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1、基于单片机的智能洗衣机控制系统的设计目录1概述3LI引言31.2设计目标32需求分析32.1可行性分析43系统总体方案设计43.1 系统方案设计43.2 系统工作原理及功能要求43.2.1 STC89C52工作原理44系统硬件设计54.1 单片机控制模块设计54.2 控制电路设计64.3 显示电路设计74.4 直流电机电路设计75系统软件设计85.1 软件主要程序流程95.2 软件主要程序代码95.2.1 强洗与弱洗模式95.2.2 显示电路函数106实物制作与调试106.1 万能板的选用IO6.2 电路焊接与调试116.3 实物照片117结束语H附录1141概述1.I引言随着人们的生活节奏越
2、来越快以及生活质量日渐提高，洗衣机的地位变得尤为重要。它能够为人们省去不少洗衣服所花费的体力和时间，让人们的日常家务也变得越来越轻松。一般市面上的洗衣机大都由洗涤脱水系统,进水排水系统,传动系统，程序控制器等部分组成。此外，还有各种各样的人性化功能帮助我们解决不少洗衣服遇到的麻烦。自从十九世纪末世界上第一台人类创造的洗衣机问世，迄今为止已经过去了两百多年。随后，洗衣机不断发展进化，功能也越来越多，人类做家务的劳动自动化水平也逐渐提高。特别是二十世纪七十年代后期，日本甚至已经推出了微型计算机控制的全自动洗衣机。随着相关技术的开发，洗衣的驱动方式以及工作模式也有了翻天覆地的改变。由于我国对于洗衣机
3、的应用相对较晚.因此在洗衣机的设计和制造方面出现了很大的困难，例如，耗电耗水，洗衣时的噪声大，进出水的排水系统性能不佳，脱水效果不好等等。但是随着我国的发展水平越来越高，大家对洗衣机的要求也随之变高，这就要求设计师具有更出色的专业技术水平,能够提出更多的好建议和做出更人性化的功能洗衣机，使人们的需求变为现实，设计出更环保、更多功能、更符合人性的全自动洗衣机。当然，凭借我目前的技术水平还不足以设计出如此优秀的家用电器，甚至我连洗衣机的工作原理以及其运用到的电路知识、依靠何种方式实现都尚不清楚。因此,基于想要了解家用电器工作原理的想法,我打算先运用简单的单片机系统来模拟洗衣机的工作系统,并且将该系
4、统各个模块设计并制作出实物来。1.2设计目标本文主要阐述了我在“基于单片机的智能洗衣机控制系统设计”课题中所做的工作，大概讲述了该模拟系统的各个模块的设计原理、电路的设计方案、硬件的选择及其工作原理和软件设计的流程。章节概述如下：第一章引言:简要介绍智能洗衣机目前的运用概况以及基于单片机的智能洗衣机控制系统的设计的现实意义。第二章需求分析：分析本设计的可行性。第三章系统总体设计方案：介绍本设计中利用何种单片机来完成系统所需要的功能，并且根据单片机的工作特性，将各个模块的设计结合到单片机系统上，从而实现相应功能。第四章系统硬件设计：介绍本设计中的模拟系统中将要实现的功能，并且各自选择什么模块以及
5、电路如何设计。第五章系统软件设计：介绍硬件电路如何结合C语言编程，将各个模块的功能完善，还有工作流程设计以及主要代码的解释。第六章实物的制作与调试：基于单片机的智能洗衣机控制系统设计，进行了完整的生产与调试。第七章结束语：反思自己在课题完成中遇到的问题，并且总结经验。2需求分析目前的洗衣机还不是包罗万象的，大多数洗衣厂都专注于自己品牌的洗衣机专业，往往只是表现出一两个区别于其他品牌的洗衣机的个性化功能。单片机不仅体积小，而且控制功能也比较灵活，可以实现对洗衣机多项功能的控制。在我们的学习过程中，往往是理论学习多于实践操作，所以这样的动手机会也是我们所需求的。其目的不在于制作出多么肪害的作品，而
6、是在于通过这次实践提高自己的动手能力与解决问题能力。2.1可行性分析在进行洗衣系统设计时，首先是根据系统的功能需要和实际的运用环境等因素，确定设计出恰当的功能和找到合适的单片机芯片，综合考虑设计的系统的合理性、简便性、技术性、可维护性和成本，使其能够有一定的合理性并且符合相应的标准。然后根据市场供应的各种供应链管理和供应链管理的性能及开发工具等因素来选择合适的制作模块以及制作模式。下一步是选择系统中最基本的和比较重要部件，以满足精度、速度和可靠性的要求。在系统设计中，由于某些功能可以通过硬件和软件实现，因此在设计时应考虑开发周期和开发成本。3系统总体方案设计3.1 系统方案设计通过对STC89
