基于_MCS-51单片机的洗衣机课程设计

课程设计第1页共36页引言从古到今，洗衣服都是一项难于逃避的家务劳动，而在洗衣机出现以前，对于许多人而言，它并不像田园诗描绘的那样充满乐趣，手搓、棒击、冲刷、甩打……这些不断重复的简单的体力劳动，留给人的感受常常是：辛苦劳累。1858年，汉密尔顿·史密斯制成了世界上第一台洗衣机。1874年,“手洗时代”受到了前所未有的挑战，美国人比尔·布莱克斯发明了世界上第一台人工搅动洗衣机。1911年美国人又研制了世界上第一台电动洗衣机。1920年美国的玛依塔格公司又把洗衣机的木制桶改为铝制桶体，第二年又把铝制桶体改为外层铸铝、内层为铜板的双层结构。1936年，他们又将搪瓷用于洗衣机桶体。与此同时，世界各地也相继出现了洗衣机。欧洲国家研究成功了喷流式洗衣机和滚筒式洗衣机。1932年后，美国一家公司研制成功了第一台前装式滚筒全自动洗衣机，洗涤、漂洗和脱水都在同一个滚筒内自动完成，使洗衣机的发展跃上了一个新台阶。这种滚筒洗衣机，目前在欧洲、美洲等地得到了广泛的应用。第二次世界大战结束后，洗衣机得到了迅速的发展，研制出具有独特风格的波轮式洗衣机。这种洗衣机由于其波轮安装在洗衣桶底，又称涡卷式洗衣机。近几十年，在工业发达国家，全自动洗衣机制造技术又得到迅速发展，其年总产量及社会普及率均以达到相当高得水平。课程设计第2页共36页1．节洗衣机控制器的概述1.1课题开发背景随着人民生活水平的提高，越来越多的人需要用洗衣机。现在洗衣机越来越高度自动化，只要衣服放入洗衣机，简单的按两个键，就会自动注水，一些先进的电脑控制洗衣机，还能自动的感觉衣物的重量，自动的添加适合的水量和洗涤剂，自动的设置洗涤的时间和洗涤的力度，洗涤完以后自动的漂洗甩干，更有些滚筒洗衣机还会将衣物烘干，整个洗衣的过程完成以后还会用动听的音乐声提醒用户，用户可以在洗衣的过程做其它的事，节省了不少的时间。总之，每一项技术的进步极大地推动了洗衣过程自动化程度的提高。1.2目的意义本次设计的洗衣机摔制器是为了满足不同用户的不同需求。同时也将计算机摔制技术用到了实际生活中，最重要的是将所学的东西运用化。1.3国内外现状及水平全自动洗衣机根据结构不同可分为波轮式全自动洗衣机(也叫套桶式全自动洗衣机)、滚筒式全自动洗衣机和搅拌式全自动洗衣机三大类。波轮式、滚筒式、搅拌式全自动洗衣机分别占全球洗衣机市场份额的33％、52％和15％。搅拌式洗衣机目前还没有进入我国市场，以下仪对波轮式和滚筒式两种洗衣机进行讨论。(1)滚筒式洗衣机更好地软化衣物纤维，减小洗涤过程中衣物的损伤和变形，并且还可以使洗后的衣物柔软而蓬忪：提高温度来洗涤可充分溶解洗衣粉，加快洗衣粉中弱酸性物质与污物化学反应速度，提高沈衣粉中酶的活性，同时有利于溶解汗渍、血渍、降低灰尘、油污的粘附作用，从而可在同样的沈净比下(注：沈净比是国家对沈衣机的质量考核标准中的一个基本指标)，可大幅度降低洗涤过程对机械外力的需求：(2)高温能有效地杀死些细菌。加温沈涤的波轮式沈衣机无论怎样的水流，要达到一定的沈净比，就课程设计第3页共36页必须有足够的机械力，而机械力对衣物是有损伤的，这就注定了波轮式沈衣机的磨损率人人高于滚筒式洗衣机。各种新水流基本原理是一样的，就是尽量以紊乱的水流减少衣物的缠绕，增大水流的冲刷力用于洗涤，与以前依靠衣物与桶壁和衣物相互之问的摩擦方式相比，水流冲刷对衣物的损伤较小。(3)波轮式沈衣机因为滚筒式机的价格人人高十波轮式机，所以波轮式机仍受到普遍欢迎。关于水流：现存波轮式全自动洗衣机的宣传重点放存新水流上，如LG的拳击棒、松下的双瀑布、荣事达的网络水流等，但正如上面说到过的，各个厂家是用小同的方法实现同一个目标，实际效果也差小多，所以小必太在意。关于程序控制器：新推山的波轮式仝自动沈衣机均采用甲．片机程序控制器，原来的机械式程序控制器基本上已被淘汰。各厂家生产的各种型弓的波轮式全自动洗衣机的控制程序有所不同，最少的也有好儿个控制项，每一项又有几种不同的洗涤程序可供选择，足以满足不同的洗涤要求，所以没有必要考虑这个问题。