基于单片机的洗衣机控制电路设计毕业设计论文.doc

南昌大学共青学院毕业设计(论文) 目录基于单片机的洗衣机控制电路设计毕业设计论文目 录摘 要IABSTRACTII第一章 引言11.1课题的背景、目的和意义11.2国内外研究现状和研究成果2第二章 系统方案设计42.1 设计要求42.2 总体方案设计4第三章 元件和洗衣机功能介绍53.1 AT89C51简介53.1.1主要特性53.1.2 特性概述63.1.3 引脚说明63.2 L298电机驱动芯片73.2.1 L298引脚功能83.3 洗衣机控制电路系统的功能介绍9第四章 洗衣机控制系统的硬件设计114.1单片机辅助电路设计124.1.1复位电路的设计124.1.2振荡电路的设计124.2洗衣机功能电路设计134.2.1按键和开关134.2.2进、排水阀电路144.2.3显示电路154.2.4电机控制16第五章 洗衣机控制系统的软件设计225.1主程序流程设计225.2程序的执行235.3子程序流程设计23第六章 系统仿真266.1软件调试266.2系统仿真27结束语30参考文献31致谢32附录A 源程序33附录B 仿真图44 南昌大学共青学院毕业设计(论文) 第一章 引言第一章 引言1.1课题的背景、目的和意义1858年，一个叫汉密尔顿史密斯的美国人在匹茨堡制成了世界上第一台洗衣机，该洗衣机的主件是一只圆桶，桶内装有一根带有桨状叶子的直轴，轴是通过摇动和它相连的曲柄转动的。但这台洗衣机使用费力，且损伤衣服，因而没被广泛使用，但这却标志了用机器洗衣的开端。次年在德国出现了一种用捣衣杵作为搅拌器的洗衣机，当捣衣杵上下运动时，装有弹簧的木钉便连续作用于衣服。19世纪末期的洗衣机已发展到一只用手柄转动的八角形洗衣缸，洗衣时缸内放入热肥皂水，衣服洗净后，由轧液装置把衣服挤干。1874年，“手洗时代”受到了前所未有的挑战，美国人比尔布莱克斯发明了木制手摇洗衣机。布莱克斯的洗衣机构造极为简单，是在木筒里装上6块叶片用手柄和齿轮传动，使衣服在筒内翻转，从而达到“净衣”的目的。这套装置的问世，让那些为提高生活效率而冥思苦想的人士大受启发，洗衣机的改进过程开始大大加快。1880年，美国又出现了蒸气洗衣机，蒸气动力开始取代人力。经历了上百年的发展改进，现代蒸汽洗衣机较早期有了无与伦与的提高，但原理是相同的。现代蒸汽洗衣机的功能包括蒸汽洗涤和蒸汽烘干，采用了智能水循环系统，可将高浓度洗涤液与高温蒸气同时对衣物进行双重喷淋，贯穿全部洗涤过程，实现了全球独创性的“蒸汽洗”全新洗涤方式。蒸汽洗衣机之后，水力洗衣机、内燃机洗衣机也相继出现。水力洗衣机包括洗衣筒、动力源和与船相连接的连接件，洗衣机上设有进、出水孔，洗衣机外壳上设有动力源，洗衣筒上设有衣物进口孔其进口上设有密封盖，洗衣机通过连接件与船相连。1910年，美国的费希尔在芝加哥试制成功世界上第一台电动洗衣机。电动洗衣机的问世，标志着人类家务劳动自动化的开端。1922年，美国玛塔依格公司改造了洗衣机的洗涤结构，把拖动式改为搅拌式，使洗衣机的结构固定下来，这也就是第一台搅拌式洗衣机的诞生。1932年，美国本德克斯航空公司宣布，他们研制成功第一台前装式滚筒洗衣机，洗涤、漂洗、脱水在同一个滚筒内完成。这意味着电动洗衣机的型式跃上一个新台阶，朝自动化又前进了一大步。60年代的日本出现了带干桶的双桶洗衣机，人们称之为“半自动型洗衣机”。70年代，生产出波轮式套桶全自动洗衣机。70年代后期，以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，“模糊控制”的应用使得洗衣机操作更简便，功能更完备，洗衣程序更随人意，外观造型更为时尚。据2013-2017年中国洗衣机行业产销需求与投资预测分析报告1分析从全国范围来看，目前我国洗衣机市场普及程度已经超过了76%，其中城镇市场已经超过了96%，农村市场也已经超过了53%;随着国家开展家电下乡、扩大内需的政策，洗衣机企业将目光均投向了拥有较大消费潜力的农村市场。未来几年我国洗衣机市场需求增长空间将主要来自于：以城镇化和农村市场为主的首次需求，以及以城镇市场消费升级为主的更新需求;整个洗衣机市场需求在未来几年将继续保持温和增长态势。中国洗衣机业在发展的同时，一些问题也日益显露出来。特别是洗衣机行业规范标准不健全，科研开发能力弱，市场培育能力差，安全问题和健康问题严重等制约了行业的进一步发展和品质的提高。