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1、洗衣机的自动控制电路设计摘 要洗衣机是人们日常生活中常见的一种家电，已经成为人们生活中不可缺少的家用电器。但是传统的基于手动的控制，已经不能满足人们对洗衣机的自动化程度的要求了。洗衣机需要更好的满足人们的需求，必须借助于自动化技术的发展。本设计主要是为实现电机的正转、反转、暂停，这些需要一个555多谐振荡器和多个的计数器来实现，从而完成洗衣机的漂洗。同时计数器之间的相互影响，清零、置数，通过对驱动电机的控制来实现脱水。同时为实现自动洗衣机的单独漂洗和单独脱水，采用个各种的门电机和开关。这样，可以通过控制计数器来实现对时间的设置，实现工作与停止之间的转换，从而对洗衣机的工作状态的控制。关键词：洗
2、衣机;自动控制;计数器;触发器;多谐振荡器The Washing Machine Automatic Control Circuit DesignAbstractWashing machine is the Peoples Daily life common kind of home appliance, life has become a indispensable household electrical appliances. But the traditional based on manual control, cannot have satisfied people to the
3、requirements of the automation degree of the washing machine. Washing machines need to better meet the demands of the people, must use automation technology development. This design mainly is to achieve the motor are turning, inversion, suspension, they need a more than 555 over the counter harmonic
4、 oscillator and to achieve, thus completing the washing machines rinse. At the same time the interaction between the counter, clear, set the number of motor control by the drive to achieve dehydration. Automatic washing machine while a separate rinsing and dehydration alone, using a variety of door
5、motor and switch. This can be achieved by manual control on the time counter set to achieve the conversion between work and stop to work on the washing machine state control. Keywords：washing machine; automatic control; counter; Trigger; Multi-vibrator目录摘 要IABSTRACTII1 综述11.1 洗衣机的发展历史12 总方案设计32.1方案比
6、较32.1.1方案一32.1.2方案二42.2方案论证42.3方案选择53 单元模块设计63.1各单元模块功能介绍及电路设计63.1.1清洗控制电路63.1.2 控制电路63.1.3 电机驱动83.1.4脱水控制电路83.1.5 JK触发器控制电路93.2电路参数的计算及元器件的选择113.2.1触发器及其参数123.2.2由555定时器构成的多谐振荡器123.2.3 元器件的选择163.3特殊器件的介绍(74LS161)164 系统调试185 系统功能、指标参数195.1系统能实现的功能195.2系统指标参数测试195.2.1 洗涤电路参数测试195.2.2 漂洗电路参数测试195.2.3
