基于单片机的小天鹅全自动洗衣机课程设计

目录摘要 IAbstract II1机械结构 1-1.1.1外箱体 1-1.1.2弹性支承结构 1-1.1.3面框 3-1.2洗涤脱水系统 3-1.2.1盛水桶 3-1.2.2洗涤脱水桶 3-1.2.3波轮 4-1.3.传动系统 4-1.3.1电动机 4-1.3.2离合器 5-1.3.3电容器 7-1.3.4电动排水牵引器 8-1．4进水、排水系统 9-1.4.1进水电磁阀 9-1.4.2水位开关 10-1.4.3排水电磁阀 11-二、系统原理图： 132.1单片机的复位电路 132.1单片机的复位电路 132.2单片机的时钟电路 142.3蜂鸣器报警电路 152.4电动机的控制电路 152.4.1继电器的作用 152.4.2电动机控制电路的工作过程 152.5进水/排水电路 162.5.1电动式排水牵引器 162.5.2排水电路工作原理 162.5.3进水电磁阀 162.5.4进水水电路工作原理 172.6开关复位电路 182.7设置/开始、暂停电路 192.8状态显示电路 202.9甩干时开盖暂停电路 202.10PCB板 21三、洗衣机程序 233.1主要内容 233.2主要功能 233.3程序介绍 23四．调试过程 344.1硬件设置 344.2程序调试 354.2.1程序分块调试 35五.测水的清澈度以检测洗衣干净程度 395.1方案一、用光电池 395.2方案二、水质浑浊度传感器 415.2.1浑浊度传感器的选择及简介 415.2.2浑浊度传感器的原理 425.2.4浑浊度传感器的器件选择与电路组成 435.3、冬天给水加温，加热器及测温系统 455.3.1加热系统 455.3.2测温系统 465.4电解水杀菌功能 495.5摆脱按键的繁琐，基于语音识别模块 49六小结 536.1问题解析 536.2设计心得 55七．参考文献 571小天鹅洗衣机的机械结构分析与研究小天鹅微电脑全自动洗衣机XQB47-2003G是指可以完成洗涤、漂洗及脱水过程的自动转换，通常采用套桶方式，即将离心桶（内桶）和盛水桶（外桶）同轴地套在一起，故又称为套桶式洗衣机。全自动洗衣机工作原理：在程控器的控制下自动完成洗衣的全过程。洗涤时，程控器将进水阀打开至水位达到设定值，电动机带动波轮旋转，使水及衣物完成洗涤或漂洗过程；排水时，程控器打开排水阀，将洗涤液或水排出；脱水时，程控器仍将排水阀打开，并使离合器动作，完成机械转换，电动机带动离心桶高速旋转，完成脱水过程全自动套筒洗衣机的其机械结构基本相同，如图1.1所示。主要由机械支撑系统、洗涤脱水系统、传动系统、进水排水系统等组成。图1.1洗衣机1.1机械支撑系统机械支撑系统包括外箱体、弹性支承结构、面框等部分。1.1.1外箱体外箱体是洗衣机的外壳，价格在100元到120元。主要是对箱体内部零部件起保护及支撑、紧固的作用。箱体正前方右下角装有调整脚，保证洗衣机安放平稳。箱体内壁上贴有泡沫塑料衬垫，用以保护箱体。箱体上部的四角处装有吊板，用于安装吊杆，电容器通过固定夹固定在箱体的后侧内壁上，电源线、排水口盖、后盖板等也固定在箱体上。1.1.2弹性支承结构全自动洗衣机脱水时，由于洗涤物的分布不均匀是不可避免的，高速离心脱水将使内外桶产生剧烈的震动和晃动，为此，常采用将外桶吊挂在机箱壳上的一种弹性支承结构来减震，即采用四根柔性吊杆将外桶吊挂在机箱的四个角上。全自动洗衣机采用的一种弹性支承结构外形如图1.2所示，内部结构如图1.3所示，吊板固定在箱体上部四角处，外桶吊耳与盛水桶下部相连吊杆穿过吊板及外桶吊耳将两者连在一起。吊杆为钢丝，上部挂在吊杆挂头上，吊杆挂头可以转动，吊杆下部套着阻尼筒，阻尼筒大约10元。阻尼筒内装有减震弹簧和阻尼胶碗，阻尼筒挂在外桶吊耳上，可见，四根吊杆通过阻尼筒承受桶体的全部重量，而桶体的重量则将阻尼筒内的减震弹簧压缩。工作时，由于桶内水的多少不同使减震弹簧的压缩量也不同，桶体的高低位置也不同。当洗涤、脱水发生振动时，阻尼筒一方面沿吊杆挂头摆动，另一方面沿吊杆上下滑动，这样可以吸收振动能量，减少由于桶体的振动而引起的洗衣机振动保持整机的平稳工作。图1.2弹性支承结构图1.3弹性支承结构原理1.1.3面框面框位于洗衣机的上部，主要用于安装和固定电气部件和操作部件，面框内一般安装有控制器、进水阀、水位开关、安全开关、电源开关、操作开关等部件。如图1.4所示图1.4控制面框1.2洗涤脱水系统洗涤脱水系统主要包括盛水桶、洗涤脱水桶、波轮等部件。1.2.1盛水桶盛水桶是盛放洗涤液和清水的容器，价格150元，是用具有耐酸碱、抗冲击、耐热等性能的塑料注塑成型，并固定在钢制底盘上。盛水桶底部正中开有圆孔，与离合器上的大水封配合，防止漏水。桶体底部有排水口，与排水阀相连接，由排水阀控制排放污水。盛水桶上部离桶口一定距离的桶壁上开有溢水口，用于排出溢水和漂洗时的肥皂泡。盛水桶下部侧壁上有一空气室，并开有导气接嘴口，通过导气软管与水位开关相连接，控制盛水桶内水位的高度。1.2.2洗涤脱水桶洗涤脱水桶也称为离心桶或内桶，价格280元，全自动洗衣机洗涤与脱水是在同一桶内进行，所以该桶既要满足洗涤要求，又要满足脱水要求。其外形如图1.5所示。图1.5洗涤脱水桶内部结构如图1.6所示图1.6洗涤脱水桶结构脱水桶内壁上设有多条凸筋和凹槽，洗涤时起到搓衣板似的搓揉作用。凸筋的另一作用是增强洗涤液的涡漩。洗涤脱水桶的凹槽内钻有许多小孔，脱水时，水从小孔中甩出，进入盛水桶内而排出。洗涤脱水桶的内壁上还嵌有回水管，回水管的底部与波轮相配合，洗涤时，随着波轮的旋转，洗涤液被波轮泵出，沿着回水管上升，从回水管上部的出口处吐出，重新回到桶内，这样周而复始地不断循环，洗涤液中的绒毛、线屑等被滤网袋收集。洗涤脱水桶的上口装有平衡圈，其作用是减少脱水时由于不平衡而产生的振动。1.2.3波轮波轮价格16.5元。波轮安装在洗涤脱水桶内，并固定在离合器的波轮轴上。波轮一般由塑料注塑成型，要求外表光滑、无毛刺、不变形。波轮是产生水流的主要部件，其形状、高低、大小、安装位置、转速及运转方式等，对洗衣机的洗净比和磨损率起着重要的作用。1.3.传动系统全自动洗衣机的传动系统由电动机、离合器、三角皮带和电容器组成。