单片机课程设计（论文）全自动洗衣机控制系统设计.doc

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1、前 言全自动洗衣机综合运用了大量力学、电学、光学等知识，以下就其原理和构造作一分析。洗衣机的洗涤过程主要是在机械产生的排渗、冲刷等机械作用和洗涤剂的润湿、分散作用下，将污垢拉入水中来实现洗净的目的。首先充满于波轮叶片间的洗涤液，在离心力的作用下被高速甩向桶壁，并沿桶壁上升。在波轮中心处，因甩出液体而形成低压区，又使得洗涤液流回波轮附近。这样，在波轮附近形成了以波轮轴线为中心的涡流。衣物在涡流的作用下，作螺旋式回转，吸入中心后又被甩向桶壁，与桶壁发生摩擦。又由于波轮中心是低压区，衣物易被吸在波轮附近，不断地与波轮发生摩擦，如同人工揉搓衣物，污垢被迫脱离衣物。其次，当衣物被放进洗涤液之后，由于惯性

2、作用运动缓慢，在水流与衣物之间存在着速度差，使得两者发生相对运动，水流与衣物便发生相对摩擦，这种水流冲刷力同样有助于污垢离开衣物。再次由于洗衣涌形状的不规则，当旋转着的水流碰到桶壁后，其速度和方向都发生了改变，形成湍流。在湍流的作用下，衣物做无规则地运动并翻滚，其纤维不断被弯曲、绞纽扣拉长，衣物相互相摩擦，增大了洗涤的有效面积，提高衣物的洗净的均匀性。全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。第1章 全自动洗衣机概述电磁进水阀起着通、断水源的作用。如图1，当电磁线圈1断电时，移动铁芯2在重力和弹簧力的作用下，紧紧顶在橡胶膜片3上，并将膜片的中

3、心小孔4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5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。如图2，气室1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，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。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

4、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。通过分析脉冲个数和脉冲宽度。就能得到衣质衣量情况。衣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。脱水时采用压电

5、传感器。当脱水桶高度旋转时，从脱水桶喷射出来的水作用于压电传感器上，根据这个压力变化，自动停止脱水运转。第2章 FRA540变频器的简介多功能、通用型，重负载适用FRA5001.功率范围：0.4800KW（3相220V，FRA540系列）2.采用先进磁通矢量控制方式，调速比可达1：120（0.5-60Hz）3.可拆卸式风扇和接线端子，维护方便。4.柔性PWM，实现更低噪音运行。5.内置RS485通信口，并可支持各种常用的现场。6.PID等多种功能适合各种应用场合。第2.1节 概述 交流变频调速技术是现代电力传动技术重要发展方向，随着电力电子技术，微电子技术和现代控制理论在交流调速系统中的应用，

6、变频交流调速已逐渐取代了过去的滑差调速，变极调速，直流调速等调速系统，越来越广泛的应用于工业生产和日常生活的许多领域。 随着变频调速器的广泛应用，许多工程技术人员对它也有了相当的了解,一般通用型变频器大致包括以下几个部分:1整流电路，2直流中间电路，3逆变电路，4控制电路。而产生可调电压和可调频率的逆变电路，又应该是变频器各组成部分的核心技术。第2.2节 驱动电路 逆变电路主要包括:逆变模块和驱动电路。由于受到加工工艺，封装技术，大功率晶体管元器件等因数的影响，目前逆变模块主要由日本(东芝,三菱,三社,富士,三肯。)及欧美(西门子,西门康,摩托罗拉,IR)等少数厂家能够生产。 驱动电路作为逆变

7、电路的一部分，对变频器的三相输出有着巨大的影响。驱动电路的设计一般有这样几种方式、分立插脚式元件组成的驱动电路、光耦驱动电路、厚膜驱动电路、专用集成块驱动电路等几种。 (1) 分立插脚式元件的驱动电路 分立插脚式元件组成的驱动电路在80年代的日本和台湾变频器上被广泛使用,主要包括日本(富士:G2,G5.三肯:SVS,SVF,MF., 春日,三菱Z系列K系列等)台湾(欧林,普传,台安.)等一系列变频器。随着大规模集成电路的发展及贴片工艺的出现,这类设计电路复杂，集成化程度低的驱动电路已逐渐被淘汰。 (2) 光耦驱动电路 光耦驱动电路是现代变频器设计时被广泛采用的一种驱动电路，由于线路简单，可靠性