7、脱水电路参数测试20结 论21致 谢22参考文献231 综述1.1 洗衣机的发展历史从古到今，洗衣服都是一项难于逃避的家务劳动，而在洗衣机出现以前，对于许多人而言，他并不像田园诗描绘的那样充满乐趣，手搓、棒击、冲刷、甩打这些不断重复的简单的体力劳动，给人的感受常常是：辛苦劳累。1874年，“手洗时代”受到了前所未有的挑战有人发明了木制手摇洗衣机。发明者是美国人比尔布莱克斯。布莱克斯的洗衣机构造极为简单，是在木筒里装上6块叶片，用手柄和齿轮传动，是衣服在筒内翻转，从而达到“净衣”的目的。这套装置的问世，让那些为提高生活效率而冥思苦想的人士大受启发，洗衣机的改进过程开始大大加快。1880年，美国又
8、出现了蒸汽洗衣机，蒸汽动力开始取代人力。之后，水力洗衣机、内燃洗衣机也相继出现。到1911年，美国试制成功世界第一台电动洗衣机。电动洗衣机的问世，标志着人类家务劳动的自动化的开端。电动洗衣机几经完善，在1922年迎来一种崭新的洗衣方式“搅拌式”。搅拌式洗衣机由美国玛伊塔格公司研制成功。这种洗衣机是在筒中心装上一个立轴，在立轴下端装有搅拌翼，电动机带动立轴，进行周期性的正反摆动，是衣物和水流不断翻滚，相互摩擦，以此涤荡污垢。搅拌式洗衣机结构科学合理，受到人们的普遍欢迎。不过10年之后，美国本德克斯航空公司宣布，他们研制成功第一台前装式滚筒洗衣机，洗涤、漂洗、脱水在同一个滚筒内完成。这意味着电动洗
9、衣机的型式跃上一个新台阶，朝自动化又前进了一大步！直至今日，滚筒式洗衣机在欧美国家仍得到广泛应用。随着工业化的加速，世界各国也加快了洗衣机研制的步伐。首先由英国研制并推出了一种喷流是洗衣机。它是靠筒体一侧的运转波轮产生的强烈涡流，使衣物和洗涤液一起在筒内不断翻滚，洗净衣物。1955年，在引进英国喷流式洗衣机的基础之上，日本研制出独具风格、并流行至今的波轮式洗衣机。至此，波轮式、滚筒式、搅拌式在洗衣机生产领域三分天下的局面初步形成。20世纪60年代之后，洗衣机在一些发达国家的消费市场开始形成系列，家庭普及率迅速上升。此间洗衣机在日本的发展备受瞩目。60年代的日本出现了带干筒的双筒洗衣机，人们称之
10、为“半自动型洗衣机”。70年代，生产出波轮式套筒全自动洗衣机。70年代后期，微电脑控制的全自动洗衣机横空出世，让人耳目一新。到80年代，“模糊控制”的应用使得洗衣机操作更简便，功能更完备，洗衣机程序更随人意，外观造型更为时尚。进入90年代，由于电机调速技术的提高，洗衣机实现了宽范围的转速变换与调节，诞生了许多新水流洗衣机。此后，随着电机调速急速的提高，日本生产出了电机直接驱动洗衣机，省去了齿轮传动和变速机构，引发了洗衣机驱动方式的巨大革命。2 总方案设计由产生的脉冲信号，通过对计数器的控制来完成电机的正转，反转，计时等功能操作。通过对各种门的控制来完成，单独的漂洗，脱水控制。1.全自动控制过程
11、： 洗衣机电机的工作顺序：启动正转反转正转暂行正转反转正转停止。2.半自动控制过程：按相应的开关，能干独自进行漂洗，脱水：相互之间不影响，同时相应的指示灯亮。3.能够预设时间来完成漂洗，脱水等任务。2.1方案比较在设计的过程中，我们综合考虑了以下两种实现方案：2.1.1方案一方案一原理框图如图2.1所示。图2.1 方案一的原理框图2.1.2方案二方案二原理框图如图2.2所示图2.2 方案二的原理框图2.2方案论证方案一：定时器实际上包含两级定时的概念，一是总洗涤过程的定时，二是在洗涤过程中又包含了电机的正转，反转各停止三种定时，并且这三种定时反复循环进行至到所有定时结束为止。当总时间 020m