因此，中国洗衣机企业必须抓住新的发展形势，加大科技创新，注重节水节能，提高技术含量，加强售后服务水平打造有效推广策略，对洗衣机行业的国家标准进行统一规划，只有这样才能在新形势下立于不败之地。如今，钢材、铜、铝、树脂原材料价格上涨和产品售价下滑的双重压力正使国内洗衣机市场面临挑战，技术竞争逐渐成为推动市场发展的重要力量。高端滚筒洗衣机价格的大幅度下降是推动洗衣机市场增长的主要动力。节水、节能等环保意识的提高，是消费者进行洗衣机更新换代的重要因素，成为重要的增长点。1.2国内外研究现状和研究成果随着工业化的加速，世界各国也加快了洗衣机研制的步伐。首先由英国研制并推出了一种喷流式洗衣机，它是靠筒体一侧的运转波轮产生的强烈涡流，使衣物和洗涤液一起在筒内不断翻滚，洗净衣物。在引进英国喷流式洗衣机的基础之上，日本研制出独具风格、并流行至今的波轮式洗衣机。至此，波轮式、滚筒式、搅拌式在洗衣机生产领域三分天下的局面初步形成。由于电机调速技术的提高，洗衣机实现了宽范围的转速变换与调节，诞生了许多新水流洗衣机。此后，随着电机驱动技术的发展与提高，日本生产出了电机直接驱动式洗衣机，省去了齿轮传动和变速机构，引发了洗衣机驱动方式的巨大革命。之后，随着科技的进一步发展，滚筒洗衣机已经成了大家耳濡目染的产品。我国相关专家认为节水将成未来洗衣机重点发展方向，洗衣机产业目标主要涵盖节电节水、产品功能、绿色设计三大方向。在中国家用电器协会编制的冰箱空调、洗衣机的技术路线图中，就节电节水方面，制定了到 2015年，波轮式双桶洗衣机达到国家能效2级，波轮式全自动洗衣机达到国家能效1级，能效1级的滚筒式全自动洗衣机要达到欧盟A+等级耗电、耗水要求， 滚筒式洗干一体机要达到GB/T23118国标A级耗电、耗水要求。到2020年，滚筒洗衣机达到欧盟A+等级耗电、耗水要求，波轮式全自动洗衣机达到国标A+等级耗电、耗水要求，滚筒式洗干一体机达到国标A+等级耗电、耗水要求。在产品功能方面洗衣机的发展方向是大容量，低噪声、低振动。伴随着科技的进一步发展，相信新型更适合人们使用的洗衣机会给我们的生活带来新的方3南昌大学共青学院毕业设计(论文) 第二章 系统方案设计第二章 系统方案设计2.1 设计要求基于单片机的洗衣机控制电路的设计要求是要能使洗衣机分别在不同的工作模式下完成一次洗衣的过程。不同的工作模式工作过程也不一样，整个一次完整的洗衣过程大致可分为五个阶段分别是进水、排水、洗涤、漂洗、脱水。每个阶段的工作时间都可以通过相应的程序来设置，本设计要求洗衣机处于进水工作状态时，工作时间持续4分钟，当进水达到一定的水位后，进水阀关闭，停止进水；接着洗衣机进入洗涤工作状态并要求洗涤时间也要达到6分钟，洗涤工作完成时，洗衣机就要进行排水1分钟钟后水位降到一定的高度，要求排水阀关闭，进水阀打开，然后进行漂洗。这里设置了长漂洗时间为4分钟，短漂洗时间为2分钟，漂洗工作完成后要求洗衣机进入脱水状态，脱水工作持续2分钟，一次洗衣过程完成。洗衣机的工作模式这里分为四种分别是标准洗衣、经济洗衣、单独洗衣和排水洗衣，我们可以根据不同的情况选择不同的洗衣模式以达到节水节电省时的效果。当洗衣机处于洗涤状态时也要求有两种洗涤方式分别是强洗和弱洗。2.2 总体方案设计通过对设计要求的分析，总控制系统运用的是AT89C51单片机，利用该单片机设计的洗衣机控制电路系统主要有工作模式选择键、强弱洗涤选择键、水位开关、进排水阀、电机驱动电路和各种工作状态显示电路等组成。4南昌大学共青学院毕业设计(论文) 第三章 元件和洗衣机功能介绍第三章 元件和洗衣机功能介绍3.1 AT89C51简介AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压、高性能CMOS 8位微处理器，俗称单片机。AT89C2051是一种带2K字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000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和闪速存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。AT89C51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。封装及引脚排列如图3.1和图3.2所示： 图3.1 AT89C51封装 图3.2 AT89C51引脚排列3.1.1主要特性1. 