8、高，开关性能好，被欧美及日本的多家变频器厂商采用。由于驱动光耦的型号很多，所以选用的余地也很大。驱动光耦选用较多的主要由东芝的TLP系列，夏普的PC系列,惠普的HCPL系列等。以东芝TLP系列光耦为例。驱动IGBT模块主要采用的是TLP250，TLP251两个型号的驱动光耦。对于小电流(15A)左右的模块一般采用TLP251。外围再辅佐以驱动电源和限流电阻等就构成了最简单的驱动电路。而对于中等电流(50A)左右的模块一般采用TLP250型号的光耦。而对于更大电流的模块，在设计驱动电路时一般采取在光耦驱动后面再增加一级放大电路，达到安全驱动IGBT模块的目的。 (3) 厚膜驱动电路厚膜驱动电路是

9、在阻容元件和半导体技术的基础上发展起来的一种混合集成电路。它是利用厚膜技术在陶瓷基片上制作模式元件和连接导线，将驱动电路的各元件集成在一块陶瓷基片上，使之成为一个整体部件。使用驱动厚膜对于设计布线带来了很大的方便,提高了整机的可靠性和批量生产的一致性，同时也加强了技术的保密性。现在的驱动厚膜往往也集成了很多保护电路，检测电路。应该说驱动厚膜的技术含量也越来越高。 (4) 专用集成块驱动电路 现在还出现了专用的集成块驱动电路，主要由IR的IR2111，IR2112，IR2113等，其它还有三菱的EXB系列驱动厚膜。三菱的M57956，M57959等驱动厚膜。此外，现在的一些欧美变频器在设计上采用

10、了高频隔离变压器加入了驱动电路中(如丹佛斯VLT系列变频器)。应该说通过一些高频的变压器对驱动电路的电源及信号的隔离，增强了驱动电路的可靠性，同时也有效地防止了强电部分的电路出现故障时对弱电电路的损坏。在实际的维修中我们也感觉到这种驱动电路故障率很低，大功率模块也极少出现问题。 在我们平时的日常生产使用中，大功率模块损坏是一种常见的故障现象。第23节 故障现象分析损坏的原因可能是多种多样的。马达短路，对地绝缘不好，电机堵转，外部电源电压过高都有可能造成变频器大功率模块的损坏，我们在实际维修中更换大功率模块时一定要确定驱动电路的正常工作。否这更换后很容易引起大功率模块的再次损坏。另外我们也要了解

11、GTR模块和IGBT模块驱动电路的区别，两种功率模块前者为电流驱动，后者为电压驱动。第3章 全自动洗衣机PLC控制系统设计第3.1节 全自动洗衣机控制系统的设计要求1画出全自动洗衣机运行框图。2根据控制要求设计程序及必要的硬件系统。3PLC选择及I/O及其它PLC元器件分配。元器件分配。4选择电器元件，编制元件目录表。 5绘制梯形图。6编写设计说明书及设计小结。第3.2节 PLC控制系统设计的内容和步骤全自动洗衣机的洗衣桶（外桶）和脱水桶（内桶）是以同一中心安放的。外桶固定，作盛水用。内桶可以旋转，作脱水（甩水）用。内桶的四周有很多小孔，使内外桶的水涌相通。该洗衣机的进水和排水分别由进水电磁阀

12、和排水电磁阀来执行。进水时，通过电控系统使进水阀打开，经进水管将水注入到外桶。排水时，通过电控系统使排水阀打开，将水由外桶排出到机外。洗涤正转、反转由洗涤电动机驱动波盘正、反转来实现，此时脱水桶并不旋转。脱水时，通过电控系统将离合器合上，由洗涤电动机带动内桶正转进行甩干。高、低水位开关分别用来检测高、低水位。启动按钮用来启动洗衣机工作。停止按钮用来实现手动停止进水、排水、脱水及报警。排水按钮用来实现手动排水。PLC投入运行，系统处于初始状态，准备好启动 。 (1) 按下启动按扭及水位选择开关，(2) 开始进水直到高（中、 低）水位，关水(3) 2秒后开始洗涤(4） 洗涤时，正转30s，停2s，

