【基于單片機的智能洗衣機控制系統(tǒng)的設(shè)計5900字】

概述1.1引言隨著人們的生活節(jié)奏越來越快以及生活質(zhì)量日漸提高，洗衣機的地位變得尤為重要。它能夠為人們省去不少洗衣服所花費的體力和時間，讓人們的日常家務(wù)也變得越來越輕松。一般市面上的洗衣機大都由洗滌脫水系統(tǒng)，進(jìn)水排水系統(tǒng)，傳動系統(tǒng)，程序控制器等部分組成。此外，還有各種各樣的人性化功能幫助我們解決不少洗衣服遇到的麻煩。自從十九世紀(jì)末世界上第一臺人類創(chuàng)造的洗衣機問世，迄今為止已經(jīng)過去了兩百多年。隨后，洗衣機不斷發(fā)展進(jìn)化，功能也越來越多，人類做家務(wù)的勞動自動化水平也逐漸提高。特別是二十世紀(jì)七十年代后期，日本甚至已經(jīng)推出了微型計算機控制的全自動洗衣機。隨著相關(guān)技術(shù)的開發(fā)，洗衣的驅(qū)動方式以及工作模式也有了翻天覆地的改變。由于我國對于洗衣機的應(yīng)用相對較晚，因此在洗衣機的設(shè)計和制造方面出現(xiàn)了很大的困難，例如，耗電耗水，洗衣時的噪聲大，進(jìn)出水的排水系統(tǒng)性能不佳，脫水效果不好等等。但是隨著我國的發(fā)展水平越來越高，大家對洗衣機的要求也隨之變高，這就要求設(shè)計師具有更出色的專業(yè)技術(shù)水平，能夠提出更多的好建議和做出更人性化的功能洗衣機，使人們的需求變?yōu)楝F(xiàn)實，設(shè)計出更環(huán)保、更多功能、更符合人性的全自動洗衣機。當(dāng)然，憑借我目前的技術(shù)水平還不足以設(shè)計出如此優(yōu)秀的家用電器，甚至我連洗衣機的工作原理以及其運用到的電路知識、依靠何種方式實現(xiàn)都尚不清楚。因此，基于想要了解家用電器工作原理的想法，我打算先運用簡單的單片機系統(tǒng)來模擬洗衣機的工作系統(tǒng)，并且將該系統(tǒng)各個模塊設(shè)計并制作出實物來。1.2設(shè)計目標(biāo)本文主要闡述了我在“基于單片機的智能洗衣機控制系統(tǒng)設(shè)計”課題中所做的工作，大概講述了該模擬系統(tǒng)的各個模塊的設(shè)計原理、電路的設(shè)計方案、硬件的選擇及其工作原理和軟件設(shè)計的流程。章節(jié)概述如下：第一章引言：簡要介紹智能洗衣機目前的運用概況以及基于單片機的智能洗衣機控制系統(tǒng)的設(shè)計的現(xiàn)實意義。第二章需求分析：分析本設(shè)計的可行性。第三章系統(tǒng)總體設(shè)計方案：介紹本設(shè)計中利用何種單片機來完成系統(tǒng)所需要的功能，并且根據(jù)單片機的工作特性，將各個模塊的設(shè)計結(jié)合到單片機系統(tǒng)上，從而實現(xiàn)相應(yīng)功能。第四章系統(tǒng)硬件設(shè)計：介紹本設(shè)計中的模擬系統(tǒng)中將要實現(xiàn)的功能，并且各自選擇什么模塊以及電路如何設(shè)計。第五章系統(tǒng)軟件設(shè)計：介紹硬件電路如何結(jié)合C語言編程，將各個模塊的功能完善，還有工作流程設(shè)計以及主要代碼的解釋。第六章實物的制作與調(diào)試:基于單片機的智能洗衣機控制系統(tǒng)設(shè)計，進(jìn)行了完整的生產(chǎn)與調(diào)試。第七章結(jié)束語：反思自己在課題完成中遇到的問題，并且總結(jié)經(jīng)驗。