滚筒式全自动洗衣机、性能设计、单片机、压力传感器[精选]

1、摘要全自动洗衣机是近年来经过不断地摸索与改进而制造出来的更贴近人们的生活，更能满足人们生活需要的洗衣机，但是其安全性与清洁性也有待提高，还存在着这样那样的问题。本设计针对全自动洗衣机中的安全性与清洁性问题展开探讨，以滚筒式全自动洗衣机为例，在其原有的工作基础上，通过电路与单片机的控制，辅佐以传感器，以求实现全自动洗衣机更安全更清洁的工作性能。本论文就改进滚筒式洗衣机的安全性与清洁性提出设计方案，主要内容为：1详细比较波轮式洗衣机与滚筒式洗衣机的工作过程与洗衣方式，通过比较，支出现代全自动洗衣机所存在的缺陷，展现选择滚筒式洗衣机的理由，表明此次设计所涉及的性能设计的方向；2分析滚筒式洗衣机的工作

2、原理与软硬件设计，展现本次设计所涉及到的所有全自动洗衣机的性能设计；3提出本次设计的设想，包括前期准备，资料调查，展现设计内容，包括硬件、软件的设计，单片机以及传感器的选择；4总结经验，提出结论以及展望。本次课题所涉及的洗衣机电路和性能并不复杂，利用stc89c52单片机，在输入软件程序后，就可以实现全自动洗衣机的功能。当然，本课题所设计的洗衣机性能并不能和市面上的洗衣机相媲美，但是也能够实现基本的功能。关键词：滚筒式全自动洗衣机、性能设计、单片机、压力传感器1. 引言 全自动洗衣机作为家用电器，已经走入了千家万户的生活中，成为了我们生活的必需品。目前中国的洗衣机市场需求特别大而且潜力巨大，人

3、们对洗衣机的要求也越来越高。目前洗衣机的功能很多，但是并不能完全满足人们的需求，这就要求设计者们在进行设计以及改进是更加贴近生活，符合民意，将人们的需求变为设计的根本，创造出更节能、更安全、更干净舒适的全自动洗衣机。目前的洗衣机市场竞争压力大，各个厂商在设计和制造时往往只能单一提现洗衣机的几个功能，体现出自己的个性化而并不能全面兼备。这就给我们带来了生活上的不便，我们需要更加智能而且全面的洗衣机。所以，本论文就全自动洗衣机的选择与性能设计进行讨论与设计。此次设计需要解决的问题有：如何选择本次设计的全自动洗衣机类型；分析此类全自动洗衣机的优缺点，提出课题设计方案方向；就全自动洗衣机的安全性与清洁

4、性进行设想与设计；单片机与传感器的选择、安置以及各自实现的功能；电路及控制系统的设计。1.1 课题的提出及意义本次所选择的题目为全自动洗衣机的性能设计。在我们日常生活中，全自动洗衣机主要可以分为波轮式洗衣机和滚筒式洗衣机。在选择洗衣机的类型之前，要对两种洗衣机的应用范围、工作方式、内部结构进行了解调查。通过走访邻里和网上调查，了解相对小样本下两种洗衣机的使用情况以及在使用过程中出现的一系列问题，根据使用数量的多少和出现问题的程度，选择使用量和出现问题较多的洗衣机。选题人自行调查两种洗衣机的工作方式、工作流程、工作原理以及软硬件的构成，自行观察两种洗衣机的实际运行过程以及运行结束后水、衣服的清洁

5、程度。通过对比两种洗衣机的运行过程以及运行模式，选择洗衣较为干净，运行更接近于手洗模式的洗衣机，选定为我们此次研究对象。通过选题人的对比和观察，此次研究对象选择为滚筒式全自动洗衣机。本课题针对于当下全自动洗衣机的研究现状以及能够实现的功能，结合自身的生活需求和常见问题，对于本课题选择的滚筒式全自动洗衣机的性能设计，提出不同于市面上主流洗衣机的性能需求。本课题针对于洗衣机的安全性能和清洁性能的设计，提出自己的设计思路，想要能够实现主流洗衣机性能要求的同时，能够更好的符合我们生活的需求。1.2 课题现状 在以前的生活中，人们只能通过不断重复的手动操作来洗衣服，整个过程十分劳累而且时间很长。后来，人

