毕业设计（论文）基于单片机的全自动洗衣机的控制.doc

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1、河 南 工 业 职 业 技 术 学 院Henan Polytechnic Institute毕业设计（论文）题 目基于单片机的全自动洗衣机的控制班 级 姓 名 指导教师 摘 要基于单片机的全自动洗衣机自动控制系统, 所有的电路都是在单片机的控制下工作的，目前通常采用的是Motorola公司的MC6805系列的单片机，而本设计中采用了Intel公司的89C51作为控制核心，以单片机89C51为核心结合接口芯片及外围电路以实现洗衣机的智能控制。设计采用传感器检测洗衣过程必需的物理量，实现对洗衣机自动识别衣质、衣量，自动识别肮脏程度，自动决定水量，自动投入恰当的洗涤剂等功能的控制。本设计在洗涤过程中

2、采用了实时模糊控制，提高洗衣质量,节约能源。硬件结构框图及软件流程图是该系统的重要组成部分,在整个控制过程中，硬件控制起了决定性的作用。关键词： 单片机，全自动洗衣机，传感器目 录第一章 概述11.1 洗衣机的发展史11.2 全自动洗衣机的简介21.3 洗衣机的工作原理21.4 洗衣机的类型31.4.1 按自动化程度分类31.4.2 按结构原理分类31.5 洗衣机设计的主要性能指标41.5.1 主要技术性能指标41.5.2 主要安全性能指标51.6 全自动洗衣机的设计理念61.7 全自动洗衣机的设计目的71.8 全自动洗衣机的设计方案7第二章 硬件电路82.1 洗衣机控制器控制面板的设计82.

3、2 硬件设计框图92.3 单片机112.3.1 单片机的选型112.3.2 单片机的复位电路122.3.3 单片机的时钟电路与时序122.4 A/D转换器142.5 传感器152.6 全自动洗衣机电机的特点及选择172.7 显示器192.8 典型控制电路202.8.1 晶闸管驱动控制电路设计202.8.2 水位检测电路202.8.3 开关电源电路212.8.4 键盘输入及显示电路22第三章 软件设计233.1 主程序流程图233.2 各子程序流程图24第四章 调试284.1 硬件调试284.2 软件调试29参考文献30致谢31附录32第一章 概述1.1 洗衣机的发展史从古到今，洗衣服都是一项难

4、于逃避的家务劳动，而在洗衣机出现以前，对于许多人而言，它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，留给人的感受常常是：辛苦劳累。 1858年，一个叫汉密尔顿史密斯的美国人在匹茨堡制成了世界上第一台洗衣机。该洗衣机的主件是一只圆桶，桶内装有一根带有桨状叶子的直轴。轴是通过摇动和它相连的曲柄转动的。同年史密斯取得了这台洗衣机的专利权。但这台洗衣机使用费力，且损伤衣服，因而没被广泛使用，但这却标志了用机器洗衣的开端。次年在德国出现了一种用捣衣杵作为搅拌器的洗衣机，当捣衣杵上下运动时，装有弹簧的木钉便连续作用于衣服。19世纪末期的洗衣机已发展到一只用手柄转动的

5、八角形洗衣缸，洗衣时缸内放入热肥皂水，衣服洗净后，由轧液装置把衣服挤干。1880年，美国又出现了蒸气洗衣机，蒸气动力开始取代人力。经历了上百年的发展改进，现代蒸汽洗衣机较早期有了无与伦与的提高，但原理是相同的。现代蒸汽洗衣机的功能包括蒸汽洗涤和蒸汽烘干，采用了智能水循环系统，可将高浓度洗涤液与高温蒸气同时对衣物进行双重喷淋，贯穿全部洗涤过程，实现了全球独创性的“蒸汽洗”全新洗涤方式。与普通滚筒洗衣机在洗涤时需要加热整个滚筒的水不同，蒸汽洗涤是以深层清洁衣物为目的，当少量的水进入蒸汽发生盒并转化为蒸汽后，通过高温喷射分解衣物污渍。蒸汽洗涤快速、彻底，只需要少量的水，同时可节约时间。对于放在衣柜很

6、长时间产生褶皱、异味的冬季衣物，能让其自然舒展，抚平褶皱。“蒸汽烘干”的工作原理则是把恒定的蒸汽喷洒在衣物上，将衣物舒展开之后，再进行恒温冷凝式烘干。通过这种方式，厚重衣物不仅干得更快，并且具有舒展和熨烫的效果。1922年，美国玛塔依格公司改造了洗衣机的洗涤结构，把拖动式改为搅拌式，使洗衣机的结构固定下来，这也就是第一台搅拌式洗衣机的诞生。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，使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。1932年，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