2需求分析目前的洗衣機還不是包羅萬象的，大多數(shù)洗衣廠都專注于自己品牌的洗衣機專業(yè)，往往只是表現(xiàn)出一兩個區(qū)別于其他品牌的洗衣機的個性化功能。單片機不僅體積小，而且控制功能也比較靈活，可以實現(xiàn)對洗衣機多項功能的控制。在我們的學(xué)習(xí)過程中，往往是理論學(xué)習(xí)多于實踐操作，所以這樣的動手機會也是我們所需求的。其目的不在于制作出多么厲害的作品，而是在于通過這次實踐提高自己的動手能力與解決問題能力。2.1可行性分析在進(jìn)行洗衣系統(tǒng)設(shè)計時，首先是根據(jù)系統(tǒng)的功能需要和實際的運用環(huán)境等因素，確定設(shè)計出恰當(dāng)?shù)墓δ芎驼业胶线m的單片機芯片，綜合考慮設(shè)計的系統(tǒng)的合理性、簡便性、技術(shù)性、可維護(hù)性和成本，使其能夠有一定的合理性并且符合相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。然后根據(jù)市場供應(yīng)的各種供應(yīng)鏈管理和供應(yīng)鏈管理的性能及開發(fā)工具等因素來選擇合適的制作模塊以及制作模式。下一步是選擇系統(tǒng)中最基本的和比較重要部件，以滿足精度、速度和可靠性的要求。在系統(tǒng)設(shè)計中，由于某些功能可以通過硬件和軟件實現(xiàn)，因此在設(shè)計時應(yīng)考慮開發(fā)周期和開發(fā)成本。3系統(tǒng)總體方案設(shè)計3.1系統(tǒng)方案設(shè)計通過對STC89C52單片機的了解，我知道該芯片能夠自帶時鐘震蕩電路，因此在模擬洗衣機的基礎(chǔ)功能，計時功能就不需要另外設(shè)計電路。既然有時鐘電路，那么就需要顯示該時鐘的狀態(tài)，方便我們判斷并且實施相應(yīng)操作，因此我選擇了數(shù)碼管來顯示時鐘狀態(tài)。既然是模擬洗衣系統(tǒng)，那么最基本的正反轉(zhuǎn)清洗衣物就一定要實現(xiàn)，而我選擇了小功率的模擬電機，通過繼電器來控制電機的正反轉(zhuǎn)，另外還加了LED燈來顯示正反轉(zhuǎn)的狀態(tài)。當(dāng)系統(tǒng)結(jié)束工作后，我希望有提示使用者的功能，于是在這基礎(chǔ)上又加了一個蜂鳴器的模塊。然后最重要的是人機交互的部分，如何控制該模擬系統(tǒng)是一大難題，我選擇了比較簡單的按鍵電路，并且根據(jù)不同的功能設(shè)計了四個按鍵，便于我們使用?？傮w方案如圖3-1，以STC89C52單片機為核心元件，圖中所示的幾大主要電路模塊構(gòu)成。電動機電路利用兩個繼電器的吸力和狀態(tài)使電動機正反轉(zhuǎn)。顯示模塊則通過共陽二極數(shù)碼管來連接CPU的輸出引腳，來顯示時鐘電路的參數(shù)。按鍵控制模塊則采用簡單的獨立式按鍵，通過高低電平來控制系統(tǒng)。圖3-1系統(tǒng)模塊設(shè)計3.2系統(tǒng)工作原理及功能要求3.2.1STC89C52工作原理STC89C52單片機是一種低功耗、高性能的CMOS八位微控制器，使用的是經(jīng)典的MCS-51內(nèi)核。但是這款芯片做了很多的改進(jìn)，具有傳統(tǒng)的51單片機不具備的功能。該芯片是本設(shè)計的核心，主要起控制作用，因為受引腳數(shù)目的限制，所以有不少引腳具有第二功能。外形及引腳排列如圖3-2所示。