12、in以内设定一个书之后T为高电平1,然后用倒计时方法每分钟减1,直至T变为0，在些期间，若Z1=Z2,实现正转，又如将定时初值预置到计数器中，使计数器运行在减计数器状态，当减到全零时，则定时时间到，如图所示电路原理框图就是采用这种。方法实现的，由秒脉冲发生器，产生的时钟的信号经60分频后，得到分脉冲到来计数器减为1,直至减到定时时间为止。运行中间，剩余时间以译码后在数管上进行显示。方案二：时钟脉冲产生一个由高低电平组成的信号，触发第一个计数器浸泡一段时间时间相应的指示灯亮，再触发第二个计数器，完成漂洗任务，同时第三个计数器触发，漂洗一段时间后，第三计数器完成脱水任务，同时反馈每二个计数器使它停
13、止工作。如此反复进行一次，第二次结束时，由JK触发器的输出来反馈给时钟脉冲产生电路使其停止工作。从而整个电路停止。过程之中由相应的开关可以单独控制漂洗和脱水。2.3方案选择选择第二种方案，因为这个方案控制原理简单，容易设计。3 单元模块设计本节主要介绍系统各单元模块的具体功能、电路结构、工作原理、以及各个单元模块之间的联接关系；同时本节也会对相关电路中的参数计算、元器件选择、以及核心器件进行必要说明。3.1各单元模块功能介绍及电路设计3.1.1清洗控制电路图3.1 清洗控制电路当时钟脉冲产生，并且161的各个使能端为高电平时，161开始计数，洗衣机进入漂洗过程，在这个过程将自动完成洗衣机进水过
14、程，当计数器计数到12时，将触发下一个计数器工作，使洗衣机进入下一个状态。漂洗时间=时钟周期X计数器计数次数。1如果要改变漂洗时间只要改变计数器初始置入的数据即可。3.1.2 控制电路下图为洗涤模式控制电机电路，当清泡完成后，第一个161就触发一个信号使该电路中的计数器开始计数，当此计数器第一次计数时Q0为高电平，控制继电器开关，是电机正转，到第二次计数时Q2为高电平，Q1为低电平。此时正转继电器关闭，所以电机将停止转动直到下一次计数时，Q1、Q2都为高电平，经与门后仍然为高电平从而驱动反转继电器工作，使电机按反方向旋转。再到下一次计数时，将对计数器清零，此时电机也将停止旋转，接下来就是重复这
15、个过程直到洗涤模式结束以后。2电机每经过一个旋转周期就要像下一个计数器的时钟端送一次时钟脉冲，使其计数直到计数一定次数后，洗衣机就将进入到下一个状态去。洗涤模式时序控制电路：图3.2洗涤模式控制电机电路下图为洗涤模式时161的时序图图3.3洗涤模式时161的时序图3.1.3 电机驱动电机驱动电路：图3.4电机驱动电路该电路采用三个继电器，分别控制正转、反转以及脱水电路。继电器的驱动电路采用三极管驱动，利用三极管的开关特性驱动继电器。由于门电路没有驱动能力，所以在三极管的基极加了一个上拉电阻，提高么模拟电路的带负载能力。3.1.4脱水控制电路脱水控制电路图：该电路和前面的161电路设计原理基本差
16、不多，都是利用161的计数功能，通过计数控制后面电路工作，唯一不相同的就是，在最后的一个161后卖多加了一个控制功能。当脱水完成以后就会触发前面洗涤模式打开，但是这一次打开洗涤模式是以漂洗的状态进行，同时还会给后面的触发器一个脉冲，使其输出发生变化，这个将在接下来详细介绍。图3.5脱水控制电路图3.1.5 JK触发器控制电路JK触发器是一种功能较完善，应用很广泛的双稳态触发器。JK触发器是数字电路触发器中的一种电路单元。JK触发器具有置0、置1、保持和翻转功能，在各类集成触发器中，JK触发器的功能最为齐全。在实际应用中，它不仅有很强的通用性，而且能灵活地转换其他类型的触发器。由JK触发器可以构
17、成D触发器和T触发器。如图所示是一种典型结构的JK触发器主从型JK触发器。它由两个可控RS触发器串联组成，分别称为主触发器和从触发器。J和K是信号输入端。时钟CP控制主触发器和从触发器的翻转。图3.6主从型JK触发器当CP=0时，主触发器状态不变，从触发器输出状态与主触发器的输出状态相同。 S当CP=1时，输入J、K影响主触发器，而从触发器状态不变。当CP从1变成0时，主触发器的状态传送到从触发器，即主从触发器是在CP下降沿到来时才使触发器翻转的。 下面分四种情况来分析主从型JK触发器的逻辑功能。 (1) J=l，K= l 设时钟脉冲到来之前(CP=0)触发器的初始状态为0。这时主触发器的R=