7、，洗涤、漂洗、脱水在同一个滚筒内完成。这意味着电动洗衣机的型式跃上一个新台阶，朝自动化又前进了一大步！第一台自动洗衣机于1937年问世。这是一种前置式自动洗衣机。靠一根水平的轴带动的缸可容纳4000克衣服。衣服在注满水的缸内不停地上下翻滚，使之去污除垢。到了40年代便出现了现代的上置式自动洗衣机。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式洗衣机，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。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，洗衣程序更随人意，外观造型更为时尚。诞生了许多新水流洗衣机。此后

8、，随着电机驱动技术的发展与提高，日本生产出了电机直接驱动式洗衣机，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。 之后，随着科技的进一步发展，滚筒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，洗衣机已经成了大家耳濡目染的产品。伴随着科技的进一步发展，相信新型更适合人们使用的洗衣机会给我们的生活带来新的方式。1.2 全自动洗衣机的简介洗衣机是代替人工完成洗涤衣物的家用电器，与人工洗涤衣物相比，它具有省力、省时、省水、省洗涤剂等优点。全自动波轮洗衣机可以完成洗涤、漂洗及脱水过程的自动转换，通常采用套桶方式，即将离心桶（内桶）和剩水桶（外桶）同轴地套在一起，故又称

9、为套桶洗衣机。全自动洗衣机在程控器的控制下自动完成洗衣的全过程。洗涤时，远程器将注水阀打开至水位达到的设定值，电动机带动波轮旋转，使水及衣物完成洗涤或漂洗过程；排水时，程控器打开排水阀，将水或洗涤液排出；脱水时，程控器将排水阀打开，并使离合器动作，完成机械转换，电动机带动离心桶高速转动，完成脱水过程。1.3 洗衣机的工作原理洗衣机洗净衣物的过程实质上是在化学力和机械力的共同作用下，将衣物上的污垢从衣物表面及纤维孔隙中拉挤出来的过程。在这一过程中，通过水、洗涤剂和机械力三者的作用，降低、削弱和破坏了污垢与织物间所形成的表面附着、机械附着、分子间引力结合和化学结合，使污垢脱离衣物，达到洗净的目的。

10、因此，通常把水、洗涤剂和机械力成为洗涤过程中的三要素。一是洗涤剂活化作用。即利用洗涤剂中含有的表面活性物质，能大大降低水溶液的表面张力，从而产生湿润、乳化、分散、泡沫及增溶的作用，这些特殊作用成为表面活性。洗涤剂的去污作用就是这些湿润、乳化、分散、泡沫、增溶等作用的综合表现。二是一定温度的水吸收污垢的媒介作用。经验证证明，洗涤液温度对洗涤过程有一定的影响，当其他条件完全一样时，较热的洗涤液具有较好的洗涤效果，通常在一些带加热装置的自动洗衣机中，预洗阶段水温一般都控制在40以下，而在主洗阶段则水温由逐渐增高，一般最高可达90。三是机械力作用揉搓作用。机械力对洗涤起着重要作用，在全自动洗衣机上测定

11、，洗净中机械力作用所占的比例约50%。洗衣机的机械力是一个复杂的力系，一般可以认为是由摩擦力、弯曲力、拉伸力、压缩力、冲击力等几种机械力复合而成。1.4 洗衣机的类型家用洗衣机一般按自动化程度和结构原理两种方法进行分类。1.4.1 按自动化程度分类（1）普通洗衣机洗涤、漂洗、脱水各功能的操作均需用手动转换。它装有定时器，可根据衣物的脏污程度和织物种类选定操作时间。（2）半自动洗衣机洗涤、漂洗、脱水各功能中任意两个功能的转换不用手动操作而能自动进行。它一般由洗衣和脱水两部分组成。在洗衣桶中可以定时完成洗涤和漂洗程序，但不能自动脱水，需要人工把衣物从洗涤筒中取出，放入离心脱水桶中进行脱水。有的可以

