单片机课程设计（论文）-智能小家电控制系统的设计（2） .docx

单片机课程设计论文题 目 智能小家电控制系统的设计（2）学 院 电子与控制工程学院 专 业 电气工程及其自动化 班 级 学生姓名 学 号 指导教师 题目5 智能小家电控制系统的设计（2）（一）功能介绍 全自动洗衣机是常见的家用电器。它能够按照预设模式自动地完成衣物的洗涤、漂洗和脱水，也可以单独地进行洗涤、漂洗和脱水操作，这些过程一般按时间进行控制。通常在给定的模式下，根据衣物多少允许用户设置不同的水位，当洗衣机启动后，上水电磁阀打开注水，当水到达设定的限位时，上水电磁阀断电，注水过程停止，启动电机，即可开始洗衣操作，为了提高洗衣效率，电机一般先正转若干秒，然后再反转若干秒。另外，每个洗衣机都有容量限制，当洗衣量大于它的额定容量容量时，控制系统报警并且不启动。（二）设计参数（1）电机 100w 220v ac（2）洗衣容量 5 kg（3）电力供应：220v ac（三）设计要求（1）实现3种模式选择：标准、轻柔和快洗，被选中的模式用led显示器表明。（2）实现不同模式下的洗衣过程，根据衣物多少允许用户设置4种的水位，被选中的水位用led显示器表明。当洗衣机启动后，上水电磁阀打开注水，当水到达设定的限位时，上水电磁阀断电，注水过程停止，启动电机全自动控制洗衣操作，整个过程的进行按时间控制，时间自定（3）液位检测和控制：使水位限定在某一个给定的液位范围内，当水位越限时打开下水电磁阀放水，不启动洗衣过程，待满足要求后，投入运行。（4）当投入洗衣量大于洗衣机额定容量时，控制系统应报警，不启动洗衣过程。待满足要求后，投入运行。（5）显示工作模式、状态和剩余时间，每个动作完成时，通过声光报警提示。（6）测量并显示水的温度。（四）扩充功能（1）pwm调节电机转速（2）同一模式下，不同水位的选择。摘要本设计使用stc89c54rd单片机为主要控制器，辅以74ls245总线驱动器、温度传感器ds18b20、fym25by48l064、独立键盘以及1602液晶显示等电路，本设计是基于51系列的单片机进行的洗衣机课程设计，功能实现更加稳定可靠，设计功能满足课程设计要求，1602显示更加大气和人性化。所有程序编写完成后，在keil软件中进行调试，确定没有问题后，在proteus软件中嵌入单片机内进行仿真。然后，再下载到实物单片机中进行调试，重复上述过程，直到达到预期的功能。关键词：stc89c54rd单片机、智能洗衣机、时间、温度、液晶、步进电机abstractthis design use stc89c54rd microcontroller as the main controller, along with 74 ls245 bus driver, the temperature sensor ds18b20, fym25by48l064, independent keyboard and 1602 lcd display circuits, etc, this design is based on the single chip microcomputer 51 series of washing machine curriculum design, functions more stable and reliable, design functions meet course design requirements, 1602 show more atmospheric and humanization.all programming, after the completion of keil software in commissioning, make sure no, after proteus software embedded in within the single chip microcomputer simulation. then, back to the kind of single chip microcomputer download commissioning, and repeat the process until we reached the expected function.前言单片机应用系统的软件设计是系统设计中最基本而且工作量较大的任务。与系统机上操作系统支持下的纯软件不同，单片机的软件设计是在裸机的条件下进行的，而且随应用系统的不同而不同。在软件中一般需考虑以下几个方面：1）根据要求确定软件的具体任务细节，然后确定合理的软件结构。