课程设计（论文）基于单片机的全自动洗衣机设计.doc

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1、绪论洗衣机是一种在家庭中不可缺少的家用电器,发展非常快,而全自动式洗衣机因使用方便更加得到大家的青睐,全自动即进水、洗涤、漂洗、甩干等一系列过程自动完成,控制器通常设有几种洗涤程序,对不同的衣物可选择不同的洗涤方式。近几十年，在工业发达国家，全自动洗衣机制造技术又得到迅速发展，其年总产量及社会普及率均以达到相当高得水平。全自动洗衣机的发展首先表现在洗涤方式发生巨大变化。原先大多侧重于水流的改变、动力的加大。现在，超音波、电解水、臭氧和蒸汽洗涤的运用，使洗衣机的去污能力从单纯依靠洗衣粉、洗涤剂的化学作用和强弱变化的水流机械作用，向更高层次的健康、环保洗涤方式转变，特别是电解水、超音波技术在洗衣机

2、行业的运用几乎改变了洗衣机的历史洗衣不用或少用洗衣粉、洗涤剂，减少化学品对皮肤的损害和对环境的污染。电解水、臭氧、蒸汽的杀菌除味及消毒功能倍受青睐，引发了洗衣机消费健康潮。另一变化就是高度自动化、智能化、人性化。从半自动、全自动到现在流行的人工智能、模糊控制，只需按一下按钮一切搞定！同时，用户可以按照自己的洗衣习惯，自主选择时间和方式，自编和记忆程序让用户真正做到随心所欲。人性化还表现在使用的方便和舒适，如子母分洗洗衣机可以做到不同衣物分开洗；斜桶和顶开滚筒可以做到取放衣物方便不需深弯腰；蒸汽烘干功能使得晾晒更加方便，DD直驱电机在节能降噪方面效果更加突出，等等。业内人士表示，尖端洗涤技术的革

3、新，所表现出的洗衣方式更加注重健康和个性化，已在市场发展中倍受欢迎。目录绪论- 2 -一 全自动洗衣机设计方案- 4 -1.1按键- 4 -1.2洗衣机自检- 4 -1.3显示- 4 -1.4洗衣程序- 4 -二 硬件电路介绍- 5 -2.1CPU选择- 5 -2.2传感器- 5 -2.5显示器- 7 -三 软件设计- 8 -3.1模糊控制方式- 8 -3.2软件流程图及其代码- 9 -心得体会- 29 -参考文献- 30 - 一 全自动洗衣机设计方案本设计实现了对洗衣机整个洗衣过程的控制，包括用户参数输入、洗衣、漂洗、排水和脱水等阶段。控制系统主要由电源电路、数字控制电路和机械控制电路三大模

4、块构成。电源采用三端集成固定稳压器7805提供+5V电源，数字控制电路负责控制洗衣机的工作过程，主要由AT89S51单片机、三位共阴数码管、按键、蜂鸣器、LED指示灯组成；机械控制电路实现传感器检测、电机驱动、进水、排水等功能，主要由水位检测器、电动机、传动系统部件、进水排水电磁阀组成。1.1按键洗衣机面板上有6个按钮K1、K2、K3、K4、K5和K6K1为启动暂停键：按奇数次视为启动，偶数次视为暂停。K2用于洗衣程序选择：按一下选择洗涤，按两下选择漂洗，按三下选择脱水。K3用于洗衣方式选择：按一下选择标准洗方式，按两下选择快速洗方式，按三下选择轻柔洗方式。K4用于水位选择：按一下进水至低水位

5、，按两下进水至中水位，按三下进水至高水位。K5用于时间选择：按一下洗衣时间短，按两下洗衣时间适中，按三下洗衣时间长。1.2洗衣机自检洗衣机上电后，先进行自检，包括检查安全开关，排水阀状态，进水阀工作过程，电机的运转等，若发现异常现象则蜂鸣器响，报警灯亮。1.3显示洗涤、漂洗及脱水时间都通过倒计时的方式显示在3个LED上，依次为分位，秒十位和秒个位，此外，还有发现异常现象时错误信息的显示1.4洗衣程序洗涤过程：通电后，若不选择洗衣周期，则洗衣机从洗涤过程开始。进入洗涤过程，首先进水阀接通，开始向洗衣机供水，当到达要求水位时，进水阀断电关闭，停止进水；电机M接通，带动波轮旋转，形成洗衣水流。电机M