12、在脱水桶内连续的完成漂洗和脱水程序。（3）全自动洗衣机洗涤、漂洗和脱水各功能的转换不用手动操作而能自动进行。衣物放入后能自动进行洗涤、漂洗、脱水，全部程序自动完成。当衣物甩干后，蜂鸣器发出声响。有的还具有烘干功能。1.4.2 按结构原理分类（1）波轮式洗衣机。被洗涤的衣物浸没在洗涤液中，依靠波轮连续转动或定时正反向转动的方式形成强烈的涡流进行洗涤。它由洗涤桶、波轮和传动机构等部分组成。波轮在洗衣桶中有不同的安装位置：装于桶底的称涡旋式；装于侧壁的称喷流式；在洗衣机两相对的侧壁上都安装波轮的叫做双喷流式。这类洗衣机洗净度高，机器结构简单，制造方便，价格便宜，但衣物磨损较大。目前在国内生产的洗衣机

13、，大多数也为这种洗衣机。（2）滚筒式洗衣机。 这种洗衣机的机构特点是有一个盛水的圆柱形外桶，外桶中有一个可旋转的内桶，内桶壁上开了许多规则排列的小孔，但有几条突出的肋。衣物投放在内桶中，内桶有规律的旋转，突出的肋将衣物带起到一定的高度又将衣物抛落在洗涤液中，这样就在内桶中完成洗涤过程。滚筒式洗衣机洗净度低，机内常设有加热器，加热洗涤液以提高洗净度。其洗涤作用柔和，对衣物损伤较少，适合洗涤毛料衣物。但机器结构复杂，制造难度大，造价较高。目前，欧、美主要生产滚筒洗衣机，世界上现有的洗衣机中近70%属于这类。今年来，我国各主要洗衣机制造厂开始生产这种类型的洗衣机。（3）搅拌式洗衣机被洗衣物浸没于洗涤

14、液中，依靠搅拌器往复运动的方式进行洗涤。其结构是在洗衣桶中央，竖直安装着搅拌器，搅拌器绕轴心在一定角度范围内正反向摆动，搅动洗涤液和衣物，以达到洗净的目的。这类洗衣机洗净度高，磨损较轻，可以加大洗衣量，但洗涤时间较长、结构复杂、机体大而重，价格较高，在美国和其他美洲国家市场上较为常见。1.5 洗衣机设计的主要性能指标我国生产的洗衣机都是按照家用电动洗衣机 （GB/T4288-2003） 及强制性国家标准GB4706.24-2000家用和类似电器用途电器的安全 洗衣机的特殊要求两项标准进行设计、生产和出厂检验的。洗衣机的质量包括外观质量和内在质量两个方面。外观质量主要指洗衣机外露部分的表面质量，

15、而内在的质量包括洗衣的技术性能和安全性能，其中安全性能尤为重要。设计、生产、维修人员在对洗衣机进行设计、生产、维修时，必须要注意确保洗衣机在使用中应是绝对安全的。1.5.1 主要技术性能指标（1）洗净率洗净率是指在标准使用状态下，洗衣机对衣物的洗净能力，通常用洗净比来表示。即在标准使用状态下，被测洗衣机的洗净率与参比洗衣机洗净率的比值。用公式表示为：C=Dr/Ds式中 C洗净比，国家标准规定，波轮洗衣机的洗净比应不小于0.8； Dr被测洗衣机的洗净率（%）； Ds参比洗衣机的洗净率（%）；（2）漂洗性能漂洗性能指洗衣机漂洗衣物的能力。漂洗比是通过漂洗前后测定的洗涤液及漂洗液的电导率来确定：漂洗

16、比=（A-B）/ (A-C) K式中 A洗涤液（原液）的电导率； B漂洗后液体的电导率； C自来水的电导率； K漂洗系数（取0.9）。国家标准规定，漂洗比应大1.（3）脱水性能 脱水性能指脱水机或洗衣机的脱水装置，对漂洗后衣物内水分的甩干能力，用脱水率来表示。脱水率=（额定脱水负载布干重/脱水后的重量）100%。国家标准规定，双桶洗衣机的脱水率应大于50%。（4）磨损率洗衣机在洗涤过程中对衣物总要造成不同程度的磨损，用磨损率来表示。磨损率的测定方法为：把标准试布放在被测洗衣机中，在标准使用状态下进行洗涤，分别测量出试验布洗涤前的重量和洗涤结束后被磨损的重量（从洗涤液中捞出并过滤所得的织物绒毛渣

17、），计算出磨损量与洗涤前重量的百分比。用公式表示:=(P/P0)100%。式中 P磨损量（），从洗涤液中捞出的绒毛的质量； P0试验布洗涤前的重量（）。国家标准规定，波轮洗衣机的磨损率应不大于0.2%。（5）噪声洗衣机在标准使用状态下，洗涤、脱水时的噪声应不大于75dB。（6）消耗功率在标准使用状态下，洗衣机的消耗功率应在额定输入功率的115%以内。（7）起动特性 洗衣机在电源电压达到额定值的85%时（即1857V），电动机及相应电气部件应能启动运转。（8）电压波动特性 当电源电压在额定值上下波动10%（即电源电压为198242V）时，洗衣机应能无故障运转。1.5.2 主要安全性能指标 为保证