18、K=0，S=J=1，时钟脉冲到来后(CP=l)，主触发器翻转成1态。当CP从1下跳为0时，主触发器状态不变，从触发器的R=0，S=1，它也翻转成1态。反之，设触发器的初始状态为1。可以同样分析，主、从触发器都翻转成0态。 可见，JK触发器在J=1，K=1的情况下，来一个时钟脉冲就翻转一次，即=,具有计数功能。 (2) J=0，K=0 设触发器的初始状态为0，当CP=1时，由于主触发器的R=0，S=0，它的状态保持不变。当CP下跳时，由于从触发器的R=1，S=0，它的输出为0态，即触发器保持0态不变。如果初始状态为1，触发器亦保持1态不变。 (3) J=1，K=0 设触发器的初始状态为0。当CP
19、=l时，由于主触发器的R=0，S=1，它翻转成1态。当CP下跳时，由于从触发器的R=0，S=1。也翻转成1态。如果触发器的初始状态为1，当CP=1时，由于主触发器的R=0，S=0，它保持原态不变；在CP从1下跳为0时，由于从触发器的R=0，S=1，也保持1态。 (4) J=0，K=1 设触发器的初始状态为1态。当CP=1时，由于主触发器的R=1，S=0，它翻转成0态。当CP下跳时，从触发器也翻转成0态。如果触发器的初始状态为0态，当CP=1时，由于主触发器的R=0，S=0，它保持原态不变；在CP从1下跳为0时，由于从触发器的R=1，S=0，也保持0态。综上所述 对主从JK 触发器归纳为以下几点
20、： 1.主从JK触发器具有置位、复位、保持（记忆）和计数功能； 2.主从JK触发器属于脉冲触发方式，触发翻转只在时钟脉冲的负跳变沿发生；3.不存在约束条件，但存在一次变化现象。4.产生一次变化的原因是因为在CP=1期间，主触发器一直在接收数据，但主触发器在某些条件下（Q=0，CP=1期间J端出现正跳沿干扰或Q=1，CP=1期间K端出现正跳沿干扰），不能完全随输入信号的变化而发生相应的变化，以至影响从触发器 状态与输入信号的不对应。JK触发器控制电路图:图3.7 JK触发器控制电路图本电路采用用了三个反向JK触发器，其中上面那个触发器是手动模式下才可以用的，当手动触发以后，JK触发器就可以直接触
21、发漂洗过程跳过洗涤过程。下面两个JK触发器采用嵌套的方法，当上电时其输出都为低电平，当第一次脱水结束以后，就会触发一次使其输出第一个为高，第二个为低。当第二次脱水完成以后，将再一次触发，输出为第一个为低，第二个为高。然而第二个输出外接反相器，当第二个为高时反向以后就为低，即W为低。而W外接的是NE555的四端，当为低时，就是NE555的不输出。5从而是洗衣机停止工作。当要在一次使洗衣机工作时，只要按两次复位键，也就是两次触发JK使起恢复原来的运行状态。3.2电路参数的计算及元器件的选择3.2.1触发器及其参数JK 触发器归纳为以下的几点： 1.主从JK触发器具有置位、复位、保持（记忆）和计数功
22、能。2.主从JK触发器属于脉冲触发方式，触发翻转只在时钟脉冲的负跳变沿发生。3.不存在约束条件，但存在一次变化现象。4.产生一次变化的原因是因为在CP=1期间，主触发器一直在接收数据，但主触发器在某些条件下（Q=0，CP=1期间J端出现正跳沿干扰或Q=1，CP=1期间K端出现正跳沿干扰），不能完全随输 入 信号的变化而发生相应的变化，以至影响从触发器 状态与输入信号的不对应。3.2.2由555定时器构成的多谐振荡器555 定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。一般用双极性工艺制作的称为 555，用 CMOS 工艺制作的称为 7555，除单定时器外，还有对应的双定时器 556/755
23、6。555 定时器的电源电压范围宽，可在 4.5V16V 工作，7555 可在 318V 工作，输出驱动电流约为 200mA，因而其输出可与 TTL、CMOS 或者模拟电路电平兼容。555 定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。它也常作为定时器广泛应用于仪器仪表、家用电器、电子测量及自动控制等方面。555 定时器的外引脚排列图和内部电路框图排列图分别如图3.8和图3.9所示。它内部包括两个电压比较器，三个等值串联电阻，一个 RS 触发器，一个放电管 T 及功率输出级。它提供两个基准电压VCC /3 和 2VCC