1.3.1电动机电容运行单相异步电动机，电动机价格不到100元。是洗衣机的重要部件之一。洗涤时，电动机在程序控制器的控制下，产生的运转状态是短时的正转一停一反转。脱水时，通过电动机侧的皮带轮和离合器侧的皮带轮进行减速，带动离合器中的脱水轴作单方向的高速旋转，外形如图1.7所示图1.7电动机结构特点：1、定子绕组由主绕组（工作绕组）和副绕组（起动绕组）组成。2、副绕组串接电容器3、电动机起动后副绕组继续通电工作工作原理：是将电容器串接于启动绕组，再与工作绕组相并联。两相绕组在空间相位互差90℃。适当选择电容器C的容量，可使两个绕组中的电流相位差为90°，这样在空间上互成90°的两相绕组通入互差90°的两相交流电，产生了旋转磁场，电动机的转就会沿旋转磁场方向旋转起来。如图1.8所示图1.8电动机原理1.3.2离合器全自动洗衣机离合器全称减速离合器，价格在90-180元，离合器是洗衣机的主要传动、减速部件。其主要作用是完成洗衣机的洗涤、甩干工作状态切换，甩干过程中的紧急制动等动作。甩干状态时，刹车带连杆在牵引器的拉动下，带动刹车带松开轮毂；同时，刹车带连杆带动棘爪与棘轮分离，离合套被离合簧锁紧，内轴与外轴形同整体并保持同步转动，完成甩干状态。洗涤状态时，牵引器松开刹车带连杆，在刹车带连杆扭簧的作用下，刹车带连杆带动刹车带锁紧轮毂，联动棘爪拨动棘伦并带动离合簧的一端旋转一个角度，使离合套端的离合簧内径扩大；而离合簧的另一端仍锁紧在被单向轴承固定的外轴上，保持离合套离合簧的内径一直处于扩大状态，使内轴带动离合套可以在离合簧的腔体内自由转动，完成洗涤状态的切换态的切换。外部结构如图1.9所示，图1.9离合器离合器内部结构如图1.10所示图1.10离合器内部结构1.3.3电容器小天鹅洗衣机采用的是单相异步电容运转式电动机，电容器是其中一个重要组成部分。价格在10元左右。单相异步电容运转式电动机使用的电容器通常为金属化纸介质或聚丙烯薄膜介质电容器，容量为12～15µF，耐压400V以上(交流)，外形有圆柱体形的，也有长方体形的。如图1.11所示图1.11电容器1.3.4电动排水牵引器外形如图1.12所示，图1.12电动排水牵引器内部结构如图1.13所示图1.13内部结构工作原理：牵引器通电后马达转动，同时马达上的齿轮带同其他齿轮转动，从而达到拉动钢索或齿条的作用，完成排水的作用。1．4进水、排水系统全自动洗衣机的进水、排水系统主要由进水电磁阀、排水电磁阀和水位开关等组成。1.4.1进水电磁阀进水电磁阀称为进水阀或注水阀，型号为ICDZ70B1088J,其作用是实现对洗衣机自动注水和自动停止注水。进水阀由电磁线圈、可动铁心、橡皮膜、弹簧等组成，其外形如图1.14所示。图1.14进水电磁阀内部结构如图1.15所示图1.15内部结构1.4.2水位开关水位开关型号为2000G。价格在10元左右。水位开关与进水电磁阀配合，根据洗衣桶内水位的高低，控制进水电磁阀的关闭或开启。水位开关与程控器配合，根据洗衣程序与洗衣桶内水位的高低，控制洗涤电动机的通断。水位开关是实现进水、洗涤、脱水以至排水的必经之路。水位开关又叫水位压力开关，它是利用洗衣桶内水位所产生的压力来控制触点开关的通断，外形如图1.16。图1.16水位开关内部结构如图1.17图1.17内部结构1.4.3排水电磁阀排水电磁阀由电磁铁与排水阀组成，电磁铁和排水阀是两个独立的部件，两者之间以排水阀杆连接起来。排水程序开始时，电磁铁由于线圈通电而吸合衔铁，衔铁通过排水阀杆拉开排水阀中与橡皮密封膜连成一体的阀门，从洗涤桶中来的污水因阀门开放而排到机外。排水结束，电磁铁因线圈断电而将衔铁释放，阀中的压缩弹簧推动橡皮密封膜，使阀门与阀体端口平面贴紧，排水阀关闭。外形如图1.18所示图1.18排水电磁阀内部结构如图1.19所示图1.19排水电磁阀内部结构小天鹅洗衣机试验研究2小天鹅洗衣机控制系统原理设计2.1单片机的复位电路图2-1系统原理图2.1单片机的复位电路复位电路的作用是复位。在单片机接上电源以后，或电源出现过低电压时，将单片机存储器复位，使其各项参数处于初始位置，即处于开机时的标准程序状态，以消除由于某种原因的程序紊乱。单片机的复位电路有上电复位和手动复位两种形式，RST端的高电平直接由上电瞬间产生高电平则为上电复位；若通过按钮产生高电平复位信号则称为手动复位。下图为兼有上电复位和手动复位的电路。上电复位是利用电容充电来实现复位，其工作原理是：上电瞬间RST端的电位与VCC相同，随着电容C6充电电流的减小，+5V的电压立即加到了RST端，该高电平使得单片机复位。手动复位是利用开关K来实现复位，此时电源Vcc经两电阻分压，在RST端产生一个高电平，使得单片机复位。当RST由高变低后复位结束，CPU从初始状态开始工作。单片机的复位都是靠外部电路实现的，在本次设计中采用手动复位，如图2.1。图2.1单片机的复位电路2.2单片机的时钟电路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。在AT89c51单片机内部有一个高增益反相放大器，其输入端引脚为XTAL1，其输出端为XTAL2。只要在两引脚之间跨接晶体振荡器和微调电容C1、C2，就可以构成一个稳定的自激振荡器。本设计采用下图所示电路。电容C1和C2取30pf；采用的是频率为11.0592MHz的晶振。图2.3时钟电路2.3蜂鸣器报警电路本设计采用无源蜂鸣器，单片机必须输出固定频率的方波信号，其工作电压范围宽，4-12V，需要外围元件少，电压增益可调范围为20-200。通过CPU的P1.5给一个脉冲信号来控制蜂鸣器报警。如下图。当按下控制面板的键时有声音提醒，上盖被打开有声音提醒，当洗衣整个过程结束时程序控制蜂鸣器报警提醒洗衣完成及时取出衣服。图2.4蜂鸣报警电路2.4电动机的控制电路2.4.1继电器的作用继电器是在自动控制电路中起控制与隔离作用的执行部件，它实际上是一种可以用低电压、小电流来控制高电压、大电流的自动开关。2.4.2电动机控制电路的工作过程交流电动机有两个线圈，当一个线圈通电后电动机转动，当另一个线圈通电后，电动机反方向转动，通过次功能实现洗衣机的正反转。下图该部分为原理图，当给P1.0口一个低电平后，继电器RL1通电开关闭合，即电动机的一组线圈通电，电动机转动。