圖3-2STC89C52R引腳圖4系統(tǒng)硬件設(shè)計4.1單片機控制模塊設(shè)計電源模塊、時鐘晶振模塊以及復(fù)位電路模塊是最基本的單片機工作條件。三大基本電路模塊協(xié)同合作組成了STC89C52單片機系統(tǒng)的基本工作電路。如圖4-1所示。圖4-1系統(tǒng)基本模塊組成1.電源模塊為系統(tǒng)電路和其他模塊的電路提供+5V電源。2.時鐘電路模塊STC89C52芯片內(nèi)部本身自帶時鐘振蕩電路，所以該系統(tǒng)不需要另外加時鐘電路，只需要采用內(nèi)置時鐘模式，就可以實現(xiàn)系統(tǒng)所需的計時功能。具體實現(xiàn)方法為在芯片的18、19兩個時鐘引腳接上石英晶體與30pF的微調(diào)電容，就可以在單片機上組成自激振蕩器，從而引發(fā)脈沖信號的出現(xiàn)。該模塊的設(shè)計如圖4-2所示。圖4-2時鐘振蕩電路3.復(fù)位電路模塊設(shè)計復(fù)位電路的作用是使單片機能夠進(jìn)入某種能夠被人所知的確定狀態(tài)。如果在單片機的RST引腳處引入高電平并保持2個機器周期，內(nèi)部就會執(zhí)行復(fù)位操作。復(fù)位操作包括上電復(fù)位和按鍵復(fù)位兩種基本形式。本設(shè)計采用的是按鍵復(fù)位的模式。如圖4-3所示。圖4-3復(fù)位電路工作原理：當(dāng)按下按鍵之后，rst將會與vcc相連，高達(dá)兩個左右的時鐘周期產(chǎn)生復(fù)位，電解電容短路當(dāng)按鍵釋放時，電容器充電，電流通過電阻，電壓很高，仍然是復(fù)位的，充電之后，電容器可以視為開路，電壓很低，正常工作。4.2控制電路設(shè)計接下來是單片機設(shè)計中按鍵的設(shè)計，常見的單片機按鍵設(shè)計分為獨立式和行列式（矩陣式）。而本設(shè)計采用的是相對簡單的獨立式和行列式，如圖4-4所示。圖4-4控制電路根據(jù)使用的需要，該系統(tǒng)設(shè)計了四個按鍵，并且分別賦予它們不同的功能：一個按鍵用來切換洗衣的程序，可以通過按鍵來選擇強洗和弱洗。一個按鍵賦予它復(fù)位的功能，同時也可以用在系統(tǒng)的開始和結(jié)束。其他兩個按鍵則分別是控制時間的增加和減少，用于選擇合適的洗滌時間。4.3顯示電路設(shè)計發(fā)光二極管是一個數(shù)碼管，其中所有的陽極連接在一起，形成一個共同陽極。公共陽極com在使用時連接到+5v。當(dāng)場發(fā)光二極管的陰極處于低電平時，對應(yīng)的場被點亮，當(dāng)場的陰極處于高電平時，對應(yīng)的場不被點亮。一個普通的陰極數(shù)字管是一個數(shù)字管，它將所有發(fā)光二極管的陰極連接在一起形成一個普通的陰極。普通陰極數(shù)字管在應(yīng)用中應(yīng)將普通陰極接地導(dǎo)電管連接到地面導(dǎo)電管，通過陰陽極的不同電平來實現(xiàn)二極管的亮暗，其引腳如圖4-5所示。圖4-5發(fā)光二極管利用八個LED發(fā)光二極管組成的數(shù)字顯示器是本設(shè)計采用的顯示電路模塊，其中1H和2H為兩位數(shù)字的輸入端，將其連接到單片機的I/O口，在陰極輸入不同的電平，就可以通過七個LED燈來表示數(shù)字，另一個LED燈則用于表示小數(shù)點。在上圖中，A、b、c、d、e、f、g、dp代表段引腳s1、s2、s3、s4代表四個數(shù)字管的位。如圖4-6所示。