7、C52单片机的了解，我知道该芯片能够自带时钟震荡电路，因此在模拟洗衣机的基础功能，计时功能就不需要另外设计电路。既然有时钟电路，那么就需要显示该时钟的状态，方便我们判断并且实施相应操作，因此我选择了数码管来显示时钟状态。既然是模拟洗衣系统，那么最基本的正反转清洗衣物就一定要实现，而我选择了小功率的模拟电机，通过继电器来控制电机的正反转，另外还加了LED灯来显示正反转的状态。当系统结束工作后，我希望有提示使用者的功能，于是在这基础上又加了一个蜂鸣器的模块。然后最重要的是人机交互的部分,如何控制该模拟系统是一大难题,我选择了比较简单的按键电路,并且根据不同的功能设计了四个按键，便于我们使用。总体方
8、案如图3-1,以STC89C52单片机为核心元件，图中所示的几大主要电路模块构成。电动机电路利用两个继电器的吸力和状态使电动机正反转。显示模块则通过共阳二极数码管来连接CPU的输出引脚，来显示时钟电路的参数。按键控制模块则采用简单的独立式按键，通过高低电平来控制系统。图3-1系统模块设计3.2 系统工作原理及功能要求3.2.1 STC89C52工作原理STC89C52单片机是一种低功耗、高性能的CMOS八位微控制器，使用的是经典的MCS-51内核。但是这款芯片做了很多的改进，具有传统的51单片机不具备的功能。该芯片是本设计的核心，主要起控制作用，因为受引脚数目的限制，所以有不少引脚具有第二功能
9、。外形及引脚排列如图3-2所示。U12XTAL1Pojogo18XTAL2P0.1/AD1P02/AD2P03/AD3gRSTP0.4/AD4P05/AD5PO6小DeP0.7/AD729PSENP2.0fiP2.1fiQP2.27A10P2.3/A11ALEP2.4/A1231_EAP2.5/A132P1.0/T2P1.17T2EXP1.2P2.6/A14P2.7/A15P3.CVRXDP3.1/1XDP32itro3三6P1.3P1.4P1.5P1.6P33/INT1P3.4/1D7P3.6WR8P1.7R3.7/RDA189C52图3-2STC89C52R引脚图4系统硬件设计4.1 单片
10、机控制模块设计电源模块、时钟晶振模块以及复位电路模块是最基本的单片机工作条件。三大基本电路模块协同合作组成了STC89C52单片机系统的基本工作电路。如图4-1所示。电源电路模块时钟电路模块STC89C52芯片复位电路模块图4-1系统基本模块组成1 .电源模块为系统电路和其他模块的电路提供+5V电源。2 .时钟电路模块STC89C52芯片内部本身自带时钟振荡电路，所以该系统不需要另外加时钟电路，只需要采用内置时神模式，就可以实现系统所需的计时功能。具体实现方法为在芯片的18、19两个时钟引脚接上石英晶体与30pF的微调电容，就可以在单片机上组成自激振荡器,从而引发脉冲信号的出现。该模块的设计如
11、图4-2所示。图4-2时钟振荡电路3 .复位电路模块设计复位电路的作用是使单片机能够进入某种能够被人所知的确定状态。如果在单片机的RST引脚处引入高电平并保持2个机器周期，内部就会执行复位操作。复位操作包括上电复位和按键复位两种基本形式。本设计采用的是按键复位的模式。如图4-3所示。电源按钮开关RSTRITTr-C3-jJ电容=run图4-3复位电路工作原理：当按下按键之后，rst将会与VCC相连，高达两个左右的时钟周期产生复位，电解电容短路当按键释放时,电容器充电,电流通过电阻，电压很高，仍然是复位的,充电之后,电容器可以视为开路，电压很低，正常工作。4.2 控制电路设计接下来是单片机设计中
12、按键的设计，常见的单片机按键设计分为独立式和行列式（矩阵式）。而本设计采用的是相对简单的独立式和行列式，如图4-4所示。K4图4-4控制电路根据使用的需要，该系统设计了四个按键,并且分别赋予它们不同的功能：一个按键用来切换洗衣的程序，可以通过按键来选择强洗和弱洗。一个按键赋予它复位的功能，同时也可以用在系统的开始和结束。其他两个按键则分别是控制时间的增加和减少，用于选择合适的洗涤时间。4.3 显示电路设计发光二极管是一个数码管，其中所有的阳极连接在一起，形成一个共同阳极。公共阳极com在使用时连接到+5v当场发光二极管的阴极处于低电平时，对应的场被点亮，当场的阴极处于高电平时,对应的场不被点亮
