课程设计（论文）基于单片机的全自动洗衣机设计.doc

绪论洗衣机是一种在家庭中不可缺少的家用电器,发展非常快,而全自动式洗衣机因使用方便更加得到大家的青睐,全自动即进水、洗涤、漂洗、甩干等一系列过程自动完成,控制器通常设有几种洗涤程序,对不同的衣物可选择不同的洗涤方式。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。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，超音波、电解水、臭氧和蒸汽洗涤的运用，使洗衣机的去污能力从单纯依靠洗衣粉、洗涤剂的化学作用和强弱变化的水流机械作用，向更高层次的健康、环保洗涤方式转变，特别是电解水、超音波技术在洗衣机行业的运用几乎改变了洗衣机的历史洗衣不用或少用洗衣粉、洗涤剂，减少化学品对皮肤的损害和对环境的污染。电解水、臭氧、蒸汽的杀菌除味及消毒功能倍受青睐，引发了洗衣机消费健康潮。另一变化就是高度自动化、智能化、人性化。从半自动、全自动到现在流行的人工智能、模糊控制，只需按一下按钮一切搞定！同时，用户可以按照自己的洗衣习惯，自主选择时间和方式，自编和记忆程序让用户真正做到随心所欲。人性化还表现在使用的方便和舒适，如子母分洗洗衣机可以做到不同衣物分开洗；斜桶和顶开滚筒可以做到取放衣物方便不需深弯腰；蒸汽烘干功能使得晾晒更加方便，DD直驱电机在节能降噪方面效果更加突出，等等。业内人士表示，尖端洗涤技术的革新，所表现出的洗衣方式更加注重健康和个性化，已在市场发展中倍受欢迎。目录绪论- 2 -一 全自动洗衣机设计方案- 4 -1.1按键- 4 -1.2洗衣机自检- 4 -1.3显示- 4 -1.4洗衣程序- 4 -二 硬件电路介绍- 5 -2.1CPU选择- 5 -2.2传感器- 5 -2.5显示器- 7 -三 软件设计- 8 -3.1模糊控制方式- 8 -3.2软件流程图及其代码- 9 -心得体会- 29 -参考文献- 30 - 一 全自动洗衣机设计方案本设计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、漂洗、排水和脱水等阶段。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。电源采用三端集成固定稳压器7805提供+5V电源，数字控制电路负责控制洗衣机的工作过程，主要由AT89S51单片机、三位共阴数码管、按键、蜂鸣器、LED指示灯组成；机械控制电路实现传感器检测、电机驱动、进水、排水等功能，主要由水位检测器、电动机、传动系统部件、进水排水电磁阀组成。1.1按键洗衣机面板上有6个按钮K1、K2、K3、K4、K5和K6K1为启动暂停键：按奇数次视为启动，偶数次视为暂停。K2用于洗衣程序选择：按一下选择洗涤，按两下选择漂洗，按三下选择脱水。K3用于洗衣方式选择：按一下选择标准洗方式，按两下选择快速洗方式，按三下选择轻柔洗方式。K4用于水位选择：按一下进水至低水位，按两下进水至中水位，按三下进水至高水位。K5用于时间选择：按一下洗衣时间短，按两下洗衣时间适中，按三下洗衣时间长。1.2洗衣机自检洗衣机上电后，先进行自检，包括检查安全开关，排水阀状态，进水阀工作过程，电机的运转等，若发现异常现象则蜂鸣器响，报警灯亮。1.3显示洗涤、漂洗及脱水时间都通过倒计时的方式显示在3个LED上，依次为分位，秒十位和秒个位，此外，还有发现异常现象时错误信息的显示1.4洗衣程序洗涤过程：通电后，若不选择洗衣周期，则洗衣机从洗涤过程开始。进入洗涤过程，首先进水阀接通，开始向洗衣机供水，当到达要求水位时，进水阀断电关闭，停止进水；电机M接通，带动波轮旋转，形成洗衣水流。电机M是一个正反转电机，可以形成往返水流，有利于洗涤衣物。漂洗过程：与洗涤过程操作相同，只是时间短一些。脱水过程：洗涤或漂洗过程结束后，电机M停止转动，排水阀M接通，开始排水。排水阀动作的同时，电机M也接通，使电机可以带动内桶转动。