全自动洗衣机控制系统的设计.doc

全自动洗衣机控制系统的设计目 录摘要IABSTRACTII1 绪论11.1 课题提出的目的和内容11.2 国内外研究现状21.3 洗衣机的发展前景41.4 全自动洗衣机的设计目的41.5 课题研究的内容52全自动洗衣机的设计方案72.1按键72.2洗衣机自检82.3洗衣程序92.4显示93硬件电路的设计103.1 总体方案设计103.2器件及其原理介绍103.3主控电路的设计123.3.1 AT89C51的简介123.3.2 AT89C51的引脚图及总线结构图介绍133.3.3 AT89C51外围辅助电路设计133.4各部分电路的设计153.4.1电路驱动设计153.4.2水位电路检测163.4.3开关电源电路设计173.4.4键盘输入及其显示电路的设计173.4.5报警电路的设计203.5本章小结204软件系统的设计214.1主程序的设计214.2各子程序流程图234.2.1键盘扫描子程序234.2.2洗衣功能子程序244.2.3漂洗子程序254.2.4脱水子程序254.3外部中断中断程序设计264.4本章小结275总结28致 谢29参考文献30附录 自动洗衣机控制系统总程序31附录 自动洗衣机控制系统总硬件连接图38全自动洗衣机控制系统的设计摘要本文介绍了以MCS-51系列单片机为核心，实现对全自动洗衣机的控制系统的总体控制，并阐述控制方案。本控制系统由电源、数字控制电路和机械控制电路三大模块组成，通过设计结构图程序指令梯形图实现洗衣机的整个洗衣过程控制。洗衣的过程控制主要包括洗涤过程、漂洗过程、脱水过程。按照全自动洗衣机的控制系统的要求和特点，来进行确定单片机的输入输出分配关系，根据洗衣过程的需求，控制程序设计主要包括主程序、内部定时中断服务程序、外部定时中断程序、进水、排水、漂洗、脱水的设计，设计完毕并进行系统调试。关键词:洗衣机；单片机；LED显示Automatic washing machine control system designAbstract This paper introduces the MCS-51 series microcontroller as the core,fully automatic washing machine to achieve the overall control of the control system and describes the control scheme. The control system consists of power supply, digital control circuitry and mechanical control circuit of three modules, through the design of structure, procedure instructions ladder to achieve the whole laundry washing process control.Process control including laundry washing process, rinsing process and dehydration process. Automatic washing machine control system in accordance with the requirements and characteristics, to be sure the microcontroller input-output relations of distribution, according to the needs of the laundry process, the control program design includes the main program, the internal timer interrupt service routine, the external timer interrupt routine, water, drain, rinse, dehydration of the design completed and system debugging.Keywords: Washing Machine; Single Chip Microcomputer; LED displII1 绪论1.1 课题提出的目的和内容随着数字科技技术的快速发展，数字科技技术被广泛应用于智能控制的领域中。单片机以其集成度高、运算速度快、体积小、运行可靠、价格低廉等优点，在过程控制、数据采集、机电一体化、智能化仪表、家用电器以及网络技术等方面得到了比较广泛的应用1。洗衣机是人们现代必备的日常生活家电，它的发明和应用使的洗衣工作变得省时又省力，比较好地缓解了人们在家务劳动方面的压力。