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1、题目：洗衣机控制系统设计姓名：XXXXX身份证号：XXXXX准考证号： 培训单位：鉴定单位：日期： 年 月 日摘 要随着数字技术的快速发展，数字技术被广泛应用于智能控制的领域中。单片机以体积小、功能全、价格低廉、开发方便的优势得到了许多电子系统设计者的青睐，它适合于实时控制，可构成工业控制器、智能仪表、智能接口、智能武器装置以及通用测控单元等。本文以AT89S51单片机为核心，设计了全自动洗衣机控制系统。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、脱水和结束演奏四个阶段。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。电源电路为数字控制电路提供稳定的5V直流
2、电压，为电动机提供220V市电；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、两位共阴数码管、按键、蜂鸣器、LED指示灯组成；机械控制电路实现水位检测、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。本系统的电路并不复杂，给AT89S51单片机载入软件程序后，能够实现全自动洗衣机的基本功能。虽然不能与电器市场上的洗衣机控制系统媲美，但也具有一定的实用性。关键词：单片机；全自动洗衣机；实时控制；控制系统目 录摘 要I1绪论11.1本课题的研究目的和意义11.3洗衣机的基本工作原理22设计方案32.1控制系统的功能32.2系统的设计方案4
3、3硬件设计53.1电源电路63.2数字控制电路73.2.1AT89S51单片机主控模块73.2.2数码管显示模块103.2.3按键输入模块123.2.4蜂鸣器报警模块143.2.5LED指示模块163.3机械控制电路163.3.1水位检测器163.3.2电动机173.3.3传动系统部件183.3.4进水/排水电磁阀194软件设计204.1用户参数输入程序214.2洗衣机工作程序224.3定时器T0溢出中断服务程序224.4定时器T1溢出中断服务程序234.5动态扫描显示程序244.6按键输入获取程序25参考文献261 绪论1.1 本课题的研究目的和意义在数字技术风行的今天，大多数的家用电器实现
4、了数字化控制。作为一个价廉物美的微处理器，单片机被广泛应用在各种数字系统中。基于单片机的全自动洗衣机控制系统是单片机应用的一个典型例子。洗衣机是现代人必备的日常生活家电，它的发明和应用使人们的洗衣工作变得省时又省力，很好地缓解了人们在家务劳动方面的压力。而在家电市场竞争日益激烈和利润下降的今天，各大家电生产厂商均致力于开发出能满足用户各种要求的智能家电产品，并努力降低生产成本以增强竞争力。作为家电市场中的重要成员，全自动洗衣机的市场竞争更是趋于白炽化。对基于单片机的全自动洗衣机控制系统设计进行深入研究，可使我们掌握全自动洗衣机这种重要家电的工作原理和控制系统，进一步了解单片机在不同领域的应用方
5、法，学会维修全自动洗衣机的基本技术，同时也为将来从事电子信息行业打下一定基础，所以本题课具有重大的意义。1.2 洗衣机的基本工作原理洗衣机的洗涤原理是由模拟人工洗涤衣物发展而来的，即通过翻滚、摩擦、水的冲刷等机械作用以及洗涤剂的表面活化作用，将附着在衣物上的污垢除掉，以达到洗净衣物的目的。现今，大多数的全自动洗衣机都使用以单片机为核心的控制电路来控制电动机、数码显示管、进水阀、排水阀及蜂鸣器的电压输出，使洗衣机根据程序运转。而在设计全自动洗衣机的控制系统时，要把握好洗涤、漂洗和脱水的时间：（1）洗涤时间有人认为，洗涤时间越长，衣物就洗得越干净。其实不然，如果洗涤时间超过一定的限度，衣物不但不会
