基于51单片机的全自动洗衣机控制器的毕业设计.docx

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基于51单片机的全自动洗衣机控制器的毕业设计

摘要

洗衣机是现代人必备的日常生活家电，它的发明和应用使人们的洗衣工作变得省时省力，很好地缓解了人们在家务劳动方面的压力。

一般的数字逻辑电路控制的洗衣机只有两三个程序，也有一按通的傻瓜程序。

而基于单片机控制的洗衣机可以复杂程序控制，将水位段细化，漂洗功能细化，加上适用不同衣物等功能，洗涤程序大大增加。

本设计采用AT89C51单片机作为洗衣机控制系统的主控芯片，洗衣机的各种洗衣程序运行都在单片机的控制下，使得洗涤、漂洗、脱水等各种功能的操作都不需手动。

系统的硬件设计包括电源模块、谐振式水位监测模块、洗衣机LED显示、输出控制电路、软件设计包括主程序、内部定时中断服务程序、外部中断服务程序。

关键词：

全自动洗衣机；单片机；LED显示

Abstract

Thewashingmachineistheapplianceinpeople’sdailylife,itsinventiontothejobgetstime-saving,andrelievesthepressureinthedomesticlabour.Thedigitallogictocontrolcircuitofthewashingmachinehasonlytwoorthreeprograms,alsohasafoolaccordingtotheprogram.Buttherevivificationofwashingmachinecancontrolalargecomplexprogram,andcanturnthewaterlevelandrinsingfunctionsintotiny,becauseofitsdifferentfunctionsinclothing,washingprocedureincreasessignificantly.

ThisdesignusesAT89C51asthemaincontrolchip,alltheprogramsofthewashingmachineareunderthecontroloftheCPUsothatwashing,rinsinganddehydrationfunctionsdon’tneedtobeoperatedbymanual.Thehardwaredesignofthesystemincludespowermodule,watermonitoringmodule,LEDdisplayandoutputcontroller,thesoftwarepartiscomposedofthemainprocedure,timingservicesapplicationandexternalservices.

Keywords:

WashingMachine;SingleChipMicrocomputer;LEDdisplay

前言

目前中国洗衣机市场正进入更新换代期，市场潜力巨大，人们对于洗衣机的要求也越来越高。

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，能够提出更多好的建议和新的课题，将人们的需要变成现实，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。

基于单片机的自动洗衣机控制系统具有精度高、功能强、经济性好的特点。

无论在提高产品质量还是产品数量，节约能源还是改善劳动条件等方面都显示出无比的优越性。

对基于单片机的全自动洗衣机控制系统设计进行深入研究，可是我们掌握全自动洗衣机这种重要家电的工作原理和控制系统，进一步了解单片机在不同领域的应用方法，学会单片机控制全自动洗衣机的电控板设计，同时也为将来从事电子行业打下一定基础，所以本次设计具有重大意义。

1绪论

1.1课题提出的目的及意义

随着数字技术的快速发展，数字技术被广泛应用于智能控制的领域中。

单片机以其集成度高、运算速度快、体积小、运行可靠、价格低廉等特点，在过程控制、数据采集、机电一体化、智能化仪表、家用电器及网络技术等方面得到了广泛的应用。

洗衣机是现代人必备的日常生活家电，它的发明和应用使人们的洗衣工作变得省时又省力，很好地缓解了人们在家务劳动方面的压力。

而随着人们对生活质量的不断追求，普通的洗衣机已经不能满足部分人的需求，所以研究多功能的全自动洗衣机具有重大的意义。

目前中国洗衣机市场正进入更新换代期，市场潜力巨大，人们对于洗衣机的要求也越来越高，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、暂停等几大功能，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，能够提出更多好的建议和新的课题，将人们的需求变成现实，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，大多数洗衣机的厂家都只注重各自品牌的特长，突出一两个与别的洗衣机不同的个性化的功能。

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。

基于单片机的自动洗衣机控制系统具有精度高、功能强、经济性好的特点。

无论在提高产品质量还是产品数量，节约能源还是改善劳动条件等方面都显示出无比的优越性。

对基于单片机的全自动洗衣机控制系统设计进行深入研究，可是我们掌握全自动洗衣机这种重要家电的工作原理和控制系统，进一步了解单片机在不同领域的应用方法，学会单片机控制全自动洗衣机的电控板设计，同时也为将来从事电子行业打下一定基础，所以本次设计具有重大意义。

