015 单片机 全自动洗衣机电路设计样本
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本系统开发工具：单片机/汇编
本设计包含内容：源代码+毕业论文+开题报告+答辩稿
论文大概：
全自动洗衣机电路设计
1、概述
随着电子技术的迅猛发展,各种家用电器越来越趋向于全电脑管理,比如洗衣机、电冰箱等。人们习惯于人性化操作,而不是看大量的说明书才进行相关的操作,本设计正是基于此,设计全自动洗衣。
传统的全自动洗衣机有两种：一种是机械控制式,一种是程序控制式。在严格意义上这两种洗衣机不能称作全自动。因为它们都需要人进行衣质、衣量判断,并确定洗衣时间。传统洗衣机由于功能的需要和和技术的局限,控制键越来越多,而洗衣的人一般是家庭妇女、老人、保姆等,这些人的文化程度相对来说比较低,很难掌握正确用法,造成功能上的浪费。不但中国如此,据美国消费者协会调查表明：“在家用电器中,一般的美国人常用的功能键只有20%～30%,有80%的家庭妇女不能掌握其全部用法。”所以控制简单而且功能完善的家用电器就越来越受欢迎。随着模糊控制技术应用的广泛开展,人类的这种愿望就有了实现的机会。模糊控制在电器上的应用在世界范围内得到普遍重视。主要任务是以洗衣机作为被控对象,设计一套应用于洗衣机的采用模糊控制理论的交流变频调速系统,目的是只用一个键就能完成洗衣所有功能。本设计即是如此,通过单键操作,完成洗涤。
2、方案选择
2.1全自动洗衣机的控制功能要求：
  洗衣机要完成洗衣工作,除了对一般洗衣过程的人工工作及效能进行模拟之外,还要根据洗衣机的机械电子性质进行有关控制和检测。
  对于一台套桶式缸波轮全自动洗衣机而言,首先要求能完成洗衣功能；同时还要根据用户的不同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。所以,对全自动洗衣机,一般要求具有如下基本功能。
1) 强、弱洗涤功能。要求强洗时正、反转驱动时间各为4s,间歇时间为1s,弱洗是正、反转驱动时间各为3s,间歇时间为2s。
2) 4种洗衣工作程序,即标准程序、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次,每循环一次洗涤或漂洗环节时间比上一循环同一环节时间减少2min,具体是：第一循环为洗涤,时间为6min,第二,第三次循环为漂洗,时间分别为4min和2min。排水时间采用动态时间法确定,脱水时间为2min。经济程序与标准程序一样,只是喜欢次数为二次。单独次序是进水→洗涤（6min）→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。
3) 进、排水系统故障自动诊断功能。洗衣机在进水或者排水过程中,若在一定的时间范围内进水或排水未能达到预定的水位,就说明进、排水系统有故障,此故障由控制系统测知并通过警告程序发出警告信号,提醒操作者进行人工排除。
4) 脱水期间安全保护和防震功能。洗衣机在脱水期间若打开机盖时,洗衣机就会自动停止脱水操作。脱水期间,如果出现衣物缠绕引起脱水桶重心偏移而不平衡,洗衣机也会自动停止脱水,以免振动过大,待人工处理后恢复工作。
5) 间歇驱动方式。脱水期间采取间歇驱动方式,以便节能。本系统要求驱动5s,间歇2s,间歇期间靠惯性力使脱水桶保持高速旋转。
6) 暂停功能。不管洗衣机工作在什么状态,当按下暂停键时,洗衣机须停止工作,待驱动键按下后洗衣机又能按原来所选择的工作方式继续工作。
7) 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。
2.2整机组成框图
   针对上述,一方面,涉及到硬件电路,另一方面要配合相应的软件,才能完成上述功能。下面为本设计的整机框图如图1。
  如图所示,通过传感器,将被洗衣物一相关数据通过A/D转换电路送到微处器内部,进行分析、处理,然后分别进行模糊控制,如进水量、浸泡时间、洗涤时间和排水时间。通过数码管显示相应状态,由简单按键控制,遇到险情由扬声器发声。