6、随洗涤时间的延长而提高洗净度，反而会加速衣物的磨损，还会造成能源的浪费。实验证明，洗衣机（波轮式洗衣机）的最佳洗涤时间为510分钟，最长也不应超过15分钟。（2）漂洗时间在漂洗刚开始的3分钟时间内，残留在衣物上的表面活性剂脱落最快。此后，活性剂脱落趋缓，漂洗10分钟后活性剂几乎不再脱落。一般采用贮水方式漂洗，每次3分钟，漂洗23次就可以了。（3）脱水时间电动机高速地转动洗涤桶，水份就会由于离心力而脱离衣物被甩出去。脱水时间一般为23分钟，时间太短会造成脱水不够彻底，太长又可能会损坏衣物。上述的工作原理是进行波轮式全自动洗衣机控制系统设计的重要指标，也是本论文的设计依据。2 设计方案在家电全面自
7、动化和智能化的今天，洗衣机的控制系统应该具有操作简单、功能完善的特点。作为一款功能完善的全自动洗衣机，除了要具有洗净率高、衣物磨损率低的特点外，用户还可以根据实际情况设置洗涤时间、漂洗次数、脱水时间这些参数。2.1 控制系统的功能全自动洗衣机通过控制系统设定洗衣程序，在内桶（洗涤脱水桶）自动完成注水、洗涤、漂洗、浸泡、排水和脱水全过程。洗衣时，控制系统打开进水电磁阀，开始注水；当洗涤脱水桶内的水位达到系统设定值时，水位检测器向单片机发送一个低电平，通知控制系统关闭进水电磁阀，同时启动电机洗衣。电机在系统的控制下进行正转、停、反转，通过传动机构带动波轮执行洗涤程序；当洗涤时间终了，控制系统切断电
8、机电路，打开排水电磁阀，开始排水；然后再次注水，洗衣机进入漂洗状态，完成漂洗程序（通常为2次漂洗），再注水进行浸泡；浸泡完，开始排水，同时，排水电磁铁的动作带动减速离合器制动臂，使离合器棘轮与棘爪分离，制动带松开，为脱水程序作好准备；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电，排水阀和减速离合器的制动臂复位，同时蜂鸣器奏响音乐，通知用户整个洗衣程序结束。本设计要实现的功能有：（1）用户参数的输入：用户根据衣物的数量和质地确定洗涤时间、漂洗次数、脱水时间，然后通过按键输入具体的参数。（2）参数和时间的显示：灵活地运用数码显示管会带来许多方便
9、，它可以用来显示欢迎界面、用户参数和剩余洗衣时间。（3）实时控制的实现：单片机在获取了用户输入的参数后，对其进行分析处理，然后按照计算结果对洗衣过程进行实时控制。（4）水位检测的实现：水位的高低影响着整个洗衣过程的进行，因此需要水位检测器将水位的变化发送给单片机，单片机根据水位的情况确定下一步应该做什么。（5）洗衣过程的实现：一般的洗衣过程包括注水、洗涤、漂洗、浸泡、排水和脱水这些步骤。在洗衣过程中，系统主要控制进水电磁阀、排水电磁阀的打开和关闭，电机的正转、反转和停止。（6）洗衣完毕的通知：当洗衣过程结束后，蜂鸣器就奏出一段音乐通知用户洗衣完毕。洗衣过程的流程图如图2-1所示。用户参数输入洗
10、涤漂洗浸泡脱水结束蜂鸣图2-1 洗衣过程的流程图2.2 系统的设计方案本设计采用ATMEL公司的AT89S51单片机，ATMEL公司的技术优势6在于Flash存储器技术，将Flash与80C51核相结合，形成了Flash单片机AT89系列。AT89系列单片机和MCS-51单片机在内部功能、引脚以及指令系统方面完全兼容。由于AT89系列单片机继承了MCS-51的原有功能，内部含有大容量的Flash存储器，又增加了新的功能，如看门狗定时器WDT、ISP及SPI串行接口技术等，因此在电子产品开发及智能化仪器仪表中有着广泛的应用，是目前取代MCS-51系列单片机的主流芯片之一。本文以AT89S51单片
11、机为核心，设计了全自动洗衣机控制系统。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、脱水和结束演奏四个阶段。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。电源电路为数字控制电路提供稳定的5V直流电压，为电动机提供220V市电；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、两位共阴数码管、按键、蜂鸣器、LED指示灯组成；机械控制电路实现水位检测、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。软件采用汇编语言编写，使用编程软件Keil编写程序，可以边写边调试，及时地修改。程序是控制洗衣过程的关键，细心