圖4-6顯示模塊4.4直流電機電路設(shè)計圖4-7是直流電電機電路，在該電路中，D0和D1是兩個輸入口，通過對D0、D1輸入不同的高低電平，就可以控制電路的電流方向，從而實現(xiàn)電動機的正反轉(zhuǎn)。當(dāng)D0輸入低電平，D1輸入高電平時，三極管Q4導(dǎo)通，而Q5則處于開路狀態(tài)，電流通過Q4進(jìn)入繼電器，線圈就會吸附DQ1的開關(guān)，從而形成DQ2經(jīng)過電動機再到DQ1接地的閉合電路，于是電動機由下自上產(chǎn)生5V的電動勢，驅(qū)動電機正轉(zhuǎn)。同理，當(dāng)D1輸入低電平，D0輸入高電平，則閉合回路的方向改變，改為從DQ1為正極，DQ2為負(fù)極，電流由上自下經(jīng)過電機，產(chǎn)生反方向的電動勢來驅(qū)動電機。而且在兩個線圈處還各自并聯(lián)了一個不同顏色LED燈，用于顯示電機是正轉(zhuǎn)還是反轉(zhuǎn)，方便使用者辨別區(qū)分。另外，當(dāng)D0、D1同時輸入高電平時，則電路沒有產(chǎn)生電動勢，電機就處于停止不轉(zhuǎn)的狀態(tài)。圖4-7直流電機電路5系統(tǒng)軟件設(shè)計軟件搭建在硬件平臺上，對各個部分的硬件進(jìn)行控制和協(xié)調(diào)。系統(tǒng)的功能由軟件和硬件兩部分實現(xiàn)。當(dāng)硬件的各個組成部分都已經(jīng)明確之后，如何通過軟件讓它們一起協(xié)同工作也是比較困難的地方。所以我打算將軟件的設(shè)計也利用各個模塊一個一個完成，這樣不僅易于前期的編程和調(diào)試，而且可以降低后期電路出現(xiàn)故障的概率，提高本設(shè)計的可靠性。此外，軟件測試也可以降低設(shè)計的制作成本，測試成功后再應(yīng)用到硬件中即可。本設(shè)計使用了一些數(shù)值計算來實現(xiàn)各個功能，并且有一些需要判斷的過程需要機器操作。因此為了選擇較為清楚的設(shè)計結(jié)構(gòu)，以及降低自己在代碼撰寫方面的難度，我決定使用c語言進(jìn)行簡單的操作來實現(xiàn)編程。5.1軟件主要程序流程圖5-1主要程序流程圖5.2軟件主要程序代碼5.2.1強洗與弱洗模式本設(shè)計主要洗衣模式分為強洗和弱洗。在強洗模式下，模擬電機會正轉(zhuǎn)20秒之后停止10秒，緊接著反轉(zhuǎn)20秒再停止10秒，如此循環(huán)。在弱洗模式下，模擬點擊會正轉(zhuǎn)10秒之后停止5秒，然后反轉(zhuǎn)10秒再停止5秒，然后重復(fù)此操作。在C語言的代碼編寫中，將洗衣過程中的時間變量設(shè)為time，模式為Mode。當(dāng)模式變量Mode為0時，系統(tǒng)執(zhí)行強洗程序，反之為1時，則執(zhí)行弱洗程序。將D0/D1的二進(jìn)制數(shù)值設(shè)定為在0/1、1/1、1/0時，分別執(zhí)行正轉(zhuǎn)、停止、反轉(zhuǎn)的操作。因此，只需要設(shè)定特定的時間來執(zhí)行不同模式的不同程序，便可以實現(xiàn)模擬洗衣機的強洗和弱洗功能。具體代碼如下： if(Mode==0&&begin==1) { if(time==0) { D0=0; D1=1; } elseif(time==40||time==10) { D0=1; D1=1; } elseif(time==30) { D0=1; D1=0; } } 5.2.2顯示電路函數(shù)單片機的P0口適用于顯示電路的數(shù)據(jù)儲存，將其定義為LIGHT，閃爍變量為ss，X0和X1是數(shù)碼管連接芯片的P2引腳，用于控制十位數(shù)字和個位數(shù)字的顯示。