全自动洗衣机控制系统概述

.目录摘要Abstract引言.绪论.第1章 洗衣机控制系统概述.1.1洗衣机控制系统介绍.1.2洗衣机控制系统的比较（单片机控制和PLC控制）1.3洗衣机控制系统的控制要求.第2章 硬件设计.2.1电机的选择2.2单片机芯片选择2.3固态继电器的选用第3章 洗衣机控制系统的软件设计.3.1主程序设计3.2标准洗衣程序设计3.3洗涤程序的设计3.4漂洗程序的设计3.5脱水程序的设计设计分析总结.参考文献附录附录A单片机控制原理图 附录B程序流程框图引 言目前中国洗衣机市场正进入更新换代的时期，市场潜力巨大，人们对于洗衣机的要求也是越来越高。目前的洗衣机主要有强弱洗涤功能、进排水系统故障自动诊断功能、暂停等七大功能，但是在许多方面还是满足不了人们的需求。这就要求设计者们有更高的专业和技术水平设计出更节能、功能更齐全、更人性化的洗衣机。让洗衣服这项难于逃避的家务劳动，不再成为一种负担。随着加入世贸组织，跟多的国内外强势品牌加入，研究新的技术开发新的产品，洗衣机行业将爆发新一轮的以“绿色环保”、“节水节能”为主题的大战，而技术制高点则是未来的竞争焦点。在国内从洗衣机市场得到的商情显示由于受水资源不断减少自来水费有所提高等因素的影响，市场上那些用水量比较大的洗衣机销售受阻而具有节水功能的洗衣机的销路不断看好。针对市场需求的变化，一些生产厂家如小天鹅、小鸭、海尔等先后向市场推出了一批节水型全自动的洗衣机。然而随着洗衣机市场的迅速发展和科技的进步创新，随着滚筒洗衣机制作成本的下降，也让滚筒洗衣机得到了很好的普及，市场占有率大幅提升。作为未来技术发展方向之一，变频技术将带动整个洗衣机行业的技术提升，有利于洗衣机产业的升级。目前的洗衣机都没有实现全方面的兼容，大多数的洗衣机生产的厂家都注重各自品牌的洗衣机的特长，突出一两个与别的洗衣机不同的个性化的功能，洗衣机的各项功能都是由单片机控制实现的，因此设计出基于单片机的洗衣机控制电路系统具有很强的实用性。并且随着单片机技术日新月异的发展，单片机以其集成度高、运算速度快、体积小、可靠运行、价格低廉等特点在过程控制、机电一体化、智能化仪表、家用电器等方面得到了广泛应用。本设计采用AT89C51单片机作为洗衣机控制系统的核心，硬件线路及控制程序的设计室该系统的重要组成部分。硬件线路设计主要包括电源、功能及控制系统、洗衣机状态显示、输出控制电路的设计。控制程序设计主要包括主程序、内部定时中断服务程序、外部中断服务程序的设计。与此同时还介绍了与洗衣机有关的一些常见的电子元器件的基本功能。绪论随着人民生活水平的提高，越来越多的人需要使用洗衣机。现在洗衣机越来越高度自动化，只要衣服放入洗衣机，简单的按两个键，就会自动注水，一些先进的电脑控制洗衣机，还能自动的感觉衣物的重量，自动的添加适合的水量和洗涤剂，自动的设置洗涤的时间和洗涤的力度，洗涤完以后自动的漂洗甩干，更有些滚筒洗衣机还会将衣物烘干，整个洗衣的过程完成以后还会用动听的音乐声提醒用户，用户可以在洗衣的过程做其它的事，节省了不少的时间。总之，每一项技术的进步极大地推动了洗衣过程自动化程度的提高。目前的洗衣机主要有强弱洗涤功能、进排水系统故障自动诊断功能、暂停等几大功能，而洗衣机的各项功能是由单片机控制实现的，单片机的体积小，控制功能灵活，然而，基于单片机的洗衣机控制系统具有很强的实用性。洗衣机是一种在家庭中不可缺少的家用电器,发展非常快,而全自动式洗衣机因使用方便更加得到大家的青睐,全自动即进水、洗涤、漂洗、甩干等一系列过程自动完成,控制器通常设有几种洗涤程序,对不同的衣物可选择不同的洗涤方式。近几十年，在工业发达国家，全自动洗衣机制造技术又得到迅速发展，其年总产量及社会普及率均以达到相当高得水平。全自动洗衣机的发展首先表现在洗涤方式发生巨大变化。原先大多侧重于水流的改变、动力的加大。现在，超音波、电解水、臭氧和蒸汽洗涤的运用，使洗衣机的去污能力从单纯依靠洗衣粉、洗涤剂的化学作用和强弱变化的水流机械作用，向更高层次的健康、环保洗涤方式转变，特别是电解水、超音波技术在洗衣机行业的运用几乎改变了洗衣机的历史洗衣不用或少用洗衣粉、洗涤剂，减少化学品对皮肤的损害和对环境的污染。电解水、臭氧、蒸汽的杀菌除味及消毒功能倍受青睐，引发了洗衣机消费健康潮。另一变化就是高度自动化、智能化、人性化。从半自动、全自动到现在流行的人工智能、模糊控制，只需按一下按钮一切搞定！同时，用户可以按照自己的洗衣习惯，自主选择时间和方式，自编和记忆程序让用户真正做到随心所欲。人性化还表现在使用的方便和舒适，如子母分洗洗衣机可以做到不同衣物分开洗；斜桶和顶开滚筒可以做到取放衣物方便不需深弯腰；蒸汽烘干功能使得晾晒更加方便，DD直驱电机在节能降噪方面效果更加突出，等等。业内人士表示，尖端洗涤技术的革新，所表现出的洗衣方式更加注重健康和个性化，已在市场发展中倍受欢迎。第1章 洗衣机控制系统概述1.1 洗衣机控制系统介绍洗衣机通过控制系统设定洗衣程序，在内桶自动完成注水、洗涤。漂洗、排水和脱水全过程。洗衣时，控制系统将打开进水电磁阀，开始注水；当洗涤脱水桶内的水位达到系统的设定值时，水位检测器向单片机发送一个信号，通知控制系统关闭进水电磁阀，同时启动电机洗衣。