全自动洗衣机控制系统的设计毕业论文.doc

本 科 毕 业 设 计题目名称： 全自动洗衣机控制系统的设计 目 录题目I摘要及关键词I1绪 论11.1课题研究的背景和意义11.1.1各国洗衣机的发展历程11.1.2我国洗衣机的发展历程11.1.3洗衣机发展现状和趋势21.1.4新型洗衣机控制技术31.2课题的意义31.3设计内容32系统硬件设计42.1方案选择42.1.1 PLC控制方案42.1.2 PIC系列单片机方案42.1.3 51系列单片机方案42.2系统总体结构设计52.3模块电路设计与元件选择62.3.1电源设计62.3.2主控芯片AT89C5262.3.3 LED灯显示与74HC573锁存器72.3.4七段数码管显示82.3.5浊度检测模块设计92.3.6电机控制112.3.7水阀132.3.8水位传感器143系统软件设计153.1系统主程序153.2计算时间子程序153.4显示时间子程序183.5浊度数据AD转换及漂洗控制子程序183.6键盘扫描子程序193.7键盘服务子程序203.8工作模式设定程序213.8.1“厚物洗涤”与“薄物洗涤”子程序223.8.2“漂洗”子程序233.8.3“脱水”子程序253.9系统动作服务程序254系统调试与分析265结论与总结27参考文献28致 谢29附录一 系统电路图30附录二 源程序31全自动洗衣机控制系统的设计 摘要：自动化和节能化是目前洗衣机发展的主流趋势。本文根据对洗衣机节能指标的要求，通过方案对比，选择AT89C52单片机作为控制核心，实施以节水为主要目标的节能洗衣机理念的设计与实现。本文详细阐述了系统的各个功能模块及其工作过程。洗衣机由键盘设定洗衣模式，并采用传感器检测洗衣过程中的水量、水的混浊程度等参数，通过单片机的八个子程序的处理，实现对洗衣机自动识别水量，自动识别浊度，自动决定漂洗时间和漂洗次数等功能的控制。关键词：洗衣机；单片机；浊度检测；节水The design of the automatic washing machine control system Abstract: The automation and the energy saving is the target of the new washing machine. According to the target, the paper focus on realizing the idea of water saving for the washing machine by the singlechip AT89C52. This paper elaborates on the systems functions and its working process. The keyboard is used for setting workmode, and the sensors are to get the information in the working process, such as the water level, the turbidity, etc. According to the keyboard and the sensors,the singlechip, focusing on the turbidity of the water and based on the eight subprocedures, determines the washing time and the times of washing.Keywords: Washing machine ;Singlechip ;Turbidity detection ;Water saving1绪 论 1.1课题研究的背景和意义全自动洗衣机的发展首先表现在洗涤方式发生巨大变化。原先大多侧重于水流的改变、动力的加大。