一般系统软件的主程序和若干个子程序及中断服务程序组成，详细划分主程序、子程序和中断服务程序的具体任务，确定各个中断的优先级。主程序是一个顺序执行的无限循环的程序,不停地顺序查询各种软件标志，以完成对事务的处理。在子程序和中断服务程序中,要考虑现场的保护和恢复，以及它们和主程序之间的信息交换方法。2）程序的结构用模块化结构，即把监控程序分解为若干个功能相对独立的较小的程序模块分别设计，以便于调试。具体设计时可采用自底向上或自顶向下的方法。3）在进行程序设计时,先根据问题的定义描述出各个输入变量和输出变量之间的数学关系，即建立数学模型,然后绘制流程图，再根据流程图用汇编语言进行具体程序的编写。4）在程序设计完成后，利用相应的开发工具和软件进行程序的汇编，生成程序的机器码6。本设计中系统软件是采用c51编写的.在研制单片机应用系统时，汇编语言是一种常用的软件工具，具有简单的语法结构和强大的处理功能，具有运行速度快、编译效率高，移植性好和可读性强等多种优点，可以实现对系统便件的直接操作。用c语言来编写目标系统软件，可以大大缩短开发周期，且明显地增加软件的可读性，便于改进和扩充，从而开发出大规模、高性能的应用系统。方案分析与论证一、方案分析与论证1、单片机芯片的选择方案和论证方案一: 采用51芯片作为硬件核心，采用flash rom，stc89c54内部具有16kb rom 存储空间, 而stc89c52只有4k的存储空间。二者都能于3v的超低压工作,而且与mcs-51系列单片机完全兼容,但是运用于电路设计中时由于不具备isp在线编程技术, 当在对电路进行调试时，由于程序的错误修改或对程序的新增功能需要烧入程序时，对芯片的多次拔插会对芯片造成一定的损坏。所以选择采用stc89s54rc作为主控制系统。2、显示模块选择方案和论证方案一：采用led液晶显示屏,液晶显示屏的显示功能强大,可显示大量文字,图形,显示多样,清晰可见,但是价格昂贵,需要的接口线多,所以在此设计中不采用led液晶显示屏。方案二：采用点阵式数码管显示，点阵式数码管是由八行八列的发光二极管组成，对于显示文字比较适合,如采用在显示数字显得太浪费,且价格也相对较高,方案三：采用led数码管动态扫描,led数码管价格适中,对于显示数字最合适,而且采用动态扫描法与单片机连接时,占用的单片机口线少，但效果较差。所以采用了1602液晶作为显示。3、电路设计最终方案确定综上各方案所述,对此次作品的方案选定: 以单片机stc89s54rd为主控制器，时间数据是由单片机定时计数器提供信号，并通过led液晶显示出来，并用键盘来完成对当前模式的调整。三、硬件设计（1）所需硬件设备：stc89c54rd单片机、74ls245总线驱动器、温度传感器ds18b20、独立键盘以及1602液晶、短路块若干，电阻电容若干、max232、12mhz晶振、led指示灯为了实现步进电机的正常运转74ls245作驱动控制显示内容。stc89c54rd单片机介绍：stc89c54rd提供以下标准功能：16k字节可重擦写flash闪速存储器、32个可编程i/o口线、一个6向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡及时钟电路。同时，stc89c54rd可降至0hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止cpu的工作，但允许ram、定时/计数器、串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存ram中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。stc89c54rd的引脚封装图如下图所示： 1） 电源及时钟引脚l vcc：电源接入引脚；l gnd：接地引脚；l xtal1：晶体振荡器接入的一个引脚（采用外部振荡器时，此引脚接地）；l xtal2：晶体振荡器接入的另一个引脚（采用外部振荡器时，此引脚作为外部振荡信号的输入端）。2） 控制线引脚l rst：复位信号输入引脚。图13）并行i/o口引脚l p0.0p0.7：一般i/o口引脚或数据/低位地址总线复用引脚；l p1.0p1.7：一般i/o口引脚l p2.0p2.7：一般i/o口引脚或数据/高位总线引脚；l p3.0p3.7：一般i/o口引脚或第二功能引脚。晶振：在设置stc89c54rd的振荡频率时，我们采用内部时钟方式，。