电机在控制系统下进行正传、停、反转，通过传动机机构带动波轮执行洗涤程序；当洗涤时间结束了，控制系统将切断电机电路，打开排水电磁阀。开始排水；然后再次注水，洗衣进入漂洗状态，完成漂洗程序（通常为二次漂洗）；漂洗排水结束后，系统控制电机单方向高速运转，完成脱水程序；当脱水程序终了，系统控制排水电磁铁和电机断点，排水阀和减速离合器的制动臂复位，同时蜂鸣器报警。通知用户整个洗衣过程结束。洗衣机的洗涤原理是模拟人工衣物为基础发展而来的，即通过翻滚、摩擦、水的冲刷等机械原理以及洗涤剂的表面活化清洁的作用，将附着在衣物上的污垢除掉。以达到清洁衣物的作用。目前，大多数的洗衣机都以单片机为核心来控制电路来控制电动机、进水阀、排水阀、数码显示管、及蜂鸣器的电压输出，使洗衣机根据程序进行工作。1.2 动作介绍全自动洗衣机的洗衣桶（外桶）和脱水桶（内桶）是以同一中心安放的。外筒固定，作盛水用。内桶可以旋转，作脱水（甩水）用。内桶的四周有很多小孔，使内外桶的水流相通。该洗衣机的进水和排水分别由进水电磁阀来执行。进水时，通过电控系统使进水阀打开，经进水管将水注入到外桶。排水时，通过电控系统使排阀打开，将水由外桶排出到机外。洗涤正转、反转由洗涤电动机驱动波盘正、反转来实现，此时脱水桶并不旋转。脱水时，通过电控系统将离合器合上，由洗涤电动机带动内桶正转进行甩干。高、低水位开关分别用来检测高、低水位。启动按钮用来启动洗衣机工作。停止按钮用来实现手动停止进水、排水、脱水及报警。排水按钮用来实现手动排水。1.2 洗衣机控制系统的比较（单片机控制和PLC控制）1.2.1 PLC的含义PLC（Programmable logic Controller）,是指以计算机技术为基础的新型工业装置。在1987年国际电工委员会（International Electrical Committee）颁布的PLC标准草案中对PLC下定义：“PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器,用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。”1.2.2 PLC的特点（1）可靠性高，抗干扰能力强高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造,内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。例如三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时间高达30万小时。一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。从PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制系统,和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低,此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。（2）配套齐全，功能完善，适用性强PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业控制场合.除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。（3）易学易用，深受工程技术人员欢迎PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事打开了方便之门。（4）系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短,同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种,小批量的生产场合。（5）体积小，重量轻，能耗低以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗仅数瓦。由于体积小很机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。1.2.3 PLC未来展望21世纪，PLC会有更大的发展。从技术上看，计算机技术的新成果会更多地应用于可编程控制器的设计和制造上，会有运算速度更快、存储容量更大、智能更强的品种出现；从产品规模上看，会进一步向超小型及超大型方向发展；从产品的配套性上看，产品的品种会更丰富、规格更齐全，完美的人机界面、完备的通信设备会更好地适应各种工业控制场合的需求；从市场上看，各国各自生产多品种产品的情况会随着国际竞争的加剧而打破，会出现少数几个品牌垄断国际市场的局面，会出现国际通用的编程语言；从网络的发展情况来看,可编程控制器和其它工业控制计算机组网构成大型的控制系统是可编程控制器技术的发展方向。目前的计算集散控制系统DCS（Distributed Control System）中已有大量的可编程控制器应用。伴随着计算机网络的发展,可编程控制器作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成部分，将在工业及工业以外的众多领域发挥越来越大的作用。