电气工程与自动化毕业论文：基于MCS-51单片机的洗衣机控制系统设计.doc

1、本 科 毕 业 设 计基于 MCS-51 单片机的洗衣机控制系统设计所在学院 专业班级 电气工程与自动化 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 II摘 要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。单片机以体积小、功能全、价格低廉、开发方便的优势得到了许多电子系统设计者的青睐，它适合于实时控制，可构成工业控制器、智能仪表、智能接口、智能武器装置以及通用测控单元等。洗衣机是现代人必备的日常生活电器，它的发明和应用给人们的日常生活劳动带来了很大的方便，使人们在洗衣服的这项家庭劳动中既省时又省力。自 19 世纪中叶，美国人斯密斯研制出世界上首台洗衣机至今，洗衣机的发展已

2、经经历了一个多世纪，目前中国洗衣机市场正在进入更新换代的时代，以“节水节能” 、 “绿色环保”为主题的洗衣机成为新一轮的潮流。本文以 AT89C51 单片机为核心，设计了全自动洗衣机控制系统。本系统实现了对洗衣机整个洗衣过程的控制，包括洗衣强洗、弱洗、浸泡、进水出水故障自诊断、间歇驱动方式和暂停功能。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。电源电路为数字控制电路提供稳定的 5V 直流电压，为电动机提供 220V 市电；数字控制电路负责控制洗衣机的工作过程，主要由 AT89C51 单片机、按键、蜂鸣器、LED 指示灯组成；机械控制电路实现水位检测、电机驱动、进水、排水等功

3、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。关键词：单片机；全自动洗衣机；实时控制；控制系统IIIAbstractWith the development of the digital technology, the digital technology has been widely used in the field of intelligent control. SCM has advantage in competition, for example the small volume, complete function, low cost, It got many

4、 electronic system designers of all ages. it is suitable for real time control, may constitute industrial controllers, smart instrumentation, smart interfaces, smart weapons, devices, and general control unit and so on. Washing machine is the necessary daily appliances, its invention and apply to Pe

5、oples Daily life Labour bring great convenience to wash clothes, so that people in the family labor both save time and effort. Since the mid-19th century, Americans developed Smith has the worlds first washing machine, washing machine development has gone through more than a century, current replace

6、ment of the washing machine market is entering an era of “saving energy“, “green“ the theme of the washing machine into a new round of trend.This paper introduces an automatic washing machine control system based on a controlling core by AT89C51. This system realizes the entire laundry for washing m

7、achine control of process, including strong washing laundry to wash water soaking water weak fault self-diagnosis intermittent driving way, suspend function. Control system mainly consists of power circuit, digital control circuitry and mechanical control circuit of three modules. Power supply circu

8、it for digital control circuit to provide a stable 5V DC voltage, providing 220V electricity for the motor; digital control circuit responsible for controlling the working process of washing machines, mainly by the AT89C51 microcontroller, two common cathode LED, button, buzzer, LED indication Light

9、 composition; mechanical control the water level detection circuit, motor drive, water, drainage and other functions, mainly by the water level detectors, motor, drive system components, water drain solenoid valve.Keywords：microcontroller; automatic washing machine; real-time control; control system

10、 IV目 录前言1第 1 章 绪论21.1 全自动洗衣机的介绍21.1.1 全自动洗衣机的发展背景21.1.2 全自动洗衣机的发展前景21.1.3 全自动洗衣机的设计目的及意义31.2 全自动洗衣机的设计方案31.2.1 全自动洗衣机的工作流程31.2.2 全自动洗衣机设计的主要内容3第 2 章 硬件电路介绍52.1 关于 AT89C51 芯片52.1.1 AT89C51 的芯片及引脚介绍52.1.2 89C51 的存储器与寄存器52.2 主控电路设计62.2.1 复位电路62.2.2 振荡电路72.2.3 单片机最小系统电路82.3 各部分电路设计92.3.1 电源电路92.3.2 按键输入

