基于微机的全自动洗衣机控制中期报告

1、 河 北 工 业 大 学 本科毕业设计中期报告毕业设计(论文)题目： 基于微机的全自动洗衣机控制系统设计 适用专业： 电子信息工程专业 学生姓名： XXXXX 学 号: XXXXXX 班 级： 电子信息工程0XX班 指导教师: 孙耀杰 职 称： 教授 提交报告日期：201X年X月XX日一课题简介本文采用AT89C52单片机对洗衣机进行智能控制，通过74LS138译码器、水位监测机构、LED数码显示器、键盘等硬件设计实现了洗衣机的工作过程的自动化。应用表明该系统具有洗涤、脱水、定时以及洗涤次数和动作编程等功能，从而极大地提高效率、降低功耗、减少噪声。本控制系统以AT89C52单片机为核心，以7个

2、独立键盘分别做为输入达到启动、控制水位高低、洗衣方式、程序设置，加入了复位功能，用4个八位数码管分别显示以上各种预设值；用ULN2003芯片驱动电机正转反转以及暂停达到控制洗衣脱水全过程以及控制排水阀的进排水。二课题工作进展在完成了前期搜集资料与系统方案设计工作之后开始转入中期工作，即分阶段、分模块的将整个系统进行硬件实现。具体安排如下：3月25号4月25号：完成按键和LED 控制部分、输出控制部分、电源部分、水位检测部分等硬件电路设计和仿真实验；4月25号5月26号：调试仿真实验电路、进行软硬件设，撰写设计论文。三课题实施整体方案 课题实现技术路线 采用ATMEL单片机AT89C52作为控制

3、核心。 通过复位键实现电源电压的保护功能。 通过片内PLL实现锁相环控制。 市电先经变压器降压，再经桥式整流电路整流，最后稳压得到5V。 显示采用LED模块，大面积图案设计，新颖直观，操作方便。 具有预约洗衣和剩余时间显示功能。 使用A/D实现功能进行水位的监测。 多个程序公用：利用AT89C52的ROM较大的特点，根据不同的I/O口输入选择运行不同的程序。 多种故障报警功能：设计多种故障状态报警功能，提示用户进行处理,则自动切断电源，保证洗衣机的安全。 通过软件、硬件的配合设计，控制器具有较强的实时性能。 系统控制面板洗衣机控制器控制面板的设计见图3-2，洗衣机控制面板主要包括：启动/停止、

4、电源、标准、轻柔、快速、水位选择等按键。图3-2洗衣机控制面板控制系统要控制的对象包括：进水阀、排水阀、电机。这些被控对象是需要根据不同的洗衣程序来设定它们的不同工作状况和工作时间的，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。发光二极管用来指示洗涤速度和脱水速度；按键用来控制程序的运行和设置洗涤速度和脱水速度；蜂鸣器用来进行程序运行提示及故障报警。 系统实施方案：系统框图如图3-3：1.主控核心部分采用AT89C2051作为控制核心。其中，P0.6、p0.7分别用于控制洗衣机的进水阀和排水阀；P2.5和P2.6用于控制洗涤电机的正反转；P2.0P2.3

5、通过3-8译码器用于驱动11个LED，分别作为工作程序、设定方式和水位高低指示灯。由于AT89C2051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；P3.2接暂停/启动键；P3.4被用作输入线，用于监测水位开关状态，为CPU提供洗衣机的水位信息；P3.0接程序选择键；P3.1选择洗涤/浸泡/脱水选择键，在洗衣机未进入工作状态时，按触该键可选择洗涤方式。图 3-3 洗衣机控制系统框图2.按键和开关部分（1）复位键K

6、1。此键实现的是当洗衣机正常工作时，由于用户的需要，因而就需要将已经在运行的功能中断，再次重新运行所有的功能。它是由RST管脚来控制的。（2）程序选择键K2。此键是主要根据用户对衣服的洗衣强度的不同要求而选择所需功能来实现用户的需要。（3）设定选择键 K3。洗衣的四种工作程序可通过K3键循环选择。（4）暂停/启动键K4。在洗衣机未进人工作状态或处于暂停状态期间，K4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；在故障报警期间，按K4停止报警，并回到初始的待命状态。（5）预约功能键K5，此键可预约洗衣终了时间，并用数码显示出预约剩余时间。（6）水位开