12、、合理地设计程序可以提高整个控制系统的性能，因此，需要花费很大心思。本设计的程序由六大部分组成：用户参数输入程序、洗衣机工作程序、定时器T0溢出中断服务程序、定时器T1溢出中断服务程序、动态扫描显示程序、按键输入获取程序。3 硬件设计硬件电路由电源电路、数字控制电路和机械控制电路三大模块构成。电源电路为数字控制电路提供稳定的5V直流电压，为电动机提供220V市电。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、数码显示管、按键、蜂鸣器、LED指示灯组成。机械控制电路实现水位检测、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。图3-1是
13、全自动洗衣机控制系统的模块结构图，图3-2是其硬件结构图。图3-1 控制系统的模块结构图3-2 控制系统的硬件结构3.1 电源电路本系统的电源电路不仅要为单片机和其它电子元件提供稳定的5V直流电源，还要提供220V 50Hz的市电来驱动电动机。在获取5V直流电源方面，可以采用传统的7805三端稳压集成电路，也可以采用宽电压输入的DCDC的直流斩波电路，例如MC34063，效率方面是很高的。由于本设计对电流的要求不是很高，功耗也不是很大，于是采用传统的7805三端稳压集成电路。三端固定集成稳压器包含7800和7900两大系列，7800系列是三端固定正输出稳压器，7900系列是三端固定负输出稳压器
14、。它们的最大特点是稳压性能良好，外围元件简单，安装调试方便，价格低廉，现已成为集成稳压器的主流产品。7800系列按输出电压分有5V、6V、9V、12V、15V、18V、24V等品种；按输出电流大小分有0.1A、0.5A、1.5A、3A、5A、10A等产品。例如型号为7805的三端集成稳压器，表示输出电压为5V，输出电流可达1.5A。所标注的输出电流是在稳压器加入足够大的散热器条件下得到的。7800系列属于正压输出，即输出端对公共端的电压为正。根据集成稳压器本身功耗的大小，其封装形式分为TO-220塑料封装和TO-3金属壳封装，二者的最大功耗分别为10W和20W（加散热器）。UI为输入端，UO为
15、输出端，GND是公共端（地）。三者的电位分布如下：UIUOUGND(0V)。最小输入-输出电压差为2V，为可靠起见，一般应选46V。最高输入电压为35V。220V 50Hz的市电经变压器T1降压、由4支1N4007组成的桥式电路DB1整流、1000uF的电解电容滤波、再经一支1N4007二极管后，由7805稳压为5V的直流电压。高频旁路电容用104,滤除高频噪声78。其过程如图3-3所示。220V市电变压器降压桥式整流滤波7805稳压5V 直流电源图3-3 220V市电转变为5V直流电源的过程设计出来的系统电源电路如图3-4所示。图3-4 电源电路3.2 数字控制电路数字控制电路主要由AT89
16、S51单片机、数码显示管、按键、蜂鸣器、LED指示灯组成，接下来对这部分电路的设计作详细说明。3.2.1 AT89S51单片机主控模块本设计采用ATMEL公司的AT89S51单片机，AT89S51单片机是低功耗的、具有4KB在线可编程Flash存储器的单片机。它与通用80C51系列单片机的指令系统和引脚兼容。片内的Flash允许在线重新编程，也可使用通用非易失性存储器编程。它将通用CPU和在线可编程Flash集成在一个芯片上，形成了功能强大、使用灵活和具有较高性能价格比的微控制器。（一）AT89S51单片机的特性6 1） 片内含有4KB的Flash程序存储器，可在线编程，擦写次数可达1000次