当给P1.0高电平，给P1.1低电平时，继电器RL1断电断开，继电器RL2通电闭合，即电动机的另一组线圈通电，电动机实现反方向转动。图2.5电动机控制电路2.5进水/排水电路2.5.1电动式排水牵引器由电磁铁与排水阀组成，如图所示，电磁铁和排水阀是两个独立的部件，两者之间以排水阀杆连接起来。排水程序开始时，电磁铁由于线圈通电而吸合衔铁，衔铁通过排水阀杆拉开排水阀中与橡皮密封膜连成一体的门，从洗涤桶中来的污水因阀门开放而排到机外。排水结束，电磁铁因线圈断电而将衔铁释放，阀中的压缩弹簧推动橡皮密封膜，使阀门与阀体端口平面贴紧，排水阀关闭。2.5.2排水电路工作原理如图2.3，当给P1.2口一个低电平时，继电器RL3通电闭合，电动式排水牵引器通电，排水阀杆拉动排水阀排水。P1.2给高电平后排水阀关闭。2.5.3进水电磁阀进水电磁阀称为进水阀或注水阀，其作用是实现对洗衣机自动注水和自动停止注水。进水阀由电磁线圈、可动铁心、橡皮膜、弹簧等组成。进水电磁阀的开关主要由阀内的线圈控制动铁芯来完成。如果线圈不通电，这时打开自来水龙头，水不会流入洗衣机；当线圈通电后，阀被打开，自来水通畅地流入洗衣机。进水电磁阀基本结构主要由一个螺管电磁铁和橡胶阀构成。其工作原理是，电磁铁线圈通电后，形成磁场，吸引铁质阀芯上移，离开膜片，水流导通。电磁铁线圈失电后，在复位弹簧及重力作用下，阀芯下沉压紧膜片堵住水道，停止向洗衣机内注水。进水电磁阀的进水口一般有一个过滤网，以防污垢堵塞进水电磁阀橡胶阀。2.5.4进水水电路工作原理如图2.3，当给P1.3口一个低电平时，继电器RL4通电闭合，进水电磁阀通电，阀被打开，畅地流入洗衣机完成进水。P1.3给高电平后进水阀关闭，进水结束。图2.6牵引器图2.7进水阀图2.8进水排水电路2.6开关复位电路图2.9开关复位电路图2.10复位开关按下后开关闭合电路通电，当给复位开关一个复位电压在电磁铁作用下复位开关断开电路断电。开关复位电路工作原理，在复位开关按下后，当给P1.4口一个低电平，继电器RL5通电闭合，复位开关断开，实现开关复位。2.7设置/开始、暂停电路图2.11设置/开始暂停电路进入设置程序按定时洗涤时间选择按键，程序检测到P2.0口变化，按键按一次定时2s，按二次定时4s，按三次定时6s；程序选择按键在没有按下时默认变准洗，按下后，检测到P2.1口状态变化，变为快速洗状态；过程选择按键，没有按下时是洗涤加漂洗加甩干，通过检测P2.2口状态的变化切换过程，按一下进入漂洗加甩干，按两下是之甩干。按下开始暂停，通过检测P2.4口的变化，洗衣机进入暂停状态和回到原来运行位置的作用。2.8状态显示电路图2.12状态显示电路通过设置过程中按键的操作来调整指示状态，2s定时时D6亮，4s定时时D5亮，6s定时时D6亮，定时时间到定时指示灯都灭；程序处于标准状态时D7亮，处于快速状态时D8亮；处于过程洗涤加漂洗加甩干时D9、D10、D11全亮，处于漂洗加甩干时D10、D11亮，处于甩干状态时只有D11亮，工作结束后全灭。2.9甩干时开盖暂停电路当处于甩干状态时突然抬起洗衣机盖，常闭开关SW1断开，P2.3口变为高电平，进入子程序电机停转，当洗衣机盖合上后，子程序退出，继续甩干。图2.13开盖暂停电路2.10PCB板图2.14PCB板实际线路搭接，如图2.15图2.15实物连接图

3小天鹅洗衣机洗衣机控制程序3.1主要内容设计一个用单片机控制的洗衣机控制器。以单片机为主的控制器，扩展必要的外部电路，设计制作一个洗衣机控制器，如图3.1所示。图3.1控制流程图3.2主要功能（1）标准洗涤：洗涤12分钟；漂洗6分钟，二次；脱水3分钟。快速洗涤：洗涤7分钟；漂洗3分钟，二次；脱水2分钟。（2）可根据用户需要设置定时时间、程序、洗涤过程，洗衣工作中不可以更改设置。（3）有启动／暂停按钮控制：第一次启动，完成设置，开始工作；工作时按此按钮暂停，再按则恢复工作。洗涤、漂洗4秒正转，停2秒，反转4秒，停2秒。（4）有脱水功能，并且在脱水时，如果打开盖板（P2.3插线断开表示），脱水暂停。（5）洗涤完时洗涤指示灯灭；漂洗完漂洗指示灯灭；脱水完脱水指示灯灭；全部结束后电源开关复位。3.3程序介绍#include<reg52.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintsbitzhengzh=P1^0; //电机正转sbitfanzh=P1^1; //电机反转sbitpaish=P1^2; //排水sbitjinsh=P1^3; //进水sbitkaig=P1^4; //开关复位sbitfengm=P1^5; //蜂鸣器sbitdingsh=P2^0; //定时洗涤时间选择按键sbitchengx=P2^1; //程序选择按键sbitguoch=P2^2; //过程选择按键sbitkaishz=P2^4; //开始暂停开关sbitanq=P2^3; //安全开关sbitled0=P0^0;sbitled1=P0^1;sbitled2=P0^2;sbitled3=P0^3;sbitled4=P0^4;sbitled5=P0^5;sbitled6=P0^6;sbitled7=P0^7;uchara=0,b=0,c=0;voiddelayms(uintz) //延时zms子程序{uintx,y;for(x=0;x<z;x++)for(y=0;y<110;y++);}voidfeng() //蜂鸣器响子程序{uintx,y=10;for(x=0;x<1000;x++){fengm=1; y=10;while(y--);fengm=0;y=10;while(y--);}}voiddelay(uintz) //洗涤和漂洗延时子程序{uintx,y;for(x=0;x<z;x++)for(y=0;y<110;y++) {if(kaishz==0) //开始暂停是否按下 { delayms(5);//消抖 if(kaishz==0) //开始暂停键按下（暂停） { zhengzh=1; //停所有工作部分fanzh=1;paish=1;jinsh=1; feng(); //蜂鸣器响 