现在，使洗衣机的去污能力从单纯依靠洗涤剂的化学作用和强弱变化水流的机械作用，向更高层次的健康、节能、环保洗涤方式转变。在能源相对匮乏和环保理念流行的现代，“低碳”节能成为人们生活的主题，节能洗衣机的发展成为必然的趋势。不可再生资源的日益减少和人类生活能源消耗量日益增大的之间矛盾，使得二十一世纪将是一个追求节能、绿色环保的社会。而作为家电中的主力军洗衣机，同样朝着多功能、节能、低噪音的方向发展。其中，采用永磁无刷直流电机直接驱动的滚筒洗衣机代表着洗衣机发展的方向。1.1.1各国洗衣机的发展历程进入电气化时代之后，洗衣机的功能日益增强。电动洗衣机几经完善，在1922年迎来了一种崭新的洗衣方式搅拌式。搅拌式洗衣机由美国玛依塔格公司研制成功。这种洗衣机是在洗衣筒中心装上一个立轴，在立轴下端装有搅拌翼，电动机带动立轴，进行周期性的正反摆动，使衣物和水流不断翻滚，相互摩擦，以此涤荡污垢。搅拌式洗衣机结构科学合理，损衣率较低，受到了人们的普遍欢迎，但是存在耗电量大的缺点。在之后不到10年的时间里，德国于1928年研制成功了第一台滚筒洗衣机。滚筒洗衣机的特点就是洗衣内筒卧轴，以内筒凸筋作为原动力，带动衣物正反向转动，举起衣物，依靠重力的作用摔打衣物达到洗涤的目的。由于洗衣筒底不转动，洗净度、损衣率等性能居中。BACK1955年，在引进英国喷流式洗衣机的基础上，日本研制出了独具风格的波轮式洗衣机。波轮洗衣机洗衣筒的筒底装有波轮，电机带动波轮正反向旋转，湿衣物压在波轮上面随之旋转，同时筒内水流使衣物翻转，从而达到了洗涤的目的。由于波轮式洗衣机的相互搓揉力较大，所以洗净度最高，但是存在损衣率较高，洗涤均匀性较差，衣物易缠绕等缺点。至此，洗衣机生产领域初步形成了搅拌式、滚筒式和波轮式洗衣机三分天下的局面。1.1.2我国洗衣机的发展历程我国的洗衣机是改革开放之后发展起来的新兴工业。我国的洗衣机行业发展大致经历了三个阶段。第一阶段为初期的起步阶段，这个阶段始上世纪八十年代的中期至八十年代的末期。这一阶段的主要特征为集中的技术引进。当时大量引进的是日本的波轮洗衣机生产技术和设备，迅速完成了由无到有的跨越。同时波轮洗衣机也因此奠定了在中国的市场地位。第二阶段是洗衣机的平稳发展阶段，时间从上世纪八十年代末期到九十年代中期，我国洗衣机生产企业的技术水平与质量水平稳步提高，成本不断降低，国内品牌的竞争优势不断得到提升，市场的份额不断增加，逐渐主宰我国市场。第三阶段始于上世纪九十年代的中期，在这段时间内，之前渐渐退出我国市场的外国品牌纷纷重新登陆，其中以生产滚筒洗衣机的欧洲家电企业为主1。外国企业在我国投资兴建合资公司，加剧了洗衣机行业的激烈竞争。目前，我国的家用洗衣机产品的发展已经进入了成熟期，国营、集体、个体、外资、合资企业遍布全国各地，我国已成为全球洗衣机生产和消费的大国2。我国洗衣机年产量约占世界年产量的四分之一，居于世界首位。除了在数量和品种上满足国内市场外，还出口到北美、欧洲、东南亚等地，跻身于国际洗衣机市场的竞争行列。1.1.3洗衣机发展现状和趋势洗衣机使人们告别了搓衣板，洗衣棒的手工洗衣时代，但是最初的洗衣机的自动化程度并不高，洗衣的几个过程仍需要人工来进行切换。随着技术的发展，作为洗衣机核心的电机驱动技术有了较好的发展，洗衣机也由最初的洗涤、脱水过程的手工切换发展到半自动半手工切换，再发展到了现在的全自动洗衣机。洗衣过程的全自动化并没有完全满足人的要求。目前，绝大多数洗衣机的电机驱动系统引入了微处理器。微处理器的引入使得洗衣机的功能更加强大。洗衣机生产行业通过对微处理进行编程，实现洗涤、脱水模式的多样化，满足用户洗涤不同衣质、不同污脏程度的衣物。而用户在操作过程当中指需要按几个按键即可完成选择工作。同时，人们在原来洗衣方式的基础上，通过优化洗衣机的结构，再与电机驱动相配合，来实现对洗衣机内部水流的控制，从而使洗涤更彻底。小天鹅公司推出的“水魔方”技术就是其中的一个例子。BACK技术总是不停向前发展的，洗衣机也向着几个明显的方向发展。