18、洗衣机的正常运转及使用者的人身安全，国家标准中规定了下列主要安全性能指标。（1）温升洗衣机在标准使用状态下，电动机绕组的温升不应大于75（E级绝缘），电磁阀和电磁铁线圈的温升不应大于80（E级绝缘）。（2）制动性能脱水桶在额定脱水状态下，当脱水桶转速达到稳定时，徐速打开脱水桶外盖，脱水桶应在10s之内完全停止转动。（3）泄漏电流 洗衣机在标准状态下使用，洗衣机外漏非带电金属部分与电源线之间的泄漏电流应不大于0.5mA。（4）绝缘电阻洗衣机的带电部分与外露非带电金属部分之间的绝缘电阻应大于2M。（5）电气强度 洗衣机的带电部分与外露非带电金属部分之间，应能承受热态实验电压1500V。潮态试验电压

19、1250V，历时1min的电气强度实验，而不发生闪络或击穿现象。（6）接地电阻 洗衣机的外露非带电金属部分与接地线之间的电阻不应大于0.1，与接地线末端（或电源插头的接地极）之间的电阻不应大于0.2。（7）溢水绝缘性能 将洗衣机平稳放置好后，以20L/min的流量向洗衣机桶内连续注水，使洗衣筒上口溢水5min。在溢水过程中用500V绝缘电阻表连续监测带电部分与外露部非带电金属部分之间的绝缘电阻值，应不小于22M。（8）淋水绝缘性能 将洗衣机平稳放置，盖好上盖，从其上部中央距洗衣机放置的地面2m高处的喷水装置内，以10L/min的流量向洗衣机上部均匀淋水5min，用500V绝缘电阻表连续监测带电

20、部分与外露部非带电金属部分之间的绝缘电阻值，应不小于22M。1.6 全自动洗衣机的设计理念家用洗衣机是人们很熟悉的机电一体化产品。它从早期的普通型、半自动型，发展到摆脱人工操作的全自动型。以至目前问世的带有模糊控制技术的人工智能型洗衣机。它们汇集了机械机构和微机控制系统等多方面技术，也是以人为本、创新思维的设计典范。全自动洗衣机的设计就是：首先了解它的洗涤过程：湿式洗涤常用的洗涤剂含有表面活性物质，该分子结构一端为亲油基，另一端为亲水基。洗涤剂在水中溶解扩散，渗透进织物的纤维中，其亲油基与油污结合，破坏污垢与织物的结合力，并形成水溶性物质，是油性污垢被乳化、分解和软化，同时也加速了水溶性垢的溶

21、解和扩散。洗涤剂与污垢作用的同时也把污垢包裹起来，然后依靠机械力使其从织物上完全剥离下来。洗衣机运转时，机械力直接或间接地作用于织物，相当于手工揉搓和拍打使织物反复旋转、翻滚、变形、摩擦和被水流冲击，污垢颗粒在机械力作用下从织物上完全剥离下来，分解到洗涤液中。再经过一定水的反复洗涤，每一次排尽水再注清水漂洗，是洗涤剂和污垢混合物的浓度不断的下降、污垢不断的随洗涤水排出，水溶液逐渐变清，达到了机械力去污的目的。最后通过离心脱水或挤压脱水，使织物中的水分降到尽量低，以便缩短晾干时间。如要现洗现用的织物则可增加热气流烘干。这样便完成织物的整个洗涤过程。也就是说，洗涤漂洗脱水是全自动洗衣机的主要工作过

22、程。然后进行所要设计洗衣机的功能分析，确定洗衣机的主要功能。洗衣机的功能树图如附录一所示。最后根据所确定的功能和所要达到的性能指标，进行完成该功能、达到该性能的机械结构设计和电控系统设计。1.7 全自动洗衣机的设计目的目前中国洗衣机市场正进入更新换代期，市场潜力巨大，人们对于洗衣机的要求也越来越高，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，在许多方面还不能达到人们的需求。这就要求设计者们有更高的专业和技术水平，能够提出更多好的建议和新的课题，将人们的需要变成现实，设计出更节能、功能更全面、更人性化的全自动洗衣机。目前的洗衣机都没有实现全方面的兼容，大多洗衣的厂