while(kaishz==0); //等按键松开 delayms(5); while(kaishz==1); //等（开始）按键按下 delayms(5); while(kaishz==0); //等按键松开 feng(); } } }}voiddelay1(uintz) //甩干延时子程序{uintx,y;for(x=0;x<z;x++)for(y=0;y<110;y++) {if(kaishz==0) //是否按下开始暂停 { delayms(10);//消抖 if(kaishz==0) //（暂停）按键按下 { zhengzh=1; //停电机和排水牵引器减速paish=1; feng(); while(kaishz==0);//等按键松开 delayms(10);//消抖 while(kaishz==1);//等（开始）按键按下 delayms(10);//消抖 while(kaishz==0);//等按键松开 delayms(10);//消抖 paish=0; //排水开 feng(); delayms(5000);//等排水牵引器工作完成 } } }}voidjinshui() //进水阀进水子程序{jinsh=0;delay(5000);jinsh=1;} voidpaishui()//排水阀排水子程序{ paish=0; delay(5000); paish=1; delay(3000);//必须要，可保证避开在排水牵引器工作}voidshezhi() //程序设置子程序{while(kaishz==1)//检测开始暂停是否按下{if(dingsh==0) //定时洗涤，可定时1，2，3分别为10S.20S.30S { delay(10);//消抖 if(dingsh==0)//定时按键是否按下 { if(a<3) a++; else a=0; } feng(); while(dingsh==0);//等按键松开 } if(a==0) //定时灯不亮 {led0=1; led1=1; led2=1; } if(a==1) //10s定时灯亮 {led0=0; } if(a==2) //20s定时灯亮 {led0=1; led1=0; } if(a==3) //30s定时灯亮 {led0=1; led1=1; led2=0; } if(chengx==0) //程序选择，0标准或1快速 { delay(10);//消抖 if(chengx==0)//程序选择按键按下 { if(b<1) b++; else b=0; } feng(); while(chengx==0);//等按键松开 } if(b==0) { led3=1; //标准灯亮 led4=0; } else { //快速灯亮 led3=0; led4=1; } if(guoch==0) //过程选择，0(洗涤+漂洗+脱水0或 { //1（漂洗+脱水）或2（脱水） delay(10);//消抖 if(guoch==0)//过程按键按下 { if(c<2) c++; else c=0; } feng(); while(guoch==0);//等按键松开 } if(c==0)//洗涤加漂洗加甩干等亮 {led5=0; led6=0; led7=0; } if(c==1) //漂洗加甩干灯亮{led5=0; led6=0; led7=1; } if(c==2) //只甩干灯亮 {led5=0; led6=1; led7=1; }}feng();while(kaishz==0); //等开始键松开}voiddingshi() //定时子程序{switch(a){case0: delay(0);break; //不定时 case1: delay(2000);break;//定时2s case2: delay(4000);break;//定时4s case3: delay(6000);//定6s}led0=1; //定时指示熄灭led1=1;led2=1;}voidxidi() //洗涤子程序{ucharb1,x1,x2,x3; //洗涤循环次数jinshui();if(b==0)b1=60; //标准。循环60,12minelseb1=30; //快速。循环35,7minfor(x1=0;x1<b1;x1++) //12s重复60或30次{ for(x2=0;x2<40;x2++)//正转4s { zhengzh=0; delay(100);//延时中可以检测开始暂停键 } zhengzh=1;//停2s delay(2000); for(x3=0;x3<40;x3++)//反转4s { fanzh=0; delay(100);//延时中可以检测开始暂停键 } fanzh=1; delay(2000);//停2s}paishui();led7=1; //关洗涤灯}voidpiaoxi() //漂洗子程序{uintb2,z1,x2,x3,x4;if(b==0) //标准。循环30,6minb2=30;elseb2=15; //快速。循环15,3minfor(z1=0;z1<2;z1++) //漂洗2次{jinshui(); for(x2=0;x2<b2;x2++) //12s重复30或15次{ for(x3=0;x3<40;x3++)//正转4s { zhengzh=0; delay(100);//延时中可以检测开始暂停键 } zhengzh=1; delay(2000);//停2s for(x4=0;x4<40;x4++)//反转4s { fanzh=0; delay(100);//延时中可以检测开始暂停键 } fanzh=1; delay(2000);}paishui();}led6=1; //关漂洗灯}voidshuaigan() //甩干子程序{uintb3,x3;if(b==0) //标准。循环3,3*1min=0.1s*1800b3=1800;else //快速。