智能化。传统的洗衣机只按进水漂洗出水甩干这几个工作过程进行合理组合工作。而智能洗衣机除了实现上述的功能之外，还能对洗涤衣物的衣质、衣量、衣物的污脏性质以及污浊度进行识别，并根据具体的情况选择合适的洗涤剂、水量和水流状态进行有针对性的洗涤。洗衣机智能化技术有赖于微处理器和传感器的发展3。不可再生能源日益减少和人类对能源要求量日益增加的矛盾，决定了节能成为整个社会活动的趋势。对于洗衣机行业来说，要在保证洗净度的基础上实现省电、节水。高效节能已经成为洗衣机行业发展必然的趋势。1.1.4新型洗衣机控制技术使用直接驱动（DD）滚筒洗衣机用永磁无刷直流电机的相关技术，运用转子位置预估、单片机、DSP等技术设计了DD滚筒洗衣机用永磁无刷直流电机驱动控制系统。首先，针对滚筒洗衣机特殊的结构和负载要求，进行了永磁无刷直流电机驱动控制系统的软、硬件部分设计。提出了设计过程当中参数选用的一些基本原则，介绍了基于转子位置预估的驱动技术。针对滚筒洗衣机在洗涤状态下负载偏心的特点，建立了滚筒洗衣机洗涤状态下衣物的动力学数学模型，并利用Simulink进行了负载特性的仿真。通过仿真，定性认识了滚筒洗衣机洗涤状态下负载偏心对电机转矩的影响，并利用国外样机的实测结果证明了仿真的正确性，分析了DD滚筒洗衣机节拍的特点，制定了相关的控制策略，并通过上位机程序的编写来实现4。BACK随着模糊技术的发展，多种多样的模糊技术产品相继问世，已有洗衣机、电视机、电冰箱、空调器、摄像机、吸尘器、微波炉等40多种。这些模糊家电由于能最大限度地顺应人们日常生活的需要，例如模糊洗衣机模仿人脑的功能，将人的模糊信息和直接思维转化为准确的控制，它具有智能分析、判断，能自动收集需要洗的衣物重量、布质、水温及污垢程度等信息，进行综合判断，决定洗衣粉用量的多少、水位的高低、洗涤方式和洗涤时间的长短，同时在洗涤过程中，不断调整水位、时间及水流的强弱，并能自动显示故障报警，以达到最佳洗涤状态。一台5.5公斤模糊洗衣机的用水量比双缸洗衣机节水一半，省电10%5。1.2课题的意义本次毕业设计选择“全自动洗衣机控制系统的设计”是为了更好地学习和研究51系列单片机电路系统设计的相关知识，并掌握基本应用电路设计的方法和技巧。通常的洗衣机会优先满足洗净比的要求，而对能耗和耗水量的考虑则较少，造成水电的浪费。本设计采用浊度传感器测量洗涤水的污浊程度，确定最佳的洗涤时间和漂洗次数，可以用较少的能耗和水耗获得满足要求的洗净比。1.3设计内容本文是“全自动洗衣机控制系统的设计”，系统以AT89C52单片机为控制核心，通过TS浊度传感器检测电路送回的数据对洗涤水的浊度进行判断，通过洗衣水的污浊程度来决定是否继续漂洗以及漂洗所需用时，实现对洗衣过程的实时检测与控制，达到用最少的能耗实现最大程度地清洁衣物的目的。2系统硬件设计2.1方案选择2.1.1 PLC控制方案采用可编程逻辑系统PLC控制。PLC是一种数字式运算操作的电子系统，集成度高，工作稳定可靠，且外围接口多，编程方便，是专为工业环境下的系统应用而设计的。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术等操作指令，并通过数字式、模拟式的输入输出，控制各种类型的机械或生产过程6。但其造价昂贵，大批量生产费用很高，不适用于一般家电使用，故不选用此方案。2.1.2 PIC系列单片机方案PIC单片机系列是美国微芯公司（Microchip）的产品，它的CPU采用RISC结构，分别有33、35、58条指令，属精简指令集。采用Harvard双总线结构，运行速度快。此外，它还具有低功耗、驱动能力强等特点7。BACK由于该系列单片机的专用寄存器（SFR）并不像51系列那样都集中在一个固定的地址区间内(80FFH)，而是分散在四个地址区间内，有5个专用寄存器，得反复地选择对应的存储体，给编程控制带来麻烦。对于不熟悉这种硬件结构的设计者来说，它不是一个最优的选择8。