1、 衢州学院 毕业设计（论文） 题 目： 基于 AT89S52 洗衣机控制电路 的设计 作 者： 分 院 ： 电气与信息工程学院 专业班级： 0 9 生产过程自动化技术 指导教师： 职 称： 2012 年 6 月 8 日 基 于 AT89S52 洗 衣 机 控 制 电 路 的 设 计 电气与信息工程学院毕业设计说明书（论文） - I - 摘 要 单片机已经渗透到我们生活的各个领域，全自动洗衣机的控制就是其中的一个典型应用。 本 系统 利用 单片机 实现了洗衣机的全自动控制， 即洗涤、漂洗、脱水各工序之间的转换无需人工介入而自动完成。并且 了 单片机 控制的原理方法 、 特点及控制洗衣机的特色。
2、本文 在介绍洗衣机结构的同时，对全自动洗衣机的控制系统进行分析，在此基础上提出了基于 单片机 的全自动洗衣机控制方案，并对方案进行了 深入的 研究 ,根据洗衣机的工作原理对程序及其流程进行了设计 ,实现了洗衣机由进水、洗涤、排水、脱水到自动停机的循环过程的自动控制，并且 具有智能化程度高、安全可靠等特点。 关键词： 洗衣机； AT89S52； LED A Washing Machine； AT89S52； LED 电气与信息工程学院毕业设计说明书（论文） - II - 目录 第 1 章 概 述 . 1 1.1 全自动洗衣机 . 1 1.1.1 洗衣机的各种形式 . 1 1.1.2 全自动洗衣机
3、的工作原理 . 2 1.2 单片机简介 . 3 1.2.1 单片机的特点及应用领域 . 3 1.2.2 常用单片机芯片 . 4 第 2 章 硬件电路的设计 . 5 2.1 AT89S52 单片机简介 . 5 2.1.1 AT89S52 的引脚及主要功能 . 5 2.1.2 振荡器 . 7 2.2 单片机的存储器 . 8 2.2.1 程序存储器 . 8 2.2.2 数 据存储器 . 8 2.2.3 特殊功能存储器 . 9 2.3 定时器 /计数器的概述 . 9 2.3.1 定时 /计数器的四种工作方式 . 10 2.3.2 定时器 /计数器的定时 /计数范围 . 11 2.3.3 AT89S52
4、 的中断 . 11 2.4 AT89S52 的各个电路 . 11 2.4.1 AT89S52 电源电路 . 12 2.4.2 复位电路 . 12 2.4.3 报警电路 . 14 2.5 LED 显示器 . 14 2.5.1 LED 显示器的特点 . 14 2.5.2 LED 显示电路 . 15 2.5.3 LED 显示器结构 . 15 2.5.4 LED 显示器的分类 . 16 第 3 章 洗衣机的检测和触发电路 . 18 3.1 洗衣机水位检测 . 18 3.2 洗衣机浑浊度检测 . 19 3.2.1 光传感器的介绍 . 19 3.2.2 光传感器的工作原理 . 19 3.3 洗衣机的触发电
5、路 . 20 3.4 触发元件 . 21 3.4.1 双向晶闸管的结构及工作原理 . 21 第 4 章 洗衣机的其他主要部件 . 22 4.1 洗衣机的电机 . 22 4.1.1 单相电 机 . 22 电气与信息工程学院毕业设计说明书（论文） - III - 4.1.2 单相电机工作原理 . 22 4.2 固态继电器的介绍 . 23 4.2.1 固态继电器的技术参数 . 23 4.2.2 固态继电器的优缺点 . 24 4.3 电磁阀 . 24 4.3.1 进水电磁阀 . 24 4.3.2 排水电磁阀 . 24 4.4 水位开关 . 25 4.5 安全开关 . 25 4.6 74LS139 译码
6、器 . 25 4.7 洗衣机的洗涤 . 25 4.7.1 洗衣机的功能要求 . 25 4.7.2 洗衣机的洗衣步骤 . 26 4.8 系统总图及总图说明 . 27 第 5 章 系统程序 . 29 5.1 程序框图 . 29 5.2 主程序 . 29 5.3 子程序 . 32 5.3.1 故障处理程序 . 32 5.3.2 中断服务程序 . 33 5.3.3 延时子程序 . 34 5.3.4 水位检测程序 . 34 参考文献 . 36 致 谢 . 37 附录 . 38 1 第 1 章 概 述 洗衣机是一种在家庭中不可缺少的家用电器 ,发展非常快 。 全自动式洗衣机由于具有对衣物的磨损小、洗涤量大