然而随着人对生活质不断追求，普通的洗衣机现在已经不能再满足部分人的需求，所以研究多功能全自动的洗衣机具有重大的意义。现在中国洗衣机市场正进入更新换代期，市场潜力非常巨大，人们对于洗衣机的功能要求也越来越高，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、暂停等几大功能，在许多方面还不能达到人们对于洗衣机的需求2。这就需要设计者们有更高的专业知识和技术水平，能够提出更多更好的建议和新的课题，将人们的需求变成现实，设计出更加节能、功能更加全面、更加人性化的全自动洗衣机。目前的洗衣机功能都没有实现全方面的兼容，大多数洗衣机的生产厂家都只注重各自品牌的特长，突出一两个与别的品牌洗衣机不同的个性化的功能。因此，我们要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。基于单片机控制的自动洗衣机控制系统具有精度高、功能强、经济性好的特点【3】。无论在提高产品质量还是产品数量，节约资源还是改善劳动条件等许多方面都显示出无比的优越性。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，所以本课题具有重大的意义。1.2 国内外研究现状洗衣机的起源：自19世纪中叶，美国人史密斯研制出世界上首台洗衣机至今，洗衣机的发展已经历了一个多世纪。1910年世界上第一台电动洗衣机问世，标志着人类家务劳动自动化的开始。1922年世界上第一台搅拌式洗衣机在美国诞生。1937年世界上第一台全自动滚筒式洗衣机投放市场。1957年三洋公司推出世界上第一台涡流式波轮洗衣机。从此，确立了搅拌式、滚筒式和波轮式三种工作方式的洗衣机三足鼎立天下的局面4。国外研究现状：20世纪60年代以后，洗衣机在一些发达国家的普及率迅速上升。70年代，生产出波轮式套桶全自动洗衣机。70年代后期，以电脑（实际上微处理器）控制的全自动洗衣机在日本问世，开创了洗衣机发展史的新阶段。 80年代后，“模糊控制”开始应用于洗衣机，生产出了智能型模糊控制洗衣机，使洗衣机的功能更加完善，其洗衣程序更随人意，其使用操作更简单化5。进入90年代，由于电机调速技术的提高，实现了洗衣机宽范围大调速比的转速变换与调节，诞生了各种新水流洗衣机。20世纪末到21世纪初，变频洗衣机问世，使洗衣机的功能更具人性化，实现真正意义上的智能化控制成为目前人们研究的主要方向。国内研究现状：由于我国洗衣机起步晚，在技术方面存在问题，不可避免的在现有洗衣机机型中存在噪声大，漏电和漏水等弊病，在质量方面与国外存在一定的差距7。所以现在内资品牌正立足技术升级，也开始重视高端产品研发，洗衣机的技术革命正在国内愈演愈烈。当今世界随着科技的发展日新月异，从而推动了一系列科技产品的发展进程和发展趋势，也促动了洗衣机多样化的出现，也是洗衣机发展的必然趋势。根据有关市场专家在盘点2005年的家电市场时发现，高档洗衣机市场百分之五十的市场份额都被双动力型洗衣机所占据。除了具有杀菌，消毒功能的保健双动力洗衣机之外，不用洗衣粉的环保双动力，能够洗涤羊绒等高档衣料的变速双动力等产品也受到了消费者的青睐。现在的洗衣机真的是多种多样，在上海这样的大城市，双缸洗衣机购买的人已经是越来越少了，滚筒洗衣机和波轮洗衣机将成为市场的主流，使用洗衣机就是图个方便省力，现在的全自动洗衣机都符合人们的要求。那么洗衣机还会怎样进步或发展呢？归纳起来，有如下几个趋势。高度自动化：现在洗衣机越来越高度自动化，只要衣服放入洗衣机，简单的按两个键，就会自动注水，一些先进的电脑控制洗衣机，还能自动的感觉衣物的重量，自动的添加适合的水量和洗涤剂，自动的设置洗涤的时间和洗涤的力度，洗涤完以后自动的漂洗甩干，更有些滚筒洗衣机还会将衣物烘干，整个洗衣的过程完成以后还会用动听的音乐声提醒用户，用户可以在洗衣的过程做其它的事，节省了不少的时间。总之，每一项技术的进步部极大地推动了洗衣过程自动化程度的提高。 健康化：现代人对健康格外的重视，对洗衣机也提出了更高的要求，有的洗衣机厂家采用纳米内桶，减少污垢附着，有的洗衣机设置有改进型漂洗程序，彻底漂净衣物上残留的洗涤剂，防止对人体的侵害。还有一些洗衣机采用臭氧进行杀菌，达到彻底灭菌的目的。节能：节能也是用户选择洗衣机时考虑的问题，有些洗衣机具有洗涤剂循环利用系统，可以将在外桶到排水泵之间浓度较高的洗涤剂通过循环水流带回外桶内，循环使用可以节约20%的洗涤剂。有的洗衣机采用专利的无孔内桶省水，普通的波轮洗衣机在注水的时候，内桶与外桶之间也有大量的水，洗涤的时候内桶外的水就浪费了，而无孔内桶只有内桶有水，这样可以充分的利用洗衣机内的水，注水的时候比其它洗衣机少使用40%的水量，同时也可以节省洗涤剂和省电。