存模糊控制的洗衣机中，单片机通过采集水位传感器、布量传感器、光传感器的信号以及电动机的转速，判断出衣物的质地、多少、肮脏程度，从而自动调整对衣物进行合理的沈涤，缺点是价格太贵。关丁不锈钢内桶：采用不锈钢内桶的目的是为了减小衣物和内桶壁的摩擦力，从而减轻衣物的磨损，选购时应予以考虑。关于同心洗：同心洗是直接把电动机轴与洗衣桶主轴同心安装，直接驱动。这样在沈涤，特别是脱水的时候沈衣桶震动减小，使噪声得以降低。但要I说这样会延长沈衣机的寿命是不正确的。至丁变频洗衣机，其一是可以对不同质地的衣物自动选用不同的电动机转速，从而给不同质地的衣物以恰当的洗涤强度，在保证洗得干净的同时，最大限度地降低衣物的磨损。其二是可以存脱水甩干时，由慢到快地启动，使衣物在桶内分布均匀，脱水效果好，同时由于衣物均匀地分布存洗衣桶的四周，洗衣桶的重心落在轴心上，可以减小震动，降低噪声，这当然是有好处的。缺点也是价格太贵。现在已经有厂家开发出了不需要使用洗涤剂的洗衣机，还有的厂家开课程设计第4页共36页发出了更迷你的旅行洗衣机，小到可以在出外旅行的时候随身携带，为了更方便的操作有的厂家还开发出了可以远程控制的洗衣机，这么样?是不是看的眼花缭乱，将来的洗衣机会朝着使用更方便、更加节能、更加个性化的方向发展。1.4设计任务(1)主要内容：设计一个用单片机控制的洗衣机控制器.以单片机为主控制器，扩展必要的外部电路，没计制作一个洗衣机控制器。①洗涤按钮标准：洗涤12分钟；漂洗5分钟二次；脱水3分钟。轻柔：洗涤3分钟；漂洗3分钟，二次；脱水2分钟。快速：洗涤4分钟；漂洗1分钟，二次；脱水2分钟。②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。③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；有电源开关。洗涤、漂洗22秒正转，停8秒，反转22秒，停8秒。2硬件设计2．1洗衣机控制器的外部设计2．1.l洗衣机控制器控制面板的设计洗衣机控制面板丰要包括：启动停止、电源、标准、轻柔、快速、水位选扦按钮。完成次洗农过程所需的动作有；(1)进水动作进行洗涤时，盛水桶内的水量必须达到水位设定要求。洗衣机的进水和水位判断，是由水位开关和进水阀的开合来进行控制的，当桶内没有水或水量达小到设定水位时，单片机程序将控制进水阀闭合，开始注水，当桶内的水位达到设定水位时，水位开关受压闭合，程序就可进入下步处王甲。(2)排水动作进入脱水动作前应先排水。为了避免空排水造成时间浪费以及排水不完而带水脱水造成对电机的损害。洗农机能够根据实际水量对排水时间进动态控制。(3)洗涤动作洗涤动作指的是电机周期性的“正转一停止一反转一停止”。不同的洗衣过程，控制电机执行“正转一停止一反转一停止”的时间是小同的课程设计第5页共36页(4)其它动作洗农机控制器在此控制面板上还配有启动／停止电源、标准、轻柔、快速、水位选择按钮。2．1．2硬件设计框图洗衣机控制系统运片的是AT89c51单片机，其耍控制的对象包括：进水阀、排水阀、电机。这些被控刘象是需要根据不同的沈衣程序来设定它们的不同工作状况和工作时问的，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。下面是洗农机控制器系统框图：图2.1.2洗农机控制器系统框图相应的操作程序，通过电路处理后，输出各种电路控制信号，使洗衣机自动课程设计第6页共36页完成程序操作过程。如果单片机自身出故障、或控制电路传送给单片机的信息不正确，沈衣机就不能正常工作。（1）直流电源电路这是为单片机及其外…控制电路提供晓以电压直流电源的电路，它将输入的220v交流电经过变压、整流、滤波、稳压后，变为稳定的低压直流电，送给单片机、可控硅触发电路、显示电路等。（2）复位电路此电路的作用是复位。