6、们发明了洗衣机来大题手工洗衣，洗衣机也经历了越来越智能的蜕变。随着洗衣机越来越智能化，也越来越解放人们的双手和生活，可以说，洗衣机的一代代进步，改变了人们的生活方式。进入21世纪以来，各大厂商研制出了各类智能全自动洗衣机，可以根据不同的洗衣情况，以及不同的水温、水位，从而选择出最佳的洗涤程序。此外，现代的全自动洗衣机还被研发出了更加接近人类手洗程度的功能，或者是更加贴近人们生活的智能洗涤程序，而这些功能都可以通过一个小小的按键来实现操作。另外还有专门针对婴儿、妇女等特殊群体的洗衣机，以及定位不同档次的洗衣机。随着现在智能家居的概念普及开来，很多厂商在研发产品的时候都着力于更加智能化，力求通过自

7、己的产品为人们带来“智慧”的洗衣体验。现代的全自动洗衣机大致可以分为以下几种：按自动化程度分为： 1、普通型洗衣机： 各功能的转换都需要手动操作； 2、半自动型洗衣机：在使用过程中，任意两个功能能够实现自动转换； 3、全自动型洗衣机：各功能间的转换全部自动完成。 按结构原理分类来分为： 1、波轮式洗衣机：通过波轮旋转，洗涤液在波轮带动衣物旋转翻动的同时清洗衣物； 2、滚筒式洗衣机：具有套筒装置，滚筒绕轴心旋转并带动衣物翻滚，模拟手洗时的重复摔打过程，洗涤液在摔打过程中进入衣物从而进行清洗； 3、搅拌式洗衣机：采用立式洗衣桶，在桶的中央置有一根装有搅拌桨的垂直立轴。轴在旋转时就爱那个洗涤液搅拌进

8、入衣物，实现清洗功能； 4、喷流式洗衣机：在立桶的侧壁装有波轮。电动机起动带动侧壁波轮旋转，利用具有清理冲击力的水流将衣物在洗涤液中甩打、抛掷、揉搓、冲刷，实现清洗功能。 本课题选取了两种市面上主流的全自动洗衣机作为选择对象进行对比选择，分别是波轮式洗衣机和滚筒式洗衣机。在课题开始前，我们将这两种洗衣机的性能和问题进行了详细的对比。 1.3.1 波轮式洗衣机 波轮洗衣机在立桶的底部安装有一个圆形的波轮，上面有突出的立棱。在洗衣机启动后，电机带动波轮的旋转，通过电机的正反转，桶内形成同向旋转的漩涡，衣物在桶内的水中进行摩擦，在洗涤剂的作用下实现去污清洗。 波轮式洗衣机的特点： 1、波轮转动带动的

9、水流对衣物的损伤较小；2、利用单片机进行控制，简单易操作；3、内桶材质为不锈钢； 4、洗衣使用同心洗功能； 5、如果型号为变频波轮式洗衣机，就可以对针对不同衣质的衣物选择不同的电机转速，从而选择出最佳的洗涤条件，既能保证洗净衣物，又能最大程度的降低对衣物的磨损。 优点：单片机控制省时省力，洗衣速度较快； 缺点：相比较其他类型的洗衣机耗电、耗水，衣服容易出现缠绕，打结的情况。1.3.2 滚筒式洗衣机 滚筒洗衣机和波轮洗衣机一样具有不锈钢内桶结构，普遍也通过单片机进行控制，具有质地较好的外壳和内置平衡装置一同来平衡滚筒旋转时产生的巨大离心力，重复的洗衣运动加上洗涤液和水进行共同作用使衣物洗涤干净。

10、 滚筒式洗衣机具有如下性能： 1、水温的平衡可以更好地软化衣物纤维，减小洗涤过程中衣物的损伤和变形程度，并且还可以使洗后的衣物柔软而蓬松；2、洗涤过程中加热的水温可充分溶解洗涤液，加快洗涤液中弱酸性物质与污物的化学反应速度，提高洗衣粉中酶的活性；3、温度高有利于污物在水中的扩散；4、高温能有效的杀死一些细菌。优点：单片机的控制可以使得所有程序自行运转、衣物无缠绕，是最大程度地减小损耗衣物的洗衣方式。缺点：洗衣时间普遍较长。滚筒洗衣机在运行洗衣程序时机盖无法打开，添加衣物不方便。1.3.3 选取标准1、从洗衣时间来看：波轮时间更短；2、从省水省电来看：波轮耗水滚筒耗电；3、从衣物的磨损度来看，滚