2.1.3 51系列单片机方案51系列单片机的优点之一是它从内部的硬件到软件有一套完整的按位操作系统，它不仅能对片内某些特殊功能寄存器的某位进行处理，还能进行位的逻辑运算。51系列在片内RAM区间还特别开辟了一个双重功能的地址区间，它既可作字节处理，也可作位处理，使用极为灵活9。BACK家用洗衣机要求体积小，容量大，并且功能完备，因此要求控制器体积小，以便能嵌入其结构之中；且控制功能灵活，以实现不同用户的需求。51系列单片机具有体积小、编程灵活、外设多样、易于扩展等优点，广泛地应用于各种电路控制系统中。由于51系列单片机技术成熟，加上其多功能，低功耗等特点，能满足不同系统的应用需要。相比之下，51系列单片机最大的优点就是生产成本低，操作简单，适用于小型电路产品开发和大批量生产以其为核心的电器设备，且都能满足电路系统的要求。综上所述，本次设计采用51系列的AT89C52单片机作为主控芯片。2.2系统总体结构设计图2.1 节能洗衣机系统组成Fig.2.1 energy-saving washing machine system 图图2.2 波轮洗衣机结构图 Fig. 2.2 pulsator washing machine structure diagram本系统为节能洗衣机的控制设计。节能洗衣机系统由主控制器、按键、浊度传感器、倒计时显示、状态显示和电机水阀伺服机构等几大模块组成，由程序控制实现洗衣过程的节能化与自动化。系统组成结构如图2.1所示。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，洗涤，漂洗，浊度检测，脱水等几大步骤。洗衣机就会在每次漂洗完成后智能判断洗涤水的混浊情况，对于不同的污浊度设计了不同的漂洗时间。若在任何一次漂洗结束时进行的浊度检测结果表明洗涤水已足够清净，程序就会直接跳转至“脱水”模式进行衣物脱水，从而节约了大量的冗余漂洗时间和能源。波轮式全自动洗衣机的结构如图2.2所示10。2.3模块电路设计与元件选择2.3.1电源设计电源模块是为整个电路系统和伺服机构提供能源和动力的重要保证。一般的直流稳压电源由整流电路、滤波电路和稳压电路等几部分组成11。本机电源采用双路输出+5V和+12V，分别用于提供电子电路工作电源和电磁阀驱动电源。使用交流变压器将220V市电降压至15V，经过二极管整流桥整流、电容滤波和稳压管稳压，能输出稳定的直流5V和12V电压。电源模块的电路原理图如图2.3所示。图2.3 双路稳压电源模块 Fig. 2.3 dual voltage regulator module2.3.2主控芯片AT89C52本课题的系统控制使用AT89C52单片机，时钟晶振使用12MHz。AT89C52是一种带8K字节闪烁可编程可檫除只读存储器的低电压，高性能COMOS8的微处理器。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容12。AT89C52单片机主要功能如表2-1所示；其封装与引脚排列如图2.4所示。B表2-1 AT89C52主要功能Table 2-1 the main function of AT89C52兼容MCS51指令系统8K可反复擦写Flash ROM32个双向I/O口256x8bit内部RAM3个16位可编程定时/计数器中断时钟频率0-24MHz2个串行中断可编程UART串行通道2个外部中断源共6个中断源2个读写中断口线3级加密位低功耗空闲和掉电模式软件设置睡眠和唤醒功能图2.4 AT89C52引脚排列与引脚功能Fig.2.4 the AT89C52 pin and pin function2.3.3 LED灯显示与74HC573锁存器节能洗衣机系统有六个基本的状态，分别是厚物洗涤，薄物洗涤，漂洗，脱水，暂停，停止和报警。本系统用六个发光二极管作为状态指示灯，使用共阳极接法，由单片机P1口通过一个锁存器来控制它们的亮灭。