24、/3。图3.8 555 定时器的外引脚排列图图3.9 555 定时器的内部电路框图555 定时器的功能主要由两个比较器决定。两个比较器的输出电压控制RS触发器和放电管的状态。在电源与地之间加上电压，当 5 脚悬空时，则电压比较器 C1 的同相输入端的电压为 2VCC /3，C2 的反相输入端的电压为VCC /3。若触发输入端 TR 的电压小于VCC /3，则比较器 C2 的输出为 0，可使 RS 触发器置 1，使输出端 OUT=1。如果阈值输入端 TH 的电压大于 2VCC/3，同时 TR 端的电压大于VCC /3，则 C1 的输出为 0，C2 的输出为 1，可将 RS 触发器置 0，使输出为
25、 0 电平。它的各个引脚功能如下： 1脚：外接电源负端VSS或接地，一般情况下接地。 8脚：外接电源VCC，双极型时基电路VCC的范围是4.5 16V，CMOS型时基电路VCC的范围为3 18V。一般用5V。 3脚：输出端Vo。 2脚：低触发端。 6脚：TH高触发端。 4脚：是直接清零端。当端接低电平，则时基电路不工作，此时不论、TH处于何电平，时基电路输出为“0”，该端不用时应接高电平。 5脚：VC为控制电压端。若此端外接电压，则可改变内部两个比较器的基准电压，当该端不用时，应将该端串入一只0.01F电容接地，以防引入干扰。 7脚：放电端。该端与放电管集电极相连，用做定时器时电容的放电。 多
26、谐振荡器又称为无稳态触发器，它没有稳定的输出状态，只有两个暂稳态。在电路处于某一暂稳态后，经过一段时间可以自行触发翻转到另一暂稳态。两个暂稳态自行相互转换而输出一系列矩形波。多谐振荡器可用作方波发生器。由于555定时器灵敏度高，输出驱动电流大，功能灵活，而且还还采用差分式电路形式，它的振荡频率受电源电压和温度的影响较小，所以由555定时器构成的多谐振荡器频率稳定，不易受干扰。NE555 (Timer IC)大约在1971年由Signetics Corporation发布，在当时是唯一非常快速且商业化的Timer IC，在往后的30年来非常普遍被使用，且延伸出许多的应用电路，尽管近年来CMOS技
27、术版本的Timer IC如MOTOROLA的MC1455已被大量的使用，但原规格的NE555依然正常的在市场上供应，尽管新版IC在功能上有部份的改善，但其脚位劲能并没变化，所以到目前都可直接的代用。NE555是属于555系列的计时IC的其中的一种型号，555系列IC的接脚功能及运用都是相容的，只是型号不同的因其价格不同其稳定度、省电、可产生的振荡频率也不大相同；而555是一个用途很广且相当普遍的计时IC，只需少数的电阻和电容，便可产生数位电路所需的各种不同频率之脉波讯号。 NE555的特点有： 1.只需简单的电阻器、电容器，即可完成特定的振荡延时作用。其延时范围极广，可由几微秒至几小时之久。
28、2.它的操作电源范围极大，可与TTL，CMOS等逻辑闸配合，也就是它的输出准位及输入触发准位，均能与这些逻辑系列的高、低态组合。 3.其输出端的供给电流大，可直接推动多种自动控制的负载。 4.它的计时精确度高、温度稳定度佳，且价格便宜。下图所示电路的占空比固定可调，由于电路中二极管D1,D2的单向导电特性，使电容器的充放电分开，调节电位器，就可调节多谐振荡器的占空比。图中Vcc通过R2和D2向电容C2充电，充电时间为：电容由C3通过D1，R1及三极管放电，放电时间为：图3.10 由555构成的多谐振荡电路振荡频率为因此可以改变C2的值的大小来控制充放电的时间，从而来控制电路。故选定参数：C1是
29、抗干扰作用。53.2.3 元器件的选择NE555多谐振荡器1个SW-PTD开关5个LED电源指示灯5个 与非门74LS003个74LS161计数器4个JK 触发器3个与门9个非门11个与非门3个三极管3个继电器3个电机1个0.5uF电容1个2U2电容1个500K电阻2个 1K电阻1个 15直流电源3个 74LS1361个 12V直流电源2个3.3特殊器件的介绍(74LS161)74LS161是一种典型的高性能，低功耗CMOS4位二进制加计数器，它可在1.23.6V电源电压范围内工作，其所有逻辑输入都可耐受高达5.5V的电压，因此，在电源为3.3V时可直接与5V供电的TTL逻辑电路接口。它的工作