循环2,2*1min=0.1s*1200b3=1200;paish=0;delayms(5000);//等排水牵引器工作完for(x3=0;x3<b3;x3++){ zhengzh=0; delay1(100);//延时同时检测开始暂停键，继续工作时先让牵引器工作 if(anq==1)//安全开关检测 { delay(10); if(anq==1)//洗衣桶盖打开 {//急停,报警 zhengzh=1; paish=1; feng(); while(anq==1);//洗衣机桶盖关闭 paish=0;//先打开排水牵引器一段时间后电机转 delay(5000); } }}zhengzh=1;//电机断电，自然减速delay(10000);//自然减速paish=1;//强制停止led5=1; //关甩干灯}voidmain()//主程序{shezhi();dingshi();switch(c)//过程判断{ case0://洗涤+漂洗+甩干 xidi(); piaoxi(); shuaigan(); break; case1://漂洗+甩干 piaoxi(); shuaigan(); break； case2://甩干 shuaigan();}feng();//结束提示kaig=0；//电源开关复位}

4小天鹅洗衣机调试过程4.1硬件设置第一次硬件设计：将继电器、NPN型三极管、LED、电阻焊接成外部模块，与开发板及洗衣机连接。经调试不能正常工作，测量分析发现直接用单片机引脚驱动三极管，会造成各引脚电压异常，从而不能正常工作；另外，采用I/O口直接驱动NPN型三极管时，I/O口为高电平时三极管导通电磁阀工作。但当刚开机后程序执行前的瞬间，单片机I/O口全为高电平，会出现开机后电磁阀工作的现象。第二次硬件设计：经分析后采用TLP521-2型光电耦合器与三极管连接来驱动电磁阀。将继电器、TLP521-2型光电耦合器、NPN型三极管、LED、电阻焊接成外部模块并与开发板及洗衣机连接。图4.1硬件控制电路图4.2控制电路与开发板连接图4.3整体电路4.2程序调试4.2.1程序分块调试将实现电机正反转的程序下载到单片机中，按下开始按钮，实现电机正转，经观察电机正常工作；同理调试进水、排水，经观察均能正常工作；4.2.2程序组合调试1、“洗”过程：将电机正反转、进水、排水程序组合后下载到单片机进行调试。现象：进水过程正常，电机不能正常工作。暂停后再次开始不能正常工作。原因：程序开始/暂停功能采用P3.2中断方式实现，因需求及限制原因，“开始”前P3.2作为普通I/O口使用，“开始”后设置为中断方式工作。经观察，程序“开始”后进入设置中断程序时出现错误，分析后未找到原因。措施：取消中断功能，改为查询方式实现“开始/暂停”功能，调试后可以正常工作。原程序：voidmain(){init0();shezhi();dingshi();。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。}修改后程序：voidmain(){shezhi();dingshi();。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。}voiddelay(uintz) /*洗涤和漂洗延时*/{uintx,y;for(x=0;x<z;x++)for(y=0;y<110;y++) {if(kaishz==0) //暂停是否按下 { delayms(5); if(kaishz==0) { zhengzh=1; //停所有fanzh=1;paish=1;jinsh=1; feng(); while(kaishz==0); //等按键松开 delayms(5); while(kaishz==1); //等按键按下（开始） delayms(5); while(kaishz==0); //等按键松开feng(); } } }}2、“漂”过程：将电机正反转、进水、排水程序组合后下载到单片机进行调试。该过程与洗过程相似，经第一步调试改正后该过程未出现错误。3、“甩”过程：将电机正转、排水程序组合后下载到单片机进行调试。现象：开始工作后波轮盘先转动，延时一段时间内筒与波轮盘一起工作；甩干过程停止时出现“急刹”现象。原因：开始工作时，牵引器完成工作前电机已开始工作；结束工作时，电机未完全停止牵引器已完成工作。措施：开始工作时先进行排水工作并延时适当时间；工作结束时先关闭电机，排水延时适当时间后在进行关闭。修改前程序：voidshuaigan() /*甩干程序*/{uintb3,x3;if(b==0) // /*标准。循环3,3*1min=0.1s*1800*/b3=600;else // /*快速。循环2,2*1min=0.1s*1200*/b3=400;paish=0;delay1(3000);。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。zhengzh=1;delay(10000);paish=1;led5=1; //关甩干灯}修改后程序：voidshuaigan() /*甩干程序*/{uintb3,x3;if(b==0) // /*标准。循环3,3*1min=0.1s*1800*/b3=600;else // /*快速。循环2,2*1min=0.1s*1200*/b3=400;paish=0;delay1(5000);。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。zhengzh=1;delay(10000);paish=1;led5=1; //关甩干灯}4、“漂”“甩”过程组合：将“漂”“甩”过程程序进行组合，下载到单片机进行调试。现象：“漂”“甩”过程过渡异常。原因：“漂”过程结束后马上开始“甩”过程，但洗衣机反应迟缓。措施：“漂”过程结束后增加适当延时。5、“洗”“漂”“甩”过程组合：现象：“洗”“漂”过程过渡异常，进水阀与排水阀在过渡时会同时打开。原因：“洗”过程结束后马上开始“漂”过程，但洗衣机反应迟缓。措施：“洗”过程结束后增加适当延时。