LED灯的电路接法如图2.5所示。图2.5 LED状态指示灯Fig.2.5 LED status indicator锁存器(Latch)是一种对脉冲电平敏感的存储单元电路，它们可以在特定输入脉冲电平作用下改变状态。典型的锁存器逻辑电路是 D 触发器电路13。本设计使用的74HC573锁存器的真值表如表2-2所示。表2-2 锁存器的真值表Tab Table 2-2 latch truth table输出使能(/OE)锁存使能(LE)输入端(D)输出端(Q)LHHHLHLLLLXQ0HXXZ74HC573的八个锁存器都是透明的D型锁存器，当使能引脚LE为高电平时，Q输出将随数据D输入而变化；反之，锁存器进入锁存状态，D将保持原有信号的输出而不受输入信号变化的影响14。锁存器的引脚功能与封装如图2.6所示。在在本课题的应用中，单片机P0口和P1口的八路 I/O 口上分别需要外接锁存器，这是为了实现数据和地址在I/O口上的复用。2.3.4七段数码管显示图2.6锁存器的引脚及其功能Fig. 2.6 lock pin and function registerLED（Light Emiting Diode）是发光二极管英文名称的缩写。常用的LED有共阳极和共阴极2种。共阴极LED显示器的发光二极管的阴极连在一起，通常此公共阴极接地15。本次设计是用于显示时间，采用共阴极LED显示就可以有较好的显示效果。在多位LED显示时，通常将所有位的段码线相应段并联在一起，由1个8位I/O口控制，形成段码线的多路复用，而各位的共阴极或共阳极分别由相应的地址线控制，形成各位的分时选通16。七段数码管电路如图2.7所示。图2.7 七段数码管显示Fig. 2.7 seven digital tube display2.3.5浊度检测模块设计TS浊度传感器是GE公司开发的一种专门用于家电产品的低成本传感器，主要用于洗衣机、洗碗机等产品的水污浊程度的测量，其内部结构原理图如图2.8所示。此种浊度传感器体积小，兼容TTL电平，使用方便17，故本次设计采用TS浊度传感器。图2.8 TS浊度传感器结构原理图Fig. 2.8 TS turbidity sensor principle structure diagram浊度传感器的工作原理是：当光线穿过一定量的水时，光线的透过量取决于该水的污浊程度：水越污浊，透过的光就越少。光接收端把透过的光强度转换为对应的电压大小。通过测量接收端的电压，就可以计算出水的污浊程度。洗涤水的透光度与洗涤时间t的关系曲线如图2.9所示。（a）图为洗涤全过程的浊度变化(a) diagram for turbidity change the whole process of washing （b）图为轻污和重污的透光度比较(b) diagram for light pollution and heavy pollution of the transmittance comparison图2.9洗涤水的透光度与洗涤时间t的关系曲线Fig. 2.9 Relation curves of washing water transmittance and washing time t在节能洗衣机系统中，浊度传感器安装在洗衣机的排水管口附近，如图2.10所示，在洗衣机开始排水时启动数据采集进行水质检测，并将检测结果送单片机。浊度值是由TS浊度传感器测得浊度数据，送ADC0804进行模数转换后所得的数值。实际应用中，应根据不同容量的洗衣机进行实验来确定更准确的浊度值与对应的洗涤时间。表2-3表明衣物浊度与洗涤参考时间的关系。图2.10 浊度传感器的工作示意图Fig. 