大容量和微型化：现代人居家总希望有宽敞的空间，因此各厂家都推出了超小型或超薄型的洗衣机，比较有代表性的有小鸭的迷你滚筒洗衣机，海尔的小小神童波轮洗衣机，惠尔浦的维纳斯系列上开门立式滚筒洗衣机，西门子的40厘米超薄滚筒洗衣机满足了人们对占地空间的要求。品种多样化： 从洗涤形式上分波轮式、滚筒式洗衣机，从洗涤容量上自2公斤到7公斤有很多等级，高中低档洗衣机在功能上，还有很多不同，品种多样化的洗衣机满足了不同偏好的消费者的需求6。现在已经有厂家开发出了不需要使用洗涤剂的洗衣机，还有的厂家开发出了更迷你的旅行洗衣机，小到可以在出外旅行的时候随身携带，为了更方便的操作有的厂家还开发出了可以远程控制的洗衣机，将来的洗衣机会朝着使用更方便、更加节能、更加个性化的方向发展。总之在当今世界洗衣机的发展是必然的，洗衣机的发展趋势也日新月异，洗衣机的发展丰富了我们的生活，增加了我们生活的色彩，从而加快了洗衣机的发展历程与趋势。在当今现代化世界我们只有加快自己的脚步才能在今天立于不败之地，作为洗衣机也是一样，只有加快洗衣机发展历程和提高洗衣机的发展趋势才能满足当今社会的需求，满足这个现代化的世界。1.3洗衣机的发展前景自动洗衣机的发展首先表现在洗涤方式发生巨大变化。原先大多侧重于水流的改变、动力的加大。现在，超音波、电解水、臭氧和蒸汽洗涤的运用，使洗衣机的去污能力从单纯依靠洗衣粉、洗涤剂的化学作用和强弱变化的水流机械作用，向更高层次的健康、环保洗涤方式转变，特别是电解水、超音波技术在洗衣机行业的运用几乎改变了洗衣机的历史洗衣不用或少用洗衣粉、洗涤剂，减少化学品对皮肤的损害和对环境的污染。电解水、臭氧、蒸汽的杀菌除味及消毒功能倍受青睐，引发了洗衣机消费健康潮。另一变化就是高度自动化、智能化、人性化。从半自动、全自动到现在流行的人工智能、模糊控制，只需按一下按钮一切搞定！同时，用户可以按照自己的洗衣习惯，自主选择时间和方式，自编和记忆程序让用户真正做到随心所欲。人性化还表现在使用的方便和舒适，如子母分洗洗衣机可以做到不同衣物分开洗；斜桶和顶开滚筒可以做到取放衣物方便不需深弯腰；蒸汽烘干功能使得晾晒更加方便，DD直驱电机在节能降噪方面效果更加突出，等等。 另外，大容量成为不变的消费趋势。前几年，洗衣机容量多为4-5公斤，6公斤的大容量尚很少见。现在，7公斤的容量已经很普遍，8公斤也正常。现代人居空间不断扩大，对宽敞、舒适、方便要求更多，大能容小，大容量洗衣机一台可顶一套。业内人士表示，尖端洗涤技术的革新，所表现出的洗衣方式更加注重健康和个性化，已在市场发展中倍受欢迎。1.4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，大多洗衣的厂家都注重各自品牌的洗衣机的特长，突出一两个与别的洗衣机不同的个性化的功能，洗衣机的各项功能是由单片机控制实现的，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。1.5课题研究的内容洗衣机的洗涤原理是以模拟人工洗涤衣物为基础发展而来的，即通过翻滚、摩擦、水的冲刷等机械原理以及洗涤剂的表面活化清洁作用，将附着在衣物上的污垢除掉，以达到清洁衣物的目的。 目前，大多数的洗衣机都以单片机为核心来控制电路来控制电动机、进水阀、排水阀、数码显示管、及蜂鸣器的电压输出，使洗衣机根据程序进行工作。 本文在设计洗衣机的控制系统时，洗衣机通过控制系统设定洗衣程序，在内桶自动完成注水、洗涤、漂洗、排水和脱水全过程。洗衣时，控制系统将打开进水电磁阀，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信号，通知控制系统关闭进水电磁阀，同时启动电机洗衣。电机在控制系统下进行正转、停、反转，通过传动机构带动波轮执行洗涤程序；当洗涤时间结束了，控制系统将切断电机电路，打开排水电磁阀，开始排水；然后再次注水，洗衣进入漂洗状态，完成漂洗程序(通常为2次漂洗)；漂洗排水结束后，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，同时蜂鸣器报警，通知用户整个洗衣过程结束。本设计要实现的功能有：（1）参数的输入：通过衣物的数量、重量和质地确定洗涤的时间、漂洗次数、脱水时间，然后通过按键输入具体的参数。（2）洗衣状态和时间的显示：运用数码显示管会带来许多方便，它可以用来显示用户所处的洗衣功能状态以及所剩时间。（3）水位检测的实现：洗衣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传递给单片机，单片机根据水位的情况来确定下一步做什么。（4）洗衣过程的实现：一般的洗衣过程包括注水、洗涤、漂洗、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。（5）洗衣完毕的通知：当洗衣过程结束后，蜂鸣器就会自动报警通知用户洗衣完毕。