1、 黄河科技学院毕业设计说明书 第 I 页 全自动洗衣机控制系统设计 摘 要 全自动洗衣机本身的功能给人们带来了极大的便利，越来越多的人接受洗衣机代替双手去为自己创造更舒适的生活， 随着时代的发展，它将成为家庭中必不可少的一员。 近年来随着科学技术的持续更新，单片机的发展也呈现正日新月异的变化，它以集成度高、运算速度快、体积小、运行可靠以及价格低廉等特点在家用电器、智能仪表等方面得到了广泛应用。本设计采用 ATMTEI 单片机的 AT89C51 为控制核心，它的控制对象主要包括：按键、进水阀、排水阀、电动机、 LCD 等。 整体设计中的按键部分 用来选择全自动洗衣 机的工作方式、电动机运行速度、
2、启动 /暂停等 ，驱动电路用 L298 来实现电动机、进水阀和排水阀工作，对于报警电路则用蜂鸣器来发出声音提醒用户和出现故障报警，检测电路主要用来检测水位，电源用 三端集成稳压器 7805 提供 +5V 电源 。实现洗涤、漂净、脱水等过程全都由控制系统自动进行，实现用 LCD 显示洗衣机的工作状态和剩余时间。程序设计包括主程序、外部中断程序、定时程序、按键扫描程序等，最后使用 proteus 来进行仿真检测设计功能的实现。 关键词： 全自动， AT89C51， LCD，可控硅，仿真 黄河科技学院毕业设计说明书 第 II 页 Control System Design Of Automatic
3、Washing Machine Author:Hao Yunxia Tutor:He Suxia Abstract Full automatic washing machine itself to the people brought great convenience, more and more people accept washing machine instead of hands to create a more comfortable life for themselves, along with the development of the times, it will bec
4、ome a member of the family essential. In recent years, with the constant renewal of science and technology, MCU development also presents is the rapid change, with high integration density, computing speed fast, small volume, reliable operation and low price and other characteristics in household ap
5、pliances, intelligent instrument, has been widely used. The design of ATMTEI microcontroller AT89C51 as the control core, its control object mainly include: key, water valve, drainage valve, motor, LCD, etc. The overall design of key parts are used to select the full automatic washing machine, the r
6、unning speed of the motor, start / pause, drive circuit L298 to realize motor, a water inlet valve and a drain valve, the alarm circuit is with a buzzer to send sound to remind the user and malfunction alarm, detection circuit is mainly used to detect the water level, power supply with three termina
7、l voltage regulator integrated 7805 provide + 5V power supply.The wash, rinse and dehydration process all is controlled by the system automatically, with LCD display the working state of the washing machine and the rest of the time. The program design includes the main program, the external interrup
