基于51單片機(jī)智能可控洗衣機(jī)設(shè)計(jì)

引言

目前我國(guó)的洗衣機(jī)的種類(lèi)有很多，現(xiàn)在農(nóng)村大部分的洗衣機(jī)類(lèi)型都是半自動(dòng)的，既耽誤時(shí)間又耗費(fèi)體力；隨著全自動(dòng)洗衣機(jī)的問(wèn)世，人們對(duì)洗衣機(jī)的關(guān)注也越來(lái)越多，現(xiàn)在的全自動(dòng)洗衣機(jī)的功能有進(jìn)水、洗滌、排水、漂洗、脫水、排水等幾大功能。隨著人們生活水平的提高，人們對(duì)于洗衣機(jī)的要求越來(lái)越高，這就要求設(shè)計(jì)者們?cè)O(shè)計(jì)出更人性、更方便、更快捷的洗衣機(jī)。讓洗衣服這項(xiàng)難于逃避的家務(wù)勞動(dòng)，不再成為一種負(fù)擔(dān)。

隨著加入世貿(mào)組織，很多的國(guó)內(nèi)外強(qiáng)勢(shì)品牌加入，研究新的技術(shù)開(kāi)發(fā)新的產(chǎn)品，洗衣機(jī)行業(yè)將爆發(fā)新一輪的以“綠色環(huán)?！?、“節(jié)水節(jié)能”為主題的大戰(zhàn)，而技術(shù)制高點(diǎn)則是未來(lái)的競(jìng)爭(zhēng)焦點(diǎn)。在國(guó)內(nèi)，由于水資源的缺乏以及水費(fèi)有所提高，因此節(jié)水型的洗衣機(jī)在國(guó)內(nèi)比較暢銷(xiāo)，而用水量較大的洗衣機(jī)則可能會(huì)被淘汰。對(duì)這種現(xiàn)狀，我國(guó)的洗衣機(jī)生產(chǎn)商對(duì)于洗衣機(jī)的設(shè)計(jì)做出調(diào)整，向市場(chǎng)推出一批節(jié)能型全自動(dòng)洗衣機(jī)。雖然全自動(dòng)洗衣機(jī)有它的優(yōu)勢(shì)，但是對(duì)于大部分農(nóng)村人來(lái)說(shuō)，全自動(dòng)洗衣機(jī)仍是奢侈品，所以半自動(dòng)洗衣機(jī)仍然有它自己的市場(chǎng)，這就要求設(shè)計(jì)者考慮到更多的方面去設(shè)計(jì)洗衣機(jī)。

目前全自動(dòng)洗衣機(jī)的控制功能都是由單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的，單片機(jī)易于操作，體積小，價(jià)格低因此受到廣泛的應(yīng)用，所以此設(shè)計(jì)也是在單片機(jī)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)的，具有很強(qiáng)的實(shí)用性。本次設(shè)計(jì)以AT89C51單片機(jī)為核心，在此基礎(chǔ)上增加外圍電路，以確保洗衣機(jī)的正常運(yùn)行。本次設(shè)計(jì)主要包括硬件設(shè)計(jì)，仿真設(shè)計(jì)，和程序編寫(xiě)。硬件設(shè)計(jì)包括電源電路、單片機(jī)最小系統(tǒng)電路、按鍵電路、倒計(jì)時(shí)電路、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、顯示報(bào)警電路；仿真設(shè)計(jì)主要包括電機(jī)控制電路、蜂鳴報(bào)警電路、顯示電路、按鍵控制電路和指示電路；程序的編寫(xiě)主要有洗滌程序、漂洗程序、脫水程序。與此同時(shí)還介紹了與洗衣機(jī)有關(guān)的一些常見(jiàn)的電子元器件的基本功能。

第1章 緒? 論

1.1課堂開(kāi)發(fā)背景

有人說(shuō)，科技的進(jìn)步是因?yàn)槿祟?lèi)的懶造成的，是的，因?yàn)槿藗儜械米呗?，所以有了自行?chē)、電動(dòng)車(chē)、汽車(chē)；因?yàn)槿藗儜械脽穑杂辛烁黝?lèi)的電飯鍋；因?yàn)槿藗儜械孟匆路杂辛讼匆聶C(jī)。人們的生活水平不斷提高，科技不斷進(jìn)步，洗衣機(jī)的品種和功能層出不窮?，F(xiàn)在的洗衣機(jī)已經(jīng)越來(lái)越智能化，人們只需按幾個(gè)鍵就可以將衣服晾出去了。隨著科技的進(jìn)步我相信在不久的將來(lái)我們一定可以發(fā)明出更先進(jìn)更便捷的洗衣機(jī)。也許到時(shí)我們只需說(shuō)一句話(huà)，或者一個(gè)口哨，洗衣機(jī)就可以按著制定的程序完成各種操作了，等我們一覺(jué)醒來(lái)，衣服已經(jīng)掛在晾衣繩上了。