当水位低到一定值，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。二 硬件电路介绍2.1CPU选择本次设计采用51系列，而51系列的典型产品是8051。8051是一种40引脚双列直播式芯片。它含有4KB可反复烧录及擦除内存和128字节的RAM，有32条可编程控制的I/O线，5个中断发源，指令与MCS-51系列完全兼容。选用它作为核心控制新片，可使电路极大地简化，而且程序的编写及固化也相当方便、灵活。选用它设计制作全自动洗衣机控制电路，该电路的组成相对简单，工作原理清晰，易于理解。图2-189C51引脚图89C51引脚图如图2-1所示2.2传感器本次设计中用到4个传感器，分别为：TS污浊度传感器、温度传感器、负载传感器和水位传感器。其中污浊度、温度和负载传感器输出的都是模拟信号，需要通过A/D转换才能作为单片机的控制信号，而水位传感器本身输出的就是数字信号，所以不需要通过A/D转换，直接可用做单片机的控制信号。1.TS污浊度传感器浑浊度检测传感器(内部原理图如图2-2所示)的主要原理是光电耦合器，而普通的光电耦合器不能有效的检测洗衣机水的浑浊度。光电耦合器的光源必须是红外光才能准确的检测浑浊度。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。图2-2浊度传感器内部原理图2.温度传感器温度传感器有四种主要类型：热电偶、热敏电阻、电阻温度检测器(RTD)和IC温度传感器下)。IC温度传感器又包括模拟输出和数字输出两种类型。我们常用温度传感器有DS18B20、AD590等，它们都是集成温度传感器。DS18B20输出是数字信号可以直接和单片机相连，而且硬件连接电路少，但需要对其进行复杂的软件编程。本设计我们选用AD590作为温度传感器。AD590比DS18B20精度更高、线性度误差小，且不需要温度报警和复杂的程序编程，非常适合用于洗衣机的温度检测传感器。它的主要特性如下：流过器件的电流（mA）等于器件所处环境的热力学温度（开尔文）度数。AD590的测温范围为-55+150。AD590的电源电压范围为4V30V。电源电压可在4V6V范围变化，电流变化1mA，相当于温度变化1K。AD590可以承受44V正向电压和20V反向电压，因而器件反接也不会被损坏。输出电阻为710MW。精度高。AD590共有I、J、K、L、M五档，其中M档精度最高，在-55+150范围内，非线性误差为±0.3。3.负载传感器根据模糊控制要求，负载检测时通过检测电动机的反电动势来实现的，而电动机的反电动势比单片机所用电压大的多，不能直接采样，必须经过隔离。采用线性光电耦合器既能隔离高电压和干扰，又能得到满意的检测信号。4.水位传感器谐振式水位传感器(原理图如图2-5所示),采用了新型的传感原理 ,把水位的高低 ,通过水位传感器直接变成水位与频率的对应关系。衣物的洗净度、水流强度、洗涤时间等参数的检测 ,对模糊控制洗衣机在节水、节能、减少洗涤时间方面起决定性的作用。图2-5水位传感器原理图2.5显示器显示器有LED和LCD两种。LCD(Liquid crystal Display)是液晶显示器英文名称的缩写，液晶显示器是一种被动式的显示器，即液晶本身并不发光，而是利用液晶经过处理后能改变光线通过方向的特征，达到白底黑字或黑底白字显示的目的。LED（Light Emiting Diode）是发光二极管英文名称的缩写。LED显示器是由发光二极管构成的，所以在显示器前面冠以“LED”。本次设计只是显示时间，所以采用LED就可以达到目的了。常用的LED为8段或7段。每一个段对应一个发光二极管。这种显示器有共阳极和共阴极2种。LED显示器有静态显示和动态显示2种方式。LED显示器工作于静态显示方式时，各位的共阴极（共阳极）连接在一起并接地（或+5V）；每位的段码线（a-dp）分别与一个8位的锁存器输出相连。