11、筒洗衣机模拟手搓，洗净度均匀、磨损率低，衣服不易缠绕；。 综合以上的对比，滚筒洗衣机更能模拟人的手洗过程，更符合人们的生活需求，性能方面更加全面只能。本次课题选取滚筒全自动洗衣机进行性能设计。1.3.4 预定目标1、单片机控制，模拟洗衣机运转过程；2、四位共阳数码管显示当前洗衣或者脱水时间；3、利用电动机模拟洗衣机洗衣过程，包括洗衣和脱水，洗衣过程为正转5秒反转5秒，正转7秒反转7秒，脱水为同一方向高速运转；4、自锁开关模拟洗衣板打开，当洗衣机启动开始运行时，启动自锁开关；5、利用压力传感器量化压力值，当压力值到达后自定停止电机运转。2、 课题总体设计方案和工作原理2.1 单片机的选择 在本次

12、课题的设计中，主要的涉及的内容是单片机，我们需要用单片机和控制电路一起运行来控制我们所设计的洗衣机。当洗衣机发生损坏或出现故障的时候，如果不是外部机械系统的问题，就要从我们所设计的单片机控制系统和与其一起运行的控制电路入手检查。洗衣机内的单片机根据按键系统接受到的操作面板的动作指令，给其他元器件发出执行命令，使得电动机、进水阀、排水阀等通电运行；同时，单片机微控器还要监测洗衣机的各部件的工作状态，判定工作正常与否，一旦有异常，就立刻送出停止的命令。这些功能都是由电单片机微控器配合各种电路控制来实现。本次课题选择的是stc89c52单片机。stc89c52是一种低耗能、高性能cmos8微小型控制

13、芯片，具有8k个字节在系统可编程flash 存储器。使用atmel公司高密度非易失性存储器技术制造。单片机上flash允许程序存储器在系统上进行编程，同样可以用于其他普通编程器。在单片机控制芯片上，具有更加便利的8 位cpu 和在普通系统可编程的flash，这样使stc89c52可以为其他多种控制系统的设计上提供更加灵活、更加可行的解决方案。stc89c52具有如下标准功能： 8k字节的flash，256字节的ram，32 位的i/o 端口线。引脚图如图2.1.2所示：stc89c52显示进水控制排水控制电机控制按键图2.1 stc89c52引脚图2.2 电机部分 电机部分电路设计如图2.2所

14、示。电机为洗衣机的转动提供动力，它的转动带动套筒立轴的转动从而使得滚筒随之运转，对共同内衣物进行摔打，实现对衣物的洗涤。电机有正转.反转及停止3种状态。电机工作就是根据洗衣需求在这三种状态中不断地转换，从而实现洗涤。但只在脱水时处于高速旋转状态。电机电路如图2.2所示：图2.2 电机电路2.3 电源电路2.4 显示电路 本次课题选用四位共阳数码管，用来显示洗衣机在运行过程中所需要的洗衣时间，脱水时间。显示电路如图2.4所示：2.5 水位检测电路 水位检测模块通过水位传感器实现对桶内水位的检测。水位传感器可以见检测桶内水的位置，内置振荡电路，可以控制水位到达的位置，当水位满足需求时，关闭进水阀，

15、停止进水。如图2.5所示： 图2.5 水位检测电路2.6 电机正反转电路 正反转电路控制洗衣进程，洗涤动作根据电机周期性的正反转运动来进行。在洗衣、脱水过程中，控制电机执行“ 正转一停止一反转一停止”的运动。电机正反转电路如图所示：图2.6 电机正反转电路2.7 单片机的复位与震荡电路 在应用到单片机时，为了达到一个稳定的复位效果，需要复位电路。复位操作一般包含上电复位和开关复位。电容在两端通电后相当于短路情况，于是在rst引脚上形成高电平，然后电源通过电阻对电容充电，rst端电压下降到一定程度，即为低电平，单片机开始正常工作。上电复位的时间常数要在10ms以上，才能保证上电，一般可以取电容的

16、大小为10f，电阻为8.8k。如图2.7所示：图2.7 复位与振荡电路2.8 报警电路在洗衣机完成脱水工作后，会由蜂鸣器发出警报，对用户进行提示洗衣程序的结束。这里选择的是有源蜂鸣器，小巧简单，可直接使用5v直流电作为工作电压。如图2.8所示： 图2.2 报警电路2.9 按键电路按键电路属于输入电路，为全自动洗衣机的控制系统下达运行程序的命令，实现多个功能的输入如图2.9所示： 图2.9 按键电路3 系统的工作过程及控制3.1 标准的洗衣过程 洗衣开始电 机 运 转开进水阀进水洗涤结束？漂洗开始漂洗两次结束？脱水开始电机运转电机正转脱水结束？蜂鸣器报警洗衣结束ynnyny图 标准洗衣程序图 进