13、。一个普通的阴极数字管是一个数字管，它将所有发光二极管的阴极连接在一起形成一个普通的阴极。普通阳极数字管在应用中应将普通阴极接地导电管连接到地面导电管，通过阴阳极的不同电平来实现二极管的亮暗，其引蒯如图4-5所示。IH B C E D 7/El.El.图4-5发光二极管利用八个LED发光二极管组成的数字显示器是本设计采用的显示电路模块，其中IH和2H为两位数字的输入端，将其连接到单片机的I/O口，在阴极输入不同的电平，就可以通过七个LED灯来表示c、d、e、f、g、dp 代表段引脚 si、S2、数字，另一个LED灯则用于表示小数点。在上图中，A、b、S3、s4代表四个数字管的位。如图4-6所示
14、。4.4 直流电机电路设计图4-7是直流电电机电路，在该电路中，DO和Dl是两个输入口，通过对DO、DI输入不同的高低电平，就可以控制电路的电流方向，从而实现电动机的正反转。当DO输入低电平，DI输入高电平时,三极管Q4导通，而Q5则处于开路状态，电流通过Q4进入继电器，线圈就会吸附DQl的开关，从而形成DQ2经过电动机再到DQI接地的闭合电路，于是电动机由下自上产生5V的电动势，驱动电机正转。同理，当DI输入低电平，DO输入高电平，则闭合回路的方向改变，改为从DQI为正极，DQ2为负极，电流由上自下经过电机，产生反方向的电动势来驱动电机。而且在两个线圈处还各自并联了一个不同颜色LED灯，用于
15、显示电机是正转还是反转，方便使用者辨别区分。另外，当DO、Dl同时输入高电平时，则电路没有产生电动势，电机就处于停止不转的状态。5系统软件设计软件搭建在硬件平台上,对各个部分的硬件进行控制和协调。系统的功能由软件和硬件两部分实现。当硬件的各个组成部分都已经明确之后，如何通过软件让它们一起协同工作也是比较困难的地方。所以我打算将软件的设计也利用各个模块一个一个完成，这样不仅易于前期的编程和调试，而且可以降低后期电路出现故障的概率，提高本设计的可靠性。此外，软件测试也可以降低设计的制作成本，测试成功后再应用到硬件中即可。本设计使用了一些数值计算来实现各个功能，并且有一些需要判断的过程需要机器操作。
16、因此为了选择较为清楚的设计结构，以及降低自己在代码撰写方面的难度，我决定使用C语言进行简单的操作来实现编程。5.1 软件主要程序流程图5-1主要程序流程图5.2 软件主要程序代码5.2.1 强洗与弱洗模式本设计主要洗衣模式分为强洗和弱洗。在强洗模式下，模拟电机会正转20秒之后停止10秒，紧接着反转20秒再停止10秒，如此循环。在弱洗模式下，模拟点击会正转10秒之后停止5秒，然后反转10秒再停止5秒，然后重复此操作。在C语言的代码编写中，将洗衣过程中的时间变量设为Iime,模式为MOde。当模式变量MOde为0时，系统执行强洗程序，反之为1时，则执行弱洗程序。将D0/D1的二进制数值设定为在0/
17、1、1/1、1/0时，分别执行正转、停止、反转的操作。因此，只需要设定特定的时间来执行不同模式的不同程序,便可以实现模拟洗衣机的强洗和弱洗功能。具体代码如下：if(Mode=0&begin=1)(if(time=0)(DO=O;Dl=I;)elseif(time=40time=10)(DO=I;Dl=I;)elseif(time=30)(DO=I;Dl=O;)5.2.2 显示电路函数单片机的PO口适用于显示电路的数据储存，将其定义为LIGHT,闪烁变量为ss,XO和Xl是数码管连接芯片的P2引脚,用于控制十位数字和个位数字的显示。当程序运作时，秒灯会开始闪烁，显示管的时间会随着秒灯的闪烁，分钟
18、数逐渐减1,由于只有两位数，所以秒数通过闪烁来计算，当程序的时间不足1分钟时，将会用0分钟来显示，但秒灯依然继续闪烁。代码如下：if(flag_start=l)(if(ss=O)(if(Mode=0)1.IGHT=point_dianS_sub/10;else1.IGHT=excS.sub10;X0=0;X0=l;1.IGHT=excS.sub%10;Xl=0;Xl=I;)6实物制作与调试6.1 万能板的选用相比于专业的PCB板，我更青睬于价格低廉、使用方便且使用门槛低的万用板。由于本设计的单片机系统功能较少，并且电路比较简单，所以我选择用万能板中的单孔板，根据仿真中使用的电路元器件，我选择7