在单片机内部有一振荡电路，只要在单片机xtal1和xtal2引脚外接石英晶体（简称晶振），就构成了自激振荡器并在单片机内部产生时钟脉冲信号。电容器c1和c2的作用是稳定频率和快速起振，电容值在5-30pf,典型值为30pf。晶振cys的振荡频率范围为1.2-12mhz，典型值为12mhz和6mhz。本次设计我们选择了11.0592mhz。图二数字温度传感器ds18b20介绍：1、适应电压范围更宽，电压范围：3.05.5v，在寄生电源方式下可由数 据线供电2、独特的单线接口方式，ds18b20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与ds18b20的双向通讯3、 ds18b20支持多点组网功能，多个ds18b20可以并联在唯一的三线上，实现组网多点测温4、ds18b20在使用中不需要任何外围元件，全部 传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内5、温范围55125，在-10+85时精度为0.56、可编程 的分辨率为912位，对应的可分辨温度分别为0.5、0.25、0.125和0.0625，可实现高精度测温7、在9位分辨率时最多在 93.75ms内把温度转换为数字，12位分辨率时最多在750ms内把温度值转换为数字，速度更快图三8、测量结果直接输出数字温度信号，以一 线总线串行传送给cpu，同时可传送crc校验码，具有极强的抗干扰纠错能力9、负压特性：电源极性接反时，芯片不会因发热而烧毁， 但不能正常工作。74ls245芯片的介绍：74ls245是我们常用的芯片，用来驱动led或者其他的设备，它是8路同相三态双向总线收发器，可双向传输数据。*74ls245还具有双向三态功能，既可以输出，也可以输入数据。*当8051单片机的p0口总线负载达到或超过p0最大负载能力时，必须接入74ls245等总线驱动器。图四*当片选端/ce低电平有效时，dir=“0”，信号由 b 向 a传输；（接收）*dir=“1”，信号由 a 向 b 传输；（发送）当/ce为高电平时，a、b均为高阻态。由于p2口始终输出地址的高8位，接口时74ls245的三态控制端/1g和/2g接地，p2口与驱动器输入线对应相连。p0口与74ls245输入端相连,/e端接地，保证数据线畅通。8051的/rd和/psen相与后接dir，使得/rd或/psen有效时，74ls245输入（p0.idi），其它时间处于输出（p0.idi）。max232芯片的介绍：max232芯片是美信公司专门为电脑的rs-232标准串口设计的接口电路,使用+5v单电源供电。内部结构基本可分三个部分：第一部分是电荷泵电路。由1、2、3、4、5、6脚和4只电容构成。功能是产生+12v和-12v两个电源，提供给rs-232串口电平的需要。第二部分是数据转换通道。由7、8、9、10、11、12、13、14脚构成两个数据通道。其中13脚（r1in）、12脚（r1out）、11脚（t1in）、14脚（t1out）为第一数据通道。8脚（r2in）、9脚（r2out）、10脚（t2in）、7脚（t2out）为第二数据通道。图六ttl/cmos数据从t1in、t2in输入转换成rs-232数据从t1out、t2out送到电脑db9插头；db9插头的rs-232数据从r1in、r2in输入转换成ttl/cmos数据后从r1out、r2out输出。第三部分是供电。15脚gnd、16脚vcc（+5v）。 1602液晶的介绍设计分析需求分析与方案： 洗衣机要完成洗衣工作，除了对一般洗衣过程的人工工作及效能进行模拟之外，还要根据洗衣机的机械电子性质进行有关控制和检测。 对于一台套桶式单缸波轮全自动洗衣机而言，首先要求能完成洗衣功能；同时还要根据用户的不同要求设置几种不同的洗衣程序；还要根据模式的不同考虑水流的情况决定洗涤的弱强情况；另外，还要对洗衣过程出现的故障进行诊断并提醒用户；保证高速运转是脱水的安全性等。所以对全自动洗衣机，一般要求具有如下基本功能。 （1）不同模式时的弱强洗涤功能。要求强洗时正 反转驱动时间各为4s，间歇时间为2s；弱洗时正 反转驱动时间各为3s，间歇时间为2s。 （2）6种洗衣工作程序，即标准程序，轻柔洗衣，快洗，单次洗衣，单漂和脱水程序。标准程序是进水洗涤排水-脱水，如此循环3次，具体是第一循环为洗涤，时间为15min,中间洗涤为5min.排水时间采用动态检测，脱水时间第一二次为2 min的短脱水，下来是调漂洗程序。最后为5min的长脱水.