17、水过程在用户选择洗衣程序前，必须将滚筒内部盛满洗衣用水。洗衣机通过水位开关和进水阀的开闭进行控制进水以及停水过程。若桶内没有水或者水位达不到设定水位时,单片机将通过控制进水打开,开始加水而当桶内的水位达到设定的水位时,水位开关则受压力闭合,单片机则根据这一信息而停止注水。程序流程图如： 开始开关是否闭合打开进水阀开始计时水位开关闭合否？超过20分钟？吗？进水异常报警结束关闭进水阀图 进水过程程序图 洗涤漂洗过程 浸泡洗涤、洗涤、漂洗在选择的洗衣过程里需要电机正转、反转、停止时间的周期都是一样的。在洗涤和漂洗过程结束的最后15秒中，电机还需要进行快速的“正转一停一反转一停”处理过程。在不同的洗衣

18、过程中控制电机所执行的“正转一停一反转一停”的循环方式所需时间如下表所示：单位（秒）正转停反转停标准洗涤轻柔洗涤强力洗涤最后十五秒的快速洗 在洗涤过程中如果出现水位开关故障或者水位达不到预定要求，则需要打开进水阀进水一直到水位满足要求为止。洗涤过程中没有最后15秒的快速洗涤,而在洗涤和漂洗时则是有最后15秒的快速洗。程序流程如：洗衣开始电机正转电机反转电机停止剩余时间=0？进入漂洗yn电机停止图 洗涤程序流程图漂洗指示灯亮第一次漂洗第二次漂洗漂洗完成？漂洗指示灯灭漂洗结束进入脱水yn开始图 漂洗程序流程图 排水过程 洗衣机运行结束洗涤和漂洗进城后，就会运行排水过程，与此同时，单片机假如收到水位

19、压力开关断开的信号就可以结束排水,从而进入脱水程序。程序流程如： 图3.4 排水过程流程图 脱水过程 在洗衣机排水结束以后,就将进入脱水过程。脱水主要分间隙脱水和长脱水两种。首先进行的是间隙脱水。此在间隙脱水过程中电机按照“正转一停”的周期进行循环动作。长脱水过程则在间隙脱水过程结束之后运行，用户可以选择脱水的时间，在运行过程中电机将一直保持高速正转。 在脱水之前如果机盖处于打开状态，将无法运行脱水程序，报警装置进行鸣叫和显示报警。在脱水过程中如果检测到机盖打开，单片机会控制暂停脱水，报警装置并进行显示报警，脱水过程会在机盖闭合后继续进行。电机在脱水过程中保持单向正转，如果在这过程中衣物偏向于

20、一边，那么脱水桶就会因为离心力的作用，在非常短的时间内反复碰撞安全开关装置，使安全开关装置产生瞬间的关闭和断开，此刻需要进行脱水不平衡修正。程序流程如：开排水阀阀开电机脱水关电机、排水阀开蜂鸣器开始脱水洗衣结束ny盖板开否？暂停蜂鸣器报警盖板合闭？脱水结束？nyyn图 脱水洗涤程序流程图 其他智能控制现代的智能全自动洗衣机具有“童锁”功能。在洗衣机的控制面板上有一组组合键，在洗衣机运行时，用户按下组合键就可以锁定洗衣机。锁上后，按下任何控制面板上的按键洗衣机都不会运行相应的程序，即使关闭电源再接通，只要童锁未接触，洗衣机也不会运转相应程序。再次长按组合键就能解除童锁功能，洗衣机就可以继续运转其

21、他功能。在按下组合键后，单片机会取消按键的响应。，而当启用童锁后，系统就不会响应相应的按键程序，此时童锁标志亮起。系统会在解锁组合键出发后对童锁标示重新赋值，此时的按键功能将会被恢复。如图所示： 图 “童锁”示板图本次课题为了更加全面的实现全自动洗衣机在使用过程中的安全性能，增加了压力传感器。在洗衣机的机盖上增加压力传感器，在编写单片机程序的时候会设置压力的预定值，到达预定值以后，传感器会发送控制信号到达单片机，单片机以及控制电路共同作用，切断电动机的电源，使得洗衣机停止运转，并锁死机盖，无法打开。在执行下一个指令之前，五分钟以内洗衣机停止洗衣工作，无其他压力感应，洗衣机继续进行运行，直至洗衣