11、模块102.3.3 蜂鸣器报警模块102.3.4 LED 显示模块112.3.5 电动机122.3.6 水位传感器152.3.7 进水/排水电磁阀16第 3 章 软件设计173.1 主程序173.1.1 标准程序18V3.1.2 经济程序203.1.3 强洗程序213.1.4 弱洗程序213.2 自检程序223.2.1 自诊断程序243.2.2 报警程序243.2.3 显示程序243.3 按键控制程序25小结29致谢30参考文献31附录 1 硬件电路图321前 言单片机是集成在一个芯片上的计算机，由运算器、控制器、存储器、输入输出设备构成，是单片微型计算机 SCMC（Single Chip M

12、icro-Computer）的简称，它最早是被用在工业控制领域。单片机诞生于 20 世纪 70 年代末，经历了 SCM、MCU、SoC 三大阶段，它也是计算机技术、控制技术和大规模集成电路技术的综合产物。单片机具有优良的硬件特性，它集成度高，系统结构简单，实现模块化，可靠性高，处理能力强，速度快。同时它的质量轻、体积小、价格便宜等优点也为学习和应用提供了许多便利条件。由于这些优点，单片机已经成为世界上数量最多的计算机，在我们的日常生活中随时都可以看见它的身影，我们所用的几乎每件机械和电子产品中都有单片机的存在。从我们现在用的手机、各种智能 IC 卡、全自动滚筒洗衣机等家用电器到仪器仪表、医用设

13、备及航空航天的智能化管理过程控制等领域都有着广泛的应用。目前得到广泛应用的单片机是MCS-51 8 位系列高档单片机，它在 RAM 容量、系统扩展和 I/O 口功能等方面都比其它单片机有很大的提高，并且它具有兼容性强、品种齐全以及软硬件资源丰富等特点。今后，随着单片机深入的应用和开发，各种各样类型的芯片也会越来越多，它的发展不仅造就了计算机应用和智能化控制的科学家、工程师等一大批人才，也使当今社会获得了显著的经济效益和社会效益，我们的日常生活以及社会的稳定高速发展都离不开单片机的广泛应用。洗衣机是现代人们日常生活中最为常见的家用电器，它的出现大大改善了人们的生活质量，使人们在家务劳动方面的压力

14、得到了很好的缓解。自 19 世纪中叶，美国人斯密斯研制出世界上首台洗衣机至今，洗衣机的发展已经经历了一个多世纪，目前中国洗衣机市场正在进入更新换代的时代，更多国内外强势品牌加入研究开发科技含量更高的产品，洗衣机行列将面临新的一轮的以“节水节能” 、 “绿色环保”为主题的改革。现在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，但由于人们对于洗衣机的需求越来越大，要求也越来越高，洗涤方式随之也发生了很大的变化，由原先大多侧重于动力的加大、水流的改变，到现在的超音波、电解水、蒸汽洗涤的运用，向更高层次的环保健康洗涤方式发生转变。单片机以其体积小、集成度高、运行可靠等优点被很

15、好的运用在了洗衣机的研制上，基于单片机的自动洗衣机控制系统具有功能强、精度高、经济性好等特点。无论是在提高产品质量和数量，还是在改善劳动条件和节约能源等方面都显示出很好的优越性。2第 1 章 绪论1.1 全自动洗衣机的介绍洗衣机是我们日常生活中最为常见的家用电器，它是利用电能产生机械作用来洗涤衣物的清洁电器。洗衣机的发展速度非常快，并随着科技的发展推出了一系列多功能自动化洗衣机，其中的全自动式洗衣机在日常生活应用中最受人们的青睐。全自动式洗衣机具有多种洗衣程序，对需要被清洗的衣物进行洗涤、漂洗、甩干，一步到位非常方便，有着很大的发展前景。1.1.1 全自动洗衣机的发展背景一直以来，洗衣服是一件