之所以称之为静态显示，是因为各个LED的显示字符一经确定，相应锁存器锁存的段码输出将维持不变，直到送入另一个的段码为止。正因为如此，静态显示器的亮度都较高，但静态现实的缺点是占用口线太多，如果显示器的位数太多，则需要加锁存器，因此一般情况下采用动态显示。LED不同位显示的时间间隔应根据实际情况而定。发光二极管从导通到发光有一定的延时，导通时间太短，则发光太弱，人眼无法看清，但也不能太长，因为要受限于临界闪烁频率，而且时间越长，占用CPU时间也越多，本次设计我们采用1ms延时。寄存器注释R4，R5比较标准值R4高位，R5低位R6，R7A/D转换结果R6高位，R7低位20H衣量多位21H衣量少位22H衣量适中位23H化纤多位24H棉多位27H1s中断标志位2AH1s中断次数30H，31H洗涤时间32H，33H漂洗时间34H，35H脱水时间36H，37H排水时间38H漂洗次数3AH电机正转时间三 软件设计本次设计是基于模糊控制理论上的全自动洗衣机，模糊控制是利用负载、衣质、浊度、水温等检测所得到信息，进行分段评估计算使其模糊化，再根据模糊规则进行推理，最后根据所激活的规则进行解模糊判决，以决定最适当和明确的水位、洗涤时间、洗涤方式以及脱水时间等。3.1模糊控制方式洗涤量和水量的确定： 如果检测到衣物量很多，则洗涤量多，水位高； 如果检测到衣物量较多，则洗涤量较多，水位适中； 如果检测到衣物量很少，则洗涤量少，水位低。 脱水时间的确定： 如果检测到衣物很多，则脱水时间长； 如果检测到衣物较多，则脱水时间适中； 如果检测到衣物很少，则脱水时间短。洗涤时间的确定： 如果检测到衣物很多，布质以棉布偏多且水温低，则洗衣时间长； 如果检测到衣物较多，布质以化纤偏多且水温偏高，则洗衣时间适中； 如果检测到衣物较少，布质以棉布偏多且水温偏高，则洗衣时间适中； 如果检测到衣物很少，布质以化纤偏多且水温高，则洗衣时间短。 漂洗时间的确定： 如果检测到洗涤水很脏，则漂洗时间长； 如果检测到洗涤水较脏，则漂洗时间适中； 如果检测到洗涤水不脏，则漂洗时间短3BH电机反转时间3CH电机转速3D洗涤量投放时间40H显示分缓存器41H显示秒十缓存器42H显示秒个缓存器44H零水位45H低水位46H中水位47H高水位48H水位检测值50H启动/暂停键按键次数51H程序键按键次数52H选择键按键次数53H水量键按键次数54H时间键按键次数3.2软件流程图及其代码本次设计是分模块进行编写的，以下就是各模块的流程图及其代码1.主程序流程图如图3-2所示程序代码：MAIN: MOV SP,#60 LCALL ChuShi ；调初始化程序 SETB EA ；CPU允许中断 MOV TMOD,#10H ；设置定时器1方式 MOV 28H,#0AH ；装入定时中断次数LOOP: LCALL XianShi ；调显示子程序 LCALL JianPan ；调键盘扫描子程序 SJMP LOOP 图3-2主程序流程图2.显示子程序流程图如图3-3所示图3-3显示子程序流程图程序代码：XianShi: MOV R0,40H ；置缓冲器指针初值 MOV R2,#01H ；置位选初值 MOV A,R2LD0: MOV DPTR,#7F03H ；位选送8155C口 MOV DPTR,A DEC DPTR DEC DPTR MOV A,R0 ADD A,#0DH ；加偏移量 MOVC A,A+PCDIR1: MOVX DPTR,A ；段码送8155A口 ACALL DL1ms ；调1ms延时 INC R0 MOV A,R2 JB ACC.2,LD1 ；三位都显示完了吗 RL A ；没完，显示位右移 MOV A,R2 AJMP LD0LD0: RETDSEG: DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH DB 7DH,07H,7FH,6FH,77H,7CH DB 39H,5EH,79H,71H,73H,3EH DB 31H,6EH,1CH,23H,40H,03H DB 18H,00DL1ms: MOV R7,02HDL: MOV R6,#0FFHDL6: DJNZ R6,DL6 DJNZ R7,DLLD1: RET图3-4键盘扫描子程序流程图图3-5程序设置子程序流程图3.