當(dāng)程序運作時，秒燈會開始閃爍，顯示管的時間會隨著秒燈的閃爍，分鐘數(shù)逐漸減1，由于只有兩位數(shù)，所以秒數(shù)通過閃爍來計算，當(dāng)程序的時間不足1分鐘時，將會用0分鐘來顯示，但秒燈依然繼續(xù)閃爍。代碼如下：if(flag_start==1) { if(ss==0) { if(Mode==0) LIGHT=point_dian[S_sub/10]; else LIGHT=exc[S_sub/10]; X0=0; X0=1; LIGHT=exc[S_sub%10]; X1=0; X1=1;}}6實物制作與調(diào)試6.1萬能板的選用相比于專業(yè)的PCB板，我更青睞于價格低廉、使用方便且使用門檻低的萬用板。由于本設(shè)計的單片機系統(tǒng)功能較少，并且電路比較簡單，所以我選擇用萬能板中的單孔板，根據(jù)仿真中使用的電路元器件，我選擇7cm*9cm的萬能板來搭載系統(tǒng)中的復(fù)位電路、顯示電路以及控制電路，而直流電機則搭載在5cm*7cm的萬能板上，通過排線將其串聯(lián)。6.2電路焊接與調(diào)試經(jīng)過選擇了適合的萬能板以及元器件，現(xiàn)在要做的是模擬洗衣機系統(tǒng)的電路焊接和調(diào)試，按照電路的設(shè)計圖，焊接實物電路。我將遵循仿真中的電路來進(jìn)行元器件的選位、焊接、連接電路等裝配過程，主要過程如下：檢查所用的元器件是否有缺失，是否能夠正常使用。2.根據(jù)電路設(shè)計來安排各元器件的焊接位置。3.根據(jù)實際情況，對個別元器件的引腳進(jìn)行恰當(dāng)?shù)奶幚怼?.焊接好元器件后，再根據(jù)要求焊接線路。5.清除較長的引腳，根據(jù)設(shè)計圖，對比自己焊接的電路，仔細(xì)核查是否有元器件焊錯或者漏焊，如有錯誤須重新焊接。6.焊接完成后，接入5V的電源，查看系統(tǒng)是否正常工作，并且是否符合自己的設(shè)計要求。6.3實物照片實物制作成品如圖6-1。圖6-1實物成品圖7結(jié)束語這次的畢業(yè)設(shè)計，真正意義上來說，耗時兩個多月，是非常有意義的一次把專業(yè)知識運用在實際當(dāng)中。首先，選題的時候只是因為遇到過洗衣機脫水出現(xiàn)錯誤的實際問題，對此產(chǎn)生了好奇心，想要探索洗衣機的工作原理，以及如何解決這種問題。但由于自身的原因，只能依靠設(shè)計簡單的洗衣機工作系統(tǒng)來進(jìn)一步加深對洗衣機工作原理的理解。從確定選題，再到各方面尋找資料，再到設(shè)計電路并且選擇合適的電路元器件，最后直到論文的完成。我深深地體會到單片機的奧妙以及電路設(shè)計成功后的喜悅。這次設(shè)計可以說是將硬件和軟件相結(jié)合，以硬件為主，軟件為輔。由單片機制作的嵌入式系統(tǒng)在很多場景中都能夠得到運用。各式各樣的芯片為我們提供了很多可能，同時也給我?guī)砹撕芏嗟奶魬?zhàn)。如何選用正確的合適的芯片，以及有關(guān)電路的設(shè)計，我為此查閱了大量的資料。再者由于之前未接觸過52單片機的C語言開發(fā)，所以在軟件問題上也耗費了許多時間。通過本次設(shè)計，我不僅學(xué)到了很多課堂上未曾學(xué)到的知識，還加強了自己的動手能力。此外，對于電路的構(gòu)成和C語言的編程也多了一些了解，將知識應(yīng)用到實際操作中，不僅讓我收獲了成功之后的滿足感，更加