2.10 schematic diagram of turbidity sensor work表2-3 洗涤水浊度与洗涤参考时间的关系Table 2-3 relationship between washing water turbidity and washing time reference 序号污浊程度A（十进制A/D值）洗涤时间（min）1A 556255 < A 948394 < A 126104126 < A 152125152 < A 173146173 < A 191167191 < A 208188A > 20820ADC0804是用CMOS集成工艺制成的逐次比较型摸数转换芯片。该芯片内有输出数据锁存器，当与控制器连接时，无须附加逻辑接口电路。逐次比较型AD由一个比较器和DA转换器通过逐次比较逻辑构成，从MSB开始，顺序地对每一位将输入电压与内置DA转换器输出进行比较，经多次比较而输出数字值。其优点是速度高、功耗低。ADC0804引脚如图2.11所示。在本系统中，浊度信号转换为0V5V电压信号，浊度传感器连接ADC0804的输入接口进行采样处理，然后将电压信号转换为8位数值0x000xff送入单片机P1口。TS浊度传感器及其数据AD采样电路如图2.12所示。2.3.6电机控制 BACK图2.11 ADC0804引脚功能Fig.2.11 the ADC0804 pin function图2.12 TS浊度传感器及其数据AD采样电路 Fig.2.12 TS turbidity sensor and AD data sampling circuit本设计采用家用洗衣机常用的单相交流电机，这种电机有两个绕组：主绕组和副绕组，两个绕组在空间上相差90度。在启动绕组上串联一个容量较大的启动电容，由于电容器作用使启动绕组中的电流在时间上比运行绕组超前90度角，先到达最大值。在时间和空间上形成两个相同的脉冲磁场，使定子与转子之间产生一个旋转磁场，电机转子中产生感应电流，与旋转磁场互相作用产生电磁场转矩，使电机旋转起来。普通单相电机这两个绕组完全一样，互相可以交换。要使电机反转，只要交换两个绕组中的一个绕组的首尾接线就可反转。电机的调速是通过一个串接线圈实现。单相交流电机的正反转控制原理如图2.13所示。在本设计中，采用两只HJR1-2C电磁继电器控制电机正反转，一只HRS2H-S电磁继电器控制电机的旁路绕阻以实现脱水时电机的高转速工作。电机控制部分的电路原理图如图2.14所示。图2.13 单相交流电机的正反转控制Fig.2.13 single-phase AC motor positive inversion control图2.14 电机控制部分Fig. 2.14 motor control part2.3.7水阀水阀的动作采用电磁阀控制，使用两只HRS2H-S电磁继电器耦合来控制两个大功率电磁阀。进水或排水时，由单片机发出指令，使继电器触点吸合，接通水阀的电磁铁，带动阀门执行进水或排水操作。水阀电路如图2.15所示。图2.15 水阀控制电路Fig. 2.15 the water valve control circuit2.3.8水位传感器水位传感器采用吸簧式浮子传感器，它本身输出的就是数字信号。当水位有变化时，浮子随着水位上下浮动，内置磁石使对应高度的簧片吸合，触点导通；浮子离开时，当前触点断开，到下一个触点吸合。单片机扫描触点变化信号就可判断当前洗衣桶内的水位。水位传感器结构示意图如图2.16所示。 图2.16 水位传感器结构示意图 Fig. 2.16 schematic diagram of water level sensor structure2.3.9电磁继电器本电路系统是低压控制高压类型的程控电子线路，由芯片输出的逻辑电平+5V来控制交流220V的负载电机。当继电器线圈两端有电流时，线圈产生的磁通使衔铁吸向铁芯极面，从而推动常闭触点断开，常开触点闭合；当线圈两端电流小于一定值时，机械反力大于电磁吸力，衔铁回到初始状态，常开触点断开，常闭触点接通。继电器原理图如图2.17所示。 图2.18 继电器原理图Fig. 2.18 schematic diagram of relay3系统软件设计3.1系统主程序根据硬件设计要求，控制主程序流程如图3.1所示。