键盘扫描子程序流程图如图3-4所示程序代码：JianPan: JB P1.0,K2 ；判断是K1键按下吗，不是则转K2 LCALL DL10ms ；调10ms延时消抖 JB P1.0,K2 ；再次读P1.0状态，若仍为0，则K1键确定按下 LCALL PK1 ；调 PK1处理K2: JB P1.1,K3 ；判断是K2键按下吗，不是则转K3 LCALL DL10ms ；调10ms延时消抖JB P1.1,K3 ；再次读P1.0状态，若仍为0，则K2键确定按下LACLL PK2 ；调 PK2处理K3: JB P1.2,K4 ；判断是K3键按下吗，不是则转K4 LCALL DL10ms ；调10ms延时消抖 JB P1.2,K4 ；再次读P1.2状态，若仍为0，则K3键确定按下 LCALL,PK3 ；调PK3处理K4: JB P1.3,K5 ；判断是K4键按下吗，不是则转K5 LCALL DL10ms ；调10ms延时消抖 JB P1.3,K5 ；再次读P1.3状态，若仍为0，则K4键确定按下 LCALL PK4 ；调PK4处理K5: JB P1.4,RETURN ；判断是K5键按下吗，不是则转K6 LCALL DL10ms ；调10ms延时消抖 JB P1.4,RETURN ；在此读P1.4状态，若仍为0，则K4键确定按下 LCALL PK5 ；调PK5处理RETURN: RETPK1: INC 50H ；按键次数加1 MOV A,50H ；判断是奇数次按下吗 MOV B,#2 DIV AB MOV A,B JZ A,ZanTing ；若为偶数次按下，则转暂停状态 LCALL YunZhuan ；若为奇数次按下，则进入运转程序ZanTing: INC 50H ；按键次数加1 MOV A,50H ；判断是奇数次按下吗 MOV B,#2 DIV AB MOV A,B JZ A,ZanTing ；若为偶数次按下，则暂停 LCALL YunZhuan ；若为奇数次按下，则进入运转程序RETURN: RET4.程序设置子程序流程图如图3-5所示程序代码：PK2: INC 51H ；按键次数加1 MOV A,51H CJNZ A,#1,L2 ；是第一次按下吗，不是转L2 LCALL XiDi ；是第一次按下，则调用洗涤子程序L2: CJNZ A,#2,L3 ；是第二次按下吗，不是转L3 LCALL PiaoXi ；是第二次按下，则调用漂洗子程序L3: CJNZ A,#3,RETURN ；是第三次按下吗，不是则返回 LXALL TuoShui ；是第三次按下，则调用脱水子程序RETURN: RET5.洗衣方式选择子程序流程图如图3-6所示程序代码：PK3: INC 52H ；按键次数加1 MOV A,52H ； MOV DPTR,#7F02H CJNE A,#1,L4 ；是第一次按下吗，不是转L4 MOV A,#0EFH ；是第一次按下，则标准洗涤指示灯亮 MOVX DPTR,A MOV A,52HL4: CJNE A,#2,L5 ；是第二次按下吗，不是转L5 MOV A,#0DFH ；是第二次按下，则快速洗涤指示灯亮 MOVX DPTR,A MOV A,52HL5: CJNE A,#3,RETURN ；是第三次按下吗，不是则返回 MOV A,#0BFH ；是第三次按下，则轻柔洗涤指示灯亮 MOVX DPTR,A图3-6洗衣方式选择子程序流程图图3-7水量设置子程序流程图RETURN: RET6.水量设置子程序流程图如图3-7所示程序代码：PK4: INC 53H ；按键次数加1 MOV A,53H CJNE A,#1,L6 ；是第一次按下吗，不是转L6 MOV 45H, #08H ；是第一次按下，则进水至低水位L6: CJNE A,#2,L7 ；是第二次按下吗，不是转L7 MOV A,46H,#09H ；是第二次按下，则进水至中水位L7: CJNE A,#3,RETUREN ；是第三次按下吗，不是则返回 MOV A,47H,#10H ；是第三次按下，则进水至高水位RETURN: RET7.