与MCS-51 兼容2.4K字节可编程FLASH存储器 3. 全静态工作：0Hz-24MHz4. 三级程序存储器锁定5.1288位内部RAM6. 32可编程I/O线7. 2个16位定时器/计数器8. 5个中断源9. 可编程串行通道10. 低功耗的闲置和掉电模式11. 片内振荡器和时钟电路3.1.2 特性概述AT89C51 提供以下标准功能：4k 字节Flash 闪速存储器，128字节内部RAM，32 个I/O 口线，两个16位定时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89C51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。3.1.3 引脚说明VCC：供电电压P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P0口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的低八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须接上拉电阻。P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为低八位地址接收。P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下所示：1. P3.0 RXD（串行输入口）2. P3.1 TXD（串行输出口）3. P3.2 /INT0（外部中断0）4. P3.3 /INT1（外部中断1）5. P3.4 T0（计时器0外部输入）6. P3.5 T1（计时器1外部输入）7. P3.6 /WR（外部数据存储器写选通）8. P3.7 /RD（外部数据存储器读选通）9. P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的低位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的PSEN信号将不出现。EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2：来自反向振荡器的输出3.2 L298电机驱动芯片L298是ST公司生产的一种高电压、大电流电机驱动芯片。该芯片的主要特点是:工作电压高，最高工作电压可达46V；输出电流大，瞬间峰值电流可达3A，持续工作电流为2A；内含两个H桥的高电压大电流全桥式驱动器，可以用来驱动直流电动机和步进电动机、继电器、线圈等感性负载；采用标准TTL逻辑电平信号控制；具有两个使能控制端，在不受输入信号影响的情况下允许或禁止器件工作；有一个逻辑电源输入端，使内部逻辑电路部分在低电压下工作可以外接检测电阻，将变化量反馈给控制电路。3.2.1 L298引脚功能L298芯片引脚图3.3所示，引脚功能见表3.1。 图3.3 L298引脚图表3.1 L298引脚功能表引脚符号功能115SENSING ASENSING B此两端与地连接电流检测电阻，并向驱动芯片反馈检测到的信号23OUT 1OUT 2此两脚是全桥式的两个输出端，用来连接负载57IN 1IN 2输入标准的TTL逻辑电平信号，用来控制全桥式驱动器A的开关611ENABLE AENABLE B使能控制端，输入标准TTL逻辑电平信号；低电平时全桥式驱动器禁止工作 4Vs电机驱动电源输入端8GND接地端，芯片本身的散热片与8脚相通9Vss逻辑控制部分的电源输入端口1012IN 3IN 4输入标准的TTL逻辑电平信号，用来控制全桥式驱动器B的开关1314OUT 3OUT 4此两脚是全桥式驱动器B的两个输出端，用来连接负载3.3 洗衣机控制电路系统的功能介绍用AT89C51单片机控制自动洗衣机的运行，使其自动的完成进水、洗涤、漂洗、脱水等功能。不同的洗衣程序洗涤、漂洗、脱水所用的时间不同，要求设计能够实现以下功能：1、洗衣工作状态功能：强、弱洗涤。要求强洗时正反转驱动时间各为4S，间歇时间为1S；弱洗时正反转驱动时间各为3S，间歇时间为1S。2、洗衣程序功能：含4种独立程序，即标准洗衣程序、经济洗衣、单独洗衣、排水洗衣功能。标准程序是进水-洗涤-排水-进水-较长时间漂洗-排水-进水-较短时间漂洗-排水-脱水-报警。经济洗衣程序是进水-洗涤-排水-进水较长时间漂洗-排水-报警。