论文部分内容阅读
【摘要】本文以AT89S52单片机为核心，设计了全自动洗衣机控制系统。本系统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、脱水和结束演奏四个阶段。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。
【关键词】AT89S52;洗衣机;控制系统
引言
目前的洗衣机主要有强弱洗涤功能、进排水系统故障自动诊断功能、暂停等七大功能，在许多方面还不能达到人们的需求。这就要求设计者们有更高的专业和技术水平，设计出更节能、功能更全面、更人性化的全自动洗衣机。目前的洗衣机都没有实现全方面的兼容，大多洗衣的厂家都注重各自品牌的洗衣机的特长，突出一两个与别的洗衣机不同的个性化的功能，洗衣机的各项功能是由单片机控制实现的，单片机的体积小，控制功能灵活，因此，设计出基于单片机的全自动洗衣机控制电路系统具有很强的实用性。
控制系统电源电路为数字控制电路提供稳定的5V直流电压;数字控制电路负责控制洗衣机的工作过程，主要由AT89S52单片机、两位共阳数码管、按键、蜂鸣器、LED指示灯组成;机械控制电路实现电机驱动、进水、排水等功能，主要由电动机、传动系统部件、进水排水电磁阀组成。
1.总体设计
1.1 系统框架
该系统我们采用模块化的方法进行设计，全自动洗衣机模拟系统主要由七部分组成，分别为单片机控制系统模块、键盘输入模块、直流电机控制模块、进、排水电磁阀控制模块、报警电路、时间显示模块和工作模式及状态指示模块。
整体设计框图如图1所示。
图1 整体设计框图
1.2 模块的功能介绍
（1）控制系统模块：本系统以AT89C51单片机为控制核心，控制整个系统的运行，对各个接口电路进行控制，接收用户参数输入模块采集到的按键信号，根据用户所选择的工作模式，在不同的时间点控制电磁阀动作并驱动电机转动，将洗衣剩余时间通过数码管进行显示。
（2）直流电机控制模块：在该设计系统中，我们采用H桥电路实现对直流电机的控制。
（3）键盘电路：本系统使用了两只微动按键进行洗衣机工作参数的设定。
（4）显示模块：本系统采用一只两位一体共阳数码管显示洗衣时间。
（5）电磁阀模块：在本系统中，选用了两只5V的继电器分别模拟进水阀和排水阀，在进水过程中，进水阀吸合，在排水过程中，排水阀吸合。
（6）报警电路：本文采用一只5V的蜂鸣器用于洗衣结束时的报警。
（7）工作模式指示：本文使用了7只红色发光二极管用于工作模式的指示，分别表示：标准模式，经济模式，单洗涤模式和单脱水四个工作模式，洗涤，漂洗和脱水三个工作过程。
2.硬件设计
2.1 单片机介绍
MCS-51具有比较大的寻址空间，地址线宽达16条，即外部数据存储器和程序存储器的寻址范围达216=64kB，这作为单片机控制来说已是比较大的，这同时具备对I/O口的访问能力。此外，MCS-51采用模块化结构，可方便地增删一个模块就可使引脚和指令兼容的新产品，从而容易使产品形成系列化。由于MCS-51集成了几乎完善的8位中央处理单元，处理功能强，其工作频率为2-12MHz，当振荡频率为12MHz时，一个机器周期为1us，工作速度快。
2.2 直流电机
由于直流电机转动力矩大，转动速度较快，体积小，重量轻，装配简单，使用方便，所以本设计采用直流电动机这种电机类型。
首先我们了解下直流电机的结构。直流电机的组成部分为定子和转子。在定子上面固定了磁极（绕在定子上的线圈为电磁式直流电机提供了磁极），转子的构成主要是硅钢片，硅钢片压在一起形成了转子，在转子的外圈上有个小小的凹槽，电机绕组就嵌在了凹槽内，绕组的引出主要是由换向器和电刷实现的，它的内部结构如图2所示。
图2 直流电动机结构
2.3 数码管介绍
LED显示器在实际的设计中常常被用来显示数据，通过数码段可以显示比如数字，简单字母等，在各行各业得到了广泛的应用。目前由于数码管技术的成熟，导致其成本低，而且能够清晰的显示字符数据，硬件连接简单。如果要显示的数据内容只有字符或者数字的话，使用LED显示器是一个比较好的选择。
要想使数码管发光，必须给它的正负两端加上1.5～2V的电压。当数码管采用静态方式工作时，工作电流一般为10MA，当工作在动态模式下时，可以适当的加大允许的工作电流，但是一般最大也不能超过40MA，否则可能造成数码管的损坏。
