)器鉆孔，最后仔細(xì)排查電路板上線路的排布。以下是詳細(xì)的步驟： 1.將滿足尺寸、版型和質(zhì)量要求的覆銅板用細(xì)砂布拋光,然后再用熱轉(zhuǎn)印紙覆蓋到該板子上。 2.熱轉(zhuǎn)印紙粘完之后，再在電路板上放一張紙，在電路板上輕輕一壓，這是為了讓熱轉(zhuǎn)印紙與復(fù)銅板貼合度更好。 3.將板子經(jīng)過熱轉(zhuǎn)印機(jī)對(duì)板子進(jìn)行處理，讓熱轉(zhuǎn)印機(jī)的溫度保持在大概155度，讓熱轉(zhuǎn)印紙更好地附著在覆銅板上，完成電路圖的轉(zhuǎn)印。 4.靜置冷卻轉(zhuǎn)印好的覆銅板，再用手摘去覆蓋在板上的熱轉(zhuǎn)印紙。 5.在對(duì)電路板進(jìn)行腐蝕工作時(shí)，通常使用的腐蝕液為三氯化鐵溶液，而溶液的濃度、室內(nèi)溫度和反應(yīng)過程中的攪拌決定了電路板

39、的腐蝕反應(yīng)速率，為了使得印刷電路板的質(zhì)量得到更好的保障，同時(shí)為了使得腐蝕速率的進(jìn)一步提升，邊加溫邊人工給予輕微抖動(dòng)是一個(gè)可選的途徑。 6. 用清水沖洗已經(jīng)腐蝕好的印制板，把殘留在印制板上的三氯化鐵腐蝕液去除，再風(fēng)干，用砂紙將電路板作拋光處理，然后再抹上松香并使其保持干燥。 7.將靜置晾干的印制電路板板用鉆孔機(jī)進(jìn)行精確鉆孔，完成后在人工仔細(xì)檢查電路線，以確保鉆孔和排線過程無錯(cuò)漏。 5.3 整機(jī)裝配與調(diào)試 在完成了印刷電路版的工藝制作工作之后，最后就剩下對(duì)整機(jī)的調(diào)查測試和裝配工作，可以首先按照電路圖來進(jìn)行實(shí)際電路的搭配和調(diào)試，而元器件的焊接和調(diào)試則可參考PCB的效果圖，具體安裝流程以下：

40、 1.準(zhǔn)備好裝配前的各項(xiàng)工作。 2.檢測元器件。 3.部件的焊接遵循小大、輕重、先外的規(guī)則進(jìn)行焊接。并確定是水平安裝還垂直安裝。 4.元器件焊接完后，用剪刀修剪較長的元器件管腳。 5.對(duì)待殘留在電路板上的助焊劑應(yīng)當(dāng)選用純度為95%的酒精進(jìn)行清洗，參考電路圖，對(duì)照電路，仔細(xì)審視是否存在錯(cuò)焊的元器件。 整體的調(diào)試流程：先對(duì)靜態(tài)的元器件檢查和調(diào)試一遍，再對(duì)電路上的動(dòng)態(tài)元器件再檢查和調(diào)試一遍，然后在遵循調(diào)試原則，對(duì)各個(gè)部分的電路進(jìn)行調(diào)試，以上調(diào)試步驟都完成后，再對(duì)整體控制電路作最后的調(diào)試，以保證整體電路的萬無一失。再利用通過調(diào)試得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和已知的提供參考的技術(shù)參數(shù)作對(duì)比，若兩者吻合，才能

41、對(duì)電路板進(jìn)行通電測試。如果電路板的運(yùn)行情況依然未能達(dá)到預(yù)期效果，則應(yīng)再對(duì)照原理圖進(jìn)行全面排查測試，仔仔細(xì)細(xì)審查是否存在漏焊的元器件等情況，并以此步驟一直調(diào)試到電路板能正常運(yùn)行為止。 結(jié) 論 現(xiàn)如今國內(nèi)洗衣機(jī)市場正進(jìn)入升級(jí)期，人們對(duì)于產(chǎn)品的要求也漸漸增高，這就要求工程師們具備更高的技術(shù)水平，提出更多可供參考的改進(jìn)建議，實(shí)現(xiàn)用戶的日常生活需求，設(shè)計(jì)出更環(huán)保、更全面、性價(jià)比更高的洗衣機(jī)。就目前市面上的洗衣機(jī)而言都還沒出現(xiàn)能夠兼容全方面功能的產(chǎn)品，許多公司都強(qiáng)調(diào)自家公司產(chǎn)品的特點(diǎn)，過于看重自家產(chǎn)品的差異化特性，基本上微控制器控制就可實(shí)現(xiàn)洗衣機(jī)的所有功能，由于微控制器控