洗衣机通电后，单片机上电进行程序的初始化操作，默认洗衣机工作模式为“厚物洗涤”，并显示此工作模式下的预设时间，然后扫描键盘，等待用户命令。当按下“开始”键后，系统就开始倒计时，并进入相应的工作模式程序开始洗涤.B主程序设定采用死循环的工作模式，在系统初始化后就一直按次序反复执行各个功能模块的子程序，检查各标志位的状态。这样即使系统长时间地处在暂停或停止状态下，依然能够及时响应用户的操作，快速恢复到正常的工作状态中，有效避免程序跑飞使控制器死机的情况。3.2计算时间子程序计时子程序用定时器0工作在方式0进行定时，每隔50ms产生一次中断，计数变量计满20次则为1秒，每一秒都让秒值自减1，从而实现较精确的1秒倒计时。分钟值则以秒值的变化情况作为条件作出相应的计算。走时结束后程序会关停定时器，以避免干扰和其他不可预知的情况出现。在分钟变量与秒钟变量被重新赋初值后，程序会根据系统当前工作模式来决定是否开启定时器。计算时间的程序流程如图3.2所示。 图3.1 主程序流程图Fig.3.1The main program flow 3.3中断程序系统用定时计数器0工作在方式0，每500毫秒溢出产生一次计数中断，用于定时1秒钟的计时服务。中断程序流程如图3.3所示。图3.2 计算时间子程序流程Fig. 3.2 computing time subprogram flowACK主程序流图3.3 中断程序Fig.3.3 interrupt program3.4显示时间子程序显示时间子程序用于洗衣机的倒计时时间显示。当定时器T0启动后，单片机P0口发送时间数据与位选信号，用数码管扫描方式显示时间值。显示时间子程序如图3.4所示。图3.4 显示时间子程序流程Fig.3.4 shows the time subprogram flow3.5浊度数据AD转换及漂洗控制子程序ADC程序主要用于处理来自TS浊度传感器的模拟数据，将浊度信号转换成8位的二进制信号，送单片机处理判断。当本子程序被调用时，会先启动AD转换并读取数据，若转换结果允许显示，则调用显示AD结果的子程序，否则其数据就仅仅用于给单片机判断浊度，这样避免了不必要的显示，提高程序效率。本部分是实现节水目标的核心环节，其程序流程图如图3.5所示。 图3.5 ADC子程序流程图Fig.3.5 the ADC subroutine flow chart3.6键盘扫描子程序本设计采用4×4矩阵键盘作为系统输入模块，其4根行线和4根列线都由单片机P3口的8个位来控制。按键采用逐行扫描的方式，分别对4行扫描，相应地读取4列的电平变化，再将行与列的值比较，其交点处就是有动作的按键，由此就可计算出相应的键值而判断是哪个按键被按下了。扫描矩阵键盘的程序流程图如图3.6所示。 图3.6 键盘扫描子程序流程Fig. 3.6 keyboard scanning subroutine flow程序中设定了键值有效性的判断，若按键键值无效或程序没检测到按键操作，系统将跳过键盘服务子程序，仅仅对其进行扫描。当有按键被按下时，程序才调用相应的服务子程序。这样节约了程序在非用户操作时的运行时间，减少调用繁杂的子程序所占用的线程，提高MCU运行效率。3.7键盘服务子程序键盘服务子程序是根据按键指令来决定系统工作的服务程序，它仅在键值有效时才被调用执行，这样可充分利用单片机内有限的硬件资源，加快程序的运行速度和减短程序的扫描周期。键盘服务子程序采用多分支判断结构，读入不同的键值来执行相应的程序。每一次扫描仅作一次判断，并设置相应的系统工作模式标志，以此来决定整机的工作状态与下达动作指令。键盘服务子程序流程如图3.7所示。图3.7 键盘服务子程序 Fig. 3.7 keyboard subprogram3.8工作模式设定程序单片机根据键盘和倒计时模块输入的命令来判断系统当前应进入的工作模式。