1.2.4 单片机的含义单片机是一种集成在电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。1.2.5单片机的特点（1）集成度高、体积小。单片机将CPU、存储器、I/O接口等各种功能部件集成在一块晶体芯片上，体积小，节省空间。能灵活，方便地应用于各种智能化的控制设备和仪器，实现机电一体化。（2）可靠性高，抗干扰性强。单片机把各种功能部件集成在一块芯片上，内部采用总线结构，减少了各芯片之间的连线，大大提高了单片机的可靠性与抗干扰能力。另外，其体积小，对于强磁场环境易于采取屏蔽措施，适合在恶劣环境下（3）低功耗。许多单片机的工作电压只有24伏特，电流几百微安，功耗很低，适用于便携式系统（4）控制功能强。其CPU可以对I/O端口直接进行操作，可以进行位操作、分支转移操作， 还能方便地实现多机控制，使整个系统的控制效率大为提高，适用于专门的控制领域。（5）可扩展性好。单片机具有灵活方便的外部扩展总线接口，使得当片内资源不够使用时可以非常方便地进行片外扩展。另外，现在单片机具有越来越丰富的通信接口：如异步串行口SCI、同步串行口SPI、I2C、CAN总线、甚至有的单片机还集成了USB接口或以太网接口，这些丰富的通信接口使得单片机系统与外部计算机系统的通信变得非常容易。（6）性价比高单片机应用广泛，生产批量大，产品供应商的商业竞争使得单片机产品的性能越来越强而价格低廉，有优异的性能价格比。1.2.6单片机控制与plc控制的区别:都是计算机 ，有cpu 存储器 等计算机具有的必要元件 。 1PLC是建立在单片机之上的产品，单片机是一种可编程的集成芯片，换句话来说，plc就是由单片机加上外围电路做成的 ，单片机开发式底层开发，比较麻烦，程序编写用汇编或者c语言比如延时用单片机做程序，要从晶振来计算，而plc就不一样，个厂家都提供一个编程软件，可以用梯形图编程，延时只需在时间继电器里送一个数字而已 。2单片机可以构成各种各样的应用系统，从微型、小型到中型、大型都可，PLC是单片机应用系统的一个特例，单片机可以开发各种智能仪表，比如温控仪，电视遥控器，豆浆机控制器，微波炉，智能玩具 。 3不同厂家的PLC有相同的工作原理，类似的功能和指标，有一定的互换性，通用性，可靠性 ，编程软件正朝标准化方向迈进,plc是专业为工业开发的一种计算机 。而单片机应用系统则是八仙过海，各显神通，功能千差万别，质量参差不齐，学习、使用和维护都很困难。4.单片机开发成本低，一个单片机十几块到几十块，上百不等，但开发起来，麻烦。PLC 的价格几百，几千，几万，但是开发周期短，见效快,可靠性高 。5.应用场合不一样，单片机用于少量的控制点、量化的产品上,PLC更适合大系统。AT89S51单片机作为控制部件，该型号单片机共有40个引脚采用双列直插式的，下面是各个引脚的功能：图3.3 AT89S51的引脚图(1) 输入/输出口线P0.0P0.7 P0口的8位双向口线。P1.0P1.7 P1口的8位双向口线；内部具有上拉电阻。P2.0P2.7 P2口的8位双向口线；内部具有上拉电阻。P3.0P3.7 P3口的8位双向口线；内部具有上拉电阻。还具有第二功能见表3-1。表3-1 P3口的第二功能口线第二功能信号名称P3.0RXD串行数据接收P3.1TXD串行数据发送P3.2INT0外部中断0的申请P3.3INT1外部中断1的申请P3.4T0定时器/计数器0计数输入P3.5T1定时器/计数器1计数输入P3.6WR外部RAM写选通P3.7RD外部RAM读选通2）控制信号线RST-复位输入信号高电平有效,用以完成单片机的复位初始化操作。EA/Vpp-外部程序存贮器访问允许信号/编程电压输入端，当EA信号为低电平时，对ROM的读操作限定在外部程序存储器；当EA信号为高电平时，对ROM的读操作是从内部程序存储器开始的，并可延至外部程序存储器。PSEN-低电平有效，可实现对外部ROM单元的读操作。ALE/PROG-低字节地址锁存信号/编程脉冲输入端3）电源和外部晶振引脚Vcc-电源电压输入引脚GND-电源地XAL1、XTAL2-外部晶振引脚4）存储器的分配 AT89S51的内部共有256个数据存储单元，通常把这256个单元按其功能划分为两部分：低128单元和高128单元，其中低128个单元供用户暂存中间数据，可读可写，掉电后数据会丢失；高128个单元被专用寄存器占用。其中内部数据存储器的分配情况如图3.4所示:图3.4数据存储器的分配情况图3.3.2 单片机的复位电路复位电路的作用是复位。在单片机接上电源以后，或电源出现过低电压时，将单片机存储器复位，使其各项参数处于初始位置，即处于开机时的标准程序状态，以消除由于某种原因的程序紊乱。单片机的复位电路有上电复位和手动复位两种形式，RST端的高电平直接由上电瞬间产生高电平则为上电复位；若通过按钮产生高电平复位信号则称为手动复位。图3.5为兼有上电复位和手动复位的电路。上电复位是利用电容充电来实现复位，其工作原理是：上电瞬间RST端的电位与VCC相同，随着电容C6充电电流的减小，+5V的电压立即加到了RST端，该高电平使得单片机复位。手动复位是利用开关K来实现复位，此时电源Vcc经两电阻分压，在RST端产生一个高电平，使得单片机复位。