7、关K6。用于设定洗衣时的水位选择，当液位发生变化时，在水中的部分电阻丝将会发生短路，引起浸入水中电阻丝阻值的变化，从而引起不同的模拟电压信号送至A/D转换器变成数字信号并行传送给单片机处理水满时，。在进水期间，系统不断检测P0口的电压值是否与单片机设定的值相同，若在10分钟内仍检测不到符合值，则停止进水。否则认为进水出故障，关闭进水阀，并发声提示；在排水期间，系统不断检测P0口的值是否与设定值相符，若在10分钟内检测不到符合的值，则认为排水出故障，关闭排水阀，并发声提示，否则按正常处理。（7）电源开关K 7。接通电源后，此键实现的洗衣机的正常开启。（8）强弱洗涤键。控制电机转动的转速。3.输出

8、控制部分输出全部采用达林顿ULN2003控制，既能驱动电机也能驱动电磁阀，通过把ULN2003的各输入口接入单片机就能实现全部控制，输出口OUT1,OUT2是接电机，包括控制电机正反转、控制进水阀和排水阀开启或关闭。另外，还在可控硅输出回路上增加了阻容吸收回路来保护可控硅。4.电源部分市电先经变压器降压，再经桥式整流电路整流，最后用三端稳压器稳压得到5V的电压作为整个控制器的工作电源。5.LED指示部分LED1LED4分别用来指示标准程序、快速程序、单独程序、羊毛程序四种洗衣工作程序；LED5用于指示浸泡状态。LED5亮时表示浸泡功能开启，闪烁时表示正在浸泡衣物；LED6LED8分别用来指示洗

9、涤、漂洗、进水三种状态。LED9LED11分别用来指示水位的高、中、低三种状态。6.喇叭控制部分通过CPU的P2.4输出频率为1KHz的脉冲信号来控制喇叭。7水位检测部分水位传感器输入的电压信号经处理送入A/D转换器。一种水位对应一个固定的电压，当P0口检测到外部电压与用户选择的水位电压相等时，洗衣机停止进水进行洗涤。8蜂鸣控制部分通过定时器产生一个固定频率的输出脉冲来控制蜂鸣器。四、硬件系统设计1、洗衣机结构原理设计并制作洗衣机控制模型，该洗衣机装水容量为12升，控制器可设定高、中、低水位和洗衣过程，控制电动机的正反转，自动进水和排水。系统结构框图如下：图4-1洗衣机结构原理2、设计要求对洗

10、衣机控制程序的要求如下：设计一个用AT89C52单片机控制的洗衣机控制系统。以单片机为主控制器，扩展必要的外部电路，设计制作一个洗衣机控制系统。 洗涤程序 标准：洗涤16分钟；漂洗5分钟，二次；脱水3分钟。快速：洗涤4分钟；漂洗1分钟，二次；脱水2分钟羊毛：洗涤3分钟；漂洗3分钟，二次；脱水2分钟。 洗涤时洗涤指示灯闪烁；漂洗时漂洗指示灯闪烁；脱水时脱水指示灯闪烁 有电源开关，水位选择按键过程选择按键，有启动/暂停按钮控制：第一次启动，标准洗涤；工作时按此按钮暂停，再按则恢复工作。 水位选择高水位时，洗涤、漂洗1.4秒正转，停1秒，反转1.4秒，停1秒。中水位时，洗涤、漂洗1.2秒正转，停0.