30、速度很高，从输入时钟脉冲CP上升到Qn输出的典型延迟时间仅3.9ns,最高时钟工作频率可达200MHz。它除同步二进制计数功能外，电路还具有并行数据的同步预置功能。预置和计数功能选择是通过在每个D触发器的输入端插入一个2选1数据选择器实现的。74LS161由于CMOS与或非门的 电路结构比与或门更为简单，所以这里不像标准数据选择器那样用与-或门结构实现，而是用了与或门构成2选1数据选择器。74LS161可以构成多种进制的计数器，应用范围相当广，这样通用对其调节，可以来控制时间。4 系统调试在Proteus 7 professional中画电路（如图4.1），在进行仿真，得到仿真图（如图4.2）
31、3图4.1 555多谐振荡电路图4.2 电路仿真图5 系统功能、指标参数5.1系统能实现的功能1洗衣机的浸泡、漂洗、脱口、停止几个过程的完成，并且相应的时间可调。2.用几个按钮实现洗衣机的手动过程：A、单洗涤B、单漂洗C、单脱水D、洗涤、漂洗和脱水、停止全过程。3.相应的状态工作时，相应的LED指示灯亮。4.通过复位现实洗衣机全自动化的反复进制。5.2系统指标参数测试5.2.1 洗涤电路参数测试 Q2Q1SHN10000101001115.2.2 漂洗电路参数测试在脉冲信号触发时Q1Q0ZHUAN-ZHUAN00000110100011115.2.3 脱水电路参数测试在脉冲信号触发时Q3Q2Q
32、1Q0XTW10000110001010001110010010010110011010011110100010100010100110101010101110110001结 论洗衣机是人们日常生活中常见的一种家电，已经成为人们生活中不可缺少的家用电器。但是传统的基于手动的控制，已经不能满足人们对洗衣机的自动化程度的要求了。洗衣机需要更好的满足人们的需求，必须借助于自动化技术的发展。本设计主要是为实现电机的正转、反转、暂停，这些需要一个555多谐振荡器和多个的计数器来实现，从而完成洗衣机的漂洗。同时计数器之间的相互影响，清零、置数，通过对驱动电机的控制来实现脱水。同时为实现自动洗衣机的单独漂洗
33、和单独脱水，采用个各种的门电机和开关。这样，可以通过控制计数器来实现对时间的设置，实现工作与停止之间的转换，从而对洗衣机的工作状态的控制。本设计主要是用555多谐振荡器和多个的计数器来实现对洗衣机的自动控制，用三个继电器，分别控制正转、反转以及脱水电路，由产生的脉冲信号，通过对计数器的控制来完成电机的正转，反转，计时等功能操作。通过对各种门的控制来完成，单独的漂洗，脱水控制。致 谢本设计说明书在编写过程中，承蒙张颖老师教授的评阅、指正，在老师的耐心指导下，经过几个月的努力，使本人对热处理的相关知识进一步得到了了解和深化。逐渐明白了如何把热处理的知识应用到设计中，达到了理论与实践的合理完美结合。
34、在金属材料热处理方向的学术研究上这些老师都有很深的造诣。给予我许多理论和工艺制定方法方面的指导。在此表示由衷的感谢。本设计引用了一些工厂、科研单位、学校的资料，在此谨向有关作者、编者、译者表示深切的谢意。由于本人水平所限,难免存在不少缺点和错误,希望老师和同学批评指正。最后对参与评阅和答辩的老师表示由衷的感谢参考文献1 康华光 电子技术基础（数字部分，第五版）.北京:高等教育出版社.2006.1.2 清源计算机工作室编著.Protel99SE原理与PCB及仿真.北京：机械工业出版2004.1.3 彭介华主编.电子技术课程设计指导. 北京：高等教育出版社.1997.4 陈有卿编著.实用555时基电路300例. 北京：中国电力出版社.2004.5 BREIMANL. Using convex pesudo-data to increase prediction accuracyR. USA,U C Berkeley:Statistics Department,1998.
