基于单片机的全自动洗衣机控制器设计

thinkfunny · 发表于 2019-12-11 10:46

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基于单片机的全自动洗衣机控制器设计

摘]Abstract

]目录

1.绪论 1

1.1 课题研究背景及意义 1

1.2本文主要的研究内容 1

2系统方案总体设计 2

2.1 全自动洗衣机指标要求 2

2.2 系统方案选择 3

2.2.1 控制器选择 3

2.2.2 电机驱动器选择 3

2.3 系统总体设计 4

3 系统硬件电路设计 5

3.1 电机驱动电路设计 5

3.1.1 L298介绍 5

3.1.2 电机驱动电路设计 6

3.2 单片机控制单元设计 7

3.2.1单片机介绍 7

3.2.2 中断系统 9

3.2.3定时器 9

3.2.4控制系统电路设计 9

3.3. 显示电路设计 11

3.4 报警电路设计 12

3.5指示灯电路设计 13

3.6键盘电路设计 13

3.7电源电路设计 14

4.系统软件设计 15

4.1 软件开发环境介绍 15

4.2 C语言介绍 15

4.3 软件总体设计 15

4.3.1系统主程序设计 16

4.3.2系统中断程序设计 20

4.3.3 键盘扫描程序 21

4.3.4 电机驱动程序设计 22

5.系统仿真及结果分析 24

5.1 硬件实物 24

5.2系统仿真环境介绍 24

5.3 系统仿真结果分析 25

5.4仿真遇到的问题 26

结束语 27

参考文献 28

致谢 29

附录 30

系统电路图 30

程序代码清单 32

1.绪论

在本章中主要介绍了课题研究的背景和意义，以及洗衣机控制系统的使用现状，结合一些实际中的问题，阐述了洗衣机控制系统设计的必要性，最后介绍了一下本设计的的要求和内容，以及在论文的结构安排。

1.1 课题研究背景及意义

洗衣服从古到今都是一个必不可少的家务劳动，从电视上的剧集上也可以看到，古代妇女都把衣服拿到河边用棍子敲打，用手搓等等。但是随着时间的推移，科技的发展，出现了用机械洗衣代替手工洗衣的操作。早在1858年，一个叫汉密尔顿·史密斯的美国人在匹茨堡制成了世界上第一台洗衣机。这个洗衣机整体设计比较简单，它的主件是一只圆桶，桶内装有一根带有桨状叶子的直轴。轴是通过摇动和它相连的曲柄转动的。但这台洗衣机使用起来比较费力，而且对衣物的损害也比较大，所以并没被广泛使用，但是给人们用机器代替手工洗衣服的想法起到一个至关重要的启示。时至今天，洗衣机已经发展到一个非常先进水平。

我们这一代人也可以深刻地体会到洗衣机的发展。在90年代初期，普通大众还是用着半自动的洗衣机，就是那种洗和甩干分开两个滚筒，那种要我们把洗涤好的衣服再人手拿到另外一个滚筒去甩干。在今天看来是比较落后的洗衣机，但是在当时也是十分先进的。再到了90年代后期出现了全自动洗衣机，全自动洗衣机是一个重大的跨越。它的操作十分方便，我们只要把衣服放进去，再按开始，过一段时间就能洗好并自动甩干。现在的洗衣机就更先进了，有了更多的功能，例如自动烘干、自动熨好等等更实用的功能。

本洗衣机控制系统正是在这一个背景下产生的，设计一套完善的洗衣机控制系统对于劳动力有着重要意义，一个好的控制系统，不仅能在保证洗干净衣服的前提下，还能够更好的保护衣服，节约时间。

1.2本文主要的研究内容

本设计采用STC89S52单片机作为控制芯片，使用L298控制芯片作为电机驱动，使用蜂鸣器来作为报警系统，使用LCD1602作为显示，使用LED来作为标示洗衣状态。系统在软件里面通过多个定时器协同工作，完成洗衣的漂洗过程：正转4秒，停止2秒，反转4秒，停止2秒。并且在系统的运行过程中，通过启动/停止按键来启动和暂停洗衣机，通过模式切换开关来切换洗衣机在标准洗涤，快速洗涤，脱水三个模式切换；通过按键来模拟洗衣机在脱水过程中翻盖报警急停功能。

对于整个系统而言，系统上电确认后，系统同默认进入到标准模式，当按照标准洗涤的12分钟后，洗衣机进行排水脱水，然后进入到漂洗过6分钟，在此过程中，标准洗涤指示灯，排水脱水指示灯分别不断闪烁来表示正在进行的过程，完成以后的漂洗和脱水便可以完成整个标准洗衣过程。对于快速洗涤过程跟标准洗涤过程一样；对于脱水模式，洗衣机进入到高速旋转模式，当有翻盖模拟按键按下时候，洗衣机急停并且报警。