17、；2） 片内含有128字节的RAM数据存储器；3） 具有32根I/O线，分别为P0、P1、P2、P3口，每个口有8根I/O线；4） 具有两个16位可编程定时器；5） 中断系统具有6个中断源、5个中断矢量、2个中断优先级的中断结构；6） 串行口是一个全双工的串行通信口；7） 具有两个数据指针DPTR0和DPTR1；8） 低功耗节电模式有空闲模式和掉电模式；9） 包含3级程序锁定位；10）电源电压为4.05.5V；11）振荡频率为033MHz；12）具有片内看门狗定时器；13）灵活的在线编程方式；14）具有断电标志POF；15）具有掉电状态下的中断恢复模式。与AT89C51相比,AT89S51具有
18、更突出的优点,主要表现在:1） 新增了在线可编程功能ISP(In-System-Program)，在现场程序调试和修更加方便灵活；2） 数据指针增加到两个，方便了对片外RAM的访问过程；3） 新增加了片内看门狗定时器WDT，提高了系统的抗干扰能力；4） 增加了断电标志；5） 增加了掉电状态下的中断恢复模式。（二）引脚排列及功能单片机大多数都采用40条引脚双列直插式器件，AT89S51具有PDIP、TQFP、PLCC三种封装。PDIP封装的引脚排列如图3-5所示。它有2个主电源引脚，2个外接晶振的引脚，4个控制或与其它电源复用的引脚，以及32条输入输出I/O引脚。图3-5 AT89S51单片机的
19、引脚排列下面分四个部分介绍各引脚的功能：(1)电源引脚Vcc和VssVcc（40脚）：电源电压输入端。Vss（20脚）：电源地。(2)外接晶振引脚XTAL1和XTAL2XTAL1（19脚）：XTAL1是片内振荡器反相放大器和时钟发生器的输入端。XTAL2（18脚）：XTAL2是片内振荡器反相放大器的输出端。(3)控制信号或与其它电源复用引脚 控制信号或其它电源复用引脚有RST/VPD、ALE/PROG、PSEN和EA/VPP 。RST/VPD（9脚）：RST即为RESET，VPD为备用电源，所以该引脚为单片机的上电复位或掉电保护端。当单片机振荡器工作时，该引脚上出现持续两个机器周期的高电平，就
20、可实现复位操作，使单片机复位到初始状态。当VCC发生故障，降低到低电平规定值或掉电时，该引脚可接上备用电源VPD（+5V）为内部RAM供电，保证RAM中的数据不丢失。PSEN(29脚):片外程序存储器读选通输出端,低电平有效。在从外部程序存储器读取指令或数据期间，每个机器周期PESN两次有效，以通过数据总线口读取指令或数据。当访问外部数据存储器期间，PESN信号将不出现。ALE/ PROG（30脚）：当访问外部存储器时，ALE（允许地址锁存信号）以每机器周期两次的信号输出，用于锁存出现在P0口的地址信息。EA/Vpp（31脚）：EA为访问外部程序储器控制信号，低电平有效。当EA端保持高电平时，
21、单片机访问片内程序存储器4KB。若超出该范围时，自动转去执行外部程序存储器的程序。当EA端保持低电平时，无论片内有无程序存储器，均只访问外部程序存储器。对于片内含有EPROM的单片机，在EPROM编程期间，该引脚用于接21V的编程电源Vpp。 (4)输入/输出（I/O）引脚P0口、P1口、P2口及P3口P0口（39脚32脚）：P0.0P0.7统称为P0口。当不接外部存储器与不扩展I/O接口时，它可作为准双向8位输入/输出接口。当接有外部程序存储器或扩展I/O口时，P0口为地址/数据分时复用口。它分时提供8位双向数据总线。对于片内含有EPROM的单片机，当EPROM编程时，从P0口输入指令字节，
22、而当检验程序时，则输出指令字节。P1口（1脚8脚）：P1.0P1.7统称为P1口，可作为准双向I/O接口使用，在EPROM编程和进行程序校验时，P1口接收输入的低8位地址。P2口（21脚28脚）：P2.0P2.7统称为P2口，一般可作为准双向I/O接口。当接有外部程序存储器或扩展I/O接口且寻址范围超过256个字节时，P2口用作高8位地址总线送出高8位地址。对于EPROM编程和进行程序校验时，P2口接收输入的高8位地址。P3口（10脚17脚）：P3.0P3.7统称为P3口。它为双功能口，可以作为一般的准双向I/O接口，也可以将每一位用于第二功能，而且P3口的每一条引脚均可独立定义为第一功能的输