1.2国内外研究现状

洗衣机的起源：

自19世纪中期，美国人史密斯研制出世界上首台洗衣机至今，洗衣机的发展已经历了一个多世纪。

国内外的研究现状也有所不同。

1910年世界上第一台洗衣机问世，标志着人类家务劳动自动化的开始。

1922年世界上第一台搅拌式洗衣机在美国诞生。

1937年世界上第一台全自动滚筒式洗衣机投放市场。

1957年三洋公司推出世界上第一台涡流式波轮洗衣机。

从此，确立了搅拌式、滚筒式和波轮式三种工作方式的洗衣机三足鼎立天下的局面。

20世纪60年代以后，洗衣机在一些发达国家的普及率迅速上升。

70年代，日本生产出波轮式套桶全自动洗衣机。

70年代后期，日本又生产出微电脑控制型波轮式套桶全自动洗衣机。

80年代后，“模糊控制”开始应用于洗衣机，生产出了智能型模糊控制洗衣机，使洗衣机的功能更加完善，其洗衣程序更随人意，其使用操作更简单化。

进入90年代，由于电机调速技术的提高，实现了洗衣机宽范围、大调速比的转速变换与调节，诞生了各种新水流洗衣机。

20世纪末到21世纪初，变频洗衣机问世，使洗衣机的功能更具人性化，实现真正意义上的智能化控制，成为目前人们研究的主要方向。

由于我国洗衣机起步晚，在技术方面存在问题，不可避免的在现有洗衣机型中存在噪声大，漏电和漏水等弊病，在质量方面与国外存在一定的差距。

所以现在内资品牌正立足技术升级，也开始重视高端产品研发，洗衣机的技术革命正在国内愈演愈烈。

1.3发展趋势

随着更多国内外强势品牌加入研究新的技术，开发新的产品，洗衣机行业将爆发新一轮以“绿色环保”、“节水节能”为主题的大战。

而技术制高点则是未来的竞争焦点。

消费者选择自动选择进水量和洗衣程序，进一步实现省水、省电。

在国内从洗衣机市场得到的商情显示，由于受水资源不断减少，自来水费有所提高等因素的影响，市场上那些用水量较大的洗衣机销售受阻，而具有节水功能的洗衣机销路不断看好。

针对市场需求的变化，一些生产厂家如小天鹅、小鸭、海尔等，先后向市场推出了一批节水型全自动洗衣机，受到消费者的青睐，成为洗衣机中的购买热点。

节水型全自动洗衣机的主要特点是可供用水水位在选择上有6种、8种、10种等多种。

有的节水型全自动洗衣机最低水位在12升至20升之间，用水量大大减少。

除此之外，由于传统双缸洗衣机用水量可以随意选择，因此又重新被消费者认可。

今后，洗衣机将以高可靠性，完善的功能，节水省电，降噪省时以及规格品种多样化为发展方向。

但是由于普通洗衣机采用按键和机械定时器进行控制，导致出现触点易磨损，故障率高，并在使用过程中不能给用户准确的定时和醒目的显示，而采用单片机实现洗衣机的智能控制可以有效地克服这些缺点，并能灵活的实现多功能技术兼容，所以采用单片机来控制全自动洗衣机的系统会应用的越来越广泛。

1.4系统的工作流程

洗衣机的工作流程包括：

洗涤→脱水→漂洗→脱水→漂洗→烘干。

上述工作程序中，包括三个过程，洗涤过程漂洗过程脱水过程。

1.洗涤过程：

放好待洗物，启动开关，进水阀通电，向洗衣机供水，当供水达到预定水位时，水位开关接通，进水阀断电关闭，停止供水。

洗涤电动机接通电源，带动波轮旋转，搅动衣物进行洗涤。

通过电动机不停地正转，停，反转，反复循环，形成洗涤水对衣物产生强烈的翻滚作用，同时，衣物之间，衣物与四周桶壁之间产生相互摩擦和撞击力，以此达到洗涤衣物的目的。

2.漂洗过程：

与洗涤过程动作完全一样。

3.脱水过程：

洗涤或漂洗过程结束后，电动机停止转动，排水阀通电打开，进行排水，当水位低到一定程度时，满足安全条件，脱水电动机接通，带动脱水桶高速旋转，利用离心力把衣服上的水从桶壁的小眼里甩出，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。

