基于51單片機智能可控洗衣機設(shè)計

引言

目前我國的洗衣機的種類有很多，現(xiàn)在農(nóng)村大部分的洗衣機類型都是半自動的，既耽誤時間又耗費體力；隨著全自動洗衣機的問世，人們對洗衣機的關(guān)注也越來越多，現(xiàn)在的全自動洗衣機的功能有進水、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，人們對于洗衣機的要求越來越高，這就要求設(shè)計者們設(shè)計出更人性、更方便、更快捷的洗衣機。讓洗衣服這項難于逃避的家務(wù)勞動，不再成為一種負擔。

隨著加入世貿(mào)組織，很多的國內(nèi)外強勢品牌加入，研究新的技術(shù)開發(fā)新的產(chǎn)品，洗衣機行業(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)制高點則是未來的競爭焦點。在國內(nèi)，由于水資源的缺乏以及水費有所提高，因此節(jié)水型的洗衣機在國內(nèi)比較暢銷，而用水量較大的洗衣機則可能會被淘汰。對這種現(xiàn)狀，我國的洗衣機生產(chǎn)商對于洗衣機的設(shè)計做出調(diào)整，向市場推出一批節(jié)能型全自動洗衣機。雖然全自動洗衣機有它的優(yōu)勢，但是對于大部分農(nóng)村人來說，全自動洗衣機仍是奢侈品，所以半自動洗衣機仍然有它自己的市場，這就要求設(shè)計者考慮到更多的方面去設(shè)計洗衣機。

目前全自動洗衣機的控制功能都是由單片機實現(xiàn)的，單片機易于操作，體積小，價格低因此受到廣泛的應用，所以此設(shè)計也是在單片機的基礎(chǔ)上設(shè)計的，具有很強的實用性。本次設(shè)計以AT89C51單片機為核心，在此基礎(chǔ)上增加外圍電路，以確保洗衣機的正常運行。本次設(shè)計主要包括硬件設(shè)計，仿真設(shè)計，和程序編寫。硬件設(shè)計包括電源電路、單片機最小系統(tǒng)電路、按鍵電路、倒計時電路、電機驅(qū)動電路、顯示報警電路；仿真設(shè)計主要包括電機控制電路、蜂鳴報警電路、顯示電路、按鍵控制電路和指示電路；程序的編寫主要有洗滌程序、漂洗程序、脫水程序。與此同時還介紹了與洗衣機有關(guān)的一些常見的電子元器件的基本功能。

第1章 緒? 論

1.1課堂開發(fā)背景

有人說，科技的進步是因為人類的懶造成的，是的，因為人們懶得走路，所以有了自行車、電動車、汽車；因為人們懶得燒火，所以有了各類的電飯鍋；因為人們懶得洗衣服，所以有了洗衣機。人們的生活水平不斷提高，科技不斷進步，洗衣機的品種和功能層出不窮。現(xiàn)在的洗衣機已經(jīng)越來越智能化，人們只需按幾個鍵就可以將衣服晾出去了。隨著科技的進步我相信在不久的將來我們一定可以發(fā)明出更先進更便捷的洗衣機。也許到時我們只需說一句話，或者一個口哨，洗衣機就可以按著制定的程序完成各種操作了，等我們一覺醒來，衣服已經(jīng)掛在晾衣繩上了。

1.2 設(shè)計的目的和意義

目前我國的洗衣機的種類有很多，現(xiàn)在農(nóng)村大部分的洗衣機類型都是半自動的，既耽誤時間又耗費體力；隨著全自動洗衣機的問世，人們對洗衣機的關(guān)注也越來越多，現(xiàn)在的全自動洗衣機的功能有進水、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，人們對于洗衣機的要求越來越高，這就要求設(shè)計者們設(shè)計出更人性、更方便、更快捷的洗衣機。雖然此次設(shè)計并沒有將洗衣機的作用全部設(shè)計出來，但重要的是將自己在課堂上學的東西運用到實際中來，讓我們看到自己所學的知識并不只是紙上談兵。