主要的设计任务有：第一步是把可行的方案列举出来，并选择最为合适的方案，再选择控制芯片和电机驱动的方案，确定大致的设计方向；第二步是设计单片机控制控制系统硬件，能够实现控制电机、显示当前工作状态、时间、报警等等的功能；第三步是软件设计，设计人机交互界面，电机驱动程序，报警程序设计，模式选择程序设计，中断程序设计等等；最后的步骤是系统调试仿真，调试系统的硬件和软件，并且进行仿真，看设计是否成功。

2系统方案总体设计2.1 全自动洗衣机指标要求

全自动洗衣机的指标要求如下：

首先，标准洗涤12分钟再漂洗6分钟，漂洗两次就脱水3分钟。

其次，快速洗涤7分钟再漂洗3分钟，漂洗两次，脱水。

最后：还可以实现启动和暂停按钮控制，第一次启动，标准洗涤；工作时按此按钮暂停，再按则恢复工作。洗涤、漂洗4秒正转，停2秒，反转4秒，停2秒，继续运行。为了安全，在脱水时，如果打开盖板（K3键模拟），脱水暂停。在洗涤时洗涤指示灯闪烁，漂洗时漂洗指示灯闪烁，脱水时脱水指示灯闪烁。

按键功能设想：K1键改变“标准、快速、排水”三种方式，执行相应程序，对应LED闪烁。默认标准模式。k2键改变控制洗衣机的“启动、暂停”功能。按下暂停，再按下恢复运行。K3键模拟打开盖板，在脱水时，如果打开盖板，脱水暂停。

根据设计所需要求，要完成一个比较完善的洗衣机控制器，必须要注意每一个细节，把系统调试到最为合适的工作状态。并且要有一定的可靠性，所以可靠性是在设计过程中应该优先考虑的一个因素，一个控制系统必须要能稳定、可靠地工作，才能投入到生产实践中去。如果系统的可靠性不能达到要求，那么系统出现故障的可能就会增大，有可能会造成很大的损失。

2.2 系统方案选择2.2.1 控制器选择

本设计中拥有一个控制器，它主要控制驱动信号产生，以及信息的现实等功能，控制器拥有很多种，下面介绍一些控制器以及本设计采用的控制器。

方案一：选择STC89C52作为控制器。首先，STC89C52是51内核，是8位单片机，其指令是采用的被称为“CISC”的复杂指令集，共有111条指令，内部自然丰富，并且操作简单。[1]还有，它的供电电压是5V和其他的一些芯片具有相同的供电电压，其抗干扰能力强，端口容易操作，构建其最小控制系统简单。[2]

该方案的实用性和可靠性比较高，可以满足绝大多数控制，选择51单片机作为控制器，对于初学者可以很方便的构建一个最小控制系统，并且其的编程很简单，成本低，便于操作者实现控制目标。

方案二：选择MSP430作为控制器。MSP430是TI公司生产的一款低功耗控制芯片，其功耗低，供电电压3.3V，其可以工作在低功耗模式，可以减少系统的功耗，并且MSP430单片机是16位的单片机，采用了精简指令集（RISC）结构，只有简洁的27条指令，大量的指令则是模拟指令，众多的寄存器以及片内数据寄存器都可参加多种运算。[3]

该方案在低功耗和运算能力上具有很大的优势，然而其的可靠性不高，其抗干扰能力比较差，最重要的是其编写程序比较复杂，芯片成本比较高，编写程序复杂。

联系本设计的任务，对于控制器的要求不是很高，所以从设计成本以及可靠性和实施难度等方面考虑，本设计选择控制方案一作为控制方案选择。

2.2.2 电机驱动器选择

本设计要对洗衣机的电机进行控制，选择恰当的电机驱动方案有利于电机控制，在本设计中要求电机可以调速，电机可以改变方向，具体方案如下：

方案一：采用数字电位器加大电流稳压器构建调压电路，采用继电器构建电压方向改变电路。在本方案中，通过驱动数字电位器改变大电流稳压器的输出电压，从而实现电压调速，通过继电器切换电压方向来改变输出电压方向，从而改变电机转向，采用这一种办法来实现电机调速虽然方便智能，但是由于使用了大量价格昂贵的数字电位器等芯片，成本很高，并且调速范围不广。

方案二：采用专用电机调速控制器L298来进行电机控制。L298通过四个控制引脚来控制两个电机的运行速度以及运行电压方向，不过使用L298来对电机调速的时候，要运用PWM波形进行控制，这种控制方案不仅集成度高，便于控制，而且整个系统的成本相对较低。

联系本设计的任务，由于本设计还要求仿真，并且设计都对成本又要求，所以，在本设计选用方案二来对电机控制。

2.3 系统总体设计

在本设计中，要求实现洗衣机的全自动控制，在整个控制系统中，要求对电机控制，报警控制，液晶显示以及键盘输入等功能，在本设计里面主要体现出对电机的智能控制，在软件里面实现，首先通过按键选择洗衣机的工作模式，选择完工作模式后，系统进入到相应的模式下运行，在运行的过程中也可以通过按键来启停电机，并且还可以用按键来模拟脱水翻盖报警功能。本设计的总体设计框图如下：

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