13、然后反转30s，停2s(5) 如此循环5次，总共320s后开始排水，排空后脱水30s(6) 开始清洗，重复（2）（5），清洗两遍(7) 清洗完成，报警3秒并自动停机(8) 若按下停车按扭，可手动排水（不脱水）和手动脱水（不计数）步骤1根据课题要求设定输入和输出点。输入点： 启动 X1 低水位检测 X11 停止 X2 手动排水 X12高水位 X3 手动脱水 X13 中水位 X4 低水位 X5 排空检测 X6 高水位检测 X7 中水位检测 X10输出点：启动洗衣机 Y1 进水阀 Y2 正转 Y3 反转 Y4排水 Y5 脱水Y6 报警 Y7说明：(1) 在洗涤过程中，若外部电源与供水中断，洗衣机暂时

14、停止工作，当电源或供电恢复后，洗衣机在原来基础上继续工作，知道洗涤完成。(2) 若要求启动开关分为标准洗和轻柔洗，试改变有关输入点，并在程序中加入轻柔洗功能（轻柔洗过程自定）2根据要求画出状态转移图如图1.5所示3根据状态转移图写出PLC控制程序。4将程序输入PLC。5设定变频器程序运行的参数(1) 在运行模式选择参数Pr.79=1,时设定如下参数： 上限频率：Pr.1=50HZ 下限频率:Pr.2=0HZ 基底频率Pr.3=50HZ加速时间Pr.7=5s减速时间Pr.8=3s(2) 在Pr.79=5时，设定如下参数: 程序运行分/秒选择Pr.200=2，时间单位是分/秒，监视显示为基准时间。

15、第一组参数: Pr.201=1,50,0.0 Pr.202=0,50,0.10 Pr.203=2,50,0.13Pr.204=1,50,0.0 第二组参数 Pr.211=1,50,0.0Pr.212=0,50,0.15第3.3节 控制系统的硬件设计3.3.1 进、出水控制电路设计全自动洗衣机的进、出水控制电路如图2.5所示。当用户按下电源开关时，微处器自动检测洗衣机有无水位，此时引脚 P2.3 送出一个高电平时，三极管VT3 导通,给双向可控硅 T1的控制极 G 加一个触发电压，使 T1 导通，进水阀门打开，洗衣机进水。当水位到一定的标准时，微处理器发出一个低电平信号，进水阀门触点断开，停止进

16、水。图2.5 进、出水控制电路3.3.2 水位检测电路水位检测机构由玻璃管、浮子、金属滑杆组成，玻璃管与洗衣相连玻璃管的水位就是洗衣桶的水位，在进水与出水过程当中浮子带动金属滑杆上下移动，当水位处于最高点或最低点时，金属滑杆都与地相连，到使89C51引脚INT1变为低电平向CPU申请中断。否则INT1被上拉电阻上拉变为高电平。此时，微处理器P2.3口发出一个高电平，使进水电磁阀触点闭合， 洗衣机进水，开始洗涤。当洗涤时间完毕后，微处理器P2.0口发出一个高电平信号，出水电磁阀得电，出水电磁阀打开，进行脱水。当工作完毕后，蜂鸣器发声，整机停止工作。 图2.8水位检测电路第3.4节 控制系统的软件

17、设计3.4.1 控制控制流程图如图1.4所示 3.4.2 PLC顺序功能图3.4.3 按图1.6接线。3.4.4 调试运行，并对运行状态进行监控,如图1.7图1.7 控制梯形图3.4.5 根据顺序功能图写出PLC控制程序（运用步进指令编程）LD M8002SET S0STL S0LD X1SET S1STL S1 OUT Y2LD X3AND X7SET S2LD X4AND X10SET S2LD X5AND X11SET S2STL S2OUT T0 K20LD T0SET S3STL S3OUT Y1OUT Y3OUT T1 K300LD T1SET S4STL S4OUT T2 K20