单独洗衣程序是进水-洗涤-报警。排水洗衣程序是排水-脱水-报警。3、特殊功能：故障诊断、暂停、启动、盖开关保护、声光指示等。进排水系统故障自动诊断功能：洗衣机在进水或排水过程中，若在一定的时间范围内进水或排水未能达到预定的水位，就说明进排水系统有故障，此故障由控制系统测知并通过警报程序发出警报信号，提醒操作者进行人工排除。洗衣期间安全保护功能：洗衣机在脱水期间，若打开机盖时，洗衣机就会自动停止脱水操作。暂停功能：不管洗衣机工作在什么状态，当按下暂停键时，洗衣机需暂停工作，待启动键按下后洗衣机又能按原来所选择的工作方式继续工作。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。10南昌大学共青学院毕业设计(论文) 第四章 洗衣机控制系统的硬件设计第四章 洗衣机控制系统的硬件设计该洗衣机控制电路系统的硬件电路框图如图4.1所示，在该硬件系统中主要由核心单元电路、进/排水阀控制电路、电机控制电路、按键和开关电路、输出控制电路、特殊功能电路、电源电路等单元组成。 按键和开关输出控制电路电源电路电机控制电路进、排水阀电路特殊功能电路 CPU(AT89C51) 图4.1 硬件电路框图在设计过程中采用AT89C51作为控制核心。其中P1.0到P2.0分别控制标准经济、单独、排水、强洗、弱洗、洗涤、漂洗、脱水的LED指示灯。由于AT89C51每根I/O线的低电平驱动电流达到20mA，所有I/O线的总驱动电流达80mA,而这7个灯最多只有3个灯同时亮，每个灯只需3.5mA左右的电流，再算上其它I/O线的驱动电流，总电流也不会超过80mA,所以可这样直接驱动LED发亮；P3.0接程序选择键，P3.1接强弱选择键，P3.2接暂停/启动/解除警报键，P3.6接水位开关，用于进/排水过程中的水位控制，为CPU提供洗衣机水位信息，P3.7接盖开关，这是安全保护措施，P2.1来控制蜂鸣器，P2.2引脚来控制进水阀和进水状态显示灯，P2.3引脚来控制排水阀和排水状态显示灯，单片机的复位引脚RST接洗衣机的强制复位键。4.1单片机辅助电路设计4.1.1复位电路的设计单片机在启动时都需要复位，以使CPU及系统各部件处于确定的初始状态，并从初态开始工作。89系列单片机的复位信号是从RST引脚输入到芯片内的施密特触发器中的。当系统处于正常工作状态时，且振荡器稳定后，如果RST引脚上有一个高电平并维持2个机器周期以上，则CPU就可以响应并将系统复位。单片机系统的复位方式有：手动按钮复位和上电复位。上电复位是外部的复位电路在系统通上电源后直接是直接使单片机工作，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。工作原理是：单片机通电时，电容两端相当于短路，则RST上位高电平，然后电源通过对电容充电，RST两端电压慢慢下降，降到一定程度，即为低电平，单片机开始正常工作。上电复位时间要在10ms以上，才能保证上电，一般可以取电容的大小为10uF,电阻为1K。电路图如图4.2所示： 图4.2 复位电路4.1.2振荡电路的设计振荡电路对于单片机来说非常重要，没有晶振就没有时钟周期，没有时钟周期就无法执行程序代码，单片机就无法工作。单片机工作时时一条一条地从ROM中取指令，然后一步一步地执行。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。这个放大器与作为反馈元件片外石英晶体以及电容C1或C2构成并联振荡电路，接在放大器的反馈回路中。电容的大小没有严格的要求，但也会影响振荡器频率的高低、振荡器的稳定性、振荡的快速性和稳定性。外接石英晶体时，C1和C2一般取30pf10pf，外接陶瓷振荡器时，C1和C2一般取40pf10pf。本系统采用12MHz的晶振，电容取30pf。振荡电路如图4.3所示： 图4.3 振荡电路4.2洗衣机功能电路设计4.2.1按键和开关 图4.4 按键和开关电路1.强弱洗选择键K3：洗衣机的强弱洗可以通过该键来循环选择，系统默认下为强洗状态。2.程序选择键K2：通过该键可以选择不同的洗衣程序，可以选择的洗衣程序有标准洗衣、经济洗衣、单独洗衣、排水洗衣。系统默认下为标准洗衣。3.暂停/启动/解除警报键K4：在洗衣机未进入工作状态或处于暂停状态期间，该键用来启动洗衣机进入工作状态或恢复到原来的工作状态；在进入工作状态后，按触该键则进入暂停状态；报警期间，按该键停止报警，并回到初始的待命状态。