7、、节水等特点 ,越来越得到广大家庭的青睐 。其主要 依靠装在洗衣桶底部的波轮正、反旋转，带动衣物上、下、左、右不停地翻转，使衣物之间、衣物与桶壁之间，在水中进行柔和地摩擦，在洗涤剂的作用下实现去污清洗。 全自动即进水、洗涤、 清 洗、 甩 干等一系列过程自动完成 ， 通过各种开关组成控制电路，来控制电动机、进水阀、排水电磁铁的电压输出，使洗衣机实现程序运转。 随着社会的进步和生活水平的提高 ,人们对全自动洗衣机的功能多样化、操作简单化也提出了更高的要求。为适应这种变化 ,全 自动洗衣机的控制器已由机械式、混合式逐步过渡到全电子控制。 单片机又称微控制器，或称嵌入式控制器。而现在的智能家电无一例
8、外是采用微控制器来实现的，所以家用电器是单片机应用最多的领域之一。它是家用电器实现智能化的心脏和大脑。 1.1 全自动 洗衣机 在全自动洗衣机中，现在比较通用的控制手段是利用单片机或者 PLC 两种方法，本课设选用的是单片机。之所以选用单片机主要考虑了以下原因。首先，单片机 具有较强的抗干扰能力，当受到外部强干扰，程序出错时，可以自动使系统复位重新执行程序。并且 采用无噪声、无电磁干扰的双向晶闸 管作为控制元件，控制电磁阀和电机。 其次，单片机 具有欠压和过压保护，欠压时，控制器不工作；超压时，保护电路起作用。 再次，单片机还 具有瞬间掉电保护功能，电源短时间停电后，电压恢复时，能够维持原 来
9、 运行程序的工作状态并继续完成洗衣程序。 最后， 各种操作和洗衣机的运行状态均 可以 用 LED显示。 此外， 在硬件规模方面，单片机相当于将一个基本规模的单板机所具有的资源复合在一块芯片上，因此具有相当的规模；在功能方面，单片机已经超过了 PLC 的功能；在指令系统方面，如果将单片机的指令系统 PLC 的指令系统相比较，除单片机的数据传送能力 较弱一点之外，单片机的指令系统已大大超过 PLC；此外，无论在性价比方面，还是在体积、重量方面相比较，单片机都比 PLC 优越得多。 1.1.1洗衣机 的各种形式 当今主流洗衣机主要有三大类，分别是波轮式洗衣机，滚筒式洗衣机和搅拌式洗衣机。三种洗衣机各
10、有所长，下面我们详细介绍一下三种洗衣机的特点： （ 1）波轮式洗衣机 洗衣特点：微电脑控制洗衣及甩干功能、省时省力。 缺点：耗电、耗水、衣物易缠绕、清洁性不佳，适合洗涤衣物：除需要特别洗涤之外的所有衣物。轮式洗衣机流行于日本、中国、东南亚等地。 （ 2）滚筒式洗衣机 2 洗 缺点：耗时，时间是普通的几倍，而且一旦关上门，洗衣过程中无法打开，洁净力不强，适合洗涤衣物：羊毛、羊绒以及丝绸、纯毛类织物。流行于欧洲、南美等主要穿毛、绵为主的地区，几乎 100的家庭使用的都是滚筒洗衣机。 滚筒洗衣机优点：全面的洗涤能力鹤立鸡群。因为衣物在洗涤过程中不缠绕、洗涤均匀、磨损小，所以就连羊绒、羊毛、真丝衣物也
11、能在机内洗涤，做到真正的全面洗涤性能。可以利用加热激活洗衣粉中的活性酶，充分发挥出洗衣粉的去污效能。由于用水量较小，可以在桶 内形成高浓度洗衣液，在节水的情况下带来理想的洗衣效果。这种发源于欧洲的洗衣机是模仿棒锤击打衣物原理设计，利用电动机的机械 做功使滚筒旋转，衣物在滚筒中不断地被提升摔下，再提升再摔下，做重复运动，加上洗衣粉和水的共同作用使衣物洗涤干净。滚筒洗衣机的发展最为成熟，多年来在结构上没有多少变化，基本是不锈钢内桶，机械程序控制器，经过磷化、电泳、喷涂三重保护的外壳，和两块笨重的水泥块用于平衡滚筒旋转时产生的巨大离心力，由于用料比波轮洗衣机好，所以寿命一般在 15 20 年，而以塑
12、料件为主的波轮寿命一般只有 8 10 年左右。 （ 3）搅拌式洗衣机 洗衣特点：衣物洁净力最强，省洗衣粉。 缺点：喜欢缠绕相比前两种方式损坏性加大，噪音最大，适合洗涤衣物，除需要特别洗涤之外的所有衣物，北美普遍使用。 1.1.2 全自动 洗衣机的 工作 原理 全自动洗衣机由洗衣系统和控制电路组成。其控制电路分为机械和电脑型，电脑型控制电路是以单片机作为控制电路的核心。 全 自动洗衣机的洗衣程序，键盘上有两个按钮 01 键和 02 键。 01 键设为开始按钮；02 键设为停止按钮，其功能是按下停止按钮后洗完一个周期后停止，中间不能停。洗衣机的标准洗衣程序是：开始 进水 洗涤 排水 进水 清洗 排