1.5本论文主要研究内容

1.5.1本论文的主要内容

本论文的主要内容安排如下：

1.设计主控板模块硬件电路

—芯片选型，确定选用的芯片

—了解芯片的外围电路，分析芯片间的接线方式，设计硬件原理图

—用Visio绘制电路图

—元器件的选型等

2.设计外围电路及附加设备

—蜂鸣电路的选型与设计

—液晶显示电路的选型与设计

—上面两个电路的电路图的绘制

3.该系统软件的设计

—编制主控板读写程序

—编制蜂鸣器及液晶显示相关程序

4.对软件、硬件进行调试

1.5.2本论文主要解决的问题

1.洗衣机主控模板硬件、软件设计2.水位监测设计

3.液晶显示软件、硬件设计4.系统电源设计

2系统的整体方案设计

2.1系统的整体构架

主控制系统运用的是AT89C51单片机，其控制的对象包括：

进水阀、排水阀、电机。

这些被控对象需要根据不同的洗衣程序来设定它们不同的工作状态和工作时间，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衣机的运行状态；按键用来控制程序的运行和设置洗涤模式；蜂鸣器用来进行程序运行提示及故障报警。

洗衣机控制器系统整体构架如图2-1所示：

2-1硬件结构框图

各框图的作用：

1.单片机电路：

单片机电路是程序控制的中心，它把计算机的各种功能电路都集成在一块芯片上，主要包括中央处理器CPU、程序存储器ROM、数据存储器RAM、输入/输出接口电路及计时、分频、扫描、定时、时间设定等电路，ROM内已固化了洗衣机操作程序，单片机根据输入指令和检测信号，调出内部相应的操作程序，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，洗衣机就不能正常工作。

2.直流电源电路：

这是为单片机及其外围控制电路提供直流电源的电路，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。

3.复位电路：

此电路的作用是复位。

在单片机接上电源以后，若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，以消除由于各种原因引起的程序紊乱。

4.时钟电路：

由晶振元件与单片机内部电路组成，产生的振荡频率为单片机提供时钟信号，供单片机信号定时和计时。

5.按键输入电路

（1）按键K1，接P1.0，作为工作过程中的启动/停止键；

（2）暂停键K2，接P3.3，用外部中断1实现工作过程的暂停，根据用户的需要可以进行手工洗涤；

（3）标准键K3,接P3.4，作为标准洗涤选择键；

（4）轻柔键K4，接P3.5，作为轻柔洗涤选择键；

（5）快速键K5，接P3.6，作为快速洗涤选择键；

（6）压电蜂鸣器接P1.7，作为洗衣时间到以及故障发生的报警器。

6.显示电路

74LS138译码器为3-8译码器，选用它可以解决I/O口线数量不足的问题。

从控制要求可知，洗衣机的工作模式以及工作程序必须有7种不同的显示加以区别。

74LS138译码器的输入端C、B、A分别接P1.1、P1.2、P1.3，输出端分别与7个发光二极管D0-D6的阴极相连，发光二极管阳极接电源，输出端Y0控制D0“电源”指示灯；Y1控制D1“标准”指示灯，Y2控制D2“轻柔”指示灯；Y3控制D3“快速”指示灯；Y4控制D4“洗涤”指示灯，Y5控制D5“漂洗”指示灯；Y6控制D6“脱水”指示灯。

7.负载驱动电路

该电路多由双向可控硅及触发器电路组成。

双向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。

8.报警电路

此电路在洗衣机中起提示和报警的作用。

根据程序安排和软件设置，当洗衣完成后，洗衣机将发出蜂鸣声以提示用户洗衣完成。

9.水位开关和安全开关电路

水位选择开关，接P1.5，用户根据需要选择水位，在进水期间，系统不断检测，当到达设定水位时就停止进水。

水位电路和安全开关电路由传感器监测，其通断状态由电路输送给单片机，由单片机进行指令控制。

2.2系统技术方案

目前国内外市场上有很多种类的洗衣机，采用的控制系统也各不相同，基于学习与实际的情况，本设计我选用AT89C51单片机来实现洗衣机控制器的各控制要求。

此设计以单片机为主体，配以各种控制电路，构成洗衣机的程序控制系统。

当有故障时，在排除了机械系统和程序控制器外接部件后，一般来说，先检测判定单片机外围的控制电路，正常后，再判断单片机的故障。

程序控制系统接受来自操作面板的动作指令，送出相应的执行命令，使电动机、进水阀、排水阀等按程序通电运行；同时还可以监测和显示洗衣机的工作状态，并判断工作是否正常，一旦出现异常，会立即送出停止命令，并发出声音报警。