当RST由高变低后复位结束，CPU从初始状态开始工作。单片机的复位都是靠外部电路实现的，在本次设计中采用手动复位，如图3.5：图3.5单片机复位电路3.3.3 单片机的时钟电路时钟电路由晶振元件与单片机内部电路组成，产生的振荡频率为单片机提供时钟信号，供单片机信号定时和计时。在AT89S51单片机内部有一个高增益反相放大器，其输入端引脚为XTAL1，其输出端为XTAL2。只要在两引脚之间跨接晶体振荡器和微调电容C4、C5，就可以构成一个稳定的自激振荡器。本设计采用图3.6 所示电路。一般地，电容C1和C2取33pf左右；晶体振荡器，简称晶振，频率范围是1.212MHz。晶振频率越高，系统的时钟频率也就越高，单片机的运行速度也就越快。在通常情况下，使用振荡频率为6MHz或12MHz的晶振。如果系统中使用了单片机的串行口通信，则一般使用频率为11.0592MHz的晶振。而在本次设计中采用的是频率为11.0592MHz的晶振。图3.6时钟电路3.3.4 显示电路显示模块由发光二极管和LED显示器组成。1.LED（Light Emiting Diode）是发光二极管英文名称的缩写。本次设计中我们采用发光二极管主要是用来指示洗衣机的工作状态。5个发光二极管分别跟单片机的P1口的5个I/O口连接，如图3.7所示。当发光二极管的负极所对应的P1口为低电平时，发光二极管导通。图3.7发光二极管电路2.LED显示器是由发光二极管构成的，所以在显示器前面冠以“LED”。本次设计只是显示时间，所以采用LED显示器就可以达到目的了。如图3.8所示:图3.8 LED显示器电路（1）LED显示器的结构常用的LED为8段或7段。每一个段对应一个发光二极管。这种显示器有共阳极和共阴极2种。共阴极LED显示器的发光二极管的阴极连在一起，通常此公共阴极接地。当某个发光二极管的阳极为高电平时，发光二极管点亮，相应的段被显示。同样，共阳极LED显示器的发光二极管的阳极连接在一起，通常此公共阳极接正电压，当某个发光二极管接低电平时，发光二极管被点亮，相应的段被显示。为了使LED显示器显示不同的符号或数字，就要把不同段的发光二极管点亮，这样就要为LED显示器提供代码，因为这些代码可使LED相应的段发光，从而显示不同字型，因此该代码称之为段码（或称为字型码）。（2）LED显示器工作原理LED显示器有静态显示和动态显示2种方式。LED显示器工作于静态显示方式时，各位的共阴极（共阳极）连接在一起并接地（或+5V）；每位的段码线（a-dp）分别与一个8位的锁存器输出相连。之所以称之为静态显示，是因为各个LED的显示字符一经确定，相应锁存器锁存的段码输出将维持不变，直到送入另一个的段码为止。正因为如此，静态显示器的亮度都较高，但静态现实的缺点是占用口线太多，如果显示器的位数太多，则需要加锁存器，因此一般情况下采用动态显示。在多位LED显示时，为简化硬件电路，通常将所有位的段码线相应段并联在一起，由1个8位I/O口控制，形成段码线的多路复用，而各位的共阴极或共阳极分别由相应的I/O线控制，形成各位的分时选通。本次设计中我们采用的是2位共阳极数码管，其中段码线占用1个8位I/O口，即为P0口，而位选占用2个I/O口，在P2口。由于各位的段码线并联，8位I/O口输出的段码对各个显示位来说都是相同的。因此，在同一时刻，如果各位位选都处于选通状态的话，2位LED将显示相同的字符。若要各位LED能够显示出与本位相应的显示字符，就必须采用动态显示，即在某一时刻，只让一位的位选线处于选通状态，而其他各位的位选处于关闭状态，同时，段码线上输出相应位要显示的字符段码。这样，在同一时刻，2位LED中只有选通的那位显示字符，而其他1位则是熄灭的。同样，在下一时刻，只让下一位的位选处于选通状态，而其他各位的位选线处于关闭状态，在段码线上输出将要显示字符的段码，则同一时刻，只有选通位显示出相应的字符，而其他各位都是熄灭的。如此循环下去，就可以使各位显示出将要显示的字符。虽然这些字符是在不同时刻出现的，而在同一时刻，只有一位显示，其他各位熄灭，但由于LED显示器的余辉和人眼的视觉暂留作用，只要每位显示间隔足够短，则可以造成多位同时亮的假象，达到同时显示的效果。3.3.5 蜂鸣器报警电路本设计采用无源蜂鸣器，单片机必须输出固定频率的方波信号，其工作电压范围宽，4-12V，需要外围元件少，电压增益可调范围为20-200。通过CPU的P3.5输出高电平来控制蜂鸣器报警。如图3.9所示：图3.9蜂鸣器报警电路3.3.6 电动机的控制电路1.继电器的作用继电器是在自动控制电路中起控制与隔离作用的执行部件，它实际上是一种可以用低电压、小电流来控制高电压、大电流的自动开关。2.电动机控制电路的工作原理电动机M控制部分的电气原理图如图3.10所示。电动机有两个控制端，一端控制电机正传该端与P2.0相连，另一端控制电机反转该端与P 2.1相连。系统供电时交流220V电压经过继电器加在电动机的两个控制端。当洗衣机接到“正转”指令时P2.0输出高电平经过R19、Q1使得继电器Kb线圈得电导通Kb，从而使得电机正转。当洗衣机接到“反转”的指令时P2.1输出高电平经过R20、Q2使得继电器Ka线圈得电导通Ka，从而使得电机反转。