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摘要...............................................................2
1.洗衣机的发展趋势.................................................4
2.方案选择.........................................................4
2.1全自动洗衣机控制要求..........................................5
2.2整机组成图....................................................5
3.硬件电路的设计...................................................5
3.1键盘单元管理..................................................6
3.2数码管显示电路................................................7
3.3ADC0809采样电路...............................................8
3.4电机控制电路..................................................19
3.5进水阀控制路..................................................10
3.6排水阀控制电路.................................................11
4.程序流程图.......................................................12
5.参考文献.........................................................13
单片机控制的全自动洗衣机电路设计
1、洗衣机的发展趋势
将洗衣机的各种洗衣程序运行在单片机(微电脑芯片)的控制下,使得洗涤、漂洗、脱水等各种功能的操作都能不需要手动,而是模拟人类智能行为完成,一般的微电脑控制程序全自动洗衣机由使用者根据洗涤衣物的质量、厚薄、脏污程度等,选择洗涤程度(包括洗涤水量、洗涤时间、漂洗方式、脱水时间等),洗衣机按照选定的洗涤程度自动进行工作。
高档的微电脑程控全自动洗衣机(又称智能型洗衣机),它的输入指令来自两个方面:
一方面是使用者在控制面板上的选择;
另一方面,洗衣机内具有各种传感器,在洗涤过程中可对洗涤量、洗净程度、排水情况、脱水情况等进行检测,调整洗涤过程,使洗衣机工作于最佳状态。
2、方案选择
2.1全自动洗衣机的控制功能要求:
2.1.1洗涤过程
通电后,洗衣机进入暂停状态,以便放好衣物。
若不选择洗衣周期,则洗衣机从洗涤过程开始。
当按暂停开关键时,进入洗涤过程。
首先进水阀通电,打开进水开关,向洗衣机供水;
当到达预定水位时,水位开关接通,进水阀断电关闭,停止进水;
电机接通电源,带动波轮旋转,形成洗衣水流。
电机是一个正反转电机,可以形成往返水流,有利于洗涤衣物。
2.1.2脱水过程
洗涤或漂洗过程结束后,电机停止转动,排水阀通电,开始排水。
排水阀动作时,带动离合器动作,使电机可以带动内桶转动。
当水位低到一定值时,水位开关断开,再经过一段时间后,电机开始正转,带动内桶高速旋转,甩干衣物。
2.1.3漂洗过程
与洗涤过程操作相同,只是时间短一些。
全部洗衣工作完成后,由蜂鸣器发出音响,表示衣物已洗干净。
4、具有弱、强洗涤功能。
要求强洗时正反转驱动时间各为4S,间歇时间为1S;
弱洗时正反转驱动时间各为3S,间歇时间为2S。
洗衣机的标准洗衣程序是:
洗涤——脱水——漂洗——脱水——漂洗——脱水——漂洗——脱水。
经济洗衣程序少一次漂洗和脱水过程。
具体的时间自己设定。
2.1.4暂停功能
不管洗衣机工作在什么状态,当按下暂停键时,洗衣机需暂停工作,待启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。
2.1.5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和显示
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键盘管理单元
包括功能选择键盘管理和暂停返回键管理。
功能键盘用8279控制,用INT0中断管理。
暂停返回键用外部中断一控制。
功能:
数字键:
选择说明中各工作方式对应的数字键进行相应的操作
F:
确定B:
返回上级菜单A:
暂停工作/INT1:
返
图2键盘管理单元电路
3.2数码管显示电路
图3(a)LED显示
该单元能够显示按键功能,当前工作状态及该状态剩余的时间。
3.3ADC0809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
图4ADC0809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
图6步进电机单元
采用四相八拍的步进电机,用P1.0—P1.3控制,来模拟洗衣机滚筒的转动,从而模拟洗涤,漂洗,甩干等功能,电机可以正反转,洗涤和漂洗过程中均每隔3s正反转一次,甩干则高速正转,步进电机转速的控制则通过延时来实现。
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,
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
4.程序流程图
程序完全采用模糊控制的办法,来达到全自动的功能。
在本设计中一方面为测量衣物重量,来自动调节加水、排水;
另一方面为检测水的浑浊度,来控制洗涤时间,通过这两个量的控制,可完成衣物的清洗。
本设计采用模糊控制算法。
支持该硬件系统的软件由六大模块组成:
1.系统初始化模块;
2.信号检测及处理模块;
3.功能控制模块;
4.中断处理模块;
5.显示输出模块;
6.正常、过载报警模块。
模糊控制器的控制算法包括以下两个部分:
一个是模糊矩阵运算;
另一个是将输入变量(浑浊度和浑浊度变化率)模糊化处理,查找查询表并作输出处理的程序。
选择合适的采样时间是系统在调试过程中必须考虑的问题。
在模糊控制系统中,其输入变量为浑浊度和浑浊度变化率,是通过两次采样间隔得到的,因此为了获得较精细的控制规律,应使浑浊度变化率的值较大,但从一次响应过程中控制作用的次数来看,一般不能低于5次,否则控制不精细,可见在模糊控制系统中选择采样时间受以上两方面的制约。
在实际控制系统设计中,选择采样时间要进行折衷考虑,通过多次实验方能确定其最佳的采样时间。
程序框图如图12:
暫停控制
图9程序流程图
5.参考文献
《ATMEL89系列单片机应用技术》余永权北京航空航天大学出版社
《C51程序设计》一建校杨建国宁改娣危建国科学出版社
《微型计算机算法》电子工业出版社
《电力电子技术》重庆大学出版社
《单片机应用程序设计技术》北京航空航天大学出版社何立民
《数字电路》华中科技大学出版社康光华
《模拟电路》华中科技大学出版社康光华
《电子技术基础实验》高等教育了版社陈大钦
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