19、cm*9cm的万能板来搭载系统中的复位电路、显示电路以及控制电路,而直流电机则搭载在5cm*7cm的万能板上，通过排线将其串联。6.2 电路焊接与调试经过选择了适合的万能板以及元器件，现在要做的是模拟洗衣机系统的电路焊接和调试，按照电路的设计图，焊接实物电路。我将遵循仿真中的电路来进行元器件的选位、焊接、连接电路等装配过程,主要过程如下：1 .检查所用的元器件是否有缺失,是否能够正常使用。2 .根据电路设计来安排各元器件的焊接位置。3 .根据实际情况，对个别元器件的引脚进行恰当的处理。4 .焊接好元器件后，再根据要求焊接线路。5 .清除较长的引脚，根据设计图，对比自己焊接的电路，仔细核查是否有
20、元器件焊错或者漏焊,如有错误须重新焊接。6 .焊接完成后，接入5V的电源，查看系统是否正常工作，并且是否符合自己的设计要求。6.3实物照片实物制作成品如图6-1。图6-1实物成品图7结束语这次的毕业设计，真正意义上来说，耗时两个多月，是非常有意义的一次把专业知识运用在实际当中。首先，选题的时候只是因为遇到过洗衣机脱水出现错误的实际问题，对此产生了好奇心，想要探索洗衣机的工作原理，以及如何解决这种问题。但由于自身的原因，只能依靠设计简单的洗衣机工作系统来进一步加深对洗衣机工作原理的理解。从确定选题，再到各方面寻找资料，再到设计电路并且选择合适的电路元器件，最后直到论文的完成。我深深地体会到单片机
21、的奥妙以及电路设计成功后的喜悦。这次设计可以说是将硬件和软件相结合，以硬件为主，软件为辅。由单片机制作的嵌入式系统在很多场景中都能够得到运用。各式各样的芯片为我们提供了很多可能，同时也给我带来了很多的挑战。如何选用正确的合适的芯片，以及有关电路的设计，我为此查阅了大量的资料。再者由于之前未接触过52单片机的C语言开发，所以在软件问题上也耗费了许多时间。通过本次设计，我不仅学到了很多课堂上未曾学到的知识，还加强了自己的动手能力。此外，对于电路的构成和C语言的编程也多了一些了解,将知识应用到实际操作中，不仅让我收获了成功之后的满足感,更加坚定了我坚持不断学习的信念。总之，这次毕业设计的经历会让我终
22、身受益，我明白了世上无难事，只怕有心人。一旦下定决心就要勇敢地向前，不管路上多么艰辛，一定要学会克服困难，战胜挫折。今后在生活中或者工作中，我坚信只要自己有信心，遇到问题一定能够迎刃而解。参考文献1张永岚.单片机应用技术M.北京:电子工业出版社，2009刘守义.单片机高等教程M.北京:北京航空航天大学出版社，20003何立民.单片机应用系统设计M.北京:北京航空航天大学出版社，2001熊建云Protel99seEDA技术及应用M.北京机械工业出版社，20075华永平.电子线路课程设计M.南京:东南大学出版社，2006林春方.电子线路学习指导与实训M.北京:电子工业出版社，20047杨宝清.实用
23、电路手册M.北京:机械工业出版社，20028张存礼.电子技术综合实训M.北京:北京师范大学出版社，20079张毅刚.单片机原理及应用M北京：高等教育出版社，201610彭为.单片机典型系统设计实例精讲M.北京：电子工业出版社，200611谭浩强C程序设计M.北京:清华大学出版社，201012钱晓捷.汇编语言程序设计M.北京:电子工业出版社，201213卢艳军.单片机基本原理及应用系统M.北京:机械工业出版社,200514马春燕.微机原理与接口技术M.北京:电子工业出版社，201815张毅冈!.单片机原理及接口技术M.北京:人民邮电出版社，2016附录1系统设计原理图SIITtPl.0VCCPl.1(ADO)PO.0Pl.2(ADI)PO.1Pl.3(AD2)PO.2Pl.4(AD3)P03Pl.5(AD4)P0.4Pl.6(AD5)PO.5Pl.7(AD6)P0.6RST(ADTJPOJP3O(RXD)EQVPPP3.XD)ALEPROGP3.2ONTO)PSENP3.3(157i)(AI5)P2.7P340)(AI4)P2.6P3.5)(Al3)P2.5P3.6WR)(Al2)P2.4P3.7(RD)(Al1)P2.3XTAU(Al0)P2.2XTALI(A9)P2.1VCCI.,C5 2GND(A8)P2.0