23、入输出或第二功能。P3口的第二功能如表3-1所示。表3-1 P3口的第二功能定义口 线第 二 功 能P3.0RXD（串行输入口）P3.1TXD（串行输出口）P3.2INT0（外部中断0输入端，低电平有效）P3.3INT1（外部中断1输入端，低电平有效）P3.4T0（外部计数器0触发输入）P3.5T1（外部计数器1触发输入）P3.6WR（外部数据存储器写选通，低电平有效）P3.7RD（外部数据存储器读选通，低电平有效）综上所述，MCS-51系列单片机的引脚作用可归纳为以下两点：单片机功能多，引脚数少，因而许多引脚具有第2功能；单片机对外呈3总线形式，由P0、P2口组成16位地址总线；由P0口分时
24、复用作为数据总线。（三）AT89S51单片机在本设计中的应用本设计主要使用了AT89S51单片机的I/O口和定时计数器，实现控制信号的输入输出和定时功能。电平的有效性由引脚所接的器件决定，例如：接NPN型三极管的基极时，高电平为有效信号；接PNP型三极管的基极时，低电平为有效信号。因此，要根据实际情况来决定控制信号为低电平还是高电平。输入功能包括：P2.6、P2.7、P3.6、P3.7四个引脚的按键输入和P3.5水位检测信号输入。输出功能（对外控制功能）包括：P0口的数码显示管段码控制、P1口的LED指示灯控制、P2.3和P2.4的电机控制、P2.5的蜂鸣器控制、P2.6和P2.7的数码显示管
25、数位控制、P3.2和P3.3的排水/进水电磁阀控制。定时计数器T0的功能：对洗衣过程中的洗涤、漂洗、浸泡计时，其溢出中断处理程序实现换水、控制电机的转动方向等功能。定时计数器T1的功能：对脱水过程计时、给蜂鸣器产生脉冲信号，其溢出中断处理程序根据标志位的状态来决定要实现的功能。AT89S51单片机各引脚的接线如下：Vcc：接+5V电源；Vss：接电源地；XTAL1、XTAL2：接12MHz晶振；RST：串联上1K的电阻接地； EA/VPP：接+5V，使用内部程序存储器；ALE、PSEN：悬空；P0口：接两位共阴数码管的段码线；P1口：接LED指示灯，低电平时LED点亮，高电平时LED关闭；P2
26、.0P2.2：悬空；P2.3、P2.4：接电机控制电路的三极管，高电平有效，但不能同时为高电平；P2.5：接蜂鸣器电路，控制蜂鸣器，低电平有效；P2.6：接K2（确定键）和显示管的十位控制线，作控制线时低电平有效；P2.7：接K1（参数设置复位键）和显示管的个位控制线，作控制线时低电平有效；P3.03.1：悬空；P3.23.3：接进水/排水电磁阀，高电平打开，低电平关闭；P3.5：接水位检测器；P3.6：接K3（加键）；P3.7：接K4（减键）。3.2.2 数码管显示模块本设计采用了两位共阴数码显示管作显示器，各段码同名端通过上拉电阻接到+5V电源，再与P0口连接；十位数的阴极与P2.6引脚相
27、连；个位数的阴极与P2.7引脚相连。由于两个共阴数码管的段码同名端连接在一起，如果P2.6和P2.7口都置低电平，势必使两个数码管显示同一个数字，这是不允许的。必须采用“分时动态扫描”的方法显示。即每次点亮一个LED数码管，延时一段时间再点亮另一个LED数码管，周而复始，两个LED数码管轮流扫描动态显示。若每个LED数码管点亮12ms，由于人眼视觉余辉的暂留效应，看起来好像两个数码管同时显示，这就是分时轮流扫描产生的效果9。两位共阴数码显示管的外形和段码分布如图3-6所示。图3-6 两位共阴数码显示管在控制系统中，数码显示管有很大的作用，因为它从控制系统接通电源开始就一直在显示信息，直到控制系