2全自动洗衣机的设计方案2.1按键中高低水位过程浸泡洗涤脱水漂洗标准快速轻柔程序启动/暂停电源开/关K1K2K3K4K5图2-1洗衣机面板图（1）水位K5按键用户根据衣量和种类进行布量感知，根据需要调节适当的水位。每按键一次，水位按照“低中高”循环。（2 ）过程K4按键表2-2洗衣方式的选择浸泡洗涤漂洗脱水接通电源000按1次按键0按2次按键00按3次按键0按4次按键00按5次按键0按6次按键0000按7次按键000按8次按键00表格中“0”表示要运行的步骤，空格表示没有该步骤运行。第1次按键实现洗涤、漂洗、脱水步骤；第2次按键只实现脱水功能；第3次按键实现漂洗、脱水步骤；第4次按键实现洗涤、漂洗步骤；第5次按键实现只洗涤步骤；第6次按键实现动态浸泡20分钟后进行洗涤、漂洗、脱水；第7次按键实现动态浸泡20分钟后洗涤、漂洗步骤；第8次按键实现动态浸泡20分钟后只进行洗涤步骤。（3）程序K3按键按1次键选择“标准”模式，按第2次选择“快速”模式，按第3次选择“轻柔”模式，依次循环。（4）启动/暂停K2按键接通电源后，要使本机开始工作，必须按下“启动/暂停”按键（工作指示灯闪烁）；第2次按下可以使正在工作中的洗衣机暂停或改变程序（工作指示灯长亮）；第3次按下，可以恢复正常，依次循环。（5）电源开/关K1按键用来开关/电源，洗衣结束后10秒后或者暂停10分钟后电源自动断电。2.2洗衣机自检洗衣机上电后，先进行自检，包括检查安全开关，排水阀状态，进水阀工作过程，电机的运转等，若发现异常现象则蜂鸣器响，报警灯亮。洗衣机完成一次洗衣过程所要的步骤：(1) 进水动作：在进行洗涤时，盛水桶内的水量必须达到水位系统预设。洗衣机的进水和水位判断，是通过水位进水阀和开关的开合来控制的，当桶内没有水没到预设水位时，单片机程序将控制进水阀打开，进行注水，当桶内的水位达到设定水位时，水位开关闭合，程序就可进入下一步处理。(2) 排水动作：进入洗涤动作后、脱水动作前应先排水。洗衣机能够根据实际水量对排水进行动态控制。(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，脱水是通过电机的高速正转来实现的，同时要求排水阀一直打开。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。脱水结束后，发出报警，并自动关闭排水阀。(5) 脱水不平衡处理：进行脱水处理，电机要进行高速单向正转，若此时衣物偏向于一边，脱水桶会因离心作用力的原因，在很短的时间内碰撞安全开关装置，使安全开关瞬时的关闭和断开。此时要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。通过这一动作的插入，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，等用户手动打开洗衣机将衣物放置均匀再盖上桶盖，则继续进行脱水。2.3洗衣程序（1）洗涤过程通电后，若不选择洗衣周期，则洗衣机从洗涤过程开始。进入洗涤过程，首先进水阀接通，开始向洗衣机供水，当到达要求水位时，进水阀断电关闭，停止进水；电机接通，带动波轮旋转，形成洗衣水流。电机进行进行“正转停反转停”循环运动，可以形成往返水流，有利于洗涤衣物。（2）漂洗过程洗涤过程结束后，洗衣机排水阀接通，排出带有泡沫的脏水，排水结束后，洗衣机进水阀再次接通，开始向洗衣机供水，当达到水位要求时，进水阀关闭，停止进水，电机接通，进行“正转停反转停”循环运动。漂洗衣物，重复漂洗2次。（3）脱水过程洗涤或漂洗过程结束后，电机停止转动，排水阀接通，开始排水。排水阀动作的同时，电机也接通，使电机可以带动内桶转动。当水位低到一定值，再经过一段时间后，电机开始正转，带动内桶高速旋转，甩干衣物。2.4显示洗涤、漂洗及脱水时间都通过倒计时的方式显示在3个LED上，依次为分位，秒十位和秒个位，此外，还有发现异常现象时错误信息的显示。3硬件电路的设计针对其功能，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。3.1 总体方案设计本次设计以MCS-51单片机为核心，其控制的对象包括：进水阀、排水阀、电机、报警器、显示器。我们根据不同的洗衣程序来设定这些对象它们不同的工作状况和工作时间，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。按键用来控制程序的运行和设置洗涤模式；发光二极管用来指示洗衣机的运行状态；蜂鸣器用来进行程序运行提示及故障报警。设计由电源、机械控制电路和数字控制电路三大模块构成的控制系统，实现整个洗衣过程的控制。洗衣过程主要包括洗涤过程、漂洗过程、脱水过程。根据洗衣过程的要求，控制程序设计主要包括主程序、内部定时中断服务程序、外部服务中断程序的设计。