1.3 國內(nèi)外現(xiàn)狀及水平

1. 洗衣機的分類

普通洗衣機。其洗滌、漂洗、脫水等功能均須手工轉(zhuǎn)換。

半自動洗衣機。它能在洗滌、漂洗、脫水等功能之間，實現(xiàn)某兩個功能的自動轉(zhuǎn)換。

全自動洗衣機。它能自動實現(xiàn)洗滌、漂洗、脫水等所有功能。

2. 全自動洗衣機在國內(nèi)外的現(xiàn)狀及水平

全自動洗衣機的種類有很多，根據(jù)結(jié)構(gòu)不同可分為波輪式全自動洗衣機(也叫套桶式全自動洗衣機)、滾筒式全自動洗衣機和攪拌式全自動洗衣機三大類。因為滾筒式機的價格高于波輪式機，所以波輪式機仍受到普遍歡迎；攪拌式洗衣機目前還沒有進入我國市場。目前我國的洗衣機仍然存在很多的缺陷，有待設(shè)計者去設(shè)計出更人性化的洗衣機。在我國，農(nóng)村人口較多，而農(nóng)村人使用全自動洗衣機的人數(shù)寥寥無幾，不僅因為它的價格昂貴，還因為農(nóng)村自來水的不方便。相信在不久的將來，全自動洗衣機一定會完全代替半自動洗衣機。

現(xiàn)在已經(jīng)有的洗衣機廠家設(shè)計出來便攜式洗衣機輕巧、體積小。還有的商家設(shè)計出遠程控制的洗衣機，方便控制。怎么樣？是不是眼花繚亂了呢？我相信將來的洗衣機一定會朝著更方便、更節(jié)能、更人性化的方向發(fā)展。

第2章 設(shè)計方案

2.1 設(shè)計任務(wù)

1.主要內(nèi)容：設(shè)計一個用單片機控制的洗衣機控制器。以單片機為核心，擴展必要的外圍電路，設(shè)計一個洗衣機的控制器。

2.主要功能:

1）標準洗滌：洗滌十二分鐘；漂洗六分鐘，三次，脫水三分鐘。（在此次設(shè)計中為了便于觀察結(jié)果，時間有所調(diào)整）

2）有啟動／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，按停止鍵停止。

3）有脫水功能。

4）有指示功能：進水時進水指示燈亮；洗滌時洗滌指示燈亮；排水時排水指示燈亮；漂洗時漂洗指示燈亮；脫水時脫水指示燈亮。

2.2 洗衣機的設(shè)計方案

本系統(tǒng)實現(xiàn)了對洗衣機整個洗衣過程的控制，包括按鍵的輸入、進水、洗滌、漂洗、排水和脫水等階段。控制系統(tǒng)主要由電源電路、單片機控制系統(tǒng)和外部硬件電路構(gòu)成。單片機控制系統(tǒng)負責控制洗衣機的工作過程，主要由AT89C51單片機、2位共陽數(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、電動機、步進電機驅(qū)動組成。

2.2.1 按鍵

洗衣機面板上有4個按鈕K1、K2、K3、K4。

K1為菜單鍵，在按K4鍵時，需先按下K1鍵，防止誤操作。

K2為開始鍵，用于啟動洗衣機。

K3用于停止。

K4為菜單選擇鍵，用于選擇用戶所需的功能。

2.2.2 洗衣程序

⑴洗滌過程

通電后，若不選擇洗衣周期，則洗衣機從洗滌過程開始。進入洗滌過程，首先進水，進水指示燈亮，開始向洗衣機供水，當?shù)竭_要求時間時，停止進水；電機M接通，帶動波輪旋轉(zhuǎn)，形成洗衣水流。電機M是一個正反轉(zhuǎn)電機，可以形成往返水流，有利于洗滌衣物。

⑵漂洗過程

與洗滌過程操作相同，只是時間短一些。

⑶脫水過程

洗滌或漂洗過程結(jié)束后，電機M停止轉(zhuǎn)動，開始排水。排水完畢，電機開始正轉(zhuǎn)，帶動內(nèi)桶高速旋轉(zhuǎn)，甩干衣物。