图3.10电动机的控制电路3.3.7 进水/排水电路 如图3.11所示，进水阀受P1.6的控制，出水阀受P1.7的控制。当电控水龙头的控制端P1.6为“0”时，Ka线圈得电使得进水阀打开。当电控水龙头的控制端P1.7为“0”时，Kb线圈得电使得出水阀打开。图3.11进水与出水控制电路图1.3 洗衣机控制系统的控制要求洗衣流程一、完成一次洗衣过程的所需的动作1.3.1进水动作 进行洗涤时，盛水桶内的水量必须达到水位的设定要求。洗衣机的进水和水位判断，是有水位开关盒进水阀的通断来进行控制的。当桶内没有水或水量达不到设定的水位时，单片机程序将控制进水阀闭合，开始注水，当桶内的水位达到设定的水位时，水位开关受压闭合，程序就可以进入下一步（洗涤）处理。若在打开进水阀后分钟内不能进水，则发出错误报警，用户只能关闭洗衣机电源进行相关检查后方能重新开机。全自动洗衣机的进、排水系统主要由进水电磁阀、排水电磁阀和水位开关等组成。1.水位开关 水位开关又称压力开关。洗衣机洗涤桶进水时的水位和洗涤桶排水时的状况是由压力开关检测的。当洗衣机工作在洗绦或漂洗程序时，若桶内无水或水量不够，压力开关则发出供水信号。当水位达到设定位置时，压力开关将发出关闭水源的信号。微电脑全自动洗衣机工作在排水程序时，若排水系统有故障，水位开关则发出排水系统受阻信号。 (1)结构全自动洗衣机上使用最多的水位开关是空气压力式，其结构如图所示。这类压力开关按其功能可大致分为气压传感装置、控制装置及触点开关三部分。 (2)工作原理 当水注入内桶时，气章很快被封闭。随着水位上升，封闭在气室内的空气压力也不断提高，压力经软管12传到水位开关气室11，水位开关气室ll内的空气压力向上推动橡胶膜10和塑料盘9，推动动簧片8中的内动簧片向上移动，压力弹簧4被压缩。当注水到了选定水位时，此时内动簧片移动到预定的力平衡位置，开关小弹簧7将拉动外动簧片，并产生一个向下的推力，使开关的常闭触点NC与公共触点COM迅速断开，常开触点NO与公共触点COM闭合，从而发出关闭水源信号。排水时，当水位下降到规定的复位水位时，水位产生的压力减小，压力弹簧4回复伸长，推动顶心6，使动簧片8中的内动簧片向下移动，当移动到预定的力平稳位置时，开关小弹簧7对外动簧片产生一个向上的推力，使开关的常开触点N0与公共触点COM迅速断开，常闭触点NC与公共触电C0M闭合，从而改变控制电路的通断。 2.进水电磁阀(1)结构进水电磁阀也称为进水阀或注水阀，其结构如图所示。 (2)工作原理电磁阀线圈4断电时，铁心6在自重和小弹簧5作用下下压，使铁心6下端的小橡胶塞7堵住泄压孔B，此时如果有水进入进水腔I，水便由加压孔A进入控制腔，使控制腔内水压逐渐增大，最终使橡胶阀9紧压在出水管的上端口上，将阀关闭。同时因铁心6上面空间与控制腔相通，控制腔内水压的增大还会使铁心6上面空间气体压强增大导致橡胶阀9更紧地压在泄压孔B上，增加了阀关闭的可靠性。 当进水电磁阀线罔4通电后，产生的电磁吸力将铁心6向上吸起，泄压孔B被打开。控制腔内的水迅速从泄压孔B中流入出水管，同时经加压孔A流人控制腔的水又进行补充。但由于加压孔A比泄压孔B小，使控制腔内的压力迅速下降。当控制腔中的水压降到低于进水腔I水压时，橡胶阀9被进水腔I中的水向上推开，水从进水腔直接进入出水管，进而流人盛水桶。水到位后，由水位开关切断进水电磁阀线圈4的电源，进水阀重新关闭。 1.3.2洗涤动作 洗涤动作指的是周期性的“正转停止反转停止”，不同的洗衣过程，控制电机的执行“正传停止反转停止”的时间是不同的。标准洗涤过程可取：正转秒停止秒反转秒停止一秒。对于强弱洗涤这个时间要做相应的调整。洗涤方式开关有通常和柔和2种方式可供选择。在通常洗涤方式时，电动机工作流程是：正转27s停转3s反转27s停转3s正转27s，循环工作；在柔和洗涤方式时，电动机工作流程是：正转3s停转7s反转3s停转7s正转3s，循环工作洗涤过程中，若遇水位开关断开或用户要求（重新选择水位），则要停止洗涤动作并打开进水阀进水直至水位满足要求再继续。第一循环为洗涤，时间为6min，此外洗涤动作最后秒，电机还要进行快速的“正转停止反转停止”处理，以免衣服拧成一团。洗衣同期选择开关有标准和经济2种方式可供选择。在标准方式时，洗衣过程是：洗涤6min漂洗（清洗）4min漂洗（清洗）2min脱水5min；在经济方式时，洗衣过程是：洗涤6min漂洗（清洗）2min脱水3.5min低水位 10005 排水 00005排空检测 10006 报警 00006高水位检测 10007中水位检测 100081.3.3漂洗动作洗涤过程结束后，洗衣机排水阀接通，排除带有泡沫的脏水，排水结束后，洗衣机进水阀再次接通，开始向洗衣机供水，当达到水位要求时，进水阀关闭，停止进水，电机接通进行“正传停反转停”循环运动。漂洗衣物，重复漂洗两次，第一次漂洗时间为四分钟，第二次漂洗时间为两分钟。1.3.4脱水动作漂洗后进行排水，排水动作结束后，脱水是通过点机的正转来实现的，同时要求排水阀一直打开，也正是由于排水阀的打开，才使得脱水时的电机正传速度不同于洗涤时的电机正传速度（通过机械装置实现）脱水时间我们设置为长脱水，脱水时间min。进行脱水时若遇到洗衣机盖打开，则暂停脱水并发出报警，直至用户和尚桶盖后，才能继续进行脱水。