全自动洗衣机毕业设计

1第一章 绪论1.1 全自动洗衣机的基本构造及工作原理1.1.1 全自动波轮洗衣机结构图如图 1-1 所示，为全自动波轮洗衣机结构图图 1-1 全自动波轮洗衣机结构图1-平衡圈； 2-脱水桶；3-盛水桶；4- 箱体；5-波轮； 6-电动机；7- 离合器；8-棘轮；9- 离合器皮带轮；10-棘爪；11-排水机构；12-传动架；13-牵引电磁铁；14-吊杆；15-盖开关； 16-程序控制器21.1.2 全自动洗衣机工作原理全自动洗衣机是通过电磁阀和继电器一起配合来控制进水、排水以及电机的通断，从而实现自动控制。电磁进水阀起着通、断水源的作用。当电磁进水阀的线圈断电时，移动铁芯在重力以及弹簧力的作用下，紧紧地顶着橡胶膜片，并将膜片的中心小孔堵塞，此时阀门关闭，切断水源。当电磁进水阀线圈得电后，移动铁芯在磁力作用下上移，离开膜片，并使膜片的中心小孔打开，于是膜片上方的水通过中心小孔流入洗衣桶内，实现进水。由于中心小孔的流通能力大于膜片两侧小孔的流通能力，膜片上方压强迅速减小，膜片将在压力差的作用下上移，闭门开启，水流导通。进水时采用重力感应传感器对水位进行实时监测。洗衣机进水过程，重力感应传感器对盛水桶中的水位进行实时监测。当水位到达预设水位时，自动停止进水，开始洗涤/漂洗。全自动洗衣机的洗涤过程主要是在机械产生的排渗、冲刷等机械作用和洗涤剂的润湿、分散作用下，将污垢拉入水中来实现洗净的目的。首先充满于波轮叶片间的洗涤液，在离心力作用下被高速地甩向桶壁，同时沿桶壁上升。在波轮的中心处，因甩出液体从而形成低压区，使得洗涤液流回到波轮附近。这样，在波轮附近形成了以波轮轴线为中心的涡流。衣服在涡流的作用下，作螺旋式的回转运动，吸入中心后又被甩向桶壁，与桶壁发生摩擦。又因为波轮的中心是低压区，衣物比较易被吸在波轮附近，不断地与波轮发生摩擦，就如同人工揉搓衣服，从而迫使污垢脱离衣服。其次，当在放进洗涤液之后，由于惯性作用衣服的运动开始变得缓慢，在水流与衣服之间存在着速度差，使得两者发生相对运动，水流与衣服便开始相对摩擦，这种水流冲刷力同样有助于污垢脱离衣物。再者由于洗衣涌不规则的形状，当旋转着的水流碰到桶壁后，其速度及方向都会发生改变，从而形成湍流。在湍流的作用下，衣物做无规则地运动并且不断翻滚，其纤维不断地被弯曲、绞纽和拉长，衣物开始相互相摩擦，增大了洗涤的有效面积，提高衣物洗净的均匀性。1.2 全自动洗衣机的优缺点全自动洗衣机是集洗涤、漂洗和甩干于一体，并且能自动完成洗衣全过程的洗衣机。全自动洗衣机可提供多种洗涤方式供用户选择，用户可以自己根据自己需要洗涤的衣服的多少自由选择。全自动洗衣机还能自动处理脱水不平衡（具有各种故障以及高低电压自动保护功能） ，工作结束或电源故障会自动断电，无需用户看管，确保用电安全。目前，有的全自动洗衣机上还采用了模糊技术，即洗衣机能对传感器提供的信3息进行逻辑推理，自动判断衣服的质地、重量和脏污的程度，从而可以自动选择最佳的洗涤、漂洗和甩干时间，进水量的多少和洗涤剂的使用量，使用方便，节能减排，真正地实现了洗涤衣物的自动化。全自动洗衣机也有一些不可避免的缺点，比如耗水、衣物易缠绕、耗电量偏大、清洁性不佳、故障率偏高、洗涤剂使用量偏大和适用范围有限等。1.3 我国全自动洗衣机的发展现状2013 年 10 月起，洗衣机能效新标准正式实施，我国洗衣机产品将发生结构性的变化。与现行标准相比，新标准对洗衣机耗电量和用水量的限定值的要求提高了几个台阶，洗衣机的耗电量大幅下降。尤其是滚筒洗衣机现行 1 级能效仅相当于新标准的 5 级。洗衣机市场的准入门槛提高，考验洗衣机企业技术研发、产品结构调整、成本控制、市场布局等各方面的综合能力，洗衣机行业格局将发生改变。前瞻产业研究院发布的中国洗衣机行业产销需求与投资预测分析报告显示，2013 年 1-9 月，我国共生产洗衣机 4208.95 万台，同比增长 2.66%；内销洗衣机2752.35 万台，同比增长 7.78%；出口洗衣机 1337.96 万台，同比下降 15.05%。