13、水 脱水。 1.洗涤过程通电后，洗衣机进入暂停状态，以便放好衣物并且等待按下开始按钮。当按下开始按钮 01 时，进入洗涤过程。首先进水阀打开，开始进水，向洗衣机供水；当到达预定水位时，进水阀关闭，停止进水； 步进 电动机接通电源，开始旋转，形成洗衣水流。步 进 电动机可以实现正反转功能，可以形成往返水流，有利于洗涤衣物。 2. 脱水过程洗涤或漂洗过程结束后，电机停止转动，排水阀通电，开始排水。当水位低到一定值时，排水停止，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。 3.漂洗过程与 洗涤过程操作相同，只是多一个循环周期，清洗两次。全部洗衣工作完成后，电机停止，停止指示灯亮。 全
14、自动洗衣机是通过水位开关与电磁进水阀配合来控制进水、排水以及电机的通断：从而实现自动控制的。电磁进水阀起着通、断水源的作用。当电磁线圈断电时，移动铁芯在重力和弹簧力的作用下，紧紧顶在橡胶膜片上，并将膜片的中心小孔堵塞，这样阀门关闭，水流不通。当电磁线圈通电后，移动铁芯在磁力作用下上移，离开膜片，并使膜片的中心小孔打开，于是膜片上方的水通过中心小孔流入洗衣桶内。由于中心小孔的流通能力大于膜片两侧小孔的流通能力，膜片 上方压强迅速减小，膜片将在压力差的作用下上移，闭门开启，水流导通。 水位开关实际上是一个压力开关。气室的入口与洗衣桶中的贮气室相联接。当水注入洗衣桶后，贮气室口很快被封闭，随水位上升
15、，贮气室的水位也上升，被封闭的空气压强亦增大，水位开关中的波纹膜片 2 受压而胀起，推动顶杆 3 运动而使触点 4 改变，从而实现自动通断。 3 智能型模糊控制的全自动洗衣机还可以自动判断水温、水位、衣质衣量、衣物的脏污情况，决定投放适量的洗涤剂和最佳的洗涤程序。当洗衣桶内衣物的多少和质地不同，而注入水使其达到相同的水位时，其总重量是不同的。 利用这一点，通过对洗衣电动机低速转动后的惯性测量，可以判断衣质和衣量。方法是：在洗衣桶内注入一定量水后使电机低速运转，平稳后快速断电，洗衣桶在惯性作用下带动电机继续转动。此时，电机绕组产生反电动势，对其半波整流并放大整形后获得一矩形脉冲系列。通过分析脉冲
16、个数和脉冲宽度。就能得到衣质衣量情况。 物的脏污程度是通过水的透明度来判断的。在洗衣桶的排水口处加一红外光电传感器，使红外光通过水而进入另一侧的接收管。若水的透明度低，接收管获得的光能小，说明衣物较脏。 1.2 单片机 简介 单片机是一个单芯片形态 ,面向控制对象的 嵌入式应用计算机系统。它的出现及发展使计算机技术从通用型数值计算领域进入到智能化的控制领域 .从此 ,计算机技术在两个重要领域 通用计算机领域和嵌入式计算机领域都得到了极其重要的发展 ,并正在深深地改变着我们的社会。 单片机的结构特征是将组成计算机的基本部件集成在一块晶体芯片上 ,构成一台功能独特的 ,完整的单片微型计算机 。 1
17、.2.1 单片机的特点及应用 领域 1.单片机独特的结构决定了它具有如下特点 ： （ 1）高集成度 ,高可靠性 单片机将各功能部件集成在一块晶体芯片上 ,集成度很高 ,体积自然也是最小的。芯片本身是按工业测控环境 要求设计的 ,内部布线很短 ,其抗工业噪音性能优于一般通用的 CPU。单片机程序指令 ,常数及表格等固化在 ROM 中不易破坏 ,许多信号通道均在一个芯片内 ,故可靠性高。 （ 2）控制功能强 为了满足对对象的控制要求 ,单片机的指令系统均有极丰富的条件 :分支转移能力 ,I/O 口的逻辑操作及位处理能力 ,非常适用于专门的控制功能。 （ 3）低电压 ,低功耗 为了满足广泛使用于便携
18、式系统 ,许多单片机内的工作电压仅为 1.8V 3.6V,而工作电流仅为数百微安。 （ 4）优异的性能价格比 2.单片机 的应用范围很广， 主要的应用领域如下 ： （ 1） 在测控系统中的应用 单片机可以用于构成各种工业控制系统 ,自适应控制系统 ,数据采集系统等。例如 ,工业上的锅炉控制 ,电机控制 ,车辆检测系统 ,水闸自动控制 ,数控机床及军事上的雷达 ,导弹系统等。 （ 2）在智能化仪器仪表中的应用 单片机应用于仪器仪表设备中促使仪器仪表向数字化 ,智能化 ,多功能化和综合化等方向发展。单片机的软件编程技术使长期以来测量仪表中的误差修正 ,线性化的处理等难题迎刃而解。 （ 3）在机电一