18、LD T2SET S5STL S5OUT Y1OUT Y4OUT T3 K300LD T3SET S6STL S6OUT T4LD T4AND C01SET S7LD T4ANI C01SET S3STL S7OUT Y5OUT X6LD X6STL S8OUT Y6OUT T5 K300LD T5AND C0SET S9LD T5ANI C0SET S1STL S9OUT Y7OUT T6 K30LD T6SET S0RET S9END第4章 总结随着毕业日子的到来，课程设计也接近了尾声。经过几周的奋战我的课程设计终于完成了。课程设计是在完成了理论课程和毕业实习的基础上对所学知识一次综合性的

19、总结，是工科学生完成基础课程之后，将理论与实践有机联系起来的一个重要环节，是为以后走向工作岗位能更好的服务社会打下基础的重要环节。本次课程设计分为三章：第一章绪论，主要介绍全自动洗衣机的基本原理，洗涤衣服的基本过程及其在社会的广泛应用；第二章主要讲述了PLC控制系统设计基本原则及其选择PLC的基本步骤，为全自动洗衣机PLC控制系统设计打下基础；第三章详细讲解了全自动洗衣机控制系统设计的硬件连接和软件编程。在没有做课程设计以前觉得课程设计只是对这几年来所学知识的单纯总结，但是通过这次做课程设计发现自己的看法有点太片面。课程设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。通过这次

20、课程设计使我明白了自己原来知识还比较欠缺。自己要学习的东西还太多，以前老是觉得自己什么东西都会，什么东西都懂，有点眼高手低。通过这次课程设计，我才明白学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质。 在这次课程设计中也使我们的同学关系更进一步了，同学之间互相帮助，有什么不懂的大家在一起商量，听听不同的看法对我们更好的理解知识，所以在这里非常感谢帮助我的同学。总之，不管学会的还是学不会的的确觉得困难比较多，真是万事开头难，不知道如何入手。最后终于做完了有种如释重负的感觉。此外，还得出一个结论：知识必须通过应用才能实现其价值！有些东西以为学会了，但真正到

21、用的时候才发现是两回事，所以我认为只有到真正会用的时候才是真的学会了。 在此要感谢我们的指导老师罗老师、朱老师和李老师对我们悉心的指导，感谢老师们给我们的帮助。在设计过程中，我通过查阅大量有关资料，与同学交流经验和自学，并向老师请教等方式，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样巨大。在整个设计中我懂得了许多东西，也培养了我独立工作的能力，树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。而且大大提高了动手的能力，使我充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦。虽然这个设计做的也不太好，但是在设计过程中所学到的东西是这次课程设计的最大收获和财富，使我终身受

22、益。参考文献1 袁希光等.传感器技术手册.北京:国防工业出版社,1986 2 何立民等.MCS-51系列单片机应用系统设计.北京:航空航天大学出版 社,1990 3 沈红卫等.单片机应用系统设计实例与分析.北京:北京航空航天大学出版 社，2001 4 刘乐善等.微型计算机接口技术及应用.武汉:华中理工大学出版社.1993 5 刘迎春等.传感器原理、设计与应用.长沙:国防科技大学出版社,1995 6 金晓明,褚健,王树青.先进控制技术及其应用.中国自动化学会通讯:专家 论坛.2001,113 7 金以慧等.过程控制.北京:清华大学出版社,1993 8 方康玲等.过程控制系统.武汉:武汉理工大学出

23、版社,2002 9 Chen C T.Introduction to Linear Theoery.New York:Holt,Rinehat and Winstom,1970 10 Couch,L. Single a machine control.Upper Ssddle Riber,NJ:Prentice hall,1997 11 周明德.微型计算机硬件、软件及其应用.北京:清华大学出版社,1984 12 蒋金周 全自动洗衣机的PC智能控制 机电一体化 200113 谢克明 夏路易.可编程控制器原理与程序设计 电子工业出版社 199914 万太富、唐仙咏编著.可编程控制器及应用.重庆大学出版社.1994