程序控制系统的这些功能是由它的各种控制电路相互配合工作来实现的。

2.3系统功能方案

本设计的全自动洗衣机具备以下功能：

1.洗涤模式选择：

该洗衣机有三种不同的洗涤模式，即为标准洗涤，轻柔洗涤，快速洗涤。

用户可以根据需要来选择相应的洗涤模式。

2.洗涤参数选择：

（1）时间选择：

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。

洗涤、漂洗22秒正转，停8秒，反转22秒，停8秒。

（2）洗涤时，洗涤指示灯亮；漂洗时，漂洗指示灯亮；脱水时，脱水指示灯亮。

3.有水位控制，能自动断水。

3系统的硬件设计

3.1主控电路的设计

3.1.1关于AT89C51芯片

本次设计，系统将选择使用的单片机芯片是AT89C51。

在众多的51单片机系列中，AT89系列单片机在我国也得到极其广泛的应用，越来越受到人们的瞩目。

AT89系列单片机是美国Atmel公司的8位Flash单片机产品。

AT89C51是一种4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（EPROM-FlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。

它的最大特点是在片内含有Flash存储器，Flash存储器是一种可以电擦除和电写入的闪速存储器（简记为EEPROM）,在系统的开发过程中可以十分容易地进行程序的修改，使开发调试更为方便。

AT89系列单片机以8031为内核，是与8051系列单片机兼容的系列，Atmel89系列单片机有许多型号，可分为标准型号、抵挡型号和高档型号3类。

系统将选用的AT89C51是属于标准型单片机。

标准型89系列单片机是与MCS-51系列单片机兼容的。

标准型系列在内部含有4KB或8KB可重复编程的Flash存储器，可进行1000次擦写操作。

全静态工作为0-33MHz，有3级程序存储器加密锁定，内部含有128-256字节的RAM、32条可编程的I/O端口、2个16位定时器/计数器、6-8级中断，此外有通用串行接口、低电压空闲模式及掉电模式。

AT89系列标准单片机有4种型号，分别为AT89C51、AT89LV51、AT89C52和AT89L52，其中AT89C51和AT89C52直接与8051系列兼容，相当于将8051、8052中的4KB、8KB的ROM换成相应数量的Flash存储器，其余结构、供电电压、引脚数量及封装均相同，使用时可直接替换。