42、制靈活、小巧的體積等優(yōu)勢，所以要想設(shè)計(jì)出具有更強(qiáng)實(shí)用性的洗衣機(jī)控制系統(tǒng)，采用單片機(jī)無疑是最好的選擇。為了滿足更多用戶的不同需求，本次設(shè)計(jì)的洗衣機(jī)以AT89C51微控制器為核心對(duì)全自動(dòng)洗衣機(jī)進(jìn)行了簡單的設(shè)計(jì)和模擬。本次設(shè)計(jì)軟硬件結(jié)合，大體以硬件為中心，輔以程序設(shè)計(jì)實(shí)行。當(dāng)今社會(huì)科技發(fā)展迅速，單片機(jī)開發(fā)前景越來越光明。由于單片機(jī)具備經(jīng)濟(jì)實(shí)惠、開發(fā)便利等特點(diǎn)，所以它依然在工控設(shè)計(jì)、家用電器等領(lǐng)域占據(jù)龐大的份額。所以選取本次課題，力求通過此次設(shè)計(jì)提高自己程序編寫和電路設(shè)計(jì)能力。在我完成本次設(shè)計(jì)的過程中，看到自己能把校所學(xué)的知識(shí)運(yùn)用于解決問題時(shí)，成就感和自豪感油然而生。但在實(shí)際的程序編寫以及軟硬件調(diào)試程

43、序過程中，發(fā)覺自己還是學(xué)的太少。僅靠自己在書本上學(xué)到的知識(shí)還是太少了，所以通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)我也真正地認(rèn)識(shí)到了學(xué)海無涯的道理和動(dòng)手實(shí)踐的重要性。 致 謝 在經(jīng)歷了為期數(shù)個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)后，本次設(shè)計(jì)已接近尾聲，在李靜老師的細(xì)心指導(dǎo)和關(guān)懷下，我完成從課題的選取、開題答辯、實(shí)物制作以及論文的結(jié)構(gòu)安排和撰寫的全過程。 通過本次的畢業(yè)設(shè)計(jì)，在老師的指導(dǎo)下擴(kuò)展了在大學(xué)四年中所學(xué)不到的知識(shí)和眼界，讓我在未來的工作中打下更牢固的基礎(chǔ)，讓我在電子設(shè)計(jì)行業(yè)的路上能越走越遠(yuǎn)。 在此首先要感激李靜老師對(duì)我的耐心教導(dǎo)和無微不至的關(guān)懷。李老師在繁忙的工作，仍能如此細(xì)致的指導(dǎo)

44、我們完成畢業(yè)設(shè)計(jì)每個(gè)階段的工作，確實(shí)足以讓每個(gè)人的感激之情油然而生。再者，好的作品離不開優(yōu)秀的的團(tuán)隊(duì)和良好的學(xué)習(xí)工作環(huán)境，所以，此次我能高質(zhì)量地完成畢業(yè)設(shè)計(jì)的工作離不開我校機(jī)電與自動(dòng)化學(xué)院的教導(dǎo)和栽培，并且提供給我一個(gè)寬闊的學(xué)習(xí)平臺(tái)。在此我還要感謝一向關(guān)心與支持我的同學(xué)和朋友們，感謝你們的鼓勵(lì)和支持，感謝你們給這個(gè)機(jī)會(huì)讓我們能夠共同進(jìn)步，感謝你們給予我的所有關(guān)心和幫忙。同窗之誼，我將終生難忘!謹(jǐn)在此對(duì)全院老師和幫助過我的同學(xué)們表示衷心的感謝。 參考文獻(xiàn) [1] 王兆安，劉進(jìn)軍．電力電子技術(shù)（第5版）．北京：機(jī)械工業(yè)出

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