轻柔程序与标准程序一样，只是采用弱洗洗涤，循环同样为三次。快洗同标准差不多，只不过洗涤6min，循环2次；单洗程序是进水洗涤（15 min)结束（留水不排不脱）。单漂为进水洗涤（10s)排水如此循环3次；单脱程序是脱水（5min）结束，时间确定与上述程序相应环节相同。（3）进水系统故障自动诊断功能。洗衣机在进水过程中，若超过预定的水位，就说明进水有故障，系统自动调整到预定水位。（4）脱水期间安全保护和防振动功能。洗衣机脱水期间，若打开机盖时，洗衣机就会自动停止脱水操作。脱水期间，如果出现衣物缠绕引起脱水桶重心偏移而不平衡，洗衣机也会自动停止脱水，以免振动过大，发出警报待人工处理后恢复工作。 （5）间歇驱动方式。洗涤期间采取间歇驱动方式，以便节能。本系统要求正反转之间停2s，间歇期间靠惯性力使洗衣桶桶保持旋转。 （6）声光显示功能。洗衣机各种工作方式的选择和各种工作状态均有声 光提示和显示。 （8）过容保护功能：洗衣机在启动前若过容则报警提醒用户解决，待解决后才能启动洗衣。控制逻辑电路分析 （硬件分析）全自动洗衣机的控制逻辑电路如附图1-1所示。它由单片机stc89c54为核心加上有关集成电路及元器件组成。从图中看出，这个全自动洗衣机控制逻辑电路相当简单。 全自动洗衣机的工作部件有3个，这就是电机.进水阀和排水阀。电机是洗衣机的动力源，它的转动带动洗衣桶和波轮的转动，从而时现对衣物的洗涤。进水阀用于控制洗衣机的进水量。排水阀用于控制排水。电机在脱水时还高速旋转带动衣物脱水。 电机的状态有3种，即正转.反转及停止状态。电机一般工作在这三种状态的不断转换之中，从而实现洗涤。但在脱水时，只工作在正转高速状态。 进水阀和派排水阀则只有开.关这两种状态。 从附图1-1的控制电路中可以看出：stc89c54的p1端口中的p0.0p0.3共四条i/o线通过4块电磁继电器分别直接驱动洗衣机的这些工作部件。电磁继电器是一种常用继电器，内有电磁铁心及磁力开关，通电就可使开关切换。之所以选用这个器件，是因为它一方面可使电路进一部简化，另一方面还可使强.弱两类电完全隔离，保证主板的安全。 74ls245来驱动步进电机，效果很好，省去了达林顿管接线复杂的烦恼。 表一：完成整个过程 过程代码 过程名称 所需动作代码注： 洗涤：xd 漂洗：px 脱水：ts流程图开机显示温度时间到？设置任务模式水位no时间到？yesy n 洗衣开始（既定模式）电机正转电机停转剩余时间=0？电机反转结束报警图1自动洗衣流程记录次数ny是否按键key3？下?模式设置（8秒内）记录次数ly是否按键key？下?n是否按键key2？下?yn记录次数m统计次数执行相应任务开定时图2 模式设置流程统计结果见下表格图3：流程统计结果y定时器中断入口数据秒减1置th0、 tl0计数初值是否1 秒?分减1n秒为0ny分秒全为零定时结束图4 定时程序流程图倒计时程序：图5、温度程序流程图18b20存在否？调温度复位子程序返回主程序 n转化温度数据并存储读出温度数据发出读温度命令写入数据跳过rom匹配发出温度转换命令写入数据y操作说明开机后8秒之内进行模式和任务和水位的选择分别由key1、 key2、key5控制，具体见上表，8秒后自动进入预设洗衣的模式，定时开，开始倒计时，除了脱水过程之外电机转两圈反转两圈，且可以调节电机转速，转速的控制由key3、key4控制。水位的控制由拨码开关相应的控制。软件调试硬件调试结果总结通过这次单片机课程设计我受益匪浅，让我明白了理论联系实际的重要性，这次设计不仅巩固了所学单片机理论知识，还培养了我的动手能力以及如何合理的查找资料，利用资料的能力。通过这次课程设计，我学到了很多书本上学不到的东西，也深刻的认识到自己对知识的掌握和运用还远远不足，这次课程设计也锻炼了我独立思考问题的能力以及如何去检测解决问题，提高了我的实际动手能力，积累了一些做课程设计的经验，对我们今后的学习起到启发作用。我认为本次课程设计的不足之处是手动修改不是很方便，由于初始方案想法的确定，最后已经没有时间进行修改了，但我认为采用本设计的修改方法可以更为快捷的设置到任何想要的数字。不方便是因为，在修改的时候不能看到其他的显示部分，只能是一位一位的显示。总体上来说，通过这次课程设计学习，检验了平时对理论的学习，使我进一步熟悉了单片机的结构及工作原理，锻炼了我的动手能力，提高了自学能力，为以后的学习打下了好的开端。在这次设计中我学到了很多，也发现了自己的不足，也难免有错误之处，敬请提出！最后，还要感谢段老师的悉心教导。附录参考文献1段晨东.单片机原理及接口技术.