1、基于单片机的洗衣机设计摘要洗衣机是人们日常生活中常见的一种家电，已经成为人们生活中不可缺少的家用电器。在工业生产中应用也十分广泛。但是传统的基于继电器的控制，已经不能满足人们对洗衣机的自动化程度的要求了。随着单片机技术的发展，用单片机来作为控制器，能更好的控制洗衣机，并且控制方式灵活多样，控制模式可以根据不同场合的应用而有所不同。单片机以微小的体积和编程的灵活性而产生多种控制功能，完全可以满足设计的需求。本系统采用 AT89C51 单片机作为控制系统，设计目的主要是为了熟悉单片机系统设计的基本方法并实现基本的洗衣机功能。系统的控制面板主要由按键开关组成，按键选择洗衣机工作模式，并且可以根据需要
2、调整洗涤时间长短。LED 液晶显示器则显示洗衣机的工作模式和洗涤时间。洗衣机的整体电路模块包括按键矩阵、液晶显示、电机及驱动电路。控制程序设计包括定时中断服务程序、时间设定程序、外中断服务程序及主程序。整体来说系统设计基本达到设计目标。关键词：单片机 控制 洗衣机 液晶屏 电机AbstractWashing machine is the Peoples Daily life common kind of home appliance, life has become a indispensable household electrical appliances. In the industri
3、al production is also widely used. But the traditional relay-based control, cannot have satisfied people to the requirements of the automation degree of the washing machine. Along with the development of the single chip microcomputer by using single chip processor to as a controller, and can better
4、control washing machines, and to control the way agile diversity, control mode according to different situation the application can be different. With a small volume and microcontroller programming flexibility and produce DuoZhong control function, and can meet the design requirements. The system US
5、ES AT89C51 single chip microcomputer as control system, the design purpose mainly to familiar with single-chip microcomputer system the basic method to design and realize the basic function of the washing machine. The system control panel composed mainly by button switches, key choice washing machin
6、e work mode, and may, according to needs to adjust the washing time length. LED LCD display of the washing machine is working mode and washing time. The washing machine of the whole circuit module includes key matrix, liquid crystal display, motor and power circuit. Control program design including