5小天鹅洗衣机创新设计5.1水质浑浊度检测方案一、光电池光电池工作原理是基于光生伏特效应，是可直接将光能转换成电能的器件。有光线作用时就是电源，如光电池。另一类用于检测和自动控制等。结构原理：光电池实质是一个大面积PN结，结构如下图5.1所示，上电极为栅状受光电极，栅状电极下涂有抗反射膜，用以增加透光，减小反射，下电极是一层衬底铝。当光照射PN结的一个面时，电子空穴对迅速扩散，在结电场作用下建立一个与光照强度有关的电动势，一般可产生0.2V～0.6V电压，50mA电流。光照硅光电池的P区时，在P区产生电子-空穴对，硅光电池表面的光子多，电子-空穴对也越多。在内电场的作用下，电子向内扩散，在复合前到达P-N结过渡区，内电场的作用将这些电子推向N区。于是光照产生的电子-空穴对中的电子流向N区；空穴则留在P区，导致P区带正电，N区带负电，形成电位差。

图5.1光电池结构图图5.2光电池工作原理图开路电压与光照度关系是非线性关系，在照度位2000lx下趋于饱和。短路电流——短路电流ISC与照度EV之间关系称短路电流曲线；短路电流是指，外接负载RL相对内阻很小时的光电流，实验证明：负载电阻RL越小，曲线线性越好，线性范围越宽；RL≈100Ω以下为好。短路电流曲线在很大范围内与光照度成线性关系，因此光电池作为测量元件使用时，一般不作电压源使用，而作为电流源的形式应用。图5.3光电池光照特性图图5.4光电池光照与负载的关系图5.5硅、硒光电池的频率特性频率特性指光电池相对输出电流与光的调制频率之间关系。硅、硒光电池的频率特性不同，硅光电池有较好的频率响应，硒光电池较差。在一些测量系统中，光电池作为接受器件，测量调制光（明暗变化）的输入信号，所以高速计数器的转换一般采用硅光电池作为传感器元件。电路连接光电池作为控制元件时通常接非线性负载（晶体管）。锗管发射结导通电压降为0.2V～0.3V，硅光电池开路电压可达0.5V，可直接将光电池接入基极，控制晶体管工作。光照度变化时，引起基极电流IB变化，集电极电流（IC=βIB）发生β倍的变化。电流IC与光照近似线性关系。硅管的发射结导通电压为0.6V～0.7V，这时光电池的0.5V电压无法起到控制作用，可以将两个光电池串联后接入基极，或者用偏压电阻和二极管产生附加电压。光电池作为电源使用时，根据使用要求进行连接。需要高电压时应将光电池串联使用；需要大电流时应将光电池并联使用。图5.6光电池接收电路方案二、水质浑浊度传感器浑浊度传感器的选择及简介浑浊度传感器主要用于检测洗衣机桶内水的浑浊程度，以判断洗涤状态，它的测试特性直接影响洗净度、洗涤时间等参数。经查证，相关国家标准中没有浑浊度的一般定义，而是给出了自来水的具体标准（GB8538-6-1987）该标准指出:水的浑浊度是由泥土、沙质、细微的有机物和无机物、可容的有色的有机化合物以及浮游生物和微生物等悬浮物质所造成的，这是反映天然水及饮用水的物理状态的一项指标。这一定义说明浑浊度的含义是广义的，完全适用于对洗衣机洗涤液的浑浊度定义。可以依据这一标准检测洗涤液的浑浊程度。按自来水及环保部门对水质的检测办法，以GB5750-85规定的甲醛聚合物（福尔马金）标准液作为计量标准物。标准中规定常用范围为0~400度（这是衡量浑浊度的一个单位）。而我们根据洗衣机桶内洗涤液的浑浊度的实际情况，洗涤液的脏污程度比标准规定的范围要高。实验分析，在采用上述标准的条件下，将浑浊度的覆盖范围从0~400度扩大到0~800度。浑浊度传感器的原理我们知道红外线的穿透能力强，且透射光的强度随着传播介质的变化而变化。所以如图5.7所示，把浑浊度传感器的外壳固定在被测通道上，采用一定波长的红外发光二极管作为检测光源，穿透被测溶液，检测其透射光强来检测溶液浑浊的程度。红外发光二极管发射的红外光穿透被测溶液的介质，被接收端的光电三极管接收，产生光电流。由于溶液含有的杂质、灰尘的颗粒大小、密度不同，光电三极管的光电流近似为线性的变化。经滤波后输出，即得到与浑浊度相关的检测信号。图5.7浑浊度传感器结构原理图浑浊度传感器的红外发光二极管被施加定值激励信号，改变透光强度，通过光电三极管及信号处理电路得到输出特性。实验得出，红外发光二极管的波长与洗衣机桶内浑浊流体的浑浊悬浮颗粒径向尺寸相适应，红外发光二极管输出特性曲线与光电三极管的输出特性曲线如图5.8、图5.9所示。根据特性曲线确定正确的工作电流和理想的工作点，以保证在测试范围内传感器工作在线性工作区。图5.8 红外发光二极管输出特性曲线图5.9光电三极管输出特性曲线浑浊度对应关系的建立设传感器的红外发光二极管光强为E0，红外光穿越被测溶液的直线距离为L，穿越后的光强为E1，根据郎伯-比尔定律，定义溶液的浑浊度为T，则T=-1/BL*ln(E1/E0)（式5-1）式中B为与溶液性质有关的介质散射系数；L为被测溶液的直线距离，mm；E0为发光二极管照度，lx；E1为穿越后的照度，lx。根据光电检测原理及特性，在一定范围内，发光二极管的辐射照度E0与驱动电流I0成正比，光电三极管的短路输出电流IL与入射照度E1成正比。在驱动电流I0恒定的情况下，式（5-1）可改写为T=-1/BL*ln(IL/C)（式5-2）式中C为一常数；IL为光电三极管的短路输出电流，mA。通过式（5-2）可以看出：最终的检测结果，反映在光电三极管的输出电流和相应的电压上。浑浊度传感器的器件选择与电路组成传感器外壳采用工程塑料ABS经模具加工制成,各部分尺寸必须符合设计要求,保证能可靠安装在洗衣机溶液测试位。光电三极管输入波长与红外发光二极管光谱特性要匹配,保证其一致性。在浑浊度的电路图中，我用了一个PWM（脉宽调制），PWM是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术，广泛应用在从测量、通信到功率控制与变换的许多领域中。脉冲宽度调制是一种模拟控制方式，其根据相应载荷的变化来调制晶体管栅极或基极的偏置，来实现开关稳压电源输出晶体管或晶体管导通时间的改变，这种方式能使电源的输出电压在工作条件变化时保持恒定，是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术。在PWM这里，因为AT89C51单片机没有PWM模块，但是可以用软件实现，所以我用单片机的软件实现PWM模块的方波输出。图5.10WM信号产生电路图图5.10信号产生电路图浑浊度传感器的检测电路如图5.11所示。