图1整机电路组成框图
3、硬件电路设计
   针对上文的功能,硬件电路应包括七个部分：微处理器控制电路、显示电路、采样电路、电机控制电路、进水阀控制电路、排水阀控制电路和按键报警电路。
通过这几个部分电路的协调工作,洗衣机能模拟人脑进行操作。下面分别产述各电路组成。
3.1、微处理控制电路
   微处理电路我们采用ATMEL公司的单片机,价格便易、功能齐全、可靠性高、使用普遍。AT89C51单片机是ATMEL公司8位单片机系列产品之一,是一种40引脚双列直播式芯片。它含有4KB可反复烧录及擦除内存和128字节的RAM,有32条可编程控制的I/O线,5个中断发源,指令与MCS-51系列完全兼容。选用它作为核心控制新片,可使电路极大地简化,而且程序的编写及固化也相当方便、灵活。选用它设计制作全自动洗衣机控制电路,该电路的组成相对简单,工作原理清晰,易于理解。
由于洗衣机的基本功能是实现对衣物的洗涤,所以,关键在于进行洗衣程序的控制。从这一角度出发,对洗衣机的功能进行分析,确定其最优化的功能。这些功能有以下几种。
1) 洗衣工作状态功能：强、弱洗涤。
2) 洗衣程序功能：含4种独立程序,即标准洗衣程序、经济洗衣程序、单次洗衣程序、排水程序。
3) 特殊功能：故障诊断、安全保护、防振、暂停、间歇工作功能,声光显示功能。
电路图如图2所示。
 
图2 CPU图
3.2、数码管显示电路
     本电路抱括两部：一部分为LED显示,主要显示：进水时间、排水时间、洗涤时间,另一倍分为各状态显示：标准、快速、羊毛、强洗、弱洗等工作状态。
如图3所示。
  
图3 (a)LED显示                        (b)发光二极管显示
   如图（a）LED显示由段码各位码组成,段码为八段：A、B、C、D、E、F、G、DP,写入不同的值即可显示0、1、2、3、4、5、6、7、8、9等数字。通过位码的控制即可有规律显示时间或数据,位码由于本电路CPU管脚有限,我们通过74HC139(74LS139为双2-4线译码器,选用它可解决CPU I/O线数量的不足)来扩口,通过两根口线即可实现P3.0、P3.1,如图4所示。通过A2、B2两个口即可完成位码切换,00为第
 
图4 74HC139扩口电路
一位,01为第二位,10为第三位,11为第四位。本设计主要是显示分钟数,洗涤、进水、排水时间。
数码管指示电路如图3(b),从控制要求可知,洗衣机有4种洗衣工作程序,因此须有4种不同的显示来加以区别。74LS139双2—4线译码器仅占用CPU的P3.0和P3.1两口线即可提供4种不同显示的驱动,其逻辑关系是：P3.2,P3.3为“11”时LED1亮,指示标准程序；为“10”时LED2亮,指示经济程序；为“01”时LED3亮,指示单独程序；为“00”时LED4亮,指示排水程序。

3.3、ADC0809采样电路
     采样电路我们用八路输的A/D转换芯片ADC0809,ADC0809是单片COMS8位逐次逼近型A/D转换器,与位微机兼容,正好我们的用的单片要相连,其三态输出可直接驱动数据总。输入电压可调,含内部时钟发生器,内部主要由：D/A转换器、逐次逼的寄存器、移位寄存器、比较器、时钟发生器和控制器电路,它的工作过程是：转换开始时由时钟节拍控制动作,第一个时钟来时,移位寄存器状态为10000000（最高位为1）,并送给逐次逼近寄存器（SAR）,由SAR将10000000传给D/A转换器输入端,使D/A转换器产生输出模拟电压VST,VST与A/D转换器的输入模拟量VI进行比较。若VST〈VI,则比较器输出VC为高电平1,若VST〉VI,则VC=0。然后第二个时钟到来,使移位寄存器变为01000000,送给SAR,便SAR的最高位由VC来确定,VC为1,SAR最高位保持原来的1,VC为0,SAR最高位为0。比较一直进行到VST=VI才结束。此时将SAR中的二进制数输出,即为A/D转换器的二进制输出。电路连接图如图5
 