4.水位开关：水满时开关闭合。在进水期间，系统不断检测该开关，若在4分钟之内检测到该开关闭合，则停止进水。否则认进水出故障，关闭进水阀，并警报提示；在排水期间，系统不断检测该开关，若在1分钟内检测不到该开关断开，则认为排水出故障，关闭排水阀，并警报提示，否则按正常处理。5.盖开关：脱水期间若打开机盖则该开关闭合，引起中断，洗衣机就会自动停止脱水操作，合上盖后又继续脱水。4.2.2进、排水阀电路进/排水阀电路图如图4.5所示： 图4.5 进、排水阀电路图在控制系统中，分别用P2.2和P2.3两引脚控制进水阀和排水阀的开启和关闭。当引脚被设置为高电平，电磁阀开启：当引脚被设置为低电平，电磁阀关闭。1.进水电磁阀主要包括电磁线圈、铁芯、橡皮膜和弹簧等功能部件。当P3.2引脚为低电平，进水电磁阀的线圈不通电，铁芯受弹簧力和自身的重力下压其顶端的橡胶膜压住橡皮膜的导流孔。此时，自来水进入到橡皮膜的上方，膜片受到水压而把出水口堵住。当P3.2引脚为高电平时，进水电磁阀的线圈通电，电磁力克服弹簧和铁芯的重力将铁芯向上提升，膜片中心的导流孔经出水口向洗地桶注水2.排水电磁阀主要包括电磁和排水阀两个部分电磁铁的主要作用是控制进水阀的开启和关闭，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（即控制洗衣机在洗涤和脱水中的转速）洗衣机排水时，置P3.3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P3.3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。4.2.3显示电路显示电路图如图4.6所示： 图4.6 显示电路1.LED指示部分：用10个LED指示各状态的运行。LED1指示电源状态，LED2到LED5分别用来指示标准程序、经济程序、单独程序、排水程序四种洗衣工作程序，LED6用于指示强洗状态，LED7用于指示弱洗状态，LED8用于指示洗涤状态，LED9用于指示漂洗状态，LED10用于指示脱水状态。2.蜂鸣器控制部分：通过CPU的P2.1输出频率为1KHz的脉冲信号来控制喇叭。当洗衣机出现故障或者当执行完洗衣机设定的程序后也会出现报警省声，提醒操作者执行人为操作。蜂鸣器的设计如图所示，使用了一支PNP三极管S8850来驱动蜂鸣器，当单片机的P2.1为高电平时，三极管不导通；当P2.1为低电平时，三极管导通，蜂鸣器获得了一个高电平信号，发出报警声音。在不发音的时候，置P2.1为高电平，阻止三极管导通，如图4.7所示： 图4.7 蜂鸣器电路4.2.4电机控制电机的选取：交、直流两用电动机现在比较常用的步进电机包括反应式步进电机、永磁式步进电机、混合式步进电机和单相式步进电机等。其中反应式步进电机的转子磁路由软磁材料制成,定子上有多相励磁绕组,利用磁导的变化产生转矩。现阶段,反应式步进电机获得最多的应用。常用单相交流感应电动机种类 在家用电器设备中,常配有小型单相交流感应电动机。交流感应电动机因应用类别的差异,一般可分为分相式电动机、电容启动式电动机、永久分相式电容电动机、罩极式电动机、永磁直流电动机及交直流电动机等类型。一般的三相交流感应电动机在接通三相交流电后,电机定子绕组通过交变电流后产生旋转磁场并感应转子,从而使转子产生电动势,并相互作用而形成转矩使转子转动。但单相交流感应电动机,只能产生极性和强度交替变化的磁场,不能产生旋转磁场,因此单相交流电动机必须另外设计使它产生旋转磁场,转子才能转动, 所以常见单相交流电机有分相启动式、罩极式、电容启动式等种类。 1.分相启动式电动机分相式电动机广泛应用于电冰箱、洗衣机、空调等家用电器中。该电机有一个鼠笼式转子和主、副两个定子绕组。两个绕组相差一个很大的相位角,使副绕组中的电流和磁通达到最大值的时间比主绕组早一些,因而能产生一个环绕定子旋转的磁通。这个旋转磁通切割转子上的导体,使转子导体感应一个较大的电流,电流所产生的磁通与定子磁通相互作用,转子便产生启动转矩。当电机一旦启动,转速上升至额定转速70%时,离心开关脱开副绕组即断电,电机即可正常运转。2.罩极式电动机罩极式单相交流电动机,它的结构简单,其电气性能略差于其他单相电机,但由于制作成本低,运行噪声较小,对电器设备干扰小,所以被广泛应用在电风扇、电吹风、吸尘器等小型家用电器中。罩极式电动机只有主绕组,没有副绕级（启动绕组）,它在电机定子的两极处各设有一副短路环,也称为电极罩极圈。