脱水结束后发出警报，并自动关闭排水阀。1.排水电磁阀排水电磁阀由电磁铁与排水阀组成，如图所示。电磁铁和排水阀是两个独立的部件，两者之间以电磁铁拉杆联接起来。 (1)结构 排水阀是由排水阀座1、橡胶阀2、内外弹簧3与4、导套5和阀盖6等组成。排水阀门采用橡胶材料制成，内有一个由硬质塑料制作的导套5。导套5内装有内弹簧3，它一端卡在导套左边槽口，另一端钩挂在电磁铁拉杆7上，内弹簧3处于拉紧状态。在导套5外装有一个外弹簧4，它的刚度比内弹簧3小,它的一端与阀盖6接触另一端与导套5的基座接触外弹簧4处在压缩变形状态。(2)工作原理洗衣机处在进水和洗涤时，排水阀处于关闭状态。此时主要由外弹簧4把橡胶阀2紧压在排水阀座1的底部。 排水时，排水电磁铁通电工作，衔铁13被吸入，牵动电磁铁拉杆7。由于拉杆7位移，在它上面的挡套16拨动制动装置的刹车扭簧伸出端17，使制动装置处于非制动状态(脱水状态)。另一方面随着电磁铁拉杆7的左端离开导套5，外弹簧4被压缩，使排水阀门打开正常排水时，橡胶阀2离开排水阀座l密封面的距离应不小于8mm，排水电磁铁的牵引力约为40N。 第2章 硬件设计2.1电机的选择 在全自动洗衣机中，配有小型单相交流感应电动机。交流感应电动机因应用类别的差异，一般可分为分相式电动机、电容式电动机、永久分相式电容电动机、罩极式电动机、永磁直流电动机及交直流电动机等类型. 一般的三相交流感应电动机在接通三相交流电后,电机定子绕组通过交变电流后产生旋转磁场并感应转子,从而使转子产生电动势,并相互作用而形成转矩,使转子转动.但单相交流感应电动机,只能产生极性和强度交替变化的磁场,不能产生旋转磁场,因此单相交流电动机必须另外设计使它产生旋转磁场转子才能转动,所以常见的单相交流电机有分相启动式/罩极式/电容启动式等种类. 2.1.1.分相式启动电动机 分相式电动机广泛应用于电冰箱、洗衣机、空调等家用电器中.该电机有一个鼠笼式转子和主、副两个定子绕组.两个绕组相差一个很大的相位角,使副绕组中的电流和磁通达到最大值的时间比主绕组早一些 ，因而能产生一个环绕定子旋转的磁通。这个旋转磁通切割转子上的导体，使转子导体感应一个较大的电流,电流所产生的磁通与定子磁通相互作用,转子便产生启动转矩.当电机一旦启动转速上升至额定转速70%时,离心开关脱开副绕组即断电,电机即可正常运转. 2.1.2.电容式启动电动机 该类电动机可分为电容分相启动电机和永久分相电容电机.这种电机机构简单/启动快速/转速稳定,被广泛应用在电风扇、排风扇、抽油烟机等家用电器中.电容式电动机在定子绕组上设有主绕组(启动绕组),并在启动绕组中串联大容量启动电容器,使通电后主、副绕组的电相角成90度,从而能产生较大启动转矩,使转子启动运转. 对于永久分相电容电机来说,其串接的电容器,当电机在通电启动或者正常运行时,均与启动绕组串接.由于永久分相电机其启动的转矩较小,因此很适于排风机、抽风机等要求启动力矩低的电器设备中应用.电容式电动机,由于其运行绕组分正、反相绕制设定,所以只要切换运行绕组和启动绕组的 串接方向即可方便的实现电机逆/顺方向运转. 2.1.3.交直流两用电动机 交直流两用电动机,在交流50Hz电源中运行,电动机转速较高的只能达到每分钟3000转.而交直流两用电动机在交流和直流供电下,其电机转速可高达20000转,同时其电机的输出启动力矩也很大,所以尽管电机体积小,但由于转速高输出功率大,因此交直流两用电动机在洗衣机领域得以普遍应用. 交、直流两用电动机的内在结构与单纯的直流电机没有很大差异,均由电机电刷经护换向器将电流输入电枢绕组,其磁场绕组与电枢绕组构成串联形式.为了充分减少转子告诉运行时电刷与换向器间产生的电火花干扰,而将电机的磁场线圈制成左右两只,分别串联在电枢两侧.两用电机的转向切换很方便,只要切换开关将磁场线圈反接,即能实现电机转子的逆转或顺转.2.2 单片机芯片的选择AT89C51单片机是ATMEL公司AT89系列中经济低价产品，指令兼容MCS-51指令集，它内含2KB可重编程的Flash存储器和128字节的RAM，有15条可编程的IO引线和5个中断触发源。在需要IO线不多的控制场合，选用它作为核心控制芯片，可使电路极大地简化，成本也较低MCS-51系列MCS-51系列优点之一是它从内部的硬件到软件有一套完整的按位操作系统，称作位处理器，或布尔处理器。它的处理对象不是字或字节而是位。51系列在片内RAM区间还特别开辟了一个双重功能的地址区间，十六个字节，单元地址20H2FH，它既可作字节处理，也可作位处理（作位处理时，合128个位，相应位地址为00H7FH），使用极为灵活。这一功能无疑给使用者提供了极大的方便，因为一个较复杂的程序在运行过程中会遇到很多分支，因而需建立很多标志位，在运行过程中，需要对有关的标志位进行置位、清零或检测，以确定程序的运行方向。而实施这一处理（包括前面所有的位功能），只需用一条位操作指令即可。MCS-51系列的另一个优点是乘法和除法指令，这给编程也带来了便利。八位除以八位的除法指令，商为八位，精度嫌不够，用得不多。而八位乘八位的乘法指令，其积为十六位，精度还是能满足要求的，用的较多。作乘法时，只需一条指令就行了，即 MULAB(两个乘数分别在累加器A和寄存器B中。