3.2器件及其原理介绍采用51系列单片机作为控制核心，主要包括电源部分、功能参数设置及控制电路、洗衣机状态显示及输出控制电路。主要组成部件有：单片机、译码器、指示灯、电动机、LED显示器、蜂鸣器、电磁阀以及按键等。根据洗衣机的基本功能，硬件电路设计需要考虑洗衣机的进水、洗涤、漂洗、排水、脱水等问题，及时间设定长短、工作时间或剩余时间的显示、工作过程中的暂停、启动、复位、洗完后的报警等问题【9】。设计出系统组成框图3-1。各框图的作用(1) 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一块芯片上，主要包括中央处理器CPU、数据存储器RAM、程序存储器ROM、输入/输出接口电路及计时、扫描、分频、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10。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。（2）直流电源电路这是为单片机及其外围控制电路提供直流电源的电路，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11。LED显示电路水位检测读取键盘MCS-51变压器整流滤波稳压洗衣机状态显示指示灯电机正转电机反转进水阀排水阀 双向晶闸管 触发电路蜂鸣器启动键图3-1系统组成框（3） 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。（4） 显示电路显示电路来显示洗衣机工作状态。74LS138译码器为3-8译码器，选用它可以解决I/O口线数量不足的问题12。（5）负载驱动电路 该电路多由双向可控硅及触发电路组成。双向可控硅作为无触点开关控制电机等负载的通断及运行13。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。（6）报警电路 此电路在洗衣机中起提示和报警的作用。根据程序设计和软件设置，当洗衣结束后，洗衣机将发出蜂鸣声以提示用户洗衣完成。（7）水位开关和安全开关电路 水位选择开关，用户根据需要选择水位，在进水期间，系统不断检测，当到达设定水位时就停止进水。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。3.3 主控电路的设计3.3.1 AT89C51的简介本次设计中，系统将选择使用的AT89C51单片机。在众多的51单片机系列中，AT89系列单片机在我国也得到极其广泛的应用，越来越受到人们的瞩目14。AT89系列单片机是美国Atmel公司的8位Flash单片机产品。AT89C51是一种4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器(FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory)的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。它的最大特点是在片内含有Flash存储器，Flash存储器是一种可以电擦除和电写入的闪速存储器(简记为FPEROM)，在系统的开发过程中可以十分容易地进行程序的修改，使开发调试更为方便。AT89 系列单片机以8031为内核，是与8051系列单片机兼容的系列，Atmel89系列单片机有许多型号，可分为标准型号、低档型号和高档型号3类。系统将选用的AT89C51是属于标准型单片机。标准型89系列单片机是与MCS-51系列单片机兼容的。标准型系列在内部含有4KB或8KB可重复编程的Flash存储器，可进行1000次擦写操作。全静态工作为033MHz，有3级程序存储器加密锁定，内部含有128256字节的RAM、32条可编程的I/O端口、2个16位定时器/计数器、68 级中断，此外有通用串行接口、低电压空闲模式及掉电模式8。3.3.2 AT89C51的引脚图及总线结构图介绍AT89C51的引脚功能：（1）电源引脚VSS和VCC(1) VSS(20脚)：接地引脚。(2) VCC(40脚)：电源接入引脚，一般接+5V电源。（2）外接晶体引脚XTALl和XTAL2(1) XTALl(19脚)：放大器的输入端。(2) XTAL2(18脚)：放大器的输出端。（3）输入/输出引脚P0口、P1口、P2口和P3口 P0口(P0.0P0.7共8条引脚，即3932脚)：双向8位I/O口。没有内部上拉电阻器，输出电平时，需用户在引脚接上外部上拉电阻器。在访问外部存储器时，可分时用做低8位地址线和8位数据线。P0口做输出口用时，每只引脚均可驱动8个LSTTL负载。若某引脚想做输入脚用，则必须先将1写入该引脚。