2.4 电机驱动电路
本系统采用H桥电路对电机进行驱动，电路之所以称作“H桥驱动电路”是因为它的形状和字母H很相似。每侧两只三极管构成了酷似“H”左右两侧的竖线，而直流电机则是“H”中间的横线。H桥直流电机驱动电路主要由四个三极管和1个电机组成。当电机运转时，斜对着的那两个三极管导通。通过控制三极管的导通情况，实现电流从电机的左侧流向右侧，或者从电机的右侧流向左侧，从而实现电机转向的控制。当P1.6输入高电平P1.7输入低电平时，三极管Q7、Q8导通，电机电流从左侧流向右侧。当P1.6输入低电平P1.7输入高电平时，三极管Q6、Q9导通，电机电流从右侧流向左侧。这样就实现了电机的正反转。
2.5 按键电路
按下S1按键后对工作模式进行选择，按下该按键一次选择“标准工作模式”，按下该按键两次选择“经济工作模式”，按下该按键三次选择“单洗涤工作模式”，按下该按键四次选择“单脱水工作模式”。S2按键的功能是“开始和暂停洗衣”，工作模式选择完毕后，按下该按键开始洗衣，当洗衣过程中需要暂停时，再次按下此按键即可。S3自锁开关用于洗衣机门状态的模拟，当此按键处于按下状态时表示洗衣机门关闭，否则表示打开，当洗衣中途洗衣机门打开时，洗衣暂停。 2.6 数码管显示电路
本文的数据显示使用了一只两位一体共阳数码管用于洗衣倒计时的显示。单片机的P0端口连接数码管的8个数据端，单片机的P2端口控制数码管的位选端，本设计中使用了两只PNP型三极管用于数码管位端端的驱动，以数码管第一位点亮进行说明，当网络标识“1”为低电平时，三极管Q2饱和，它的EC端导通，所以第一位数码管点亮。
2.7 电磁阀驱动电路
本设计使用了两只5V继电器来模拟进水和排水阀，当需要进水时，单片机控制进水信号端为低电平，此时Q1饱和，继电器K1吸合，黄色发光二极管点亮。当需要排水时，单片机控制排水信号端为低电平，此时Q4饱和，继电器K2吸合，绿色发光二极管点亮。
2.8 报警电路
在单片机的实际应用中，通常我们选择用数码管或发光二极管来显示设备的工作状态，使操作人员能够一目了然的了解设备的工作状况。但是如果当设备出现紧急或者异常状况时通过正常的显示是完全不够的，为了引出操作人员的警示，尽快采取措施，通常我们会选择用一些能够明显引起操作人员注意的警示信号，比如声音信号、闪光信号或者语音信号。声音报警方式主要是通过发出与众不同的声响要来提醒操作人员的注意，闪光信号是通过发出特异的光色彩来提醒人们注意，而语音信号不仅能发出特定的声响而且能够提示警示种类。其中前两种在实际应用中非常广泛，因为这两种警示方式硬件设计简单，软件编写量小。而语音警示信号虽然信息较直接，但是硬件成本较高，而且软件编写大。在本设计中采用的是声音报警的形式，当洗衣过程结束时，蜂鸣器发出“滴滴”的声响。
2.9 工作状态指示电路
本系统使用7只红色发光二极管用于洗衣机工作状态的指示，D1-D4用于指示工作模式，分别为：标准模式，经济模式，单洗涤模式和单脱水模式，选择其中一种工作模式时对应的指示灯点亮。D5-D7用于洗衣状态的显示，当处于洗涤过程时，D5指示灯亮，当处于漂洗过程时，D6指示灯亮，当处于脱水状态时，D7指示灯亮，具体的电路如图5.7所示：
3.软件部分设计
全自动洗衣机模拟系统的软件设计主要由主程序、键盘扫描程序、数码管显示程序、标准（经济，单洗涤，单脱水）程序、定时器程序组成。主程序循环对键盘扫描程序和数码管显示程序进行调用。当用户选择标准工作模式时，调用标准洗涤子程序，当用户选择经济工作模式时，调用经济洗涤子程序，当用户选择单洗涤工作模式时，调用单洗涤子程序，当用户选择单脱水工作模式时，调用单脱水子程序。定时器T0程序实现洗衣时间的倒计时。
4.总结
在设计中，主要是以AT89S51单片机为核心的，对自动洗衣机的工作系统进行了简单的设计与阐述。本次设计可以说是软硬结合，又以硬件为主，软件程序为辅。给出了检测系统与控制系统的各部分电路以及相对应的程序。采用模块化、层次化设计，再运用单片机AT89S51进行数据的分析和处理，为显示和报警电路提供信号，实现对电机的正反转以及间隔时间进行控制。报警系统根据设定报警的上下限值实现报警功能，显示部分采用字符型TC1602液晶显示时间变量。实验证明该设计系统实现了对自动洗衣机的准确控制，达到了相应的效果，系统电路简单、集成度高、工作稳定、调试方便、检测精度高，具有一定的实用价值。