23、家都注重各自品牌的洗衣机的特制实现的，单片机的体积小，控制功能灵活，因此，设计出基于单片机的全自动洗衣机控制电路系统具有很强的实用性1.8 全自动洗衣机的设计方案本系统实现了对洗衣机整个洗衣过程的控制，包括用户参数输入、洗衣、漂洗、排水和脱水等阶段。控制系统主要由电源电路、数字控制电路和机械控制电路三大模块构成。电源采用三端集成固定稳压器7805提供+5V电源，数字控制电路负责控制洗衣机的工作过程，主要由AT89S51单片机、三位共阴数码管、按键、蜂鸣器、LED指示灯组成；机械控制电路实现传感器检测、电机驱动、进水、排水等功能，主要由水位检测器、电动机、传动系统部件、进水排水电磁阀组成。第二章

24、 硬件电路针对上文的功能，硬件电路应包括七个部分：微处理器控制电路、显示电路、采样电路、电机控制电路、进水阀控制电路、排水阀控制电路和按键报警电路。通过这几个部分电路的协调工作，洗衣机能模拟人脑进行操作。2.1 洗衣机控制器控制面板的设计洗衣机控制面板主要包括：启动/停止、电源、标准、轻柔、快速、水位选择按钮。图2-1 洗衣机控制面板完成次洗衣过程所需的动作有：(1) 进水动作 进行洗涤时，盛水桶内的水量必须达到水位设定要求。洗衣机的进水和水位判断，是由水位开关和进水阀的开合来进行控制的，当桶内没有水或水量达不到设定水位时，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水位时，水位

25、开关受压闭合，程序就可进入下步处理。(2) 排水动作 进入脱水动作前应先排水。为了避免空排水造成时间浪费以及排水不完而带水脱水造成对电机的损害。洗衣机能够根据实际水量对排水时间进动态控制。(3) 洗涤动作 洗涤动作指的是电机周期性的“正转-停止-反转-停止”。不同的洗衣过程，控制电机执行“ 正转-停止-反转-停止”的时间是不同的。(4) 脱水动作 排水结束后进入脱水动作，脱水是通过电机的正转来实现的，同时要求排水阀直打开，也正是由于排水阀的打开，才使得脱水时的电机正转速度不同于洗涤时的电机正转速度。进行脱水时若遇到洗衣机盖打开，则暂停脱水，并发出报警，直至用户合上桶盖后，才继续进行脱水。脱水结

26、束后，发出报警，并自动关闭排水阀。(5) 脱水不平衡修正 进行脱水处理，电机要正转，电机要进行高速单向正转，若此时衣物偏向于一边，脱水桶会因离心的作片的作用，在很短的时间内碰撞安全开关装置，使安全开关产生瞬时的关闭和断开，此时要进行脱水不平衡修正。进行脱水不平衡修正，洗衣机将停止脱水，并自动插入“进水-洗涤-1分钟-排水”动作。通过这一插入动作，衣服将调整到洗衣桶中心位置。在同一脱水过程中 ，如果连续修正3次仍达不到脱水平衡，则进行报警，等用户打开洗衣机将衣物放置均匀再盖上桶盖，方可继续进行脱水。(6) 其它动作 洗衣机控制器在此控制面板上还配有启动停止电源、标准、轻柔、快速、水位选择按钮。2

27、.2 硬件设计框图主控制系统运用的是AT89c51单片机，其要控制的对象包括：进水阀、排水阀、电机。这些被控对象是需要根据不同的洗衣程序来设定它们的不同工作状况和工作时间的，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；蜂鸣器用来进行程序运行提示及故障报警。洗衣机控制器系统框图如图2-2所示。下面是洗衣机控制器系统框图： (1) 各框图的作用包括： 单片机电路 单片机电路是程序控制的中心它把计算机的各种功能电路都集成在块芯片上，主要包括中央处理器CPU、程序存储器ROM

28、、数据存储器RAM、输入输出接口电路及计时、分频、扫描、定时、时间设定等电路，ROM内已固化了洗衣机操作程序、单片机根据输入指令和检测信号，调出内部相应的操作程序，通过电路处理后，输出各种电路控制信号，使洗衣机自动完成程序操作过程。如果单片机自身出故障、或控制电路传送给单片机的信息不正确，洗衣机就不能正常工作。 直流电源电路 这是为单片机及其外围控制电路提供晓以电压 直流电源的电路，它将输入的220v交流电经过变压、整流、滤波、稳压后，变为稳定的低压直流电，送给单片机、可控硅触发电路、显示电路等。图2-2洗衣机控制器系统框图 复位电路 此电路的作用是复位。在单片机接上电源以后，或电源出现过低电