P1口(P1.0P1.7共8条引脚，即l8脚)：双向8位I/O口。具有内部上拉电阻器，可驱动4个LSTTL负载。若某引脚想做输入脚用，则须先将1写入该引脚。 P2口(P2.0P2.7共8条引脚，即2128脚)：双向8位I/O口。具有内部上拉电阻器，可以驱动4个LSTTL负载。在访问外部存储器时，它送出高8位地址。 P3口(P3.0P3.7共8条引脚，即1017脚)：双向8位I/O口。具有内部上拉电阻器，可驱动4个LSTTL负载。若某引脚想做输入脚用，则须先将1写入该脚。P3口引脚具有特殊功能。3.3.3 AT89C51外围辅助电路设计（1）振荡电路单片机中振荡电路就像一个大钟，指挥着什么时候时针动，什么时候分针动，什么时候秒针动，都有严格的规定，一点都不能乱。单片工作时一条一条的读取指令，然后一步一步的执行。单片机内部有一个用于构成片内振荡器的高增益反相放大器，引脚XTAL1和XTAL2分别是该放大器的输入端和输出端。如果在NCS-51单片机的XTAL1和XTAL2引脚之间接晶体谐振器，便会产生自激振荡，即可在内部产生与外加晶体用频率的振荡时钟，以XTLA2输出时钟信号。AT89C51的最高工作频率为24MHz。振荡频率越高便是单片机运行的速度越快，但同时对存储器的速度和印刷电路板的要求也就越高【15】。一般情况下，选用频率为612Mhz的晶振。一般情况下对电容的大小没有严格的要求，但是其大小也会影响振荡器的稳定、振荡器频率的高低、起振的快速性和稳定性。一般外接石英晶体时，和一般取30pF10pF，外接陶瓷谐振器时，和一般取40pF10pF。本文采用12MHz的晶振，电容取30pF。图3-2振荡电路图（2）复位电路单片机的复位是使CPU和系统的其他功能部件处于一个初始状态。任何单片机工作之前都要有个复位的过程，在单片机复位期间，程序还没有开始执行，是在做准备工作。复位操作有按键手动复位和上电复位两种方式。上电复位是外部的复位电路在系统通上电源后直接使单片机工作，单片机的起停通过电源控制。手动复位是在复位电路中设计按键开关触发复位电平，控制单片机复位。一般都用上电复位电路。上电自动复位原理：通电时，电容两端相当于短路，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，如图3-3所示：图3-3 复位电路图（3）单片机最小系统图如图3-4所示：图3-4 单片机最小系统3.4各部分电路的设计3.4.1 电路驱动设计(1)驱动芯片ULN2803ULN2803驱动芯片为高电压大电流八达林顿晶体管阵列，该阵列系列的八达林顿晶体管是低逻辑电平数字电路(如TTL、CMOS或PMOS/NMOS)和大电流高电压要求的灯、继电器、打印机和其它类似负载间的接口的理想器件16。在电路中能起到大电流输出和高压输出作用。广泛用于计算机，工业和消费类产品中。所有器件有集电极开路输出和用于瞬变抑制的续流箝位二极管。ULN2803的设计与标准TTL系列兼容16。其工作参数如表3-1所示，结构如图3-7所示：表3-1 ULN2803工作电压及工作环境额定值符号值单位输出电压V050V输入电压V130V集电极电流-连续LC500mA基极电流-连续LB25mA工作环境温度范围LA0至+7。C保存温度范围Tstg-55至+150。C结温TJ125。C(2)驱动电路的设计控制洗衣机的进水阀、排水阀和电动机的正反转。完成洗衣机的进水、排水以及驱动电机洗衣功能。单片机I/O口直接与驱动芯片ULN2803连接，将信号放大后驱动晶闸管的导通和关断，具体电路如图3-8所示：洗衣机完成衣物检测或手动设置洗衣程序后，进水阀打开，当水位检测电路检测水位达到预定高度时，进水阀关闭停止进水。在整个进水过程中，若进水阀打开时间超过15分钟水位检测电路仍未检测到水位达到预定高度，洗衣机将会报警并暂停水，等待故障排除。如果无故障，当进水满后关闭进水阀，启动电机开始洗涤。洗涤程序结束排水阀将会打开，进入脱水程序。3.4.2 水位电路检测全自动洗衣机水位监测的作用主要是控制洗衣机水位的高低。一般情况下，全自动洗衣机的水位监测开关只有2个插片。两插片的触点在没有受到水压时是断开的。洗衣机接通电源后，按下洗衣机电源键，进水阀得电吸合打开，洗衣机自动进水。当洗衣桶的水位达到预置水位开关时，洗衣桶外壁连接的一根塑料软管与水位控制开关的连接时准密封状态，洗衣桶进水后，随着水位的升高，塑料管内空气被压缩，空气压力增高，推动气压顶杆膜片，使微动压力开关动作，水位控制开关的两点接触断开，关闭进水阀。同理，洗衣机执行完成一次洗涤程序后，运用排水阀将水排出，随着洗衣桶内的水位降低，水位控制开关压力腔的气压降低，橡胶薄膜囊在复位弹簧的弹力下，微动压力开关被恢复成原来的常开状态。进水电磁阀得电吸合，洗衣机开始第二轮的进水洗涤。3.4.3 开关电源电路设计开关电源为单片机供电，原理图如图2-8所示。