若工作条件满足，此程序就为系统设定相应的工作模式，并修改模式标志，送至动作服务子程序执行操作。系统的七种模式可由倒计时程序或系统传感器的输入信号来自动设置，也可由用户通过按键输入来改变。工作模式设定的程序流程如图3.8所示。图3.8 工作模式设定程序流程Fig. 3.8 work mode setting procedure3.8.1“厚物洗涤”与“薄物洗涤”子程序单片机通过不同的条件来判断执行不同的洗涤方式。当启动键被按下后，洗衣机进水阀通电打开，当供水达到预定水位时，吸簧式水位传感器中对应的水位开关接通，进水阀断电关闭。然后MCU接通洗涤电机的电源，带动波轮旋转即可进行洗涤。厚物模式与薄物模式的洗衣过程基本相同，区别在于二者的水量和洗涤时间的差异。两种洗涤模式的流程如图3.9所示。 图3.9 洗涤程序流程图图3.9 洗涤程序流程图Fig. 3.9 washing procedure flow chart3.8.2“漂洗”子程序漂洗的目的在于清除衣物上的洗涤剂，因此，漂洗过程与洗涤过程的电器动作是相同的，关键在于通过实时浊度检测与漂洗时间决策达到节能洗衣的目的。漂洗程序流程如图3.10所示。图3.10 漂洗程序流程图Fig. 3.10 the rinsing procedure flow chart3.8.3“脱水”子程序漂洗过程结束后，程序转入“脱水”状态。系统使电机停车，打开排水阀门排水。当洗衣机的水位低到一定程度并满足脱水条件时，电机调到正车高速档，带动洗衣桶内的衣物高速旋转进行脱水。排水洗衣机脱水子程序的开启由工作模式标志设定，实现2min电机高速运作。排水程序流程如图3.11所示。图3.11 脱水程序流程图Fig. 3.11 dewatering program flow chart3.9系统动作服务程序系统动作服务子程序管理洗衣机各个工作模块的动作，主要是按照程序指令控制电机的启停与水阀的开闭。控制参数来自键盘和倒计时模块的输入。动作服务子程序流程如图3.12所示。图3.12 系统动作服务程序流程图 Fig. 3.12 the flow chart of the system action service program4系统调试与分析在完成全自动洗衣机控制系统的设计之后，通过Proteus软件和Keil软件来对程序进行调试，并观察现象。（1）系统上电后，会进入默认的“厚物洗涤”模式并等待操作。通过模式选择按键可切换至“薄物洗涤”模式。这时只要按下“开始”键，洗衣机就会按照程序设定开始工作。（2）在选定洗涤模式之后按下开始键，系统开始倒计时，并打开进水阀进水。在预定水位达到后，控制器关闭进水阀，主电机在程序的控制下间歇正反转，带动波轮和洗衣桶转动进行洗涤。（3）洗衣机完成漂洗后进入历时2分钟的脱水模式工作。脱水状态指示灯点亮，排水阀打开，电机在高速档运作。若此时在时间剩余1分钟内水位降至最低，则洗衣机直接跳出脱水程序，完成洗涤，进入停机等待状态。（4）在系统的正常工作中，若有异常情况出现，系统会立刻中断当前工作任务，进入“报警”状态：使电机停车等待，蜂鸣器发出告警音响。当处理异常情况后，按下“开始”键洗衣机就会恢复到原来的工作状态，继续洗涤工作。经过仿真验证，本系统除具备洗衣机基本功能外，也具有智能判断浊度，自主决策漂洗时间，根据水位情况制定洗涤任务等功能，本课题设计基本实现节能洗衣机的预期功能。5结论与总结本课题采用AT89C52单片机对家用洗衣机进行智能控制，设计的控制洗衣机系统充分应用了浊度检测技术，通过硬件设计与软件编程，实现了洗衣机的节能控制，一个按钮就能完成洗衣的全过程，且将洗衣机水耗降至最低。本设计系统的特点有：BACK(1) 由TS浊度传感器和水位传感器检测到衣物的污浊度与洗涤所用水量,既能保证洗净衣物又使洗涤时间缩短，最大限度地提高洗涤效果,节约能源及用水量,达到了本设计设定的节水这一主要目的。(2) 本设计还考虑到半自动时的情况，用户可以根据自己的需求自由选择洗衣机的工作方式与洗涤时间