北京:清华大学出版社,20082周润景 郝晓霞.传感器及检测技术.北京:电子工业出版社,20093楼然苗 李光飞.51系列单片机设计实例.北京: 北京航天航空大学出版社,20064高峰.单片微型计算机原理与接口技术.北京：科学出版社，20035何立民.单片机高级教程应用与设计.北京：北京航空航天大学出版社，2000原件清单：元器件数量备注电阻31k电阻45.1k电阻28k独石电容60.1uf独石电容230pf电解电容110uf 25v51单片机实验板189c54芯片1max232芯片174ls245芯片216021ds18b201三极管90122pnp二极管in40011晶振111.0592mhz芯片座6电源座1三脚 5v通信插座1con232电源适配器1通讯电缆1微型按钮开关10实验插板1单排插针若干双排插针若干短路块若干导线若干程序源代码#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned int uchar code table=tmp ; /7uchar code table1=moshi?; /6uchar code table2=sy30:00; /6uchar code table10=sy32:00; /6uchar code table12=sy28:00; /6uchar code table9=sy10:00; /6uchar code table6=xd; /6uchar code table7=px; /2uchar code table8=ts; /2uchar code ffw8=0xf1,0xf3,0xf2,0xf6,0xf4,0xfc,0xf8,0xf9;uchar code rev8=0xf9,0xf8,0xfc,0xf4,0xf6,0xf2,0xf3,0xf1;sbit lcden=p34;/液晶使能端sbit lcdrs=p35;/液晶数据命令选择端sbit ds=p13;sbit key1=p10;sbit key2=p11;sbit key3=p12;sbit beep=p30;sbit zhushui=p31;sbit fangshui=p33;sbit key4=p36;sbit key5=p37;sbit sw1=p17;sbit sw2=p16;sbit sw3=p15;sbit sw4=p14;uchar num,fen,l,m,n,count,flag,i,jian1,jian2,jian3,jian5,mi,pwm1=10;uint temp;float f_temp,miao;void chushihua()ea=1;/开总中断ex0=1;/开外部中断0tmod=0x11;th0=(65536-50000)/256;tl0=(65536-50000)%256;th1=(65536-50000)/256;tl1=(65536-50000)%256;ea=1;et0=1;/tr0=1;/启动定时器0et1=1;/tr1=1;/启动定时器1void delay(uint z)uint x,y;for(x=z;x0;x-)for(y=110;y0;y-);/*以下是步进电机的程序*/void delaya(uint t) uint k; while(t-) for(k=0; k125; k+) void motor_ffw() uchar i; uint j; for (j=0; j12; j+) /转1*n圈 /*if(k3=0) break; */ /退出此循环程序 for (i=0; i8; i+) /一个周期转30度 if(key4=0)delay(8);if(key4=0)pwm1-; if(key3=0)delay(8);if(key3=0)pwm1+; p0 = ffwi; /取数据 delaya(pwm1); /调节转速 /*/*步进电机反转/*/void motor_rev() uchar i; uint j; for (j=0; j12; j+) /转1n圈 /退出此循环程序 for (i=0; i8; i+) /一个周期转30度 if(key4=0)delay(8);if(key4=0)pwm1-; if(key3=0)delay(8);if(key3=0)pwm1+; p0 = revi; /取数据 delaya(pwm1); /调节转速 /*步进电机甩干专用*/ void motor_ffwz() uchar i; uint j; for (j=0; j12; j+) /转1*n圈 /*if(k3=0) break; */ /退出此循环程序 for (i=0; i8; i+) /一个周期转30度 p0 = ffwi; /取数据 delaya(6); /调节转速 /*步进电机反转*/void motor_revf() uchar i; uint j; for (j=0; j12; j+) /转1n圈 /*if(k3=0) break;*/ /退出此循环程序 for (i=0; i8; i+) /一个周期转30度 p0 = revi; /取数据 delaya(10); /调节转速 /*轻柔洗*/ void motor_ffwq() uchar i; uint j; for (j=0; j12; j+) /转1*n圈 /*if(k3=0) break; */ /退出此循环程序 for (i=0; i8; i+) /一个周期转30度 p0 = ffwi; /取数据 delaya(11); /调节转速 /*/*/*步进电机反转(轻柔)/*/*/void motor_revq() uchar i; uint j; for (j=0; j12; j+) /转1n圈 for (i=0; i8; i+) /一个周期转30度 p0 = revi; /取数据 delaya(11); /调节转速 /*步进电机（快洗）*/ void motor_ffwk() uchar i; uint j; for (j=0; j12; j+) /转1*n圈 for (i=0; i8; i+) /一个周期转30度 p0 = ffwi; /取数据delaya(9); /调节转速 /*步进电机反转(快洗)*/void motor_revk() uchar i; uint j; for (j=0; j12; j+) /转1n圈 /*if(k3=0) break;*/ /退出此循环程序 for (i=0; i8; i+) /一个周期转30度 p0 = revi; /取数据 delaya(9); /调节转速 /*以下是液晶的程序*/void write_com(uchar com)lcdrs=0;p2=com;delay(5);lcden=1;delay(5);lcden=0;void write_date(uchar date)lcdrs=1;p2=date;delay(5);lcden=1;delay(5);lcden=0;void init()lcden=0;write_com(0x38);/设置16x2显示,5x7点阵,8位数据接口write_com(0x0c);/设置开显示，不显示光标write_com(0x06);/写一个字符后地址指针加1write_com(0x01);/显示清零，数据指针清零write_com(0x80);for(num=0;num0)i-; ds=1; i=4; while(i0)i-;bit tempreadbit(void) /读1位函数 uint i; bit dat; ds=0;i+; /i+ 起延时作用 ds=1;i+;i+; dat=ds; i=8;while(i0)i-; return (dat);uchar tempread(void) /读1个字节 uchar i,j,dat; dat=0; for(i=1;i=8;i+) j=tempreadbit(); dat=(j1); /读出的数据最低位在最前面，这样刚好一个字节在dat里 return(dat);void tempwritebyte(uchar dat) /向18b20写一个字节数据 uint i; uchar j; bit testb; for(j=1;j1; if(testb) /写 1 ds=0; i+;i+; ds=1; i=8;while(i0)i-; else ds=0; /写 0 i=8;while(i0)i-; ds=1; i+;i+; void tempchange(void) /ds18b20 开始获取温度并转换 dsreset(); delay(1); tempwritebyte(0xcc); / 写跳过读rom指令 tempwritebyte(0x44); / 写温度转换指令uint get_temp() /读取寄存器中存储的温度数据 uchar a,b; dsreset(); delay(1); tempwritebyte(0xcc); tempwritebyte(0xbe); a=tempread(); /读低8位 b=tempr