当电动机通电后,主磁极部分的磁场产生的脉动磁场感应短路而产生二次电流,从而使磁极上被罩部分的磁场,比未罩住部分的磁场滞后些,因而磁极构成旋转磁场,电动机转子便旋转启动工作。罩极式单相电动机还有一个特点,即可以很方便地转换成二极或四极转速,以适应不同转速电器配套使用。3.电容式启动电动机该类电动机可分为电容分相启动电机和永久分相电容电机。这种电机结构简单,启动快速,转速稳定,被广泛应用在电风扇、排风扇、抽油烟机等家用电器中。电容分相式电动机在定子绕组上设有主绕组和副绕组（启动绕组）,并在启动绕组中串联大容量启动电容器,使通电后主、副绕组的电相角成90,从而能产生较大的启动转矩,使转子启动运转。对于永久分相电容电动机来说,均与启动绕组串接。由于永久分相电机其启动的转矩较小,因此很适于排风机、抽风机等要求启动力矩低的电器设备中应用。电容式启动电动机,由于其运行绕组分正、反相绕制设定,所以只要切换运行绕组和启动绕组的串接方向,即可方便实现电机逆、顺方向运转。 4.交、直流两用电动机 一般常用单相交流电动机,在交流50Hz电源中运行时,电动机转速较高的也只能达每分钟3000转。而交直流两用电动机在交流或直流供电下,其电机转速可高达20000转,同时其电机的输出启动力矩也大,所以尽管电机体积小,但由于转速高输出功率大,因此交直流两用电动机在洗衣机、吸尘器、排风扇等家用电器中得以应用。 此外,在直流电动机中还有一种结构更为简单、用在玩具上的电机,这种电机是用永久磁铁作固定磁场的电动机,在电子玩具、电动剃须刀、微型按摩器等日用小电器中得以广泛应用。直流电动机按励磁方式不同可分为他励、并励、串励和复励四种。下面一常用的他励和并励电动机为例介绍其机械特性、起动、反转和调速，他励和并励电动机只是连接方式上的不同，两者的特性是一样的，如图4.8所示。图4.8 洗衣机电机控制由于电动机一般是在额定状态下运行的，它的磁路已接近于饱和，所以在一定负载下，通常是减小磁通调速（N），转速上调（nnN）。调磁调速是恒功率调速，即转速升高后，输出转距必须减小，否则电枢电流Ia会超过原来的额定电流，使电动机发热烧坏。调磁调速的优点：1. 调速平滑，可得到无级调速；2. 调速经济，控制方便；3. 机械特性较硬，稳定性较好。对专门生产的调磁调速的电动机，其调速幅度可达到34倍改变电压U（调压调速 ）当保持他励直流电动机的励磁电流If为额定值时，降低电枢电压U，使转速n降低。由式可见，在一定负载下，U愈低，转速n愈小，但机械特性的硬度不变，见图4.9所示： 图4.9 电压调速曲线一般电动机都处在额定状态下运行，再进行调压调速时，为保证电动机的绝缘，一般是将电动机的电压下调UU N，而转速也下调nnN。调压调速是在额定电流下调速，是恒转距调速。调压调速的优点：1. 机械特性较硬，电压降低后硬度不变，稳定性较好。2. 调速幅度较大，其调速幅度可达到610倍。3. 可均匀调节电枢电压，得到平滑的无级调速。这里采用电压调节方式实现对直流伺服电机的调速。交流电机M2控制系统目前较常用的交流电动机有两种：1、三相异步电动机2、单相交流电动机。第一种多用在工业上，而第二种多用在民用电器上。三相异步电动机的旋转原理三相异步电动机要旋转起来的先决条件是具有一个旋转磁场，三相异步电动机的定子绕组就是用来产生旋转磁场的。我们知道，但相电源相与相之间的电压在相位上是相差120度的，三相异步电动机定子中的三个绕组在空间方位上也互差120度，这样，当在定子绕组中通入三相电源时，定子绕组就会产生一个旋转磁场，其产生的过程如图4.10所示。图中分四个时刻来描述旋转磁场的产生过程。电流每变化一个周期，旋转磁场在空间旋转一周，即旋转磁场的旋转速度与电流的变化是同步的。旋转磁场的转速为：n=60f/P 式中f为电源频率、P是磁场的磁极对数、n的单位是：每分钟转数。根据此式我们知道，电动机的转速与磁极数和使用电源的频率有关，为此，控制交流电动机的转速有两种方法：1、改变磁极法；2、变频法。以往多用第一种方法，现在则利用变频技术实现对交流电动机的无级变速控制。图4.10 三相异步电机工作图观察图还可发现，旋转磁场的旋转方向与绕组中电流的相序有关。相序A、B、C顺时针排列，磁场顺时针方向旋转，若把三根电源线中的任意两根对调，例如将B相电流通入C相绕组中，C相电流通入B相绕组中，则相序变为：C、B、A，则磁场必然逆时针方向旋转。利用这一特性我们可很方便地改变三相电动机的旋转方向。