16、日常生活中必不可免的家务劳动，人们几乎每天都要消耗一定的时间和精力在这项劳动上，对衣物进行手搓、甩打、冲刷给人们带来的感觉是既辛苦又劳累。随着世界科技的发展，在 1858 年一个名叫汉密尔顿史密斯的美国人在匹茨堡制成了第一台洗衣机，紧接着在 1874 年美国人比尔布莱克斯研制成了木制手摇洗衣机，这套装置虽然简单，却给了那些为提高生活效率而冥思苦想的人士大受启发，更进一步的加快了洗衣机的改进过程。接下来，蒸汽洗衣机、水力洗衣机、内燃机洗衣机也相继出现。在 1910 年，美国的费希尔在芝加哥研制成功了世界上第一台电动洗衣机。电动洗衣机的出现，同时也标志着洗衣机自动化的美好开端。1922 年，美国玛

17、塔依格公司改造了洗衣机的洗涤结构，由此诞生了第一台搅拌式，其合理的科学结构受到了人们的普遍欢迎。1932 年，美国本德克斯航空公司研制出了第一台前装式滚筒洗衣机，它能够把洗涤、漂洗、脱水在同一个滚筒内完成，着意味着电动洗衣机又越上了一个新的台阶，朝自动化迈进了一大步。随着工业化的加速和人们需求的不断提高，世界各国也加快了全自动洗衣机研究的步伐，其年总产量及社会普及率均以达到相当高得水平。1.1.2 全自动洗衣机的发展前景目前市场上销售的全自动洗衣机大体分为三类，分别为：前置式侧开门滚筒式洗衣机、波轮上开门洗衣机、搅拌式洗衣机。前置式侧开门滚筒式洗衣机是欧洲发明的，擅长洗涤棉毛、真丝等面料，具有

18、不损伤衣物且有良好的加温措施等优点，这种洗衣机比较适合经常穿戴以棉毛、纯毛、真丝之类的面料为主的家庭。波轮上开门洗衣机是亚洲发明的，主要以洗净度为主，擅长洗涤化纤、腈纶等面料，这种洗衣机的优点是用水量小、洗涤时间短且洗净度高等，比较适合于居住在绿化较差，平均每两天换洗一次衣物的家庭。搅拌式洗衣机是美洲发明的，擅长洗涤牛仔服装之类较为粗厚面料的衣物，具有非常高的洗净度，是波轮式洗衣机洗净度的十几倍，但由于洗净度往往和磨损率是成正比的，由此这类洗衣机很损伤衣物，在市场上也不是很受欢迎。近年来，全自动洗衣机的发展速度很快，主要表现在洗涤方式上。由原先侧重于水流的改变、动力的加大到现在的电解水、超音波

19、、蒸汽和臭氧洗涤的运用，使洗衣机的去污能力从单纯依靠水流强弱变化的机械作用和用洗涤剂、洗衣粉的化学作用，向更环保、更健康的洗涤方式转变，减少了化学品对环境的污染和对皮肤的损害，进而引发了洗衣机消费的健康潮流。3另外现在的洗衣机由原来的半自动、全自动到现在的人工智能、模糊控制，都体现了现代洗衣机的高度自动化、智能化、人性化。人们可以自主的选择时间和方式，并且操作简单方便，成为了人们日常生活中的好帮手。业内人士表示，尖端洗涤技术的革新，在洗衣机的洗涤方式上会更加注重健康环保和人性化，这类洗涤方式的洗衣机在市场中很受欢迎。1.1.3 全自动洗衣机的设计目的及意义中国洗衣机产业经过 20 多年的发展，

20、已成为一个较成熟的产业，目前中国洗衣机市场正进入更新换代的时期，随着经济的发展和生活水平的提高，人们对洗衣机的要求也越来越高，在购买洗衣机时多数会注重实用性和人性化设计。目前的洗衣机主要有强弱洗涤功能、浸泡功能、进排水系统故障自动诊断功能、暂停等七大功能，但这些并不能完全满足现在人们的需求，这就需要设计出功能更全面、更人性化的全自动洗衣机。现代洗衣机的各项功能都是由单片机控制来实现的，单片机集成度高、体积小、控制功能灵活、成本低等这些优点在过程控制、机电一体化、家用电器方便得到了广泛的应用。由此，设计出基于单片机的全自动洗衣机控制系统有很深的意义和很强的实用性。1.2 全自动洗衣机的设计方案1