7、timing interrupt service procedure, time setting process, and outside the interrupt service routine and main program. Overall system design to meet the design basic goals.Keywords: Single-chip microcomputer control washing machine LCD screen motor目录摘 要 1ABSTRACT1目 录 3 第一章 绪言 4 1.1 背景材料4 1.2 系统设计任务和要
8、求8 1.2.1 设计任务.81.2.2 系统设计要求.101.3 系统解决的问题和拟采用的研究手段10第二章 硬件设计112.1 方案的选择与比较.112.2 系统设计总体框图.122.3 电路模块设计.122.3.1 控制电路.122.3.2 驱动电路.132.3.3 显示电路.13第三章 软件设计.143.1 控制程序设计143.1.1 程序设计流程图.143.1.2 程序代码.143.2 模拟软件调试213.2.1 系统仿真图213.2.2 PCB 图21第四章 系统测试223.1 仪器设备223.2 数据测试22第五章 总结23致 谢24参考文献.25第 1 章 绪论1.1 背景材料
9、一百年的风风雨雨走过来，洗衣机也经过了无数次的创新、改进，今天我们看到一个个外形精美的或滚筒或波轮洗衣机，可曾想到，它们可也是在历史长河 慢慢“进化”而来的。洗衣机被誉为历史上 100 个最伟大的发明之一，洗衣机的发明的确是一件伟大的事情，这使千千万万的妇女从繁重的家务劳动中解脱出来，光是这一点，就足够给这个发明记上一大功了。 首台电动洗衣机的发明首先还是说一下洗衣机的诞生。任何事务的产生都有其特殊的时代背景，洗衣机当然也不例外，电动洗衣机的发明自然是要托福电力基础设备的进步，比如维尔纳冯西门子发明了电机原理，才让电器的发明和使用能为可能。现在人们公认的一个说法是，1911 年诞生了世界上第一
10、台电动洗衣机，是由美国人阿尔几费希尔于芝加哥制成。它由一种小型发电机供电，利用一个转动的大桶，把衣服和肥皂放在里面。在搅拌器叶片的作用下，衣物在肥皂水中剧烈地前后翻滚。也是在这一年，罗尤浦顿（Upton）机器公司在美国密西根州的圣约瑟夫成立，生产、销售电动洗衣机，并与西施公司（Sears）开展了第一笔洗衣机的销售业务，但这种机器并没有得到广泛的推广。这个公司，就是现在鼎鼎大名的惠而浦。洗衣机的广泛推广时代洗衣机的诞生到被人们普遍接受经过了大约十多年的时间，这期间主要是受到电力不足的约束。到了 20 世纪 20 年代，在西方国家，电力被普遍广泛应用，在 1922 年，美国的霍华德斯奈德对洗衣机的
11、洗涤结构进行了改革。把拖动式改为搅拌式，让水流和衣物强烈碰撞、摩擦，从而达到洗净衣服的目的，这就是著名的搅动式洗衣机。这种洗衣机在依阿华州被批量生产并风靡市场。这时，基本是洗衣机在普通家庭的一个广泛普及的过程。与此同时，在欧洲大陆，同样发生了一个划时代的事件，1928 年，第一款性能稳定、耗电量小、洗净度高的洗衣机由德国西门子推出，这就是滚筒式洗衣机，这种洗涤结构奠定了以后洗衣机发展的基础，甚至现在仍在普遍使用。全自动时代的来临到 20 世纪 50 年代，人们慢慢开始厌烦了烦琐的洗衣过程，这时候随着技术的进步，洗衣机的全自动化时代也全面来临。1947 年，尤浦顿机器公司发明了全世界第一台全自动
12、洗衣机。1948 年，正式开始使用 “惠而浦”（英文 Whirlpool，即有旋涡的水池之意）作为产品商标，并通过西施公司于对外销售第一台全自动洗衣机。这是一种“前置”式自动洗衣机。靠一根水平的轴带动的缸可容纳 4000 克衣服。衣服在注满水的缸内不停地上下翻滚，使之去污除垢。到了后来，更出现了现代的“上置”式自动洗衣机。在 1951 年的欧洲，同样是如今的白色家电巨头伊莱克斯推出了第一款家用洗衣机“飘翼”、“双翼”系列 W20 洗衣机，由哥德堡工厂生产。这种一种通过分离作用进行洗涤的机器。随着该产品的推出，伊莱克斯进入了新型家用洗衣机市场，并迅速取得了不错的销售业绩，从而奠定了自己在将来白电
13、市场上的地位。60 年代的日本出现了带干桶的双桶洗衣机，人们称之为“半自动型洗衣机”。 70 年代，生产出波轮式套桶全自动洗衣机。 70 年代后期，以电脑（实际上微处理器）控制的全自动洗衣机在日本问世，开创了洗衣机发展史的新阶段。 80 年代，“模糊控制”的应用使得洗衣机操作更简便，功能更完备，洗衣程序更随人意，外观造型更为时尚 90 年代，由于电机调速技术的提高，洗衣机实现了宽范围的转速变换与调节，诞生了许多新水流洗衣机。此后，随着电机驱动技术的发展与提高，日本生产出了电机直接驱动式洗衣机，省去了齿轮传动和变速机构，引发了洗衣机驱动方式的巨大革命。 之后，随着科技的进一步发展，滚筒洗衣机已经