8、t program, the timer program, the key scan program, and so on, and finally, the function of the design is realized by using proteus. Key words: automatic, AT89C51, LCD, SCR, simulation 黄河科技学院毕业设计说明书 第 III 页 目 录 1绪论 . 1 1.1 课题背景 . 1 1.2 设计的目标和意义 . 1 1.3 国内外现状及水平 . 2 2 硬件电路设计 . 4 2.1 按键电路 . 5 2.2 检测电路
9、 . 6 2.3 蜂鸣器 . 7 2.4 驱动控制电路设计 . 8 2.5 显 示电路 . 9 2.6 电源电路 . 10 3 电路仿真 . 11 3.1 软件介绍 . 11 3.2 仿真模型 . 11 3.3 仿真结果 . 12 结论 . 14 致谢 . 15 参考文献 . 16 附录 . 17 黄河科技学院毕业设计说明书 第 1 页 1绪论 1.1课题背景 清洗衣物是人们生活过程中必不可少而且费时费力的工作，洗衣机的应用打破这种生活方式，将这种劳动变得轻松且简单。 随着科技的进步，全自动洗衣机也在不断的发展，越来越完善的技术使得越来越多的家电走入家庭，特别是洗衣机，已经成为了千家万户中的另
10、一个机器保姆。全自动洗衣机以其高自动、更智能的特点占据越来越重要的位置。当今，人们生活节奏越来越快，使得很多人，特别是上班族，已经没有更多的时间去做生活中的事情， 全自动洗衣机 的出现无疑为繁忙的生活带来了更多的自由时间， 当然，洗衣机的发展最离不开的就是技术的不断更新，人类对生活的要求促进了科技的进步，科技的进步也改善了人们的生活质量，单片机等一系列技术的发展和创新使得全自动洗衣机的类型多种多样，有的洗衣机 可以根据自己的需要去设定全自动洗衣机的工作时间和选择不同强度的洗衣方式使衣物更加洁净 ，有的则只需要把衣物放入洗衣机中，直接使洗衣机开始工作，洗衣机由模糊控制自动地实现定时、判断洗涤方式
11、等功能，现在 全自动洗衣机 的功能 更加完善，更加贴心的为人类服务。总之， 科 术的进步 使得 全自动洗衣机 的 自动化和智能化 得到了极大 的 提高 1。 1.2设计的目标和意义 我国人民购买能力的增强和对生活的不断追求，使得我国的洗衣机市场的需求也越来越多，因此，它在家电市场中占据巨大的发展空间。但是 人们 对于洗衣机的功能、外观等的要求也越来越高，现今市场洗衣机在许多方面还不能达到人们的需求。因此，需要我们设计出更多不同功能、更加符合人类生活需求或者更智能、更方便的洗衣机。所以我们需要提出更多好的思路和新的设计方式，将人们的需要变成更符合现代生活的现实，设计出更节能、功能使用更加全面、更
12、人性化的洗衣机。目前的洗衣机在一些 方面还存在欠缺，如洗衣机的兼容性，洗衣机在工作时的不平衡等，这都需要我们去一步步黄河科技学院毕业设计说明书 第 2 页 去解决。还有现在大多洗衣的厂家 在推广洗衣机时，只 注重品牌的洗衣机的 某一特别好的功能而没有综合的各个功能都很完善的洗衣机 ， 当然，依靠目前的技术还需要我们更加努力，使洗衣机价格、功能上都更加突出。 因此，洗衣机技术需要进一步提升是不可争议的事实 2。 全自动洗衣机的发展为人类做出了很大贡献，解决了人们生活中清洗衣物的难题，最关键的是为人们节省了很多时间，它的进步同时也促进了科技的发展。全自动洗衣机在设计的过程中肯定遇到很多的问题，在
13、设计和解决问题的过程中， 而本次设计的全自动洗衣机也是为了满足某些用户的不同需求。 1.3国内外现状及水平 全自动洗衣机随着时代的进步已经发展成了多种适用于人类需要的类型。 1、按自动化程序分类。 （ 1）普通洗衣机：在洗涤、漂洗和脱水和时间设定都需要人工操作。 （ 2）它能在洗涤、漂洗、脱水等功能之间 进行 自动转换。 （ 3）全自动洗衣机：进水、洗涤、漂洗、脱水、排水等功能都可以自动完成。 2、洗衣机按结构不同可分为以下几种。 （ 1） 波轮式洗衣机 ： 它的优点是 省力 和 省时等，但 这类洗衣机 清洁效果 不是很好而且 容 易使衣物缠绕、费电、费水。新颖的大波轮、新水流洗衣机，其性能有
14、明显的改善。 （ 2） 滚筒式洗衣机 ：其优点是具有无缠绕、对衣物损耗小、节水等。但此类洗衣机价格也存在费时，并且洁净效果差等的缺点。 （ 3） 搅拌式洗衣机 ： 它 是依靠搅拌叶 来回 运动实现洗涤工作。此类洗衣机 清洗较干净的同时还节省洗衣粉 ，适合 清洗的 衣物范围广， 缺点是 更容易缠绕衣物 、 噪声大。 3、按洗涤原理分类 。 （ 1）洗衣粉或洗衣剂洗衣机 通过机械作用、物理作用、化学作用完成清洗工作的洗衣机。 （ 2）非洗衣粉或洗衣剂洗衣机 这种类型洗衣机分 别为超声波洗衣机、臭氧洗衣机和离子洗衣机。它们的洗涤效果黄河科技学院毕业设计说明书 第 3 页 不佳，与 洗衣粉或洗衣剂型的