22、结束。压力传感器感受压力洗衣机运行电机停止运转机盖锁定洗衣结束4 调试4.1 硬件调试 单片机应用系统的调试过程分为硬件调试和软件调试。在设计完成以后需要先进行排除外部设备结构的故障再进行软件结合调试。在进行硬件调试前先进行静态调试。根据原理图，在通电前用万用表用万用表等工具检测电路，并核对元器件的型号、规格和安装是否正确，接下来再借助仿真器进行联机调试，分别测试扩展的ram、i/o口、i/o设备、程序存储器以及晶振和复位电路并改正其中的错误。第一步：在没通电之前先用万用表检查线路的正确性并核对元器件的型号、规格是否符合要求。特别注意电源的正负极以及电源之间是否有短路并检查地址总线、数据总线、

23、控制总线是否存在相互间的短路或其它信号线的短路。由于本系统的开发是基于曾经用过的单片机，所以此步骤不会发生故障。第二步：通电后检查单片机i/o的电位，测量各点电位是否正常。尤其是应注意单片机输出口的各点电位。若有高压将有可能损坏外部仿真电路，同样如果电压过低就没有能力驱动负载。第三步：将单片机信号输出接口与外部仿真电路接口连接起来，为软件调试做好准备。在硬件的调试过程中常见的硬件故障有：元器件失效：元器件失效的原因包括两个方面，一方面是期间本身在使用过程中因操作不当造成了损坏，另一方面是在购买其间的时候没有仔细检查，购买之处已经损坏。我们在调试过程中发现小电机在安装过程中出现了损坏。可靠性差：

24、引起系统不可靠的因素很多，如金属化孔、接插件接触不良会造成系统时好时坏，经不起振动；内部和外部的干扰、电源纹波系统过人、器件负载过大或热稳定性差等造成逻辑电平不稳定；另外，走线和布局的不合理等也会引起系统可靠性差。我们在调试的过程中发现单片机输出稳定的电压，但是硬件电路的显示器件的亮度不一、时亮时不亮。经查证主要是由于元器件的引脚过长和弯曲造成的电路不够稳定、i/o输出口的高低电平没有明确电源故障：电源故障包括电压值不符合设计要求，电源引出线和插座不对应，电源功率不足，负载能力差等。电压过高容易烧坏发光二极管，电压过低无法驱动负载。因此我们焊接了直流电源电路，使其输出稳定的电压。4.2 软件调

25、试软件调试与所选用的软件结构和程序设计技术有关。如果采用模块化程序开发技术，则逐个模块调好以后，再进行系统程序总调试。调试子程序时，一定要求符合现场环境，即入口条件和出口状态。调试的手段可采用单步运行方式和断点运行方式，通过检查用户系统cpu的现场、ram的内容和i/o口的状态，检测程序执行结果是否符合设计要求。通过检测，可以发现程序中的死循环错误、机器码错误及转换地址错误，同时也可以发现用户系统中的硬件故障、软件算法及硬件设计错误。在调试过程中逐步调整用户系统的软件和硬件。各程序模块调试好后，可以把相关的功能模块联合起来起进行整体综合调试。存储这个阶段若发生错误，可以考虑各子程序存储运行时是

26、否存破坏现场，缓冲区数据是否发生变化，标志位的建立和清除是否影响其它标志位的变化，堆栈区的深度是否不够，输入设备的状态是否正常等。 单步和断点调试后，还应进行连续调试，因为单片机的运行是在严格的时序下进行的，单步运行成功并不代表连续运行成功。待全部调试完成后，应反复运行多次。我们采用proteus仿真软件进行仿真调试。proteus软件是由英国lab center electronics公司开发并推广的eda工具软件。该仿真软件不但能够对eda工具软件进行仿真，而且还能够对单片机及其外围元器件进行仿真演示。深受广大单片机爱好者的喜爱。从最根本的原理图布图，到接下来的程序调试，再到到单片机与外围电路仿真。proteus软件具有其它eda工具软件例如multisim的功能。这些功能分别是：1) 原理布图：2) pcb自动或人工布线3) spice电路仿真革命性的特点：1) 互动的电路仿真，例如：键盘，马达，led。2) 仿真处理器及其外围电路。可以对51系列、avr型等市场上常用主流单片机进行仿真测试。还可以配合使用其他显示器件及输出设备，能大致看到运行后输入和输出的显示效果。proteus软件图然后根据所需器件在软件中选择出来proteus软件元器件选择界面放置到仿真图中，用连接线进行连接pr