11、8秒，反转1.2秒，停0.8秒。低水位时，洗涤、漂洗1.0秒正转，停0.8秒，反转1.0秒，停0.8秒。 有水位控制功能3、功能概述.四种洗衣工作程序:标准程序、经济程序、单独程序和排水程序。标准程序是进水洗涤/漂洗排水脱水，如此循环3遍，第一遍为洗涤，时间为16分钟，第二、第三遍漂洗，时间分别为5分钟。排水时间采用动态时间法确定,脱水时间为3分钟。经济程序与标准程序一样，只是没有第三遍的漂洗环节。单独程序是进水洗涤(6分钟)结束(留水不排不脱)，排水程序是排水脱水结束，时间确定与上述程序相应环节相同。 浸泡功能。开启浸泡功能后，在上述前三种工作程序的第一次进水之后，会进入浸泡环节，先洗涤1分

12、钟以搅匀衣物和洗涤剂，再停机浸泡10分钟，然后退出浸泡环节进入洗涤环节。4.进、排水故障自诊断功能。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，就认为进、排水系统有故障，因此通过报警程序发出警告信号，提醒操作者进行人工排除。 安全保护和防振动功能。脱水期间，若打开机盖，洗衣机会自动暂停脱水；若出现衣物缠绕引起脱水桶重心偏移而不平衡，洗衣机会自动暂停脱水，以免振动过大，待人工处理后恢复工作。 间歇驱动方式。脱水期间采取间歇驱动方式（驱动5秒，间歇2秒），以便节能。间歇期间靠惯性力使脱水桶保持高速旋转。 暂停功能。当按下暂停键/启动键时，洗衣机须停止工作，再按该键，洗衣机

13、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、光提示或显示。洗衣机要完成洗衣机工作，除了要求有正确的电路控制系统之外，还要根据用户的不同要求设置几种不同的洗衣程序，还要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；保证高速运转时脱水的安全性等。五系统方案选择与论证控制系统主要由电源电路、数字控制电路和机械控制电路三大模块构成。以AT89S52为核心，通过变压器对市电降压整流滤波后经LM7812和LM7805三端稳压+5V给CPU供电，输出+12V给电机和电磁阀供电；用户从键盘传递水位、洗衣次数、循环次数数据，5位数

14、码管分别显示，由ADC0804对水位电阻丝的模拟电压进行实时采集后并行传输到CPU，由ULN2003对电磁阀进行进排水以及电机正转反转的控制，当系统发生进排水故障和洗衣结束时，蜂鸣器发出报警信号。5-1总体方案设计（一）电源模块系统电源电气原理图如图4。市电220V经变压器T变压为12V交流电压，通过4只二极1N4004全桥整流后，再经过电容C滤波后得到滑的直流电压，经过三端稳压器7805稳压后得稳定的+5V电压给各器件供电。图5-1-1电源模块硬件电路（二）按键输入模块（1）复位键K1。（2）程序选择键K2。（3）设定选择键 K3。（4）暂停/启动键K4。（5）预约功能键K5， （6）水位开

15、关K6。（7）电源开关K 7。图5-1-2按键模块硬件电路（三）数码管显示模块用4个数码管动态显示，字段译码器74LS47的输入端接单片机的P0口，进行数码管的段选，74HC139对P0口发送的数据进行位选。本方案能很好的实现显示控制，再不提升成本和复杂性基础上，既有方案一的优点，又弥补了方案一缺点，节省了系统CPU资源，故选择后者。图5-1-3电源模块硬件电路（四）蜂鸣器报警模块图5-1-4 蜂鸣器电路图中当P2.4置高电平时，没有电流流过线圈，蜂鸣器不发声；当P2.4置低电平时，这样蜂鸣器的电流形成回路，发出声音。 当程序检测水位高低、洗衣次数以及电机循环次数都设定时（每个的数值=1）时，

16、如果没有，单片机会给P2.7引脚输出低电平，使三极管8550导通，蜂鸣器报警2声。 当洗衣进水时，在一段时间内还没达到预定水位，说明进水有故障蜂鸣器报警3声；同理排水发生故障时，报警4声。给用户提示，需人工排除故障。还有就是洗衣结束时发出结束信号。（五） 水位检测电路 将一根10K电阻丝一侧的保护膜刮掉，绕成与容器底部到高水位等距，一端接入+5伏的电压另一端放入水容器的底部在经一个1K的电阻后接地，使之能在水中导通，当液位发生变化时，在水中的部分电阻丝将会发生短路，引起浸入水中电阻丝阻值的变化，从而引起不同的模拟电压信号送至A/D转换器变成数字信号并行传送给单片机处理。电阻丝价格低廉，可以对水