AT89LV51是AT89C51低电压型号，可以在2.7-6V的电压范围内工作，其他功能和89C51相同。

3.1.2AT89C51图的引脚及总线结构图

图3-1引脚图

图3-2总线结构图

AT89C51的引脚功能：

1.电源引脚VSS和VCC

（1）VSS（20脚）：

接地。

（2）VCC（40脚）：

正常操作及对EPROM编程和验证时接+5V电源。

2.外接晶体引脚XTAL1和XTAL2

（1）XTAL1（19脚）：

接外部晶体的一端。

（2）XTAL2（18脚）：

接外部晶体的另一端。

注：

两脚之间必须接一个3.5-12Hz的晶振，常用的晶振有3.58MHz，6MHz，11.059MHz和12MHz。

3.控制或与其他电源复用引脚RESET、ALE、

、

（1）RESET（9脚）：

复位输入脚。

此引脚内部已有一个50-30K的电阻器接地，所以只需接一个电容至+VCC，即可在电源ON时产生开机复位的功能。

但是，常会在RESET引脚用一个8.2-10K的电阻接地，以缩短开机复位的时间。

如需要，也可在电容两端并联一个常开按钮，以便按此按钮时可强迫系统复位。

（2）ALE（30脚）：

地址锁存器输出端。

在系统扩展时，用于控制把P0口输出的低8位地址送入锁存器锁存起来，以实现低位地址和数据的隔离。

ALE是以晶振1/6的固定频率输出的正脉冲，因此可以作为外部时钟或外部定时脉冲用。

（3）

（29脚）：

外部程序存储器使能输出端。

当CPU想读取外部ROM的内容时，此脚会自动产生负脉冲。

（4）

（31脚）：

输入脚。

当

引脚接地时，内部程序数据失效，CPU被迫只读取外部的程序存储器。

当

接VCC时，对ROM的读操作从内部程序存储器开始，并可延续到外部ROM。

4.输入/输出引脚P0口、P1口、P2口和P3口

（1）P0口（P0.0-P0.7共8条引脚，即39-32脚）：

双向8位I/O口。

没有内部上拉电阻器，输出电平时，需用户在引脚上接上外部上拉电阻器。

在访问外部存储器时，可分时用做低8位地址线和8位数据线。

P0口做输出口用时，每只引脚均可驱动8个LSTTL负载。

若某引脚想做输入脚用，则须先将1写入该引脚。

（2）P1口（P1.0-P1.7共8个引脚，即1-8脚）：

双向8位I/O口，具有内部上拉电阻器，可驱动4个LSTTL负载。

若某引脚想做输入脚用，则须先将1写入该引脚。

（3）P2口（P2.0-P2.7共8个引脚，即21-28脚）：

双向8位I/O口，具有内部上拉电阻器，可驱动4个LSTTL负载。

在访问外部存储器时，它送出高8位地址。

（4）P3口（P3.0-P3.7共8个引脚，即10-17脚）：

双向8位I/O口。

具有内部上拉电阻器，可驱动4个LSTTL负载。

若某引脚想做输入脚用，则须先将1写入该引脚。

P3口引脚具有特殊功能。

3.3.1AT89C51外围辅助电路的设计

1.复位电路

单片机的复位就和计算机的重启是一样的概念。

任何单片机工作之前都要有个复位的过程，复位对于单片机来说，程序还没有开始执行，是在做准备工作，一般的复位只需要5ms的时间。

复位操作有上电自动复位和按键手动复位两种方式。

上电复位是外部的复位电路在系统通上电源后直接使单片机工作，单片机的起停通过电源控制。

手动复位是在复位电路中设计按键开关触发复位电平，控制单片机复位。

一般都用上电复位电路。

上电自动复位原理：

通电时，电容两端相当于短路，于是RESET引脚上为高电平，然后电源通过电阻对电容充电，RESET端电压慢慢下降，降到一定程度即为低电平，单片机开始正常工作，如图3-3所示：

图3-3复位电路图

2.振荡电路

振荡电路对于单片机来说是非常重要的，没有晶振就没有时钟周期，没有时钟周期，就无法执行程序代码，单片机就无法工作。

单片机工作时是一条一条地从ROM中取指令，然后一步一步地执行。

单片机内部有一个用于构成片内振荡器的高增益反相放大器，引脚XTAL1和XTAL2分别是该放大器的输入端和输出端。

这个放大器与作为反馈元件的片外石英晶体（或陶瓷振荡器）一起构成自激振荡器，振荡电路图3-4所示。

图中外接石英晶体（或陶瓷振荡器）以及电容C1或C2构成并联振荡电路，接在放大器的反馈回路中。

电容的大小没有严格的要求，但也会影响振荡器频率的高低、振荡器的稳定性、起振的快速性和稳定性。

外接石英晶体时，C1和C2一般去30pf

10pf，外接陶瓷振荡器时，C1和C2一般取40pf

10pf。

本系统采用12MHz的晶振，电容取30pf。

图3-4振荡电路图

3.单片机最小系统图如图3-5所示：

图3-5最小系统图

3.2.1洗衣机控制器控制面板的设计

洗衣机控制面板主要包括：

启动/停止、标准、轻柔、快速、水位选择按钮以及状态显示灯，如图3-6所示：

图3-6洗衣机面板图

完成一次洗衣过程所需的动作有：

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不到设定水位时，单片机程序将控制进水阀打开，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，程序就可进入下一步处理。

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。

洗衣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-停止-反转-停止”。

不同的洗衣过程，控制电机执行“正转-停止-反转-停止”的时间是不同的。

4.脱水动作：

排水结束后进入脱水动作，脱水是通过电机的正反转来实现的，同时要求排水阀一直打开，也正是由于排水阀的打开，才使得脱水时的电机正转速度不同于洗涤时的电机正转速度。

进行脱水是若遇到洗衣机盖打开，则暂停脱水，并发出报警，直至用户合上桶盖后，才继续进行脱水。

脱水结束后，发出警报，并自动关闭排水阀。

5.脱水不平衡修正：

进行脱水处理，电机要正转，电机要进行高速单向正转，若此时衣物偏向于一边，脱水桶会因离心的作用，在很短的时间内碰撞安全开关装置，使安全开关产生瞬时的关闭和断开，此时要进行脱水不平衡修正。

进行脱水不平衡修正，洗衣机将停止脱水，并自动插入“进水-洗涤1分钟-排水”动作。

通话这一插入动作，衣服将调