2.2.3 設(shè)計總方框圖

圖2.2.3設(shè)計總方框圖

2.3 控制系統(tǒng)的功能

基于單片機的全自動洗衣機設(shè)計通過程序的控制來自動完成注水、洗滌、漂洗、排水和脫水全過程。洗衣時控制系統(tǒng)控制洗衣機開始注水；當注水定時到，啟動電機洗衣。電機在系統(tǒng)的控制下進行正轉(zhuǎn)、停、反轉(zhuǎn)通過傳動帶動波輪執(zhí)行洗滌程序；當洗滌時間終了，控制系統(tǒng)控制洗衣機開始排水；然后再次注水，洗衣機進入漂洗狀態(tài)，完成漂洗程序（通常為3次漂洗）后，開始排水；排水結(jié)束后系統(tǒng)控制電機單方向高速運轉(zhuǎn)完成脫水程序；當脫水程序終了蜂鳴器奏響，通知用戶整個洗衣程序結(jié)束。

第3章 仿真設(shè)計

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、指示燈、電動機、蜂鳴器、LED顯示燈、及4只按鍵組成。其組成如圖3.1所示。電動機有兩個控制端，一端控制電動機正轉(zhuǎn)且該端與P2.0相連，另一端控制電動機的反轉(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P0.7輸出為“0”時蜂鳴器發(fā)聲。本系統(tǒng)采用12M的晶體振蕩器定時器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 電機控制電路

?? 電機控制電路如圖3.2.1所示，其中包括步進電機驅(qū)動芯片L298。

L298是SGS-THOMSON Microelectronics所出產(chǎn)的是雙全橋步進電機專用驅(qū)動芯片，內(nèi)部包含4信道邏輯驅(qū)動電路，是一種二相和四相步進電機的專用驅(qū)動器，可同時驅(qū)動兩個二相和一個四相步進電機，內(nèi)含兩個H-Bridge的高電壓、低電流雙全橋式驅(qū)動器，接受標準TTL邏輯準位信號可驅(qū)動46V、2A以下的步進電機，且可以直接透過電源來調(diào)節(jié)輸出電壓，此芯片可直接由單片機的IO端口來提供模擬時序信號。

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可與電流幀測用電阻連接來控制負載電路；OUT1

和OUT2，OUT3和OUT4之間分別接兩個步進電機；input1—input4輸入控制電位來控制電機的正反轉(zhuǎn)；enable則控制電機停轉(zhuǎn)。

3.3蜂鳴器報警電路

用蜂鳴器模擬結(jié)束報警電路，與單片機的P0.7口相連，當P0.7口為低電平時蜂鳴器報警，用三極管驅(qū)動蜂鳴器。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)碼管是一種半導體發(fā)光器件，其基本單元是發(fā)光二極管。本次設(shè)計中我們采用兩位共陽極數(shù)碼管主要是用來指示洗衣機的工作倒計時。兩位數(shù)碼管跟單片機的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 課題開發(fā)背景................................................................................ 2
1.2 設(shè)計的目的和意義........................................................................ 2
1.3 國內(nèi)外現(xiàn)狀及水平........................................................................ 2
第2章 設(shè)計方案................................................................................... 4
2.1 設(shè)計任務(wù)......................................................................................... 4
2.2 洗衣機的設(shè)計方案........................................................................ 4
2.2.1 按鍵........................................................................................ 5
2.2.2 洗衣程序................................................................................ 6
2.2.3 設(shè)計總方框圖....................................................................... 6
2.3 控制系統(tǒng)的功能............................................................................ 6
第3章 仿真設(shè)計................................................................................... 7
3.1控制系統(tǒng)的電路組成..................................................................... 7
3.2 電機控制電路................................................................................ 7
3.3 蜂鳴器報警電路.......................................................................... 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.................................................................................. 13
4.1 主程序設(shè)計................................................................................... 13
4.2 標準洗衣程序設(shè)計...................................................................... 14
4.3 洗滌程序的設(shè)計.......................................................................... 14
4.4 漂洗程序的設(shè)計.......................................................................... 15
4.5 脫水程序的設(shè)計.......................................................................................... 16
第5章 硬件設(shè)計.................................................................................. 17
5.1 控制系統(tǒng)的電路組成.................................................................. 18
5.2 電源電路....................................................................................... 18
5.3復位、時鐘電路............................................................................ 18
5.4 顯示報警電路............................................................................... 18
5.5 按鍵電路....................................................................................... 18
5.6 倒計時電路................................................................................... 18
5.7 電機驅(qū)動電路............................................................................................... 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................................................................................................... 20
致??? 謝................................................................................................... 21
附??? 錄................................................................................................... 22
附錄A 仿真圖...................................................................................... 22
附錄B 程序........................................................................................... 23