1.2 設(shè)計(jì)的目的和意義

目前我國(guó)的洗衣機(jī)的種類(lèi)有很多，現(xiàn)在農(nóng)村大部分的洗衣機(jī)類(lèi)型都是半自動(dòng)的，既耽誤時(shí)間又耗費(fèi)體力；隨著全自動(dòng)洗衣機(jī)的問(wèn)世，人們對(duì)洗衣機(jī)的關(guān)注也越來(lái)越多，現(xiàn)在的全自動(dòng)洗衣機(jī)的功能有進(jìn)水、洗滌、排水、漂洗、脫水、排水等幾大功能。隨著人們生活水平的提高，人們對(duì)于洗衣機(jī)的要求越來(lái)越高，這就要求設(shè)計(jì)者們?cè)O(shè)計(jì)出更人性、更方便、更快捷的洗衣機(jī)。雖然此次設(shè)計(jì)并沒(méi)有將洗衣機(jī)的作用全部設(shè)計(jì)出來(lái)，但重要的是將自己在課堂上學(xué)的東西運(yùn)用到實(shí)際中來(lái)，讓我們看到自己所學(xué)的知識(shí)并不只是紙上談兵。

1.3 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀及水平

1. 洗衣機(jī)的分類(lèi)

普通洗衣機(jī)。其洗滌、漂洗、脫水等功能均須手工轉(zhuǎn)換。

半自動(dòng)洗衣機(jī)。它能在洗滌、漂洗、脫水等功能之間，實(shí)現(xiàn)某兩個(gè)功能的自動(dòng)轉(zhuǎn)換。

全自動(dòng)洗衣機(jī)。它能自動(dòng)實(shí)現(xiàn)洗滌、漂洗、脫水等所有功能。

2. 全自動(dòng)洗衣機(jī)在國(guó)內(nèi)外的現(xiàn)狀及水平

全自動(dòng)洗衣機(jī)的種類(lèi)有很多，根據(jù)結(jié)構(gòu)不同可分為波輪式全自動(dòng)洗衣機(jī)(也叫套桶式全自動(dòng)洗衣機(jī))、滾筒式全自動(dòng)洗衣機(jī)和攪拌式全自動(dòng)洗衣機(jī)三大類(lèi)。因?yàn)闈L筒式機(jī)的價(jià)格高于波輪式機(jī)，所以波輪式機(jī)仍受到普遍歡迎；攪拌式洗衣機(jī)目前還沒(méi)有進(jìn)入我國(guó)市場(chǎng)。目前我國(guó)的洗衣機(jī)仍然存在很多的缺陷，有待設(shè)計(jì)者去設(shè)計(jì)出更人性化的洗衣機(jī)。在我國(guó)，農(nóng)村人口較多，而農(nóng)村人使用全自動(dòng)洗衣機(jī)的人數(shù)寥寥無(wú)幾，不僅因?yàn)樗膬r(jià)格昂貴，還因?yàn)檗r(nóng)村自來(lái)水的不方便。相信在不久的將來(lái)，全自動(dòng)洗衣機(jī)一定會(huì)完全代替半自動(dòng)洗衣機(jī)。

現(xiàn)在已經(jīng)有的洗衣機(jī)廠(chǎng)家設(shè)計(jì)出來(lái)便攜式洗衣機(jī)輕巧、體積小。還有的商家設(shè)計(jì)出遠(yuǎn)程控制的洗衣機(jī)，方便控制。怎么樣？是不是眼花繚亂了呢？我相信將來(lái)的洗衣機(jī)一定會(huì)朝著更方便、更節(jié)能、更人性化的方向發(fā)展。

第2章 設(shè)計(jì)方案

2.1 設(shè)計(jì)任務(wù)

1.主要內(nèi)容：設(shè)計(jì)一個(gè)用單片機(jī)控制的洗衣機(jī)控制器。以單片機(jī)為核心，擴(kuò)展必要的外圍電路，設(shè)計(jì)一個(gè)洗衣機(jī)的控制器。

2.主要功能:

1）標(biāo)準(zhǔn)洗滌：洗滌十二分鐘；漂洗六分鐘，三次，脫水三分鐘。（在此次設(shè)計(jì)中為了便于觀(guān)察結(jié)果，時(shí)間有所調(diào)整）

2）有啟動(dòng)／暫停按鈕控制：按菜單鍵，再按菜單選擇鍵，選擇所需要的功能，工作時(shí)，按停止鍵停止。

3）有脫水功能。

4）有指示功能：進(jìn)水時(shí)進(jìn)水指示燈亮；洗滌時(shí)洗滌指示燈亮；排水時(shí)排水指示燈亮；漂洗時(shí)漂洗指示燈亮；脫水時(shí)脫水指示燈亮。