29、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。 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。 按键输入电路 按键开关按一定的矩阵排列，当按键被按动时，其接通的信号将输送到单片机。单片机对应地调出内部软件进行工作，使洗衣机进入相应的洗涤程序。 显示电路 显示电路由发光二极管按一定的矩阵排列而成，它是程序控制系统向用户直接观察到洗衣机的工作状态的窗口。预设工作程序时，可根据指示灯的闪亮来判断洗衣机是否接受了指令；还可以通过批示灯的显示来判断洗衣机工作是否正常。 负载驱动电路 该

30、电路多由双向可控硅及触发电路组成。双各可控硅作为无触点开关控制电机等负载的通断及运行。单片机根据按键输入指令或接收到的检测信号，输出相应的控制信号，控制可控硅触发电路的导通，使电机等负载得电运转。 报警电路 此电路在洗衣机中起提示和报警的作用。根据程序安排和软件设置，当洗衣完成后，洗衣机将发出音乐以提示用户洗衣完成。 水位开关和安全开关电路 水位电路和安全开关电路由传感器监测，其通断状态由电路输送给单片机。由单片机进行指令控制。2.3 单片机2.3.1 单片机的选型89C51单片机是低耗能/低电压、高性能的8位单片机，它采用了CMOS和ATMEL公司的高密度非易失存储器技术，而且其输出引脚和指

31、令系统都与MCS-51兼容，是一种功能强、灵活性高而且价格合理的单片机，可方便应用于各种控制领域 。 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。它不仅能对片内某些特殊功能寄存器的某位进行处理，如传送、置位、清零、测试等，还能进行位的逻辑运算，其功能十分完备，使用起来得心应手。虽然其他种类的单片机也具有位处理功能，但能进行位逻辑运算的实属少见。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00H7F

32、H），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。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

33、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。综上所述，我们本次设计采用51系列，而51系列的典型产品是8051。8051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。89C51引脚图如图2-3所示。图2-3 89C51引脚图2.3.2 单片机的复位电路根据应用的要求，用到单片机，为了可靠的复位要外加一

34、个复位电路。复位操作通常有：上电复位和按键手动复位。工作原理是通电时，电容两端相当于是短路，于是RST引脚上为高电平，然后电源通过电阻对电容充电，RST端电压慢慢下降，降到一定程度，即为低电平，单片机开始正常工作。上电复位的时间常数要在10ms以上，才能保证上电，一般可以取电容的大小为10F，电阻为8.8K。图2-4 89C51 的复位电路2.3.3 单片机的时钟电路与时序时钟电路用于产生单片机工作时需要的时钟信号，单片机本身就是一个复杂的同步时序电路，为了保证同步方式的实现，电路应该在唯一的时钟信号控制下严格地按时序进行工作。而时序所研究的则是指令执行中各信号之间的相互时间关系。(1) MC

35、S-51系列芯片的内部有一个高增益的反相放大器，其输入端为芯片引脚XTAL1，输出端引脚为XTAL2，在芯片的外部通过这两个引脚跨接晶体振荡器和微调电容，形成反馈电路，就构成了一个稳定的自激振荡器，如图2-5所示。电路中的电容C1和C2一般取30pF左右，而晶体的振荡频率范围通常是1.2MHz12MHz，晶体的振荡频率高，则系统的时钟频率也高，单片机运行速度也就快。MCS-51在通常的情况下，使用振荡频率为6MHz的石英晶体，而12MHz主要是在高速串行通信的情况下才使用。振荡电路产生的振荡脉冲并不是直接使用，而是经分频后在为系统所用。如图2-5所示。振荡脉冲经二分频后作为系统的时钟信号，在二

36、分频基础上再三分频产生ALE信号，这就是之前说的ALE是以晶振六分之一的固定频率输出的正脉冲，在二分频的基础上再六分频得到机器周期信号。(2) 在由多片单片机组成的系统中，为了各单片机之间的时钟信号的同步，应当引入唯一的公用外部脉冲信号作为各单片机的振荡脉冲，这时的外部脉冲信号是经过XTAL1引脚注入，XTAL2悬空。且外接脉冲信号应当是高低电平持续时间大于20ns的方波，脉冲频率应低于12MHz。其连接图如图2-6所示。图2-5 单片机的晶振电路 图2-6 89C51外部脉冲源接法最后选择第一种提供时钟脉冲的方式，选择6MHz的晶振，经过十二分频后产生周期信号0.5MHz,也就是时钟脉冲的周