积的低位字节在累加器A中，高位字节在寄存器B中)。很多的八位单片机都不具备乘法功能，作乘法时还得编上一段子程序调用，十分不便。MCS-51系列的I/O脚的设置和使用非常简单，当该脚作输入脚使用时，只须将该脚设置为高电平（复位时，各I/O口均置高电平）。当该脚作输出脚使用时，则为高电平或低电平均可。低电平时，吸入电流可达20mA，具有一定的驱动能力；而为高电平时，输出电流仅数十A甚至更小（电流实际上是由脚的上拉电流形成的），基本上没有驱动能力。其原因是高电平时該脚也同时作输入脚使用，而输入脚必须具有高的输入阻抗，因而上拉的电流必须很小才行。作输出脚使用，欲进行高电平驱动时，得利用外电路来实现，I/O脚不通，电流经R驱动LED发光；低电平时，I/O脚导通，电流由该脚入地，LED灭（I/O脚导通时对地的电压降小于1V，LED的域值1.51.8V）。综上所述，我们本次设计采用MCS-51系列，而51系列的典型产品是AT89C51。AT89C51是一种40引脚双列直播式芯片。它含有4KB可反复烧录及擦除内存和128字节的RAM，有32条可编程控制的I/O线，5个中断发源，指令与MCS-51系列完全兼容。选用它作为核心控制新片，可使电路极大地简化，而且程序的编写及固化也相当方便、灵活。选用它设计制作全自动洗衣机控制电路，该电路的组成相对简单，工作原理清晰，易于理解。AT89C51引脚图如图2-1所示。洗衣机控制系统运片的是AT89c51单片机，其要控制的对象包括：进水阀、排水阀、电机。这些被控刘象是需要根据不同的沈衣程序来设定它们的不同工作状况和工作时问的，进水阀和排水阀的控制还需要水位检测，同时需要数码管显示不同的工作状态及运行剩余时间。发光二极管用来指示洗涤速度和脱水速度；按键用来控制程序的运行和设置洗涤速度和脱水速度。2.3固态继电器的选用2.31固态继电器概述固态继电器(SSR)与机电继电器相比，是一种没有机械运动，不含运动零件的继电器，但它具有与机电继电器本质上相同的功能。SSR是一种全部由固态电子元件组成的无触点开关元件，他利用电子元器件的点，磁和光特性来完成输入与输出的可靠隔离，利用大功率三极管，功率场效应管，单项可控硅和双向可控硅等器件的开关特性，来达到无触点，无火花地接通和断开被控电路。23.2固态继电器的组成固态继电器由输入电路，隔离(耦合)和输出电路。安输入电压的不同类别，输入电路可分为直流输入电路，交流输入电路和交直流输入电路三种。有些输入控制电路还具有与TTL/CMOS兼容，正负逻辑控制和反相等功能。固态继电器的输入与输出电路的隔离和耦合方式有光电耦合和变压器耦合两种。固态继电器的输出电路也可分为直流输出电路，交流输出电路和交直流输出电路等形式。交流输出时，通常使用两个可控硅或一个双向可控硅，直流输出时可使用双极性器件或功率场效应管。做成原理图如下：2.3.3 固态继电器的特点和作用1、特点：（1）高寿命，高可靠:SSR没有机械零部件，有固体器件完成触点功能，由于没有运动的零部件，因此能在高冲击，振动的环境下工作，由于组成固态继电器的元器件的固有特性，决定了固态继电器的寿命长，可靠性高。 （2）灵敏度高，控制功率小，电磁兼容性好:固态继电器的输入电压范围较宽，驱动功率低，可与大多数逻辑集成电路兼容不需加缓冲器或驱动器。 （3）快速转换:固态继电器因为采用固体器件，所以切换速度可从几毫秒至几微妙。 （4）电磁干扰小:固态继电器没有输入线圈，没有触点燃弧和回跳，因而减少了电磁干扰。大多数交流输出固态继电器是一个零电压开关，在零电压处导通，零电流处关断，减少了电流波形的突然中断，从而减少了开关瞬态效应。2、作用：固态继电器是一种两个接线端为输入端，另两个接线端为输出端的四端器件，中间采用隔离器件实现输入输出的电隔离。 2.3.4 固态继电器原理及选型固态继电器(Solid State Relays,缩写SSR)是一种无触点电子开关，由分立元器件、膜固定电阻网络和芯片，采用混合工艺组装来实现控制回路(输入电路)与负载回路(输出电路)的电隔离及信号耦合，由固态器件实现负载的通断切换功能，内部无任何可动部件。尽管市场上的固态继电器型号规格繁多，但它们的工作原理基本上是相似的。主要由输入(控制)电路，驱动电路和输出(负载)电路三部分组成。 固态继电器的输入电路是为输入控制信号提供一个回路，使之成为固态继电器的触发信号源。固态继电器的输入电路多为直流输入，个别的为交流输入。直流输入电路又分为阻性输入和恒流输入。阻性输入电路的输入控制电流随输入电压呈线性的正向变化。恒流输入电路，在输入电压达到一定值时，电流不再随电压的升高而明显增大，这种继电器可适用于相当宽的输入电压范围。 固态继电器的驱动电路可以包括隔离耦合电路、功能电路和触发电路三部分。隔离耦合电路，目前多采用光电耦合器和高频变压器两种电路形式。常用的光电耦合器有光三极管、光双向可控硅、光二极管阵列(光伏)等。高频变压器耦合，是在一定的输入电压下，形成约10MHz的自激振荡，通过变压器磁芯将高频信号传递到变压器次级。功能电路可包括检波整流、过零、加速、保护、显示等各种功能电路。触发电路的作用是给输出器件提供触发信号。固态继电器的输出电路是在触发信号的控制下，实现固态继电器的通断切换。输出电路主要由输出器件(芯片)和起瞬态抑制作用的吸收回路组成，有时还包括反馈电路。