【关键词】AT89S52;洗衣机;控制系统
引言
目前的洗衣机主要有强弱洗涤功能、进排水系统故障自动诊断功能、暂停等七大功能，在许多方面还不能达到人们的需求。这就要求设计者们有更高的专业和技术水平，设计出更节能、功能更全面、更人性化的全自动洗衣机。目前的洗衣机都没有实现全方面的兼容，大多洗衣的厂家都注重各自品牌的洗衣机的特长，突出一两个与别的洗衣机不同的个性化的功能，洗衣机的各项功能是由单片机控制实现的，单片机的体积小，控制功能灵活，因此，设计出基于单片机的全自动洗衣机控制电路系统具有很强的实用性。
控制系统电源电路为数字控制电路提供稳定的5V直流电压;数字控制电路负责控制洗衣机的工作过程，主要由AT89S52单片机、两位共阳数码管、按键、蜂鸣器、LED指示灯组成;机械控制电路实现电机驱动、进水、排水等功能，主要由电动机、传动系统部件、进水排水电磁阀组成。
1.总体设计
1.1 系统框架
该系统我们采用模块化的方法进行设计，全自动洗衣机模拟系统主要由七部分组成，分别为单片机控制系统模块、键盘输入模块、直流电机控制模块、进、排水电磁阀控制模块、报警电路、时间显示模块和工作模式及状态指示模块。
整体设计框图如图1所示。
图1 整体设计框图
1.2 模块的功能介绍
（1）控制系统模块：本系统以AT89C51单片机为控制核心，控制整个系统的运行，对各个接口电路进行控制，接收用户参数输入模块采集到的按键信号，根据用户所选择的工作模式，在不同的时间点控制电磁阀动作并驱动电机转动，将洗衣剩余时间通过数码管进行显示。
（2）直流电机控制模块：在该设计系统中，我们采用H桥电路实现对直流电机的控制。
（3）键盘电路：本系统使用了两只微动按键进行洗衣机工作参数的设定。
（4）显示模块：本系统采用一只两位一体共阳数码管显示洗衣时间。
（5）电磁阀模块：在本系统中，选用了两只5V的继电器分别模拟进水阀和排水阀，在进水过程中，进水阀吸合，在排水过程中，排水阀吸合。
（6）报警电路：本文采用一只5V的蜂鸣器用于洗衣结束时的报警。
（7）工作模式指示：本文使用了7只红色发光二极管用于工作模式的指示，分别表示：标准模式，经济模式，单洗涤模式和单脱水四个工作模式，洗涤，漂洗和脱水三个工作过程。
2.硬件设计
2.1 单片机介绍
MCS-51具有比较大的寻址空间，地址线宽达16条，即外部数据存储器和程序存储器的寻址范围达216=64kB，这作为单片机控制来说已是比较大的，这同时具备对I/O口的访问能力。此外，MCS-51采用模块化结构，可方便地增删一个模块就可使引脚和指令兼容的新产品，从而容易使产品形成系列化。由于MCS-51集成了几乎完善的8位中央处理单元，处理功能强，其工作频率为2-12MHz，当振荡频率为12MHz时，一个机器周期为1us，工作速度快。
2.2 直流电机
由于直流电机转动力矩大，转动速度较快，体积小，重量轻，装配简单，使用方便，所以本设计采用直流电动机这种电机类型。
首先我们了解下直流电机的结构。直流电机的组成部分为定子和转子。在定子上面固定了磁极（绕在定子上的线圈为电磁式直流电机提供了磁极），转子的构成主要是硅钢片，硅钢片压在一起形成了转子，在转子的外圈上有个小小的凹槽，电机绕组就嵌在了凹槽内，绕组的引出主要是由换向器和电刷实现的，它的内部结构如图2所示。
图2 直流电动机结构
2.3 数码管介绍
LED显示器在实际的设计中常常被用来显示数据，通过数码段可以显示比如数字，简单字母等，在各行各业得到了广泛的应用。目前由于数码管技术的成熟，导致其成本低，而且能够清晰的显示字符数据，硬件连接简单。如果要显示的数据内容只有字符或者数字的话，使用LED显示器是一个比较好的选择。
要想使数码管发光，必须给它的正负两端加上1.5～2V的电压。当数码管采用静态方式工作时，工作电流一般为10MA，当工作在动态模式下时，可以适当的加大允许的工作电流，但是一般最大也不能超过40MA，否则可能造成数码管的损坏。
2.4 电机驱动电路