37、期是2S。2.4 A/D转换器数字计算机只能出来数字量，不能处理模拟量。在微机的应用系统中，常常需要对温度、流量、压力、温度等连续变化的物理量（模拟量）进行测量和控制。因此，在一般的控制过程中，要先通过传感器将它们测量出来，以电信号的形式表示，然后再将模拟电信号转换成数字量，输入到计算机中，完成模拟到数字这一转换的过程叫模/数转换（A/D转换），实现A/D转换的器件叫模/数转换转换器（A/D转换器）。计算机在对数字量进行必要的分析、运算处理后，再去控制相应的执行机构，一般地，还必须将数字量的控制信号转换成相应的模拟量，这一过程叫做数/模准换（D/A转换），实现数模转换的器件叫数/模转换器（D/

38、A转换器）。A/D转换器种类很多，按接口方案来分，可分为并行接口和串行接口两类。串行接口又分为三线式接口和两线式接口两种。由于89C51串行口有限，而本此设计也用到了很多串口，而且我们需要一个多通道的转换器，而MAX192正是满足这种要求，其转换精度也高，所以本次设计我们采用MAX192。MAX192是一种低功耗、单电源、8通道、串行的10位A/D转换器。由于该芯片在片外已有采样跟踪保持电路，内部时钟电路和内部参考电压源，所以在应用时，所需外围原件极少，与单片机连接也只占用4-5条口线，因此，用MAX192构成的数据采集系统具有硬件结构简单、体积小和功耗低的优点。MAX192是美国美信公司设计

39、的一个10位A/D转换器，它的信号输入有两种方式：8通道单端输入或4通道差分输入，具有极高转换速度。其4线串行接口与SPI、QSPI、Micro Wire等串行总线兼容，具有内部时钟方式和外部时钟方式，内带4.096V的基准电压，也可用外部基准电压。MAX192器件采用逐次逼近转换技术及输入采样/保持电路把模拟信号转换成10位的数字信号输出，模拟信号有单端输入和差分输入两种输入方式，输入电压范围分单极性（0-40.96V）和双极性（-4.096/2-4.096/2V）两种，每做完一次A/D转换，需从串行数据输入端输入以“1”开始的8位控制字对器件初始化，内部控制逻辑控制A/D转换。当MAX19

40、2的CS端有效时，在时钟SCLK的每一个上升沿把一个最高位为“1”的控制字节的各位送入输入移位寄存器，控制器收到控制字节后，选择控制字节中给定的模拟通道，并在SCLK的下降沿启动转换。在启动转换后，MAX192可以使用外部串行时钟或内部时钟来完成逐次逼近转换。在两种时钟方式中，数据的移入/输出都由外部时钟来完成。转换结束后的数据是由DOUT端读出的。应该注意，数据的输出是高位在先，低位在后，有效位为10位。在单极性输入方式下，输出的是标准二进制码，对于差分方式下的双极性输入，其输出是莫二补码。需要注意的是，在单极性输入方式下，转换完成后的10位数据在移位寄存器中存放时，在数据的首部添了一个“0

41、”，在尾部添加了5个“0”，这样，要得到最终的正确结果，需要把这16位数（包括10位有效数据）右移5位。在编写采样程序时，送完一字节控制字，何时读转换结果 ，有两种判断方法：一是看SSTRB信号是否变高，二是延时多少us(最大位10us)。2.5 传感器传感器不仅充当着计算机、机器人。自动化设备的“感觉器官”及机电结合的接口，而且已渗透到军事和人类生命、生活、生产的各个领域，从太空到海洋，从各种复杂的工程系统到人们日常生活衣食住行，都已经离不开各种各样的传感器。传感器通常由敏感元件、转换元件及转换电路组成。敏感元件是指传感器中能直接感受(或响应)被测量的部分。在完成非电量到电量的变换时，并非所

42、有的非电量都能利用现有手段直接转换成电量，往往是先变换为另一种易于变成电量的非电量，然后再转换成电量。如传感器中各种类型的弹性元件，常被称为弹性敏感元件。转换电路是指能将感受到的 非电量直接转换成电量的器件或元件。如光电池将光的变化量转换为电动势，应变片将应变转换为电阻量等。转换电路是指将无源型传感器传感器的输出的电参数量转换成电量。常用的转换电路有电桥电路、脉冲调宽电路、谐振电路等，它们将电阻、电容、电感等电参数转换成电压、电流或频率等电量。而实际上，有些传感器的敏感元件可以直接把被测非电量直接转换成电量输出，如压电晶体、光电池、热电偶等。本次设计中用到4个传感器，分别为：TS污浊度传感器、