交流220V电源经变压器降压再经过电力二极管整流、滤波后产生直流电压，输入到集成稳压器7805组件的输入端，7805输出稳定的+5V电压，为单片机供电。7805稳压器一种三端固定正集成稳压器，有输出端、输入端和接地端三个引出端，输入极限电压为36V，最低输入电压为输出电压的3-4V以上，最大的输出电流为1.5A，内部设置有过流保护芯片过热保护及调整管安全工作区保护电路，所以使用安全可靠17。在降压电路中应该注意一下事项，输入输出压差不能太大,太大则转换效率急速降低，而且容易击穿损坏；输出电流不能太大，1.5A 是其极限值，大电流的输出，散热片的尺寸要足够大，否则会导致高温保护或热击穿；输入输出压差也不能太小,大小效率很差。3.4.4 键盘输入及其显示电路的设计显示电路主要由2个数码管、8缓冲数码驱动器74LS240以及I/O扩展芯片8255组成。（1）可编程I/O接口芯片82558255内部结构8255具有3个可编程并行I/O端口，A口、B口和C口。这个8位I/O端口的功能完全由编程决定，但每个口都有自己的特点。A口有三种工作方式：方式0、方式1、方式2。B口有两种工作方式：方式0、方式1。8255引脚结构及功能1）数据总线：D0-D7、PA0-PA7、PB0-PB7、PC0-PC7，此32条数据线均为三态双向，其中D0-D7用于传送CPU与8255数据传送的通道，进行的命令与数据传递，PA0-PA7、PB0-PB7、PC0-PC7分别与A、B、C3个接口对应，用于8255与外设之间数据的传递。2）控制线：RD、WR、RESETRD: 读信号线，输入信号线，低电平有效。当这个引脚为低电平时（即WR=0且CS=0），允许8255通过数据总线向CPU发送数据或状态信息，即CPU对8255进行读取信息或数据。WR: 写入信号，输入信号线，输入端低电平有效。当这个引脚为低电平时（即WR=0且CS=0），允许CPU将数据或控制写入8255，即CPU对8255进行写操作。RESET: 复位信号，当该输入端处于高电平时，所有内部寄存器（包括控制寄存器）均被清除，所有I/O口均被置成输入方式，24条I/O引脚为高阻状态。3) 寻址线：CS、A0、A1CS: 芯片选择信号线，当这个输入脚为低电平时（CS=0），允许8255与CPU进行通讯，表示芯片被选中，当CS=1时，8255无法与CPU做数据传输。A0、A1：这是两条输入信号线，通常一一对应接到地址总线的最低两位A0和A1上。当CS有效时，这两位的4中组合00、01、10、11分别用来选择A、B、C口和控制寄存器，所以一片8255共有4个地址单元。（2）数码驱动器74LS240 74LS240是原码三态输出的8缓冲数码驱动器，其管脚分布图如2-10图示，G为控制端，又称为使能端，其工作原理如下：当G=0时，A输入为低电平时，Y输出也为低电平。当G=0时，A输入为高电平时，Y输出为高电平。当G=1时，A不论输入高电平还是低电平Y为高阻态。（3）LED显示器由半导体发光二极管组成的八段数码管(LED)是单片机应用产品中最常用的廉价输出设备。它由8段发光二极管按一定的规律排列而成。当某一发光二极管导通时，相应的一个点或一个笔画被点亮，控制不同的组合的二极管导通，就能显示出各种字符。发光二极管的阳极连在一起的称为共阳极显示器，阴极连在一起的称为共阴极显示器，如图3-5(b)所示。一位显示器的8个发光二极管用ag表示，dp表示小数点的亮与暗。如图3-5(a)所示。这种笔画式的八段显示器能显示的字符较少，字符的形状有些失真，但控制简单，使用方便。系统的显示器主要是显示洗衣剩余时间。74LS240是一个反向驱动器，它把由8255输出的电平信号进行一次反向输出低电平，这是由于显示电路中的数码管显示器是共阴极所造成的。(a)外形结构 (b) 共阴极图3-5 八段数码管图（4）显示电路的设计LED显示器采用共阴极，由8255的PA口提供位选码，PB口提供段选码。PA口与8缓冲数码驱动器74LS240连接后再接入数码管，PC口接入数码管，驱动数码管显示17。（5） 8255与单片机接口电路设计由单片机送出要显示的信息到8255的PB口(PB口的端口地址是0FF7DH)，通过PB0和PB1送出字符信息和时钟。其2位显示器都收到字符信息，具体哪一位亮就取决于共极信号。这时就要由PA口(PA口的端口地址是0FF7CH)送出的共极信号来决定哪一位有效。PA口送出的地址经过74LS240反向来控制相应的位点亮18。3.4.5报警电路的设计在洗衣机中运行过程中起提示和报警的作用。根据程序安排和软件设置，当洗衣机遇到故障，洗衣机会发出间断的蜂鸣声提示用户，当洗衣完成后，洗衣机将发出5秒蜂鸣声以提示用户洗衣完成，具体电路如图3-6所示。