28、统的工作结束为止。它根据表3-2的不同情况来显示。表3-2 数码显示管的显示说明情况显示的字符说明显示例子显示欢迎界面HI在欢迎界面显示英文单词“HI”,跟用户打招呼不需例子选择工作方式A或B或C在个位显示A、B、C三种工作方式的其中一种，十位不作显示A输入洗涤时间十进制的两位数显示范围为515，当十位数为0时，数码管的十位显示“0”09输入漂洗次数C2或C3或C4十位显示字母“C”，表示正在输入漂洗次数，个位显示次数C4输入脱水时间d1或d2或d3十位显示字母“d”，表示正在输入脱水时间，个位显示脱水时间d2显示剩余洗衣时间十进制的两位数显示剩余的洗衣时间，当十位数为0时，数码管的十位显示“
29、0”29表3-3说明了它的段码与显示字形的关系。表3-3 段码与显示字形的关系显示字形D7D6D5D4D3D2D1D0段码fadpgdecb011001111CFH10000001103H2010111015DH3010110115BH41001001193H511011010DAH611011110DEH70100001143H811011111DFH911011011DBHA11010111D7Hb100111109EHC11001100CCHd000111111FHE11011100DCHF11010100D4H3.2.3 按键输入模块在控制系统中，按键是实现用户参数输入的重要元件，合理
30、的设计，不仅可以节省系统的设计成本，还可以使仪器设备的操作变得更为简单、方便。简易的键盘电路可有两种设计方法：方法一 独立式按键独立式按键就是各按键相互独立，每个按键单独占用一根I/O口线，每根I/O口线的按键工作状态不会影响其他I/O口线上的工作状态。因此，通过检测输入线的电平状态可以很容易判断哪个按键被按下了。这种方法常用于按键较少或对操作速度要求较高的场合。实现方法：把每个按键的一端到一个I/O口，另一端接地，常态下置对应的I/O口为高电平。当按下按键时，该I/O口就会接地，被置为低电平。单片机检测到I/O口为低电平后就确认相对应的键被按下了，记录下来，然后再将I/O口置为高电平。优点：
31、电路配置灵活，软件结构简单。缺点：每个按键需占用一根I/O口线，在按键数量较多时会浪费I/O口。方法二 矩阵式键盘矩阵式键盘采用逐行扫描的方法，适用于按键数量较多的场合，由行线和列线组成，按键位于行列的交叉点上。实现方法：列线通过上拉电阻接到+5V上。若无键按下，列线处于高电平状态；若有键按下，列线电平状态将由与此列线相连的行线电平决定。行线电平为低，则列线电平为低；行线电平为高，则列线电平为高。利用列回扫线，确认被按下的键所在的列数，然后逐行扫描，找出被按下的键所在的行数，就可以辨别出是哪个按键被按下了。优点：节省I/O口，特别是要接很多按键时，作用非常明显。缺点：因为要进行扫描，操作速度不
32、够独立式按键快。由于控制系统要使用四个按键，不管采用上述哪种按键设计方法，都需要使用四个I/O。因此采用了硬件和软件都比较灵活的独立式按键接法，分别使用P2.6、P2.7、P3.6、P3.7这四个I/O口来接按键，各按键的功能如表3-4所示。表3-4 各按键的功能代号功能名称I/O口功能说明K1参数设置复位键P2.7在输入参数的过程中，如果要重新输入，按下此键即可从工作方式开始重新设置。K2确定键P2.6在设置每一项参数时，设置好就按下此键进行确认,进入下一项参数的设置。K3加键P3.6在设置参数时，按下此键，参数就会加一，加到超出系统最大值时，会自动从最小值重新加起。K4减键P3.7在设置参
33、数时，按下此键，参数就会减一，减到小于系统最小值时，会自动从最大值重新减起。数码显示管与按键构成了人机交互界面，通过此界面，用户可以很直观地进行用户参数输入和查看剩余洗衣时间。此界面如图3-7所示，K1键与数码显示管个位数的阴极共用P2.7口，K2键与数码显示管十位数的阴极共用P2.6口。只要合理地编写程序，按键和显示这两项功能之间是不会发生冲突的，这样就使得一个I/O口具有两个功能，节省了I/O口。图3-7 人机交互界面3.2.4 蜂鸣器报警模块在本设计中，当衣物脱水完了，蜂鸣器就会演奏不老的传说的前奏两次，以提醒用户衣物已经洗完了，可以拿去晾干。通过单片机的P2.5引脚产生的不同频率的脉冲