在单片机接上电源以后，或电源出现过低电压时，将单片机存储器复位，使其各项参数处于初始位置，即处于开机时的标准程序状态，以消除由于某种原因的程序紊乱。（3）时钟电路由晶振元件与单片机内部电路组成，产牛的振荡频率为单片机提供时钟信号，供单片机信号定时和训时。（4）按键输入电路按键开关按定的矩阵排列，当按键被按动时，其接通的信号将输送到单片机。单片机对应地调出内部软件进行工作，使洗衣机进入相应的洗涤程序。（5）显示电路显示电路由发光一极管按一定的矩阵排列而成，它是程序控制系统向用户直接观察到沈衣机的工作状态的窗口。预设工作程序时，可根据指示灯的闪亮来判断洗衣机是否接受了指令；还可以通过批示灯的显示来判断洗衣机工作是甭正常。（6）负载驱动电路该电路多由双向可控硅及触发电路组成。双各可控硅作为无触点开关控制电机等负载的通断及运行。单片机根据按键输入指令或接收到的检测信号，输出相应的控制信号，控制可控硅触发电路的导通，使电机等负载得电运转。课程设计第7页共36页电机控制软件流程图图2.1.2电机控制软件流程图2．2．系统硬件2．2．1强中弱三档开关通过强中弱三档开关电路来实现对不同量衣物的洗涤控制，合理利用电能，符合现代化节能标准。课程设计第8页共36页图2.2.1强中弱三档开关电路2．2．2水位检测电路水位检测模块通过水位传感器实现对桶内水位的检测。水位传感器内部存在LC振荡电路，当水压改变后电容值也会随之改变，从而影响水位传感器的输出频率，不同的水位对应一个吲定的频率值。本课题采用sw1型水位传感器，在零水位时输出频率为26．8kHz，随着水位的升高水位传感器输出的频率会之减小，当达到本课题设计的最高水位390mm时输出频率为2257kHz。将水位传感器的输出连接到水位检测电路如图2.2.2所示：图2.2.2水位检测电路2．2．3电机正反转电路控制洗涤过程，洗涤动作洗涤动作指的是电机周期性的“正转一停止一反转一停止”。不同的洗衣过程，控制电机执行“正转一停止一反转一停止”的时间是小同的课程设计第9页共36页图2.2.3电机正反转电路2．3各芯片介绍2.3.1MCS-51单片机介绍各类单片的指令系统各不相同，功能各有所长，而市场占有率最高的是Mcs．51系列，并且还在不断推出功能更强的新产品，因此基于学习与实际设计的需要本次设计我选用Mcs．51系列单片机作为洗衣机控制器的主控芯片。如今的市场上为我们提供了丰富多彩的单片机产品。从宏观上讲，有RISC和CISC两大类型；从微观上说，有Intel、Motorola、Philips、Microchip、EMC、NEC等公司的相关产品。尽管常说，单片机是将中央处理器CPU、存储器和I/O接口电路等主要功能部件集成在一块集成电路芯片上的微型计算机，但由于工艺和其它方面的原因，课程设计第10页共36页很多功能部件并未集成在单片机芯片内部。于是，用户通常的做法是根据系统设计的需要在外围扩展功能芯片。随着集成电路技术的快速发展和“以人为本”思想在单片机设计上的体现，很多单片机生产厂家充分考虑到用户的需求，将一些常用的功能部件，如A/D(模/数转换器)、D/A(数/模转换器)、PWM(脉冲产生器)以及LCD(液晶)驱动器等集成到芯片内部，尽量做到单片化；同时，用户还可以提出要求，由厂家量身定作(SOC设计)或自行设计。8051单片机:8051单片机最早由Intel公司推出,其后,多家公司购买了8051的内核,使得以8051为内核的MCU系列单片机在世界上产量最大,应用也最广泛,有人推测8051可能最终形成事实上的标准MCU芯片[4].单片机的主要特点是：单片机内集成存储区有存储器，由于受到体积的限制，容量不大，但是可以根据需要进行扩展；单片机内的程序存储器ROM和数据存储器在空间上分开，采用不同的寻址方式，使用两个不同的地址指针PC及DPTR。另外，用户根据需要可以扩展程序存储器及数据存储器，这时CPU可以进行操作的存储器就分成四个区域：内部程序存储器、外部程序存储器、内部数据存储器和外部