（a）ADC0809连接图
             
(b)使能端控制图                         (c)时钟控制图
 
图(5) (d)浑浊度检测图
浑浊度传感器主要采用红外光电传感器。由红外发射管发出一定强度的红外光,红外接收管在溶液的另一侧接收红外线。红外线在溶液中透光性的大小就决定接收方产生光电电流的大小,光电流经整形放大和数据处理后,就可以判断出水的浑浊程度。最后经ADC0809转换成数字信号,由单片机来判断,将红外光电传感器接在排水口,如图（d）所示。
ADC0809的控制电路如图(a),启动A/D转换,使能A/D,由单片机WR、RD和P2.7口完成,外接两个与非门,参考电压VREF接5.0V电压,在电路中,A/D转换有多路,还有重力检测等,因些还要控制通道,什么时采集哪路信号,ADC0809的通道选择由ADD-A、ADD-B、ADD-C三个端决定,000->IN-0、001->IN-1、010->IN-2、 011->IN-3、100->IN-4、101->IN-5、110->IN-6、111->IN-7,由于单片机端有限,我们有74HC373进行扩口,在进行AD操作时,先送地址选通,由74HC373锁存起来,通过74HC373锁存端可控制,达到通道的选择,完了之后,再读ADC0809的数据端口,将采集到的数传给单片机。ADC0809的时钟信号由单片机ALE端口产的2M方波由触发器分频提供。
3.4、电机控制电路
     电机控控制电路如图6,由电路中可以看出：AT89C51的P1断口的P2.6P2.5共2条I/O线通过2块SP1110新型固态继电器分别直接驱动洗衣机的电机工作部件。AP1110是一种交流固态继电器,内有发光二极管及光触发双向可控硅,10-50mA输入电流即可使双向可控硅完全导通,输出端通态电流为3A（平均值）,浪涌电流15A（不重复）。之所以选用这个器件,是因为它一方面可使电路进一步简化,另一方面还可使强、弱两类电完全隔离,保证主板的安全。
74S05为六反相器,用其作为中间缓冲器,其中的2个反相器可分别驱动4SP1110继电器,图中 LED发光二极管用于指示电机工作状态。
 
图6 电机控制电路
     电机是接在220V交流电压上的,通过固体继电器来开通,其内的双向可控硅受发光二极管控制,如图所示,我们只要给发光二极管加低电平,二极管就会发光,双向可控硅过零后,就会导通,电机一个绕组就会有电流流过,同时我们再开通另外一个绕组,电机就会转动起了,由单片机来控制端口脉冲,即可启动,另外电机的方向控制,主要是改变绕组的电流方向,即可实现,同样也是通进双向可控硅来调节。
3.5、进水阀控制电路
进水阀控制电路如图7所示。 和电机控制电路一样,通固体继电器来实现隔离,反相器74S05实现缓冲,发光二极管,指示工作状态,进水阀门的开关,由继电器来控制,当继电器线圈中有电流流过时,继电开关吸合,反之,就断开,
利用这一特性,和单片机P2.4端口相连,来控制,给这个端口加低电平,反相缓冲后变成高电平,双向可控硅断开,线圈中没有电流流过,阀门打开；当给端口加高电平时,给反相倒相后变成低电平,点亮发光二极管,双向可控硅开通,继电器线圈绕组中有电流流过,产生磁场,吸合开关,阀门关闭。
排水阀门的操作主要有两个参数,一个为开关,另一个不开关时间,这两个参都是很容易通过单片机实现的。
 
图7 进水阀控制电路
3.6、排水阀控制电路
     排水阀控制电睡如图8。和进水阀电路一样,通固体继电器来实现隔离,反相器74S05实现缓冲,发光二极管,指示工作状态,进水阀门的开关,由继电器来控制,当继电器线圈中有电流流过时,继电开关吸合,反之,就断开,
利用这一特性,和单片机P2.4端口相连,来控制,给这个端口加低电平,反相缓冲后变成高电平,双向可控硅断开,线圈中没有电流流过,阀门打开；当给端口加高电平时,给反相倒相后变成低电平,点亮发光二极管,双向可控硅开通,继电器线圈绕组中有电流流过,产生磁场,吸合开关,阀门关闭。
排水阀门的操作同样也有两个参数,一个为开关,另一个不开关时间,这两个参都是很容易通过单片机实现的。两电电都有共同点,都是需要软件进行模糊处理,什么时候开,什么时候关,开多长时间,关多长时间等,都是通过模糊量来完成全自动的。
 
图8 排水阀控制电路
3.7、按键及报警电路