43、温度传感器、负载传感器和水位传感器。其中污浊度、温度和负载传感器输出的都是模拟信号，需要通过A/D转换才能作为单片机的控制信号，而水位传感器本身输出的就是数字信号，所以不需要通过A/D转换，直接可用做单片机的控制信号。TS污浊度传感器内部原理图如图2-8所示。浑浊度检测传感器的主要原理是光电耦合器，而普通的光电耦合器不能有效的检测洗衣机水的浑浊度。光电耦合器的光源必须是红外光才能准确的检测浑浊度。TS浊度传感器是GE公司开发的一种专门用于家电产品的低成本传感器，主要用于洗衣机、洗碗机等产品的水污浊程度的测量。图2-8 浊度传感器内部原理图温度传感器温度传感器有四种主要类型：热电偶、热敏电阻、电

44、阻温度检测器(RTD)和IC温度传感器下)。IC温度传感器又包括模拟输出和数字输出两种类型。热电偶应用很广泛，因为它们非常坚固而且不太贵。热电偶有多种类型，它们覆盖非常宽的温度范围，从-200到2000。它们的特点是：低灵敏度、低稳定性、中等精度、响应速度慢、高温下容易老化和有漂移，以及非线性。另外，热电偶需要外部参考端。 我们常用温度传感器有DS18B20、AD590等，它们都是集成温度传感器。DS18B20输出是数字信号可以直接和单片机相连，而且硬件连接电路少，但需要对其进行复杂的软件编程。AD590是美国模拟器件公司生产的单片集成两端感温电流源。它的主要特性如下：流过器件的电流（mA）等

45、于器件所处环境的热力学温度（开尔文）度数。AD590的测温范围为-55+150。AD590的电源电压范围为4V30V。电源电压可在4V6V范围变化，电流变化1mA，相当于温度变化1K。AD590可以承受44V正向电压和20V反向电压，因而器件反接也不会被损坏。输出电阻为710MW。精度高。AD590共有I、J、K、L、M五档，其中M档精度最高，在-55+150范围内，非线性误差为0.3。本设计我们选用AD590作为温度传感器。AD590比DS18B20精度更高、线性度误差小，且不需要温度报警和复杂的程序编程，非常适合用于洗衣机的温度检测传感器负载传感器根据控制要求，负载检测时通过检测电动机的反

46、电动势来实现的，而电动机的反电动势比单片机所用电压大的多，不能直接采样，必须经过隔离。采用线性光电耦合器既能隔离高电压和干扰，又能得到满意的检测信号。水位传感器原理图如图2-9所示。谐振式水位传感器,采用了新型的传感原理 ,把水位的高低 ,通过水位传感器直接变成水位与频率的对应关系。衣物的洗净度、水流强度、洗涤时间等参数的检测 ,对模糊控制洗衣机在节水、节能、减少洗涤时间方面起决定性的作用。图2-9 水位传感器原理图2.6 全自动洗衣机电机的特点及选择全自动洗衣机电机是家用全自动洗衣机的A类关键配套件。由于洗涤和脱水的兼用、频繁地满负荷启动、正反向变换和短时高速脱水运转，要求电机具有大速比、高

47、转矩、低电流的启动性能。电机悬挂吊装在洗衣机外桶下部，根据热洗衣机程序，一般桶内水温60，特殊需求可达90，这时，电机周围的温度高于标准规定值，因此，对电机绝缘等级、温升限值、振动和噪音有特殊的要求。根据全自动洗衣机程序的规定，电机的运行方式是一种特殊工作制，例如，洗涤时低速运行，分别在2、4、15min的不同周期内，以运转/停止分别为7.5s/7.5或4s/7.5s的节拍频繁启动、正反向运转，是一种非标准的断续周期工作制；脱水时告诉运行，是一种特殊的工作制。洗衣量和水量的变化时，容许电机的转速在一定范围内增减，但不能对洗涤性能、洗净度指标有显著影响，这就要求电机一方面有优良的启动性能，一方面要有很好的适用的机械性能。根据上述特点，目前家用全自动洗衣机电机主要有两种类型。一种类型是单相异步电容电动机，如YXG162/2/12,YXG162/2/16双速电动机和YXG162/2/4/