PWM输出口可对浑浊度传感器中红外发光二极管L1施加脉冲宽度可调的方波。为减小电源电压波动对红外发光二极管驱动功率的影响,采用恒流源供电。恒流源电路由上端电路TL431构成,其参考端可提供精密的2.5V电压,而且,其偏置电流很小。调整图中的电阻Rp,使红外发光二极管L1驱动电流为20mA。浑浊度传感器通过三极管VT3端接收到从红外发光二极管发出的脉冲波,经测试后,接到ADC0809端，输出数字信号。测量等级分为八个等级，分为0，100，200，300，400，500，600，700，800度。通过发光二极管闪烁的强弱程度的不同来判断浑浊程度。图5.11浑浊度传感器电路5.2冬天给水加温，加热器及测温系统5.2.1加热系统MOC3041芯片是一种集成的带有光耦合的双向可控硅驱动电路.它内部集成了发光二极管、双向可控硅和过零触发电路等器件.它由输入和输出两部分组成。输入部分是一个砷化镓发光二极管，在5～15mA正向电流的作用下发出足够强度的红外光去触发输出部分；输出部分包括一个硅光敏双向可控硅和过零触发器，在红外线的作用下，双向可控硅双向导通，与过零触发器一起输出同步触发脉冲，去控制执行机构——外部的双向可控硅。用于逻辑控制电路系统，如固态继电器，工业控制，电机，电磁铁和消费类电子产品等。下图左为MOC3041实物图，右下为管脚原理图5.12。1阳极2阴极3空4输出１5空6输出２图5.12光电耦合器MOC3041管脚功能MOC3041与饮水机的加热器相连，实现对加热器的驱动和控制。本系统用单片机的P3.1口与MOC3041连接，当P3.1口输出低电平时，MOC3041输入部分的发光二极管导通，发出足够强度的红外光去触发输出部分，控制可控硅导通，从而打开加热器；当P3.1口输出高电平时，MOC3041输入部分的发光二极管截止，可控硅断开，关闭加热器。图5.13MOC3041和双向可控硅构成的输出通道5.2.2测温系统该水温控制系统采用单片机进行温度实时采集与控制。温度信号由“一线总线”数字化温度传感器DS18B20提供，DS18B20在-10～+85°C范围内,固有测温分辨率为0.5℃。水温实时控制采用继电器控制电热丝和风扇进行升温、降温控制。系统具备较高的测量精度和控制精度，能完成升温和降温控制。采用数字温度传感器DS18B20。DS18B20为数字式温度传感器，无需其他外加电路，直接输出数字量。可直接与单片机通信，读取测温数据，电路简单。如图5.14所示。DS18B20与传统的热敏电阻相比，他能够直接读出被测温度并且可根据实际要求通过简单的编程实现9～12位的数字值读数方式。并且从DS18B20读出的信息或写入DS18B20的信息仅需要一根口线（单线接口）读写,因而使用DS18B20可使系统结构更趋简单，可靠性更高。他在测温精度、转换时间、传输距离、分辨率等方面带来了令人满意的效果。图5.14DS18B20测温电路（1）DSI8B20的测温功能的实现：其测温电路的实现是依靠单片机软件的编程上。当DSI8B20接收到温度转换命令后，开始启动转换。转换完成后的温度值就以16位带符号扩展的二进制补码形式存储在高速暂存存储器的0，1字节。单片机可通过单线接口读到该数据，读取时低位在前，高位在后，数据格式以0．0625℃／LSB形式表示。温度值格式如表2.2.1所示，其中“S”为标志位，对应的温度计算：当符号位S=0时，直接将二进制位转换为十进制；当S=1时，先将补码变换为原码，再计算十进制值。DSI8B20完成温度转换后，就把测得的温度值与TH做比较，若T>TH或T<TL，则将该器件内的告警标志置位，并对主机发出的告警搜索命令做出响应。表5.1DS18B20温度值格式表LSByteMSByteSSSSS（2）、DSl820工作过程中的协议初始化->RoM操作命令->存储器操作命令->处理数据①初始化单总线上的所有处理均从初始化开始②ROM操作命令总线主机检测到DSl820的存在便可以发出ROM操作命令之一这些命令如表2.2.2所示表5.2ROM操作命令表指令代码ReadROM(读ROM)33HMatchROM(匹配ROM)55HSkipROM(跳过ROM]CCHSearchROM(搜索ROM)F0HAlarmsearch(告警搜索)ECH③存储器操作命令如表5.3.4示表5.3存储器操作命令表指令代码WriteScratchpad(写暂存存储器)4EHReadScratchpad(读暂存存储器)BEHCopyScratchpad(复制暂存存储器)48HConvertTemperature(温度变换)44HRecallEPROM(重新调出)B8HReadPowersupply(读电源)B4H（3）温度转换算法及分析由于DS18B20转换后的代码并不是实际的温度值，所以要进行计算转换。温度高字节（MSByte）高5位是用来保存温度的正负（标志为S的bit11～bit15），高字节（MSByte）低3位和低字节来保存温度值（bit0~bit10）。其中低字节（LSByte）的低4位来保存温度的小数位（bit0~bit3）。由于本程序采用的是0.0625的精度，小数部分的值，可以用后四位代表的实际数值乘以0.0625，得到真正的数值，数值可能带几个小数位，所以采取小数舍入，保留一位小数即可。也就说，本系统的温度精确到了0.1度。算法核心：首先程序判断温度是否是零下，如果是，则DS18B20保存的是温度的补码值，需要对其低8位（LSByte）取反加一变成原码。处理过后把DS18B20的温度Copy到单片机的RAM中，里面已经是温度值的Hex码了，然后转换Hex码到BCD码，分别把小数位，个位，十位的BCD码存入RAM中。图5.15DS18B20测温电路图5.3电解水杀菌功能洗衣机内安装电解水装置，自来水通过水管输进洗衣机后，由点解装置将水电解为弱碱性和弱酸性电解水，弱碱性水用于洗涤程序，弱酸性用于漂洗杀菌消毒。据检测，杀菌率达到90%以上，更重要的是，由于弱碱性可起到清洁作用，故可不用洗衣粉就可达到健康洗涤功效，轻松实现衣物洁净，具有普通洗衣机无法实现的健康效果。5.4摆脱按键的繁琐，基于语音识别模块新型单片语音识别电路HL7003-02，电路结构简单、外围元器件少，设计、制作、调式及操作十分容易，适合爱好者制作各种由语控制的游艺机、家电控制、智能玩具、语音门锁、门钟等等方面。它是根据用户自己的声音输入而识别的音晶片识音辩识的单片IC,它能识别12个不同的字句,可控制不同的输出开关,完成指定的功能。1、特点：内置麦克风放大器、内置A/D转换器、12个1.5秒长的字句识别、多功能I/O口、2个普通输入脚,4个触发输入脚、2个输出端口,包含一个4输出口及一个输出口、2个LED输出驱动动、不同的编码方式,可做成专用的线路、2.4V~3.3V工作电压、低功耗，自动断电功能。2、功能说明操作分为两大部分，首先必须将字句录入，第二步操作才是识别模式，此外，操作中AP7003-01能够判断是否有信号输入，这一切均按内部程序或是特定编码选择所决定。