14、成了大家耳濡目染的产品。伴随着科技的进一步发展，相信新型更适合人们使用的洗衣机会给我们的生活带来新的方式。1.2 系统设计任务和要求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。由于家用电器体积小，故要求其控制器体积更小以便能嵌入其结构之中。而家用电器品种多，功能差异也大，所以又要求其控制器有灵活的控制功能。单片机以微小的体积和编程的灵活性而产生多种控制功能，完全可以满足家用电器的需求。单片机主要用于计算机外设、实时控制、仪器仪表、通信和家用电器等各个领域，是计算机技术和电子技术
15、的综合性应用，在不同应用场合其技术要求各不相同，因此设计方法和研制的步骤不完全一样。单片机应用系统由硬件和软件组成。硬件是指 MCU、存储器、I/O 接口和外设等物理器件的有机组合。软件是指系统监控程序的总称。在开发的过程中，它们的设计不能完全分开，二者需要互相配合、不断调整才能组成高性能的应用系统。单片机应用系统的开发包括系统总体设计、硬件设计、软件设计、系统调试等几个阶段，它们有时交叉进行。1.2.1 设计任务（1）系统总体设计任务在进行系统设计之前，首先应根据对系统的功能要求及其应用环境等确定合理的、具体的功能和技术指标，对应用系统的可靠性、通用性、先进性、可维护性、以及成本等进行综合考
16、虑，以尽量合理并符合相应的标准。然后根据市场上各种单片机的货源情况和单片机的性能及开发工具等因素选择合适的机型。接下来要根据系统中可能遇到的传感器、模拟电路、I/O 接口、存储器和显示器等器件和设备进行器件选择，使之符合系统在精度、速度和可靠性等方面的要求。最后确定硬件和软件的功能划分。由于在系统设计中某些功能用硬件和软件都能实现，在设计中应综合考虑研制周期和成本等因素具体划分软硬件功能。（2）系统硬件设计任务硬件设计的任务是根据总体要求，在所选的 MCU 和各个元器件型号的基础上设计出系统的电路原理图，做一些必要的不见实验，以及工艺结构的设计加工，印刷电路板的设计制作和样机的组装等。在硬件设
17、计中，需要考虑系统总线的负载能力、系统扩展时的片选方式、模拟电路的速度和精度等，如需扩展存储器则尽量用一片完成，这样既降低了成本，又减小了线路板的面积，同时提高了系统的可靠性。（3）系统软件设计任务单片机应用系统的软件设计是系统设计中最基本而且工作量较大的任务。与系统机上操作系统支持下的纯软件不同，单片机的软件设计是在裸机的条件下进行的，而且随应用系统的不同而不同。在软件中一般需考虑以下几个方面：根据要求确定软件的具体任务细节，然后确定合理的软件结构。一般系统软件的主程序和若干个子程序及中断服务程序组成，详细划分主程序、子程序和中断服务程序的具体任务，确定各个中断的优先级。主程序是一个顺序执行
18、的无限循环的程序，不停地顺序查询各种软件标志，以完成对事务的处理。在子程序和中断服务程序中，要考虑现场的保护和恢复，以及它们和主程序之间的信息交换方法。程序的结构用模块化结构，即把监控程序分解为若干个功能相对独立的较小的程序模块分别设计，以便于调试。具体设计时可采用自底向上或自顶向下的方法。在进行程序设计时，先根据问题的定义描述出各个输入变量和输出变量之间的数学关系，即建立数学模型，然后绘制流程图，再根据流程图用汇编语言进行具体程序的编写。在程序设计完成后，利用相应的开发工具和软件进行程序的汇编，生成程序的机器码。（4）系统的调试任务在系统样机的组装和软件设计完成以后，就进入系统的调试阶段。应
19、用系统的调试步骤和方法是相同的，但具体细节与采用的开发系统（即仿真器）及选用的单片机型号有关。调试的过程就是软硬件的查错过程，分为硬件调试和软件调试。1.2.2 系统设计要求AT89C51 单片机是 ATMEL 公司 32 位单片机系列产品之一，是一种 40 引脚双列直插式芯片。它内含 8KB 可反复烧录的 FLASH 存储器，RAM 字节也有 128个，32 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，基于上述特点，选择它来设计一台智能洗衣机，完全可以达到以下的功能：1、弱强洗涤功能。通过控制电机的转速来控制强洗弱洗。2、洗涤时间设定功能。可以根据需要设定洗涤时间的长短。 3、液晶显示功能。洗衣机各种工作模式的选择和工作时间均可在液晶屏上显示。4、制动功能 。不管洗衣机工作在什么状态，当按下制动键时，洗衣机立即停止工作。