15、洗衣机 相比较而言 ， 它的技术还不成熟，设计上也存在很多欠缺。目前这一类型的洗衣机还只是 适合用于洗涤一些如毛巾、睡衣或内衣等的衣物。 （ 3）环保洗衣机 目前环保洗衣机只是处于使用一些环保材料和采用一些环保措施，而这些措施也不尽相同。现在我们国家对于环保型洗衣机也没有制定统一的标准。 （ 4）健康洗衣机 目前健康洗衣机只采用了一些除菌措施，而这些措施也是多种多样的。目前国家对健康洗衣机也没有制定统一的标准。 （ 5）纳米洗衣机 目前的纳 米技术在洗衣机的应用上只是某个或某些部件采用了纳米材料 3。 黄河科技学院毕业设计说明书 第 4 页 2 硬件电路设计 全自动型将洗涤、漂净、脱水（甩干）
16、三大步骤都在同一缸里实现，全都由控制系统自动进行的洗衣机。打开电源，通过 按键选择后，经过电路和程序的分析完成洗衣机的洗涤、漂洗，然后通过排水阀脱水，最后经过蜂鸣器报警提示完成工作。 基本工作原理框图如 图 2.1 所示。 图 2.1 基本工作原理框图 图中电源部分提供电压，通过按键电路输入清洗方式等功能，检测到的水位和电压以及洗衣机工作方式和电机转速通过 LCD 显示，驱动电路控制电机、进水阀、排水阀的通断。 全自动洗衣机的方式主要有四种工作方式，强洗执行：进水 -侵泡 -洗涤 -脱水 -进水 -漂洗 -脱水 -进水 -漂洗 -脱水；标准洗：进水 -洗涤 -脱水 -进水 -漂洗 -脱水 -进
17、水 -漂洗 -脱水；弱洗：进水 -洗涤 -脱水 -进水 -漂洗 -脱水；第四种方式为脱水。进水为洗衣机开始工作开始工作后，进水阀门打开开始进水。洗涤过程为当进水完成以后单片机经过程序的控制自动跳转到洗涤状态，控制电机的转动。浸泡是一个电动机、进水阀和排水阀都关闭一定时间的过程，目的是使衣物更容易清洗干净。漂洗也是单片机控制电机转动完成的过程，只是它的目的是使衣 物中的污水排尽，最后进行的脱水工作是为了沥干水分，使晾黄河科技学院毕业设计说明书 第 5 页 晒更加方便、更节约时间。 AT89C51 是 51 系列单片机的一种， 含有存储器和内部 RAM，有 32 个 I/O 口线，两个十六位定时
18、/计数器和 5 个中断触发源，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路 4。 AT89C51 的外围辅助电路有复位电路和时钟电路 ，复位通常有上电自动复位和按键手动复位。 复位电路的主要功能是 使单片机开始正 常工作 。 单片机的时钟电路由引脚 XTAL1 和 XTAL2 连接， XTAL1 是 反向振荡器的输入端口 及 时钟工作电路的输入端 ， XTAL为反向振荡 器的输出 端 5。本系统采用 12MHz的晶振，电容取 30pF。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。 它的最小系统的电路如图 2.2 所示。 C430pFC330pF x1
19、C R Y S T A LP 1 . 01P 1 . 12P 1 . 23P 1 . 34P 1 . 45P 1 . 56P 1 . 67P 1 . 78G N D40V C C20/ E A31A L E30/ P S E N29R S T9X T A L 218X T A L 119P 0 . 0 / A D 039P 0 . 1 / A D 138P 0 . 2 / A D 237P 0 . 3 / A D 336P 0 . 4 / A D 435P 0 . 5 / A D 534P 0 . 6 / A D 633P 0 . 7 / A D 732P 2 . 0 / A 821P 2 .
20、 1 / A 922P 2 . 2 / A 1 023P 2 . 3 / A 1 124P 2 . 4 / A 1 225P 2 . 5 / A 1 326P 2 . 6 / A 1 427P 2 . 7 / A 1 528P 3 . 0 / R X D10P 3 . 1 / T X D11P 3 . 2 / I N T O12P 3 . 3 / I N T 113P 3 . 4 / T O14P 3 . 5 / T 115P 3 . 6 / W R16P 3 . 7 / R D17U1A T 8 9 C 5 11 16R 0 1 A1K1 16R 0 2 A1K1 16R 0 3 A1K1
21、16R 0 4 A1K1 16R 0 5 A1K1 16R 0 6 A1K1 16R 0 7 A1K1 16R 0 8 A1K1 16R 6 A1k116R 5 A10kC510ufS1S W - P Bv c c图 2.2 AT89C51 最小系统 2.1按键电路 由于设计的洗衣机要用到很多按键，如果采用独立式按键会用到较多的 I/O 资源，因此采用矩阵式键盘控制，在此我采用的是 4*4 键盘，为了进一步减少 I/O 口线的使用黄河科技学院毕业设计说明书 第 6 页 和对按键的采集 ， MM74C922 为键盘扫描 IC， 采用中断控制方式， 当有按键按下后，MM74C922 会产生一个中断