2.2 洗衣機(jī)的設(shè)計(jì)方案

本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)洗衣機(jī)整個(gè)洗衣過(guò)程的控制，包括按鍵的輸入、進(jìn)水、洗滌、漂洗、排水和脫水等階段。控制系統(tǒng)主要由電源電路、單片機(jī)控制系統(tǒng)和外部硬件電路構(gòu)成。單片機(jī)控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)控制洗衣機(jī)的工作過(guò)程，主要由AT89C51單片機(jī)、2位共陽(yáng)數(shù)碼管、按鍵、蜂鳴器、LED指示燈組成；外部硬件電路有繼電器、三極管、電動(dòng)機(jī)、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)組成。

2.2.1 按鍵

洗衣機(jī)面板上有4個(gè)按鈕K1、K2、K3、K4。

K1為菜單鍵，在按K4鍵時(shí)，需先按下K1鍵，防止誤操作。

K2為開(kāi)始鍵，用于啟動(dòng)洗衣機(jī)。

K3用于停止。

K4為菜單選擇鍵，用于選擇用戶(hù)所需的功能。

2.2.2 洗衣程序

⑴洗滌過(guò)程

通電后，若不選擇洗衣周期，則洗衣機(jī)從洗滌過(guò)程開(kāi)始。進(jìn)入洗滌過(guò)程，首先進(jìn)水，進(jìn)水指示燈亮，開(kāi)始向洗衣機(jī)供水，當(dāng)?shù)竭_(dá)要求時(shí)間時(shí)，停止進(jìn)水；電機(jī)M接通，帶動(dòng)波輪旋轉(zhuǎn)，形成洗衣水流。電機(jī)M是一個(gè)正反轉(zhuǎn)電機(jī)，可以形成往返水流，有利于洗滌衣物。

⑵漂洗過(guò)程

與洗滌過(guò)程操作相同，只是時(shí)間短一些。

⑶脫水過(guò)程

洗滌或漂洗過(guò)程結(jié)束后，電機(jī)M停止轉(zhuǎn)動(dòng)，開(kāi)始排水。排水完畢，電機(jī)開(kāi)始正轉(zhuǎn)，帶動(dòng)內(nèi)桶高速旋轉(zhuǎn)，甩干衣物。

2.2.3 設(shè)計(jì)總方框圖

圖2.2.3設(shè)計(jì)總方框圖

2.3 控制系統(tǒng)的功能

基于單片機(jī)的全自動(dòng)洗衣機(jī)設(shè)計(jì)通過(guò)程序的控制來(lái)自動(dòng)完成注水、洗滌、漂洗、排水和脫水全過(guò)程。洗衣時(shí)控制系統(tǒng)控制洗衣機(jī)開(kāi)始注水；當(dāng)注水定時(shí)到，啟動(dòng)電機(jī)洗衣。電機(jī)在系統(tǒng)的控制下進(jìn)行正轉(zhuǎn)、停、反轉(zhuǎn)通過(guò)傳動(dòng)帶動(dòng)波輪執(zhí)行洗滌程序；當(dāng)洗滌時(shí)間終了，控制系統(tǒng)控制洗衣機(jī)開(kāi)始排水；然后再次注水，洗衣機(jī)進(jìn)入漂洗狀態(tài)，完成漂洗程序（通常為3次漂洗）后，開(kāi)始排水；排水結(jié)束后系統(tǒng)控制電機(jī)單方向高速運(yùn)轉(zhuǎn)完成脫水程序；當(dāng)脫水程序終了蜂鳴器奏響，通知用戶(hù)整個(gè)洗衣程序結(jié)束。

第3章 仿真設(shè)計(jì)

3.1控制系統(tǒng)的電路組成

該電路主要組成部件是由AT89S51單片機(jī)、指示燈、電動(dòng)機(jī)、蜂鳴器、LED顯示燈、及4只按鍵組成。其組成如圖3.1所示。電動(dòng)機(jī)有兩個(gè)控制端，一端控制電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)且該端與P2.0相連，另一端控制電動(dòng)機(jī)的反轉(zhuǎn)且該端與P2.1相連。顯示器共有兩只P1.2控制高位顯示器，P1.3控制低位顯示器。蜂鳴器有由P0.7控制，當(dāng)P0.7輸出為“0”時(shí)蜂鳴器發(fā)聲。本系統(tǒng)采用12M的晶體振蕩器定時(shí)器0的設(shè)置為每隔100ms產(chǎn)生一次中斷。

圖3.1控制系統(tǒng)的電路組成圖

3.2 電機(jī)控制電路

?? 電機(jī)控制電路如圖3.2.1所示，其中包括步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片L298。