34、信号，以发出不同的音符，而P2.5引脚发出的脉冲由单片机内部定时器T1控制。把T1定义为工作方式1，即16位计数器；本设计使用的晶振为12MHz，系统的计数周期（T）为1us，根据各个音符相对应的频率（f），利用公式3-1，可以计算出应该赋给定时器的定时初始值X。 X= 216-5105/f （3-1）由此，可以计算出音符与单片机定时器输出频率的关系，如表3-5所示。表3-5 音符与频率的关系音符频率(Hz)简谱码(X值)对应的十六进制码低 7 SI494645240FC0CH中 1 DO523645800FC44H# 1 DO#55464633OFC79H中 2 RE587646840FCA
35、CH# 2 RE#622647320FCDCH中 3 M659647770FD09H中 4 FA698648200FD34H# 4 FA#740648600FD5CH中 5 SO784648980FD82H# 5 SO#831649340FDA6H中 6 LA880649680FDC8H# 6 LA932649940FDE2H中 7 SI988650300FE06H高 1 DO1046650580FE22H# 1 DO#1109650850FE3DH高 2 RE1175651100FE56H蜂鸣器电路的设计如图3-8所示，使用了一只PNP三极管S8850来驱动蜂鸣器，当单片机的P2.5引脚为高
36、电平时，三极管不导通；当P2.5引脚为低电平时，三极管导通，蜂鸣器获得了一个高电平信号，根据此高电平信号的频率（即P2.5的信号频率），发出相对应的音符。在不发音的时候，P2.5引脚置为高电平，阻止三极管的导通。图3-8 蜂鸣器电路3.2.5 LED指示模块在用户输入参数和洗衣机工作的过程中，需要有LED指示灯来告诉用户洗衣机现在正处于哪个工作阶段。如果没有这些LED指示灯，显然会给用户带来很多不便。本系统用P1口来控制8只LED指示灯，LED的正极接+5V电源，负极串一个560的电阻再接到I/O口，当I/O口被置为高电平时，LED灯熄灭；当I/O口被置为低电平时，LED灯点亮。表3-6对LE
37、D指示灯作出详细的说明。表3-6 LED指示灯的说明名称I/O口颜色指示功能LED0P1.0蓝色“选择工作方式”指示灯LED1P1.1黄色“输入洗涤时间”指示灯LED2P1.2红色“输入漂洗次数”指示灯LED3P1.3绿色“输入脱水时间”指示灯LED4P1.4蓝色“进水中”指示灯LED5P1.5黄色“排水中”指示灯LED6P1.6红色“洗衣中”指示灯LED7P1.7绿色“脱水中”指示灯3.3 机械控制电路机械控制电路主要由水位检测器、电动机、传动系统部件、进水排水电磁阀组成，当中涉及到与机械相关的知识，下面对这方面的设计作详细说明。3.3.1 水位检测器水位检测器由金属滑杆、滑环、玻璃管、浮球
38、组成，结构图如图3-9所示。玻璃管与洗衣机的洗衣桶相通，浮球带动滑环根据水位上下滑动。在不作进水或排水处理的时候，置P3.5引脚为高电平。在作进水或排水处理时，当水位达到最高点或最低点时，金属滑环都与电源地相连，这时水位检测器就会向P3.5引脚发送低电平信号，控制系统立即作出处理：如果正在进水就关闭进水电磁阀；如果正在排水就关闭排水电磁阀。此外，也可以使用水位检测传感器10作为水位检测器件。图3-9 水位检测器3.3.2 电动机洗衣机使用的电动机95%是单相交流电源的电容式异步电动机11，简称单相异步电动机。单相异步电动机的接线方法，是在副绕组中串联电容（电容的容量由电机的技术参数决定），再与
39、主绕组并联接入电源，由于电容器的电流滞后于它的电压90,所以会在定子上产生一个偏转磁场,使电动机转动。当主绕组接通时，电机作正转；当副绕组接通时，电机作反转；两个绕组不能同时接通。单相异步电机有三个接线口，其中两个为绕组接线口，一个为电源负极接口。本设计参照了海尔牌XQB45-A 型波轮式全自动洗衣机的控制电路12,P2.3、P2.4引脚分别通过NPN型三极管来控制双向晶闸管13的导通与关闭，从而实现两个绕组接线口与电源的接通与断开。当电机不需要运转时，P2.3、P2.4口均为低电平，两个NPN三极管均不导通，双向晶闸管处于关闭状态；当P2.3为高电平、P2.4为低电平时，NPN三极管VT1导