定子绕组产生旋转磁场后，转子导条（鼠笼条）将切割旋转磁场的磁力线而产生感应电流，转子导条中的电流又与旋转磁场相互作用产生电磁力，电磁力产生的电磁转矩驱动转子沿旋转磁场方向以n1的转速旋转起来。一般情况下，电动机的实际转速n1低于旋转磁场的转速n。因为假设n=n1，则转子导条与旋转磁场就没有相对运动，就不会切割磁力线，也就不会产生电磁转矩，所以转子的转速n1必然小于n。为此我们称三相电动机为异步电动机单相交流电动机的旋转原理单相交流电动机只有一个绕组，转子是鼠笼式的。当单相正弦电流通过定子绕组时，电动机就会产生一个交变磁场，这个磁场的强弱和方向随时间作正弦规律变化，但在空间方位上是固定的，所以又称这个磁场是交变脉动磁场。这个交变脉动磁场可分解为两个以相同转速、旋转方向互为相反的旋转磁场，当转子静止时，这两个旋转磁场在转子中产生两个大小相等、方向相反的转矩，使得合成转矩为零，所以电动机无法旋转。当我们用外力使电动机向某一方向旋转时（如顺时针方向旋转），这时转子与顺时针旋转方向的旋转磁场间的切割磁力线运动变小；转子与逆时针旋转方向的旋转磁场间的切割磁力线运动变大。这样平衡就打破了，转子所产生的总的电磁转矩将不再是零，转子将顺着推动方向旋转起来。要使单相电动机能自动旋转起来，我们可在定子中加上一个起动绕组，起动绕组与主绕组在空间上相差90度，起动绕组要串接一个合适的电容，使得与主绕组的电流在相位上近似相差90度，即所谓的分相原理。这样两个在时间上相差90度的电流通入两个在空间上相差90度的绕组，将会在空间上产生（两相）旋转磁场。在这个旋转磁场作用下，转子就能自动起动，起动后，待转速升到一定时，借助于一个安装在转子上的离心开关或其他自动控制装置将起动绕组断开，正常工作时只有主绕组工作。因此，起动绕组可以做成短时工作方式。但有很多时候，起动绕组并不断开，我们称这种电动机为电容式单相电动机，要改变这种电动机的转向，可由改变电容器串接的位置来实现。21南昌大学共青学院毕业设计(论文) 第五章 洗衣机控制系统的软件设计第五章 洗衣机控制系统的软件设计5.1主程序流程设计根据硬件设计要求，控制主程序流程图如图5.1所示:图5.1 主程序流程图上电复位初始化扫描K2、K3进水程序启动否是否4分钟内水位开关是否闭合是洗涤程序漂洗、脱水程序排水程序1分钟内水位开关是否断开是结束人工故障处理否否单片机上电，首先进行程序的初始化，包括定时器，外部中断等初始化，以及各参数初始值的设定。默认洗衣方式为标准强洗，漂洗次数两次。然后扫描剩余键盘的状态。确定强度和漂洗次数。当启动键按下以后，洗衣机进入待命状态，完成进水洗涤漂洗脱水报警的循环过程。5.2程序的执行从主程序框图中可以看出程序的基本流程，系统上电复位后，首先进行初始化，默认标准洗衣工作程序和强洗方式，然后扫描K2、K3键和启动键K4，这时洗衣机出于待命状态，通过K2、K3可以改变洗衣工作程序和强、弱洗衣方式。扫描过程中发现启动键K4按下时，洗衣机从待命状态变为工作状态。洗衣机进入工作程序后，系统根据flag_SEL_ChengXu的值来判断程序的选择，按下K2键flag_SEL_ChengXu的值自加1，flag_SEL_ChengXu的值为0时表示标准洗衣，flag_SEL_ChengXu的值为1时，表示经济洗衣，flag_SEL_ChengXu的值为2时，表示单独洗衣，flag_SEL_ChengXu的值为3时，表示排水，这时程序直接跳至排水操作程序段，执行单独排水操作，否则进入进水操作程序。进水操作将P3.2引脚为高电平时，进水电磁阀的线圈通电，电磁力克服弹簧和铁芯的重力将铁芯向上提升，膜片中心的导流孔经出水口向洗地桶注水。进水期间系统不断检测水位开关的状态，当检测到水位开关闭合时，说明进水已达到预定水位了，如果在规定的时间内没能检测到水位开关闭合的话，那就说明进水系统发生了故障，此时洗衣机退出洗衣工作状态，程序跳转到报警程序进行报警，提醒操作者进行故障处理。正常情况下，进水期间检测到水位开关闭合时，说明水位已经达到预定水位，这时洗衣机将进入下一个程序即洗涤程序。因为电机在洗涤或者漂洗工作状态时有正、反转和间歇三种状态，所以用Motors这个变量来控制电机的这三种状态，当Motors=0时电机正转，当Motors=1时电机停止，当Motors=2时电机反转。达到预定的洗涤时间后，系统进入下一条指令，进入排水操作，在排水过程中系统会不断检测水位开关，在规定时间内检测不到水位开关断开的话，说明排水系统有故障，程序跳转到报警程序进行报警，提醒操作者进行故障处理。