22、 信号， DA为高电平有效， /EA 为低电平有效，所以在连接单片机与 MM74C922 之间加入了非门， 将信号接到 单片机 INT0 输入引脚 P3.2，用于按键中断请求。 然后单片机 P3.2 口输出高电平 MM74C922 读取输入的键值，然后经过输出口将相应的编码输出 6。将按键信息接至 P2.0 至 P2.3 口 。 洗衣机的按键有：开始 /暂停键，方式一为强洗，方式二为标准洗，方式三为弱洗，方式四为脱水，速度 1/4 为 PWM 占空比为 25/100，速度 2/4 为 PWM 占空比为 50/100，速度 3/4 为 PWM 占空比为 75/100，速度 4/4 为 PWM 占
23、空比为 100/100，运行状态 ON和 OFF 按键。 电路连接如图 2.3 所示。 G N D9X111X210X38X47Y11Y22Y33Y44D14C15B16A17OE13OA12O S C5K B M6V C C18U6M M 7 4 C 9 2 2C11 . 0 u F C20 . 1 u FU 3 : B7 4 H C 0 4U 3 : A7 4 H C 0 4K 1 1方式一K 2 1方式三K 3 1速度 1 / 4K 4 1速度 3 / 4K 1 2方式二K 2 2方式四K 3 2速度 2 / 4K 4 2速度 4 / 4K 1 3S W - P BK 2 3O F FK
24、 3 3开始 / 暂停K 4 3ONK 1 4S W - P BK 2 4S W - P BK 3 4S W - P BK 4 4S W - P BV C CP 3 .2P 2 .0P 2 .1P 2 .2P 2 .3图 2.3 按键电路 MM74C922 是一个译码器，将按键按下产生的二进制代码“翻译”成为一个特定的输出信号，然后输出给单片机控制洗衣机工作。 C2 为电容器可用作执行扫描键盘， C1的作用是用来消除抖动。 74HC04 为六 反相器 ，是一个普通的 非门 。它能够将电平进行高低转换，而且还可以增加信号的驱动能力，信号发出后由于其直接驱动的能力不够，因此中间加一个 逻辑电路 来
25、增加信号的驱动能力。 2.2检测电路 由于环境的限制，并不能检测到真正的水位，所以在此电路设计中，我采用了一个模拟信号代替水位，但模拟信号不能直接输出给单片机，所以需要将模拟电压转变成数字量电压，采用的 A/D 转换器件 为 ADC0808，它是 逐次逼近式 A/D 转换器件 ， ADC0808芯片内设置了多路模拟开关及通道地址译码和锁存器，因此能对多路模拟信号进行分时黄河科技学院毕业设计说明书 第 7 页 采集和转换。 ADC0808 转换器主要有比较器、 D/A 转换器、 逐次逼近 寄存器和时钟信号组成，它的精 度为 8 位，典型时钟为 640kHz,每一通道的转换时间约为 100us，由
26、于其内部没有时钟电路，故其工作频率由外部提供，该电路的时钟采用的是频率为 640kHz的低 -高 -低时钟。由于模拟信号的输入选择了 U2 的 IN0 和 IN1，所以必须选用 ADDA地址译码线 作为模拟输入， START为启动转换信号， OE为高电平有效的允许数据输出端 7。 它的工作原理是水位和电压经过 输入端口传送给转换器， ADC0808 为脉冲式启动转换控制，脉冲下降沿使转换开始，转换时间由时钟频率决定，为 128us。过程为由于模拟信号的大小随时间不断 地变化，需对连续变化的模拟量按一定的规律取出其中某一瞬时值即采样，然后进行量化，量化是把采样值取整为最小单位的整数倍，但量化得到
27、的只通常是二进制表示，所以要经过编码获得数字量电压以便以单片机控制 。 电路图如图 2.4 所示。 LE11OE1D718D616D514D4126D38D26D14D03V C C20G N D10Q719Q617Q515Q412Q39Q27Q15Q02U574L S 373C L O C K10S T A R T6E O C7O U T 121O U T 220O U T 319O U T 418O U T 58O U T 615O U T 714O U T 817OE9G N D13V C C11I N 026I N 127I N 228I N 31I N 42I N 53I N 64I
28、 N 75A D D A25A D D B24A D D C23A L E22V R E F （ + ）12V R E F （ - ）16U2C R Y S T A LP 0. 0P 0. 1P 0. 2P 0. 3P 0. 4P 0. 5P 0. 6P 0. 7V C CP 3. 1P 2. 5P 2. 4V C CR V 21KR V 11KR 1110KV C CV C CP 3. 0P 2. 5V C C图 2.4 检测电路 74ls373 为三态输出的 8D 锁存器 ， OE为低电平有效 的 三态允许控制端， 三态输出锁存器用于锁存 A/D 转换完的数 字量 。 当 OE为低电平时， Q0Q7 为有效状态，可用来驱动负载或总线。当 OE为高电平时， Q0Q7 呈高阻态，但锁存器内部的逻辑操作不受其影响。 LE 为 锁存允许端 ， 当LE 端为高电平时， Q 输出 D 的锁存器输入给单片机 。 2.3蜂鸣器 为保证洗衣机的安全工作和提醒用户洗衣机运行结束，当洗衣机出现问题或者洗衣