21、.2.1 全自动洗衣机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。在上述工作程序中包含三个过程：洗涤过程、漂洗过程、脱水过程。1.洗涤过程：投入待洗衣物之后，按启动开关，进水阀通电向洗衣机供水，当供水达到预定水位时，进水阀断电关闭，停止供水。洗涤电动机接通电源带动波轮（桶）旋转，对衣物进行洗涤。2.漂洗过程：漂洗的目的是清除衣物上的洗涤液，该过程中的电机动作和洗涤过程是完全相同。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，进行排水，当水位低到一定程度时，脱水电动机接通，电机带动脱水桶高速旋转。全部程序完成后，由蜂鸣器发出声响，表示衣物已经洗涤干净。1.2.2

22、全自动洗衣机设计的主要内容本系统采用 MCS-51 单片机作为洗衣机控制系统的核心，设计出洗衣机的控制系统，实现浸泡功能、进排水故障自诊断功能、暂停功能，并实现四种洗衣工作程序，分别为标准程序、经济程序、单独程序、排水程序。1. 强弱洗涤功能：强洗时正反转时间各为 4S，间歇时间为 1S；弱洗时正反转时间各为3S，间歇时间为 2S。2. 进排水故障自诊断功能：洗衣机在进排水过程中，若在一定的时间范围内进排水未能达到预定的水位，说明该进排水系统出现故障，并由控制系统检测通过蜂鸣器发出警告信号。3. 暂停功能：洗衣机在处于任何状态下按下暂停键，洗衣机暂停工作，待按下启动键后洗衣机又按之前的工作方式

23、继续工作。4. 标准程序：进水洗涤漂洗脱水，循环 3 次，每循环一次洗涤或漂洗环节比上4一次循环时间减少 2min，具体为第一循环洗涤时间为 6min，第二次第三次循环时间分别为 4min 和 2min，排水时间采用动态时间法确定，脱水时间为 2min。5. 经济程序：进水洗涤漂洗脱水，循环 2 次，每循环一次洗涤或漂洗环节比上一次循环时间减少 2min，具体为第一循环洗涤时间为 6min，第二次循环时间分别为4min，排水时间采用动态时间法确定，脱水时间为 2min。6. 单独程序：进水洗涤（6min）结束（留水不排不脱） 。7. 排水程序：排水脱水结束，时间确定与上诉程序相应环节相同。针对

24、该设计方案采取以下研究方法及步骤：1. 芯片以及各元器件的选择；2. 硬件电路的设计；3. 软件方面的设计。本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，数字控制电路负责控制洗衣机的工作过程，主要由 AT89C51 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。5第 2 章 硬件电路介绍根据洗衣机的基本功能，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

25、作，洗衣机能模拟人脑进行操作。2.1 关于 AT89C51 芯片2.1.1 AT89C51 的芯片及引脚介绍本系统采用的是 51 系列单片机，选择使用的单片机是 AT89C51，该系列的单片机很受人们的青睐，在我国得到了极为广泛的应用。A T89C51 是 一 种 带 4K 字 节 Flash 存 储 器 的 低电 压 、 高 性 能 CMOS 8 位 微 处 理 器 ， 俗 称 单 片 机 。 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 。 单 片 机 的 可 擦 除 只读 存 储 器 可 以 反 复 擦 除 1000 次 。89C51 引脚图如图 2.1 所示。图 2.1 89C51 引脚图VCC：+5V 电源。Vss：地线。P0 口：P0 口 8 位漏极开路双向 I/O 口，每脚可吸收 8TTL 门电流。P1 口：P1 口 8 位内部上拉电阻双向 I/O 口，可接收输出 4TTL 门电流。