19、体化中的应用 4 单片机与传统的机械产品结合使传统的机械产品结构简化 ,控制走向智能化 ,构成新一代的机电一体化产品。这 是机械工业发展的方向。 （ 4）在智能接口中的应用 1.2.2 常用单片机芯片 常用的单片机芯片有 STC 单片机、 PIC 单片机、 ATMEL 单片机 (51 单片机 )、 EMC 单片机、 PHLIPIS 51PLC 系列单片机 (51 单片机 )、 HOLTEK 单片机、 TI 公司单片机 (51 单片机 )和松翰单片机（ SONIX）。 本课设则采用 ATMEL 单片机 (51 单片机 )，选用型号为 AT89S52。 ATMEL 单片机 (51单片机 )是 AT
20、MEL 公司的 8 位单片机，有 AT89、 AT90 两个系列， AT89 系列是 8 位 Flash单片机，与 8051 系列单片机相兼 容 ,静态时钟模式， AT90 系列单片机是增强 RISC 结构、全静态工作方式、内载在线可编程 Flash 的单片机，也叫 AVR 单片机。 5 第 2 章 硬件 电路的 设计 2.1 AT89S52 单片机简介 AT89S52 为 ATMEL 所生产的一种低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系统可编程 Flsah存储器，是一种 20引脚双列直插式芯片。它内含 2KB可反复烧录的 FLASH存储器， RAM 字节也有 128 个， 1
21、5 个 I/O 口， 5 个中断， 2 个定时，已经可以满足 程序的需要，指令也和 51系列兼容 。 主要性能特点如下： 1） 片内有 2KBFPEROM,可以循环写 /擦 1000次 2） 片内 FPEROM具有 2级加密保护 3） 128*8位片内 SRAM 4） 15条可编程 I/O 线 ,可以直接驱动 LED 5） 2个 16位定时器 /计数器 6） 五个中断源 7） 可编程串行通道 8） 片内有精密模拟比较器 9） 2.76V操作电压 10)全静态工作方式 :024MHz 11)低功耗的空闲方式和掉电方式 其内部结构图见附录一 2.1.1 AT89S52的引脚及主要功能 AT89S5
22、2 是一种低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系 统可编程 Flash 存储器。使用 Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业 80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上 Flash 允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的 8位 CPU 和在系统可编程 Flash，使得 AT89S52 为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、有效的解决方案。 AT89S52 具有以下标准功能： 8k 字节 Flash， 256 字节 RAM， 32 位 I/O 口线，看门狗定时器， 2 个数据指针，三个 16 位 定时器 /计数器，一个 6 向量 2 级中断结构，全双工串行口， 片内晶振及 时钟电路。另外， AT89S52 可降至 0Hz 静态逻辑操作，支持 2 种软件可选择节电模式。空闲模式下， CPU 停止工作，允许 RAM、定时器 /计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下， RAM 内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。 AT89S52 主要包括 P0 口、 P1 口、 P2 口和 P3 口。各口完成不同工作。