随着一线城市竞争日趋白热化和城镇化进程加快，三四级市场已经成为了洗衣机企业的竞争战场。现阶段我国三四级市场消费者对价格的承受能力上限逐渐与城市市场趋同，消费需求逐渐由价格焦点转向品牌质量焦点。这种背景下，能效新标准的实施使这种形势更为严峻，谁能在技术研发、产品结构调整、成本控制、市场布局等各方面的综合能力获得竞争优势，谁将在三四级市场获得市场占有率.逐渐从价格战中脱离出来的三四级市场将迎来新的竞争模式，在三四级市场的竞争格局将有可能使得整个洗衣机行业格局发生改变。三四级市场会是未来洗衣机企业重点竞争的区域，但一二级市场更新换代带来的存量市场也不可忽视，一二级市场与三四线市场共同产生新的行业格局。1.4 设计思路及选题意义此次设计中的洗衣机设有不同水位，用户可以根据自己的需求选择不同水位。设置水位后，洗衣机会根据用户设置的水位自动控制进水量的多少，最佳的洗涤、漂洗和甩干的时间，从而真正做到了节能减排。此次设计的洗衣机定位为中低档洗衣机，主要用于学校、小型宾馆等场所。主要用于洗涤中低档、不易手洗的大件衣物。随着计算机技术的飞速发展，单片机作为嵌入式微控制器，因其具有体积小、价格低、可靠性高和使用灵活方便的特点，在工业测控系统、智能仪器和家用电器4中得到了广泛的应用，将此次课题选为基于 C51 单片机的全自动洗衣机设计，主要是为了更加贴近我们的实际生活，为了将在书本上学到的知识应用到实际设计成产中。并在设计过程中对已学习到的知识进一步巩固，使自己对单片机的应用有更深入的认识。5第二章 全自动洗衣机元器件选择2.1 51 系列单片机选择全自动洗衣机的控制系统主要由 51 系列单片机组成。单片机控制模块采用87C51 作为主控制芯片。87C51 作为普通的单片机广泛应用于各种产品中，其接口方便简单，应用广泛并且功能强大。89C51 是一种带 4K 字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压、高性能 CMOS8 位微处理器 ，俗称单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除 100 次。该器件采用 ATMEL 高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51 指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能 8 位 CPU 和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL 的 89C51 是一种高效微控制器， 89C2051 是它的一种精简版本。89C51 单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。 单片机的主要特征是将 CPU、RAM、ROM、定时器/计时器和多功能可编程 I/O 接口等计算机所需要的基本功能部件集成在一块大规模集成电路中。2.1.1 51 系列单片机内部总体结构从结构上来说，单片机的主要特征是将 CPU、RAM、ROM、定时器/计数器和多功能可编程 I/O 接口等计算机所需的基本功能部件集成在一块大规模集成电路中。这些部件通过高速片内总线连接在一起，在软件和控制逻辑的作用下构成了一个有机的整体。51 系列单片机的内部基本结构及基本特性如下：1）一个 CPU,一个片内振荡器及时钟电路。2）4KB 程序存储器，128B 数据存储器。3）21 个特殊功能寄存器。4）32 条可编程的 I/O 线（4 个 8 位并行 I/O 口） 。5）可寻址 64KB 外部数据存储器和 64KB 外部程序存储器的控制电路。6）两个 16 位定时器/计数器。