L298是SGS-THOMSON Microelectronics所出產(chǎn)的是雙全橋步進(jìn)電機(jī)專(zhuān)用驅(qū)動(dòng)芯片，內(nèi)部包含4信道邏輯驅(qū)動(dòng)電路，是一種二相和四相步進(jìn)電機(jī)的專(zhuān)用驅(qū)動(dòng)器，可同時(shí)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)二相和一個(gè)四相步進(jìn)電機(jī)，內(nèi)含兩個(gè)H-Bridge的高電壓、低電流雙全橋式驅(qū)動(dòng)器，接受標(biāo)準(zhǔn)TTL邏輯準(zhǔn)位信號(hào)可驅(qū)動(dòng)46V、2A以下的步進(jìn)電機(jī)，且可以直接透過(guò)電源來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓，此芯片可直接由單片機(jī)的IO端口來(lái)提供模擬時(shí)序信號(hào)。

L298內(nèi)部邏輯圖如圖3.2.2所示，外形圖如圖3.2.3所示，引腳如圖3.2.4所示。

L298的引腳中PIN1和PIN15可與電流幀測(cè)用電阻連接來(lái)控制負(fù)載電路；OUT1

和OUT2，OUT3和OUT4之間分別接兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)；input1—input4輸入控制電位來(lái)控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)；enable則控制電機(jī)停轉(zhuǎn)。

3.3蜂鳴器報(bào)警電路

用蜂鳴器模擬結(jié)束報(bào)警電路，與單片機(jī)的P0.7口相連，當(dāng)P0.7口為低電平時(shí)蜂鳴器報(bào)警，用三極管驅(qū)動(dòng)蜂鳴器。如圖3.3所示。

3.4顯示電路

顯示模塊由數(shù)碼管構(gòu)成。

數(shù)碼管是一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，其基本單元是發(fā)光二極管。本次設(shè)計(jì)中我們采用兩位共陽(yáng)極數(shù)碼管主要是用來(lái)指示洗衣機(jī)的工作倒計(jì)時(shí)。兩位數(shù)碼管跟單片機(jī)的P2口以及P1.2、P1.3口連接，其中，P1.2和P1.3口控制數(shù)碼管的位碼，P2口控制數(shù)碼管的段碼。如圖3.4所示。

目??? 錄

摘??? 要..................................................................................................... I
Abstract....................................................................................................... II
引??? 言.................................................................................................... 1
第1章 緒? 論........................................................................................ 2
1.1 課題開(kāi)發(fā)背景................................................................................ 2
1.2 設(shè)計(jì)的目的和意義........................................................................ 2
1.3 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀及水平........................................................................ 2
第2章 設(shè)計(jì)方案................................................................................... 4
2.1 設(shè)計(jì)任務(wù)......................................................................................... 4
2.2 洗衣機(jī)的設(shè)計(jì)方案........................................................................ 4
2.2.1 按鍵........................................................................................ 5
2.2.2 洗衣程序................................................................................ 6
2.2.3 設(shè)計(jì)總方框圖....................................................................... 6
2.3 控制系統(tǒng)的功能............................................................................ 6
第3章 仿真設(shè)計(jì)................................................................................... 7
3.1控制系統(tǒng)的電路組成..................................................................... 7
3.2 電機(jī)控制電路................................................................................ 7
3.3 蜂鳴器報(bào)警電路.......................................................................... 10
3.4顯示電路......................................................................................... 11
3.5按鍵控制電路................................................................................ 12
3.6指示電路......................................................................................... 12
第4章 軟件設(shè)計(jì).................................................................................. 13
4.1 主程序設(shè)計(jì)................................................................................... 13
4.2 標(biāo)準(zhǔn)洗衣程序設(shè)計(jì)...................................................................... 14
4.3 洗滌程序的設(shè)計(jì).......................................................................... 14
4.4 漂洗程序的設(shè)計(jì).......................................................................... 15
4.5 脫水程序的設(shè)計(jì).......................................................................................... 16
第5章 硬件設(shè)計(jì).................................................................................. 17
5.1 控制系統(tǒng)的電路組成.................................................................. 18
5.2 電源電路....................................................................................... 18
5.3復(fù)位、時(shí)鐘電路............................................................................ 18
5.4 顯示報(bào)警電路............................................................................... 18
5.5 按鍵電路....................................................................................... 18
5.6 倒計(jì)時(shí)電路................................................................................... 18
5.7 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路............................................................................................... 18
第6章 調(diào)? 試...................................................................................... 18
6.1 硬件調(diào)試....................................................................................... 18
6.2 軟件調(diào)試....................................................................................... 18
結(jié)??? 論................................................................................................... 19
參考文獻(xiàn)................................................................................................... 20
致??? 謝................................................................................................... 21
附??? 錄................................................................................................... 22
附錄A 仿真圖...................................................................................... 22
附錄B 程序........................................................................................... 23