40、通，其集线极为低电平，使双向晶闸管VS1导通，电机作正转；相反，当P2.3为低电平、P2.4为高电平时，NPN三极管VT2导通，其集线极为低电平，使双向晶闸管VS2导通，电机作反转14。电机的转动控制情况如表3-7所示，电机的驱动电路如图3-10所示。表3-7 电机的转动控制P2.3三极管VT1双向晶闸管VS1P2.4三极管VT2双向晶闸管VS2电机转动方向低电平关闭关闭低电平关闭关闭不转动高电平导通导通低电平关闭关闭正向转动低电平关闭关闭高电平导通导通反向转动高电平导通导通高电平导通导通不允许出现这种情况图3-10 电机的驱动电路3.3.3 传动系统部件传动系统用来控制电机在洗涤和脱水两种状
41、态下的不同转速，因此有必要作具体说明。全自动洗衣机的传动系统15主要包括电动机、减速离合器和传动皮带等部件，是洗衣机的动力源。波轮式全自动洗衣机采用套桶结构，波轮与内桶由同一台电动机驱动，由减速离合器进行控制，实现洗衣机功能的自动转换。即洗衣时波轮运转而内桶不跟转，波轮的转速为180r/min左右，脱水时波轮与内桶一起旋转，其转速为800r/min以上。电机的转速受到减速离合器的制约415，减速离合器的动作受控于排水电磁铁，有洗涤与脱水两种状态。减速离合器在洗涤状态（排水电磁铁不作用）下，棘爪臂处于原始位置，即棘爪正对着棘轮的轴心，卡住棘轮。制动臂也处于原始位置，在制动臂扭簧的作用下，制动带抱
42、紧制动轮，大皮带轮带动齿轮轴动转，经由行星齿轮减速器减速后带动洗涤轴运转。大带轮的转速为860r/min左右，经行星齿轮减速器减速后的洗涤轴转速约为165r/min。洗涤状态下动力传输途径为：电动机运转小带轮运转传输带运转大带轮运转齿轮轴运转行星齿轮运转滚动上下支架运转洗涤轴运转波轮运转。减速离合器在脱水状态（排水电磁铁通电吸合后）下，排水阀连接板上的销钉带动制动臂转过一个角度，使制动带松弛。同时，棘爪臂转位，使得棘爪与棘轮脱离，方线扭簧处于抱紧状态，方线扭簧抱合传距轴套和齿壳形成一体，内桶在带轮的带动下高速运转，转速为860r/min左右。脱水状态下动力传输途径为：电动机运转小带轮运转传输带
43、运转大带轮运转齿轮轴运转传距轴套运转通过方线扭簧齿壳运转脱水轴运转脱水桶运转。3.3.4 进水/排水电磁阀在控制系统中，分别用P3.2、P3.3两引脚控制排水阀、进水阀10的开启和关闭。当引脚为被置为高电平时,电磁阀开启；当引脚被置为低电平时，电磁阀关闭。（1）进水电磁阀主要包括电磁线圈、铁心、橡皮膜（橡皮阀）和弹簧等功能部件，图3-11为进水电磁阀的结构示意图1。当P3.3引脚为低电平时，进水电磁阀的线圈不通电，铁心受弹簧力和自身重力作用下压，其端部的橡胶膜压住橡皮膜中心的导流孔。此时，自来水进入到橡皮膜的上方，膜片受水压而把出水口堵住。当P3.3引脚为高电平时，进水电磁阀的线圈通电，电磁力
44、克服弹簧和铁心重力将铁心向上提升，膜片中心的导流孔经出水口向洗涤桶注水。（2）排水电磁阀主要包括电磁和排水阀两部分，如图3-12所示1。电磁铁的主要作用是控制排水阀的开启与关闭，在排水电磁铁吸合排水阀开启的同时，控制减速离合器制动臂动作来转换洗衣机的工作状态（即控制电机在洗涤和脱水中的转速，在传动系统部件中已作详细说明）。洗衣机排水时，置P3.2引脚为高电平，电磁铁线圈通电而吸合衔铁，通过阀杆拉开排水阀体，排水开始。排水时间终了，置P3.2引脚为低电平，电磁铁线圈断电而将衔铁释放，排水阀复位，排水结束。图3-11 进水电磁阀的结构示意图图3-12 排水电磁阀的结构示意图4 软件设计硬件电路是实现控制系统的平台，软件程序则是控制系统的灵魂，它对全自动洗衣机的工作过程进行实时控制。本系统采用近似于模糊控制16的方法控制洗衣机工作，用户所要做的仅仅是输入用户参数，剩下的工作交给控制系统来完成。本系统的程序由六大部分组成：用户参数输入程序、洗衣机工作程序、定时器