5.3子程序流程设计1.洗涤过程流程图：按下启动按扭，开始进水，进水到规定高度，使水位开关接通，实现洗涤正转，并停止进水。在强洗状态下洗涤正转4S后，停止1S，开始反转4S（弱洗状态下是正转3S后，停止1S，开始反转3S），直到规定的洗涤时间结束，开始排水，由于排水，水位降低，当水位低于规定下限水位时，低水位开关接通，排水结束后并判断是否重复进行洗涤,若不需要，洗涤程序结束如图5.2所示：在规定时间内检测到水位开关闭合，开始洗涤根据过程代码获取电机正转-停止-反转的时间周期启动，开始进水电机动作暂停处理是否否是是否排水是结束结束苏fou 是否暂停是否继续时间到否是否重复洗涤否 图5.2 洗涤流程图2.脱水过程流程图：按下脱水按钮，洗衣机打开排水阀，电动机开始工作，在高速脱水过程中如果盖被打开，那洗衣机就会被强制停止，脱水时间结束后判定是否还要继续脱水，若不需要就表示脱水结束，警报提醒操作者脱水结束，如图5.3所示： 图5.3 脱水流程图25南昌大学共青学院毕业设计(论文) 第六章 系统仿真第六章 系统仿真6.1软件调试软件部分是用C语言在keil软件中编写的，且把它分成了好几个部分，编写好后对其仿真，仿真结果显示有一条错误，并指出程序中未对TR0变量进行定义，修改后再进行仿真结果显示0条错误，0条警告。把其生成hex文件并输入进单片机中，接着进行测试。刚开始时洗衣机各个工作状态对应的指示灯都正常显示，等了4分钟后洗衣机的工作状态才由洗涤进入到排水状态，由于考虑到答辩时需要演示给老师看而每个人的答辩时间都很短，所以我把洗涤工作时间由4分钟改成了20秒，结果不到2分钟就把洗衣机的所有工作都完成了，达到了预期的效果。6.2系统仿真如前面原理图介绍的一样，硬件部分比较简单，主要分为单片机的震荡和复位电路、按键开关电路、LED显示电路、电动机驱动电路以及蜂鸣器电路六个部分，通过结构化的程序设定基本实现了洗衣机的的进排水、洗涤、漂洗和脱水工作。其仿真图如图所示，图6.1为洗衣机处于进水工作状态，图6.2为洗衣机处于洗涤工作状态，图6.3为洗衣机处于漂洗工作状态，图6.4为洗衣机处于脱水工作状态。图6.1 进水图6.2 洗涤 图6.3 漂洗图6.4 脱水29南昌大学共青学院毕业设计(论文) 结束语结束语在科学技术日益发达的今天，现代社会对理论和实践兼备的专业型人才的要求越来越高，对从事通信和电子技术的研究人员尤为如此。一名合格的技术人员不仅要掌握扎实的理论基础，还必须积累丰富的实践经验和坚强的动手能力。毕业设计不仅仅是对大学四年以来所学知识的一种有效的全面检验，而且也是对独立完成任务的考验和能力的一种提升，也是把学到的理论知识和现场的实际工作经验又一次地相结合在一起，同时也使我熟练掌握了一项工程设计任务的方法和步骤。通过本次毕业设计也使我进一步提高了对一些软件的应用（如Proteus、Keil）、工程设计能力、理论计算能力、经济分析能力、外文阅读能力以及文献查阅和文字表达能力。对于在此次单片机控制系统应用中还存在一些问题，在控制电动机正反转设计中采用单片机进行控制，也存在一些缺点。本次设计过程中，通过在网上和文献期刊查阅了大量资料，通过与同学交流经验和自学并向老师虚心请教等方式，虽经历了不少艰辛，但收获巨大。总之，在进行毕业设计的过程中，我深刻体会到我的基础知识不是很扎实知识的深度和广度都还较为局限，例如我的文字表达能力，以及我的英语水平等。30南昌大学共青学院毕业设计(论文) 参考文献参考文献1 张毅刚.单片机原理及应用M.第二版.哈尔滨：高等教育出版社，2011.2 蔡明生.电子设计M.第一版.高等教育出版社，2005.3 李叶紫.单片机应用教程M.第二版.北京：清华大学出版社，2007.4 张靖武.单片机系统的Proteus设计与仿真M.北京：北京电子工业出版社，2007.4.5 谭浩强.C程序设计M.第三版.北京:清华大学出版社，2005.6 徐爱钧.基于Proteus虚拟仿真M.北京：北京电子工业出版社，2009.1.7 关德兴,冯文全.单片机外围器件使用手册M.北京：北京航空航天大学出版社，1998.4.8 顾伟.滚筒洗衣机机身移位特性分析J.振动、测试与诊断，2013，（33）.9 方亚明一种洗衣机漂水收集装置：中国，CN201320508924.3P.2014.1.29.10 张毅刚，彭喜源，谭晓均.MCS-51单片机应用设计M.哈尔滨：哈