时间设置子程序流程图如图3-8所示程序代码：PK5: INC 54H ；按键次数加1 MOV A,54H CJNE A,#1,L8 ；是第一次按下吗，不是转L8 MOV 48H,#01H ；是第一次按下，则时间选择5min图3-9A/D转换流程图图3-8时间设置子程序流程图 图3-10自检子程序流程图图3-11运转程序流程图图3-8时间设置子程序流程图 MOV 49H,#2CHL8: CJNE A,#2,L9 ；是第二次按下吗，不是转L9 MOV 48H,#02H ；是第二次按下，则时间选择10min MOV 49H,#58HL9: CJNE A,#3,RETURN ；是第三次按下吗，不是则返回 MOV 48H,#38H ；是第三次按下，则时间选择15min MOV 49H,#40HRETURN: RET8.A/D转换流程图如图3-9所示9.自检子程序流程图如图3-10所示程序代码：ZiJian: MOV DPTR,#7F02H ；自检指示灯亮 MOV A,#0FBH MOVX DPTR,A JB P1.6,BaoJing1 ；读安全开关状态，异常则报警 JB P2.3,BaoJing2 ；读排水阀状态，异常则报警 MOV 45H，#08H ；置低水位值 MOV 47H，#09H ；置高水位值 MOV 44H, #00H ；置零水位值 CLR P2.4 ；开进水阀 LCALL ShuiJian ；调水位检测 MOV A,45HL10: CJNE A,48H,L10 ；到底水位了吗，到了启动电机 CLR P2.0 LACLL ShuiJian MOV A,47HL11: CJNE A,48H,L11 ；到高水位了吗，到了开排水阀 CLR P2.3 LCALL ShuiJian MOV A,44HL12: CJNE A,48H,L12 ；是零水位吗，是则检测完毕 SETB P2.4 SETB P2.0 SETB P2.3 MOV A,#OFFH MOVX DPTR,ABaooJing1: MOV 40H,#0eH ；显示异常代码 MOV 41H,#0 MOV 42H,#1 CLR P1.7 ；蜂鸣器响，报警灯亮 JB P1.5,BaoJing1 ；判断是否有人为干扰 SETB P1.7BaoJing2: MOV 40H,#0eH ；显示异常代码 MOV 41H,#0 MOV 42H,#2 CLR P1.7 ；蜂鸣器响，报警灯亮 JB P1.5,BaoJing2 ；判断是否有人为干扰 SETB P1.7 RET10.运转程序流程图如图3-11所示程序代码：YunZhuan: LCALL PanDuan ；调判断子程序 JZ LD1 ；为1为全自动 LCALL JianPanLD1: LCALL JianCe LCALL XiDi LCALL PaiShui RETPanDuan: ORL A,51H ；各按键次数相与，为1为全自动图3-12检测子程序流程图 ORL A,52H ORL A,53H ORL A,54H RET11.检测子程序流程图如图3-12所示程序代码：JianCe: MOV 39H,#3 ；电机运转时间3S LCALL DianJi1 LCALL ShuiLiang LCALL JinShui MOV 39H,#30 ；电机运转时间30S LCALL DianJi1 LCALL YiLiang LCALL ShuiJian LCALL JinShui MOV 39H,#15 ；电机运转时间15S LCALL DianJi1 LCALL ZhiYi LCALL WenDu LCALL ShiJian RETDianJi1: CLR P2.0 ；开电机 SETB TR1 ；开定时器LOOP1: JNB 27H,LOOP1 CLR 27H DEC 39H CJNE 39H,#O,LOOP1 CLR TR0 SETB P2.0 RET12.