7）5 个中断源，两个优先级嵌套中断系统。8）一个可编程全双工串行接口。9）一个具有位寻址功能、适于逻辑运算的位处理机。2.1.2 51 系列单片机引脚的定义与功能图 2-1 所示为 51 系列单片机按总线功能分类排列的引脚图，下面将详细介绍各6引脚定义及功能。1）主电源引脚Vcc(40 脚) ：单片机供电电源引脚，一般接+5V 电源正端。Vss(20 脚) ：单片机供电电源引脚，一般接+5V 电源地端。2）外接晶体振荡器引脚XTAL1（19 脚）：外接晶体振荡器的一端。它是片内振荡电路中反相放大器的输入端。当不使用片内时钟电路而外接时钟信号时，对于 HMOS 单片机，该引脚接地；对于 CHMOS 单片机，该引脚作为外接时钟信号的输入端。XTAL2（18 脚）：外接晶体振荡器的另一端。它是片内振荡电路中反相放大器的输出端。当不使用片内时钟电路而外接时钟信号时，对于 HMOS 单片机，该引脚作为外接时钟信号的输入端；对于 CHMOS 单片机，该引脚悬空不接。图 2-1 51 系列单片机按总线功能分类排列的引脚图3）控制线RST/VPD（9 脚） 复位/备用电源线。RST 的含义为复位（RESET） ，VPD 的含7义为备用电源，该引脚为单片机的上电复位或掉电保护输入端。复位分为上电复位和系统运行中复位。在上电时，考虑到振荡器有一定的起振时间，因此该引脚上的高电平必须持续 10ms 以上才能保证有效复位，最简单的复位电路形式是在此引脚和 Vss 引脚之间连接一个约 8.2 千欧的下拉电阻，与 Vcc 引脚之间连接一个约 10uF的电容，以保证可靠复位。单片机系统正常运行时该引脚上出现持续两个机器周期的高电平，可是单片机恢复到初始状态，实现单片机的复位操作在 Vcc 掉电期间，此引脚可接上备用电源，以保持内部 RAM 数据不会丢失。当 Vcc 的电压值下降到低于规定的水平时，接到 VPD 引脚的备用电源就向内部RAM 供电。ALE/PROG（30 脚） 地址锁存允许 /编程线。51 系列单片机为减少外部引脚的数量，采用了地址/数据总线复用技术。ALE 信号为振荡器频率的 1/6，在访问片外存储器的时候，ALE 输出的脉冲下降沿用于锁存 P0 口输出的低 8 位地址线，与 P2 口结合形成 16 位地址总线；在不访问外部存储器时，该引脚仍以不变的频率周期性的输出脉冲信号，可以用作对外输出的时钟或定时的目的。PSEN（29 脚） 片外程序存储器读选通信号输出端，低电平有效。从外部程序存储器读取指令或常数期间，该信号在每个机器周期两次有效，通过数据总线 P0 口读回指令或常数。在访问片外数据存储器的时候，该信号将不出现。EA/Vpp（31 脚） 片外程序存储器选用端，低电平有效。该引脚为高电平时，访问内部程序存储器，当 PC（程序计数器）值超过片内程序存储器空间时，则自动转向外部程序存储器的程序。该引脚为低电平时，只访问外部程序存储器，不管是否有内部程序存储器。4）输入/输出口P0 口（3932 脚） 输入/输出线 P0.0P0.7 统称为 P0 口。在不进行片外存储器扩展或 I/O 扩展时，可作为准双向输入/输出口使用，由于内部无上拉电阻，一般需要外接上拉电阻；在进行片外存储器扩展或 I/O 扩展时，P0 口作为分时复用的低8 位地址总线和双向数据总线。P1 口（18 脚）输入/输出线 P1.0P1.7 统称为 P1 口。P1 口可作为准双向 I/O口使用。P2 口（2128 脚）输入/ 输出线 P2.0P2.7 统称为 P2 口。在进行片外存储器扩展或 I/O 扩展时，P0 口作为高 8 位地址总线；在不进行片外存储器扩展或 I/O 扩展时，可作为准双向输入/输出口使用。P3 口（1017 脚）输入/ 输出线 P3.0P3.7 统称为 P3 口。P3 口除作为准双向I/O 口使用外，每条端口线还可以用于第二功能。P3 口的每一条端口线均可定义为8第一功能或第二功能。