17、位进行较精确的控制，且容易实现外围电路的连接，故选择后者。ADC0804转换器具有三态输出锁存器，可直接驱动数据道路总线，故与51单片机的接口电路十分简单。ADC08O4获得的0一5V的模拟信号，然后将其转换成8位二进制数值，即可以将0一5V的电位信号2的8次方（256）等分。CPU将获得的信号与设定的值进行比较并执行停止进水或是排水的动作。图5-1-5 水位检测电路（六）电动机的控制电路现只用一块达林顿ULN2003既能驱动电机也能驱动电磁阀，通过把ULN2003的各输入口接入单片机就能实现全部控制，输出口OUT1,OUT2是接电机，进水阀接入ULN2003的OUT3引脚，排水阀接入ULN2

18、003的OUT4引脚。注意到电机和电磁阀这类元器件内部都有线圈，控制他们的启停时，在某一个机械状态切换时，线圈会产生自感电动势，而只用一块L298N也能实现，但是必须接入三个IN4148二极管，用于吸收释放电感 线圈断电时产生的反响电动势，防止烧坏芯片和干扰电路，ULN2003芯片内部做了一个消线圈反电动势的二极管，这样减少了一个L298N集成芯片又节省了保护二极管，节约成本，也易于实现。 图5-1-6 电机控制电路（七）进出水阀控制器晶闸管驱动控制电路如图所示，其作用是控制洗衣机的进水阀动机的正反转。完成洗衣机的进水、排水以及驱动电机洗衣功能。将信号放大后驱动晶闸管的导通和关断。洗衣机完成衣

19、物检测或手动设置洗衣程序后，进水阀打开，当水位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，启动电机开始洗结束排水阀将会打开，进入脱水程序。图5-1-7 进出水阀控制器六软件设计根据硬件设计要求，控制程序流程图如图2所示。洗衣机通电后，单片机上电，首先进行程序初始化，包括定时器0，外部中断0，的初始化，以及各参数初始值的设定。默认的洗衣强度为标准洗涤，然后扫描各个按键的状态，确定预约功能，洗衣程序，洗衣方式等，洗衣机处于待命状态，控制指示灯显示各种显示状态。当发现启动

20、键按下时，洗衣机从待命状态进入工作状态。完成进水-洗涤-漂洗-脱水的循环过程。当洗衣机结束时，控制蜂鸣器发声。系统软件流程图如图5-1所示图6-1系统软件流程图 进水程序设计当p0.6=1时，打开进水电磁阀开始进水。当水位到达要求是，停止进水，关闭进水电磁阀，p0.6=0，进水结束 洗涤过程程序设计电机正反转都为1.4s，根据R2的值确定洗衣时间，程序流程图如图5-2所示图6-2洗涤过程程序设计 脱水过程程序设计脱水前先打开排水1min，然后启动电机脱水，判断排水时间R3并保持排水阀开启，若R3=0则洗衣结束，开蜂鸣器提醒洗衣结束，系统返回待命状态；若R3不为0则继续进行脱水图6-3脱水过程程

21、序设计 内部定时器中断设计工作所需要的各种计时均有定时器0定时中断服务程序提供单片机晶振频率12Mhz，定时器0选择工作方式1，设置时间常数，每0.1s中断一次，中断处理流程图如图5-4所示：图6-4定时器中断程序流程图七工作进展安排与未来工作计划依毕业设计的周工作进度安排，截至5月17号完成硬件电路设计和proteus和keil的联动仿真，用c语言编程实现电路的基本功能。八. 参考文献：1 Pxvlica Vladinir, Petrovacki Duson. About Simple Fuzzy Control and Fuzzy Control Based on Fuzzy Relational EquationsJ.Fuzzy Set and System,1999(1):41-47.2 潘海燕.波轮式全自动洗衣机的单片机控制D.台州职业技术学院电气工程系,2003.3