图3-6报警电路的设计3.5 本章小结本章介绍了系统硬件电路的设计，由谐振式水位监测模块，LED显示模块，外围设备模块，主控电路模块，电源模块等模块构成，并详细分析了各个模块的组成及作用，介绍了所用主要芯片的特性及用法，并叙述了模块设计时的注意事项。基本实现了全自动自动洗衣机应具备的功能。384软件系统的设计4.1主程序的设计根据硬件设计要求，控制主程序流程图如图4-1示。洗衣机通电之后，单片机上电，首先进行程序的初始化，包括定时器0、外部中断0、外部中断1的初始化，以及各参数初始值的设定。然后扫描水位、程序、过程按键的状态，确定洗衣模式，洗衣机处于待命状态，控制指示灯显示洗衣模式，数码管显示预设洗衣时间。当发现启动键按下，洗衣机从待命状态进入工作状态。完成进水-洗涤-脱水-漂洗的循环过程。当洗衣结束时，控制蜂鸣器发声。表3-1为洗衣机系统控制表， 图3-1为洗衣机主程序流程图:根据用户洗衣的需要，我们设计洗衣机模式的时间，如表4-1：模 式 选 择浸 泡 时 间洗 涤 时 间电机转动时间/s漂洗脱水时间正转间隔反转时间次数标准30102282523轻柔3062282322快速032282122开始初始化允许中断扫描键盘报警？处理Y启动？N轻柔洗涤快速洗涤洗涤子程序漂洗子程序脱水子程序标准洗涤结束？NY返回图4-1系统主流程图4.2各子程序流程图4.2.1键盘扫描子程序洗衣机接通电源启动后，进行单片机进行系统的预设，如果没有按键操作，系统进行设定的程序进行运转，我们也可以根据衣物的多少来手动设定是选择洗涤模式、水位的高低。如图4-2键盘扫描子程序。入口保护现场判断是程序按键按下吗?读键盘恢复现场返回判断是过程按键按下吗?洗涤、漂洗、脱水模式选择NNYYY判断是水位按键按下吗?高、中、低选择N洗衣模式选择图4-2键盘扫描子程序4.2.2 洗衣功能子程序根据洗衣机洗衣功能的要求，可以设计为标准子程序、快速子程序、轻柔子程序三种洗涤方式。程序按钮选择， 标准：洗涤10分钟，漂洗2次每次5分钟，；脱水3分钟；轻柔：洗涤6分钟；漂洗2次每次3分钟，脱水2分钟；快速：洗涤3分钟，漂洗2次每次1分钟，脱水2分钟。图4-3洗衣程序流程图洗衣时间R3=10返回漂洗时间71H=5脱水时间72H=2漂洗时间71H=1洗衣时间R3=3返回脱水时间72H=2漂洗时间71H=3洗衣时间R3=6脱水时间72H=3返回标准子程序轻柔子程序快速子程序图4-3洗衣子程序流程图4.2.3 漂洗子程序洗衣机清洗衣物后，进入漂洗步揍。在漂洗阶段，漂洗灯亮进行提示，单片机首先自动判断是否有手动操作，如果有外部键入命令，则按照外部命令进行漂洗，如果没有键入命令，则按照系统设定的进行漂洗工作，等漂洗结束了，进入下一步脱水工作。如图4-4漂洗程序流程图入口漂洗灯亮判断是全自动调用漂洗子程序漂洗结束？漂洗灯熄灯确定漂洗时间返回YYNN图4-4漂洗子程序流程图4.2.4 脱水子程序洗衣漂洗后进入脱水阶段，和漂洗阶段原理相同，首先脱水灯亮，在系统判断是否有外部命令键入，如果有按照外部命令进行设定脱水时间进行脱水，如果没有则按照系统预设进行脱水工作。入口脱水灯亮判断是全自动确定脱水时间开排水阀置脱水转速启动电机停止电机灭脱水灯关闭排水阀返回脱水结束？NY显示脱水倒计时时间NY图4-5脱水子程序流程图4.3 外部中断中断程序设计为了防止外部电压过高或过低对洗衣机的电器及控制硬件产生破坏，用外部中断0进行保护，如图所示。当电压过高或过低时，引起外部中断0，洗衣机停止一切动作，进入保护状态。用外部中断1来实现洗衣过程停止工作。在洗衣过程中，当暂停键按下时，引起外部中断1，转入中断1处理程序。中断1处理程序将使洗衣机停止工作，并将停止前的动作存储起来。当按下启动键时，洗衣机又恢复工作。程序设计流程图如图4-6和4-7所示：中断入口关电动机报警中断入口中断返回相关寄存器进栈暂停否?相关寄存器出栈置外部中断控制字中断返回NY图4-6 外部中断0程序流程图 图4-7 外部中断1程序流程图4.4本章小结本章主要设计了基于AT89C51的自动洗衣机控制系统的软件设计，由主程序，键盘中断子程序，内部定时中断程序设计和外部中断程序设计等部分组成。对每个部分都进行了分析，画出了程序流程图，系统的软件设计思路清晰，简单易懂。5总结本课题设计的基于单片机的自动洗衣机控制系统集中体现了电子信息技术在人们日常生活中的应用。单片机在测控领域的应用技术，既有硬件设计又有软件编程，实现洗衣机的真正全自动控制，一个按钮就能完成洗衣的全过程。本设计系统的特点有：（1）本次设计合理的设计洗衣、漂洗、脱水的时间。既能保证洗净衣物又使洗涤时间短，减少衣物的磨损。使洗衣机具有智能化，最大限度地提高洗涤效果,节约能源及水量，使洗衣机达到高效节能的要求。（2）本设计还考虑到半自动适当的情况，用户可以根据自己的需求自由选择洗衣机的工作方式，例如：单洗涤、单漂洗、单脱水、只洗涤漂洗不脱水、只漂洗脱水等等功能。这一点是通过按键来实现的。