P3 口的第二功能如表 2-1 所示。表 2-1 P3 口的第二功能表引 脚 第二功能 说 明P3.0 RXD 串行口输入端P3.1 TXD 串行口输出端P3.2 INT0 外部中断 0 请求输入P3.3 INT1 外部中断 1 请求输入P3.4 T0 定时器/计数器 0 计数脉冲输入P3.5 T1 定时器/计数器 1 计数脉冲输出P3.6 WR 外部数据存储器写选通信号输出P3.7 RD 外部数据存储器读选通信号输出2.1.3 存储器的配置微型计算机的存储器地址空间有两种结构形式：普林斯顿结构和哈佛结构。普林斯顿结构是将数据存储器和程序存储器空间合二为一，一个地址对应唯一的一个存储单元，CPU 访问 ROM 和 RAM 使用相同的指令；哈佛结构是将 ROM 和 RAM分别安排在两个不同的地址空间，ROM 和 RAM 可以有相同的地址，CPU 访问ROM 和 RAM 使用不相同的指令。单片机面向的控制对象一般需要有较大的程序存储器用来固化调试好的程序，需要较小的数据存储器来存储程序执行过程中的数据，所以 51 系列单片机采用的结构是哈佛结构。51 系列单片机存储器从物理地址空间上可分为片内、片外程序存储器和片内、片外数据存储器 4 部分。由于片内、片外程序存储器统一编址，因此，从用户使用角度，其寻址（逻辑地址）空间可划分为：片内外统一的 64KB 程序存储器、128B内部数据存储器和 64KB 外部数据存储器 3 个独立的地址空间。在访问这 3 个不同的逻辑空间时采用的是不同形式的指令。MCS-51 单片机存储器的空间分配如表 2-2 所示。表 2-2 MCS-51 单片机存储器的空间分配存储类型（Cx51 定义） 地 址 范 围 说 明DATA D：00HD：7FH 片内 RAM 直接寻址区BDATA D：20HD：2FH 片内 RAM 位寻址区IDATA I：00HI：FFH 片内 RAM 间接寻址区XDATA X：0000HX：FFFFH 64KB 片内 RAM 数据区CODE C：0000HC：FFFFH 64KB 片内外 ROM 代码区2.2 直流电机选择9直流电动机是指能将直流电能转换成机械能的旋转电机。它是能实现直流电能和机械能互相转换的电机。直流电动机的结构由定子和转子两大部分组成。直流电动机运行时静止不动的部分称为定子，定子的主要作用是产生磁场，由机座、主磁极、换向极、端盖、轴承和电刷装置等组成。运行时转动的部分称为转子，其主要作用是产生电磁转矩和感应电动势，是直流电动机进行能量转换的枢纽，所以通常又称为电枢，由转轴、电枢铁心、电枢绕组、换向器和风扇等组成。1）设计中使用的电动机基本参数 本设计中使用的电动机基本参数如表 2-3 所示表 2-3 设计中使用的电动机基本参数品牌 绿格产品类型 无刷直流电动机型号 LGBL57极数 4 极额定功率 500W额定电压 24V额定转速 5000(rpm)2.3 A/D 转换器的选择ADC0808 是 8 路 8 位、逐次逼近式、单片 CMOS A/D 转换器件，它在产品设计是融汇了若干种模/数转换技术的长处。8 路 8 位 A/D 转换器 ADC0808 常用于生产过程中微电脑自动化控制和机床微电脑自动化控制中。ADC0808 8 路 8 位 A/D 转换器的内部包括 8 位的模/数转换器、8 通道多路转换器和微处理器兼容的控制逻辑电路。其内部设计有 8 通道多路转换器，它能起到电路的装换连接作用。8 通道多路转换器能够直接连通 8 个单端模拟信号中的任何一个。ADC0808 8 路 8 位 A/D 转换器芯片内具有带有锁存功能的 8 路模拟多路开关（即 8 通道多路转换器） ，该开关可以对 8 路 05V 的输入模拟电压分时进行转换。片内具有多路开关的地址译码和锁存电路，以及比较器、256R 电阻 T 型网络、树状电子开关、逐次逼近寄存器 SAR、控制电路和时序电路等。