洗涤量、水量检测子程序流程图如图3-13所示程序代码：ShuiLiang: LCALL ZhuanHuan0 MOV R4,#00H ；标准最大值 MOV R5,#0A0H MOV A,R6 ；与标准最大值比较 CJNE A,#00H,LD2 MOV A,R7 CLR C SUBB A,R5 JNC LD2 MOV R4,#00H ；标准最小值 MOV R5,#05H MOV A,R6 ；与标准最小值比较 CJNE A,#00H,LD3 MOV A,R7 CLR C SUBB A,R5 JC LD3 MOV 46H, ；进水至中水位 MOV 3CH,#10 ；洗涤量投放时间适中 AJMP RETURNLD2: MOV 47H, ；进水至高水位 MOV 3CH,#15 ；洗涤量投放时间长 AJMP RETURNLD3: MOV 45H, ；进水至低水位 MOV 3CH,#5 ；洗涤量投放时间短RETURN: RET13.衣量检测子程序流程图如图3-14所示程序代码：YiLiang: LCALL ZhuanHuan0 MOV R4,#00H ；标准最大值 MOV R5,#0A0H MOV A,R6 ；与标准最大值比较 CJNE A,#00H,LD4 MOV A,R7 CLR C SUBB A,R5 JNC LD4 MOV R4,#0H ；标准最小值 MOV R5,#05H MOV A,R6 ；与标准最小值比较 CJNE A,#00H,LD5 MOV A,R7 CLR C SUBB A,R5 JC LD5 SETB 22H MOV 34H,#01H ；脱水时间适中 MOV 35H,#2CH MOV 80H,#4 ；脱水倒计时暂存 MOV 81H,#5 MOV 82H,#9AJMP: RETURNLD4: SETB 20H MOV 34H,#02H ；脱水时间长 MOV 35H,#58H MOV 80H,#9 MOV 81H,#5 MOV 82H,#9AJMP: RETURNLD5: SETB 21H 图3-13洗涤量、水量检测子程序流程图 MOV 34H,#00H ；脱水时间短 MOV 35H,#0B4H MOV 80H,#2 MOV 81H,#5 MOV 82H,#9RETURN: RET14.衣质检测子程序流程图如图3-15所示程序代码：YiZhi: MOV A,4AH ；读第一次水位值 CLR C SUBB A,4BH ；读第二次水位值 MOV R5,#O5H CLR C SUBB A,R5 ；两次值相减比较 JNC LD6 SETB 23H AJMP RETURNLD6: SETB 24HRETURN: RET图3-14衣量检测子程序流程图图3-15衣质检测子程序流程图图3-16温度检测子程序流程图15.时间确定子程序流程图如图3-16所示程序代码：WeuDu: LCALL ZhuanHuan1 MOV R4,#00H ；标准最大值 MOV R5,#F0H MOV A,R6 ；与标准最大值比较 CJNE A,#00H,LD7 MOV A,R7 CLR C SUBB A,R5 JNC LD7 MOV R4,#00H ；标准最小值 MOV R5,#0EH MOV A,R6 ；与标准最小值比较 CJNE A,#00H,LD8 MOV A,R7 CLR C SUBB A,R5 JC LD8 SETB 27H ；温度适中位置1图3-17进水子程序流程图 AJMP RETURNLD7: SETB 25H ；温度高位置1 AJMP RETURNLD8: SETB 26H ；温度低位置1RETURN: RET16. 进水子程序流程图如图3-17所示程序代码：JinShui: CLR P2.4 ；开进水阀 LOOP4: LCALL ShuiJian ；调水位检测 MOV A,48H CJNE A,