本系统采用H桥电路对电机进行驱动，电路之所以称作“H桥驱动电路”是因为它的形状和字母H很相似。每侧两只三极管构成了酷似“H”左右两侧的竖线，而直流电机则是“H”中间的横线。H桥直流电机驱动电路主要由四个三极管和1个电机组成。当电机运转时，斜对着的那两个三极管导通。通过控制三极管的导通情况，实现电流从电机的左侧流向右侧，或者从电机的右侧流向左侧，从而实现电机转向的控制。当P1.6输入高电平P1.7输入低电平时，三极管Q7、Q8导通，电机电流从左侧流向右侧。当P1.6输入低电平P1.7输入高电平时，三极管Q6、Q9导通，电机电流从右侧流向左侧。这样就实现了电机的正反转。
2.5 按键电路
按下S1按键后对工作模式进行选择，按下该按键一次选择“标准工作模式”，按下该按键两次选择“经济工作模式”，按下该按键三次选择“单洗涤工作模式”，按下该按键四次选择“单脱水工作模式”。S2按键的功能是“开始和暂停洗衣”，工作模式选择完毕后，按下该按键开始洗衣，当洗衣过程中需要暂停时，再次按下此按键即可。S3自锁开关用于洗衣机门状态的模拟，当此按键处于按下状态时表示洗衣机门关闭，否则表示打开，当洗衣中途洗衣机门打开时，洗衣暂停。 2.6 数码管显示电路
本文的数据显示使用了一只两位一体共阳数码管用于洗衣倒计时的显示。单片机的P0端口连接数码管的8个数据端，单片机的P2端口控制数码管的位选端，本设计中使用了两只PNP型三极管用于数码管位端端的驱动，以数码管第一位点亮进行说明，当网络标识“1”为低电平时，三极管Q2饱和，它的EC端导通，所以第一位数码管点亮。
2.7 电磁阀驱动电路
本设计使用了两只5V继电器来模拟进水和排水阀，当需要进水时，单片机控制进水信号端为低电平，此时Q1饱和，继电器K1吸合，黄色发光二极管点亮。当需要排水时，单片机控制排水信号端为低电平，此时Q4饱和，继电器K2吸合，绿色发光二极管点亮。
2.8 报警电路
在单片机的实际应用中，通常我们选择用数码管或发光二极管来显示设备的工作状态，使操作人员能够一目了然的了解设备的工作状况。但是如果当设备出现紧急或者异常状况时通过正常的显示是完全不够的，为了引出操作人员的警示，尽快采取措施，通常我们会选择用一些能够明显引起操作人员注意的警示信号，比如声音信号、闪光信号或者语音信号。声音报警方式主要是通过发出与众不同的声响要来提醒操作人员的注意，闪光信号是通过发出特异的光色彩来提醒人们注意，而语音信号不仅能发出特定的声响而且能够提示警示种类。其中前两种在实际应用中非常广泛，因为这两种警示方式硬件设计简单，软件编写量小。而语音警示信号虽然信息较直接，但是硬件成本较高，而且软件编写大。在本设计中采用的是声音报警的形式，当洗衣过程结束时，蜂鸣器发出“滴滴”的声响。
2.9 工作状态指示电路
本系统使用7只红色发光二极管用于洗衣机工作状态的指示，D1-D4用于指示工作模式，分别为：标准模式，经济模式，单洗涤模式和单脱水模式，选择其中一种工作模式时对应的指示灯点亮。D5-D7用于洗衣状态的显示，当处于洗涤过程时，D5指示灯亮，当处于漂洗过程时，D6指示灯亮，当处于脱水状态时，D7指示灯亮，具体的电路如图5.7所示：
3.软件部分设计
全自动洗衣机模拟系统的软件设计主要由主程序、键盘扫描程序、数码管显示程序、标准（经济，单洗涤，单脱水）程序、定时器程序组成。主程序循环对键盘扫描程序和数码管显示程序进行调用。当用户选择标准工作模式时，调用标准洗涤子程序，当用户选择经济工作模式时，调用经济洗涤子程序，当用户选择单洗涤工作模式时，调用单洗涤子程序，当用户选择单脱水工作模式时，调用单脱水子程序。定时器T0程序实现洗衣时间的倒计时。
4.总结
在设计中，主要是以AT89S51单片机为核心的，对自动洗衣机的工作系统进行了简单的设计与阐述。本次设计可以说是软硬结合，又以硬件为主，软件程序为辅。给出了检测系统与控制系统的各部分电路以及相对应的程序。采用模块化、层次化设计，再运用单片机AT89S51进行数据的分析和处理，为显示和报警电路提供信号，实现对电机的正反转以及间隔时间进行控制。报警系统根据设定报警的上下限值实现报警功能，显示部分采用字符型TC1602液晶显示时间变量。实验证明该设计系统实现了对自动洗衣机的准确控制，达到了相应的效果，系统电路简单、集成度高、工作稳定、调试方便、检测精度高，具有一定的实用价值。