在你需做识别操作时，目标的字句必须已存入内部存12个存贮区，存贮12个不同字句的特征。每个存贮区可以存放长达1.5秒的字句。你可以用键盘来选择存贮区或用适当的命令控制，将字句录入。可用外部的麦克风或其它媒体输入语音或字句内容，经过内部麦克风放大器准确放大之后，语音信号被内容的A/D转换器数字化。内部声效处理器将处理数字化后的语音及将字句里的特征进行抽样。当被识别的目标字句，录入之后，你现在可以开识别操作，进入内部字句识别操作模式，输入的语音被声音处理器特征抽样，同存贮在内部的目标字句的抽样特征进行比较，必须是刚好同所选择的识别的目标字匹配。结果才输入信号至PA口或其它输出端。在一定时间内，无操作时，会将电源关闭以节省损耗，后可用按键唤醒。5.16单片语音识别电路HL7003-02操作方法：1、通电后，先按①键，LED1和POA1(LED3)同时亮，此时立刻对着话筒发话(语音长度不超过1.5秒)，POA1灭，LED1亮，再对着话筒进行“学习”，LED2、POA1同时亮，表示“学习”成功。接着再按②键，LED1、POA2同时亮，。依此类推，直至1~12键全部学习完毕。也可以对某一键或某几个键进行无序输入和学习。2、学习完毕，即可进行语音识别操作，12路输出可分别控制不同的电器(或动作)，12路语音识别可任意操作，即喊一句便控制一种电器的开或关。第11键为输出转换键，每转换控制一种电器都需按一下该键。3、若需清除“学习”内容，应按清除键“C”，再次输入时，须重新按照第1步方法进行“学习”。4、PIM1接“1”(高电平)，为12键模式，应用电路见图5.16。PIM1接“0”(低电平)，为8键模式，应用电路见图2。POSL接“0”，POA1~POA12输出为低电平，POSL接“1”，POA1~POA12输出为高电平。注意事项：1、标准电源电压3V；2、驻极体话筒MIC的(+)、(-)极性一定要正确连接，否则无法输入，MIC连外壳一端为(-)，另一端(+)。

6小结6.1问题解析本次创新实验为全自动洗衣机控制系统设计，在程序仿真与电路仿真过程中很多结果都是和理论知识相匹配，但在实际的电路调试阶段出现很多意想不到的问题。问题举例一：开始暂停按键，如下，图6.1开始/暂停按键电路前期仿真最右侧按键作为开始/暂停键使用，将其接在P3.2口，如图6.1。在开始的设置子程序中P3.2口作为普通I/O口使用。结束设置子程序后，开启外部中断0，使P3.2作为外部中断引脚。当开始/暂停键按下，程序暂停进入中断。进入中断后，关闭外部中断0，将P3.2再次作为普通I/O口进行按键扫描，直到开始/暂停按键按下，按键松开后再次开启外部中断0并回到主程序。voidshezhi()//设置子程序{while(kaishz==1)//检测开始暂停是否按下{…….}}voidinit0() //外部中断0初始化{IT0=1;EX0=1;EA=1;}voidkz_int0()interrupt0//外部中断0子程序{EA=0; //关中断zhengzh=1; //停止所有fanzh=1;paish=1;jinsh=1;while(kaishz==1); //等松开delay(10); //消抖while(kaishz==0); //等开始delay(10); //消抖while(kaishz==0); //等松开delay(10);//消抖EA=1; //开中断delay(1000); //1s后回程序}voidmain() //主程序{shezhi();//调用设置子程序init0();//开外部中断0dingshi();…….}上述程序在电路仿真过程中可实现预期的效果，但在实际电路调试中进入中断后，程序就无法跳出，硬件电路的一些干扰都将会是理论知识与仿真产生差异。问题举例二：驱动继电器，如下，在前期驱动继电器的仿真中，单片机直接通过三极管控制12V继电器，如图6.2。仿真过程中，电路工作正常。但在实际电路测试中会出现继电器在导通后关不断或不响应的情况。经过组内讨论和网上查阅资料，我们发现单片机与12V电路有连接会导致单片机易受干扰，三极管的导通电压较低，单片引脚电压较低时就可以使三极管导通。同时，单片机在上电复位时，管脚为高会是继电器动作，造成操作错误。为此我们在单片机与三极管之间加上了光电耦合隔离器，如图6.3。单片机电路与被控电路隔离开来，同时再单片机引脚为低时才使继电器动作。图6.2驱动继电器原始电路图6.3驱动继电器通过上述两个问题可以看出理论知识和仿真可以帮助我们了解一些知识，但在实际的操作中我们会遇到意向之外的问题，通过解决这些实际的问题我们才能对所学的知识有更深的理解。6.2设计心得经过两周的时间完成了基于单片机的全自动洗衣机课程设计，本系统是基于单片机及其接口技术、计算机技术、微电子技术综合应用的设计。实现了对洗衣机整个洗衣过程的控制包括用户参数输入、洗衣、脱水。控制系统主要由电源电路、控制电路两大模块构成。电源电路为控制电路提供稳定的5V直流电压，为电动机提供220V市电；控制电路负责控制洗衣机的工作过程，主要由C51单片机、按键、蜂鸣器、LED指示灯、电动机、进水排水电磁阀组成。在系统设计中查阅了大量相关的中文和外文资料以及各芯片的厂家技术资料手册借鉴了很多前人成熟的经验。通过本次设计可以总结出：首先单片机的广泛应用使用现在的电子产品设计越来越方便、功能越来越好、集成度也越来越高。通过对单片机的重新编程可以很方便的改