目前，各种固态继电器使用的输出器件主要有晶体三极管(Transistor)、单向可控硅(Thyristor或SCR)、双向可控硅(Triac)、MOS场效应管(MOSFET)、绝缘栅型双极晶体管(IGBT)等。1.固态继电器选型：直流固态继电器的控制电压范围通常为3.67V，其输入电流典型值为7mA左右，可与TTL电路兼容。输入可与CMOS电路兼容的固态继电器，其输 入电流一般不超过250A，但需加偏置电压。固态继电器的输出电压通常是指加至继电器输出端的稳态电压。而瞬态电压则是指继电器输出端可以承受的最大电压。在使用中，一定要保证加至继电器输出端的最大电压峰值低于继电器的瞬态电压值。在切换交流感性负载、单相电机和三相电机负载，或这些负载电路上电时，继电器输出端可能出现两倍于电源电压峰值的电压。对于此类负载，选型时应给固态继电器的输出电压留出一定余量。 对于感性负载和容性负载，当交流固态继电器在关断时，有较大的dv/dt (电压指数上升率)加至继电器输出端，为此应选用dv/dt较高的固态继电器。 固态继电器的输出电流通常是指流经继电器输出端的稳态电流。但是由于感性负载、容性负载引起的浪涌电流问题以及电源自身的浪涌电流问题，在选型时应当给固态继电器的输出电流留出一定余量。SSR固态继电器以触发形式,可分为零压型(Z)和调相型(P)两种。在输入端施加合适的控制信号VIN时,P型SSR立即导通。当VIN撤销后,负载电流低于双向可控硅维持电流时(交流换向),SSR关断。 Z型SSR内部包括过零检测电路,在施加输入信号VIN时,只有当负载电源电压达到过零区时,SSR才能导通,并有可能造成电源半个周期的最大延时。Z型SSR关断条件同P型,但由于负载工作电流近似正弦波,高次谐波干扰小,所以应用广泛。 2.固态继电器的应用：S系列固态继电器,HS系列增强型固态继电器、可以广泛用于:计算机外围接口装置,恒温器和电阻炉控制、交流电机控制、中间继电器和电磁阀控制、复印机和全自动洗衣机控制、信号灯交通灯和闪烁器控制、照明和舞台灯光控制、数控机械遥控系统、自动消防和保安系统、大功率可控硅触发和工业自动化装置等。 第3章 软件设计3.1 主程序设计根据硬件设计要求控制主程序流程图如图4.1所示。洗衣机通电之后单片机上电首先进行程序的初始化包括定时器0、外部中断0、外部中断1的初始化以及各参数初值的设定。默认洗衣强度为“标准洗”漂洗次数2次。然后扫描按键的状态确定洗衣过程。当发现启动键按下洗衣机从待命状态进入工作状态。完成进水、洗涤、脱水、漂洗的循环过程。当洗衣结束时控制蜂鸣器发声。图3.1主程序流程图3.2 标准洗衣程序设计标准洗衣是默认的洗衣方式，其流程图如图3.2所示:洗衣开始电 机 运 转开进水阀进水洗涤结束？漂洗开始漂洗两次结束？脱水开始电机运转电机正转脱水结束？蜂鸣器报警洗衣结束YNNYNY图3.2标准洗衣程序流程图3.3 洗涤程序的设计洗涤是洗衣过程中的主要步骤。当进水结束后进入洗衣状态，洗衣开始，电动机正转-停止-反转一直循环，当洗衣时间等于零时，洗衣结束且进入漂洗。程序流程图如图3.3所示：洗衣开始电机正转电机反转电机停止剩余时间=0？进入漂洗YN电机停止图3.3洗涤程序流程图3.4 漂洗程序的设计漂洗是一个比较固定的洗衣方式，与洗涤过程操作相同，只是时间短一些。漂洗次数为二次。漂洗程序流程图如图4.4所示:漂洗指示灯亮第一次漂洗第二次漂洗漂洗完成？漂洗指示灯灭漂洗结束进入脱水YN开始图4.4漂洗程序流程图3.5 脱水程序的设计脱水前先打开排水阀排水。然后启动电动机脱水并保持排水阀开启，然后停止脱水,并且蜂鸣器报警提醒用户洗衣完成。程序流程图如图4.5所示:开排水阀开电机脱水关电机、排水阀开蜂鸣器开始脱水洗衣结束NY盖板开否？暂停蜂鸣器报警盖板合闭？脱水结束？NYYN图3.5脱水洗涤程序流程图3.6 控制系统的电路组成结构图和控制结构框图单片机主控系统电机控制电路蜂鸣器报警电路电源电路进水、排水电路复位电路时钟电路显示电路 图3.6（1）控制系统的电路图系统的电路主要由控制电路、时钟电路、保护电路、电源电路和显示报警电路组成。其控制结构框图如图3.6（2）所示。3.7 其源程序如下源程序编写如下： ORG 0000HSTART: AJMP MAIN; 初始化ORG 0003HAJMP INT0; 暂停中断中断向量ORG 000BHAJMP T0; 定时器中断向量ORG 0013HAJMP INT1; 开盖,不平衡中断中断向量ORG 0030HMAIN: MOV P1, #0F0H; 主程序开始MOV P3,#7FH MOV SP,#35HMOV 56H,#0F0H; 0F0H排水标志(指定56H为标志单元)MOV 57H,#03; 洗衣机标准洗衣工作程序标志(指定57H)MOV 54H,#40; 强洗正、反转驱动秒赋值(指定54H存放)MOV 55H,#10; 强洗间歇秒赋值(指定55H存放)MOV 58H,#06; 漂洗分钟赋值(指定58H存放) CLR ET0SETB EA; 开总中断 CLR IT0; 设置外部中断、为低电平触发 CLR IT1 SETB PX0; 设置中断优先级别SETB PT0SETB PX1MOV TL0,#0B0H;