6、是一个正反转电机，可以形成往返水流，有利于洗涤衣物。漂洗过程：与洗涤过程操作相同，只是时间短一些。脱水过程：洗涤或漂洗过程结束后，电机M停止转动，排水阀M接通，开始排水。排水阀动作的同时，电机M也接通，使电机可以带动内桶转动。当水位低到一定值，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。二 硬件电路介绍2.1CPU选择本次设计采用51系列，而51系列的典型产品是8051。8051是一种40引脚双列直播式芯片。它含有4KB可反复烧录及擦除内存和128字节的RAM，有32条可编程控制的I/O线，5个中断发源，指令与MCS-51系列完全兼容。选用它作为核心控制新片，可使电路极大地简化

7、，而且程序的编写及固化也相当方便、灵活。选用它设计制作全自动洗衣机控制电路，该电路的组成相对简单，工作原理清晰，易于理解。图2-189C51引脚图89C51引脚图如图2-1所示2.2传感器本次设计中用到4个传感器，分别为：TS污浊度传感器、温度传感器、负载传感器和水位传感器。其中污浊度、温度和负载传感器输出的都是模拟信号，需要通过A/D转换才能作为单片机的控制信号，而水位传感器本身输出的就是数字信号，所以不需要通过A/D转换，直接可用做单片机的控制信号。1.TS污浊度传感器浑浊度检测传感器(内部原理图如图2-2所示)的主要原理是光电耦合器，而普通的光电耦合器不能有效的检测洗衣机水的浑浊度。光电

8、耦合器的光源必须是红外光才能准确的检测浑浊度。TS浊度传感器是GE公司开发的一种专门用于家电产品的低成本传感器，主要用于洗衣机、洗碗机等产品的水污浊程度的测量。图2-2浊度传感器内部原理图2.温度传感器温度传感器有四种主要类型：热电偶、热敏电阻、电阻温度检测器(RTD)和IC温度传感器下)。IC温度传感器又包括模拟输出和数字输出两种类型。我们常用温度传感器有DS18B20、AD590等，它们都是集成温度传感器。DS18B20输出是数字信号可以直接和单片机相连，而且硬件连接电路少，但需要对其进行复杂的软件编程。本设计我们选用AD590作为温度传感器。AD590比DS18B20精度更高、线性度误差

9、小，且不需要温度报警和复杂的程序编程，非常适合用于洗衣机的温度检测传感器。它的主要特性如下：流过器件的电流（mA）等于器件所处环境的热力学温度（开尔文）度数。AD590的测温范围为-55+150。AD590的电源电压范围为4V30V。电源电压可在4V6V范围变化，电流变化1mA，相当于温度变化1K。AD590可以承受44V正向电压和20V反向电压，因而器件反接也不会被损坏。输出电阻为710MW。精度高。AD590共有I、J、K、L、M五档，其中M档精度最高，在-55+150范围内，非线性误差为0.3。3.负载传感器根据模糊控制要求，负载检测时通过检测电动机的反电动势来实现的，而电动机的反电动势

10、比单片机所用电压大的多，不能直接采样，必须经过隔离。采用线性光电耦合器既能隔离高电压和干扰，又能得到满意的检测信号。4.水位传感器谐振式水位传感器(原理图如图2-5所示),采用了新型的传感原理 ,把水位的高低 ,通过水位传感器直接变成水位与频率的对应关系。衣物的洗净度、水流强度、洗涤时间等参数的检测 ,对模糊控制洗衣机在节水、节能、减少洗涤时间方面起决定性的作用。图2-5水位传感器原理图2.5显示器显示器有LED和LCD两种。LCD(Liquid crystal Display)是液晶显示器英文名称的缩写，液晶显示器是一种被动式的显示器，即液晶本身并不发光，而是利用液晶经过处理后能改变光线通过

11、方向的特征，达到白底黑字或黑底白字显示的目的。LED（Light Emiting Diode）是发光二极管英文名称的缩写。LED显示器是由发光二极管构成的，所以在显示器前面冠以“LED”。本次设计只是显示时间，所以采用LED就可以达到目的了。常用的LED为8段或7段。每一个段对应一个发光二极管。这种显示器有共阳极和共阴极2种。LED显示器有静态显示和动态显示2种方式。LED显示器工作于静态显示方式时，各位的共阴极（共阳极）连接在一起并接地（或+5V）；每位的段码线（a-dp）分别与一个8位的锁存器输出相连。之所以称之为静态显示，是因为各个LED的显示字符一经确定，相应锁存器锁存的段码输出将维持

12、不变，直到送入另一个的段码为止。正因为如此，静态显示器的亮度都较高，但静态现实的缺点是占用口线太多，如果显示器的位数太多，则需要加锁存器，因此一般情况下采用动态显示。LED不同位显示的时间间隔应根据实际情况而定。发光二极管从导通到发光有一定的延时，导通时间太短，则发光太弱，人眼无法看清，但也不能太长，因为要受限于临界闪烁频率，而且时间越长，占用CPU时间也越多，本次设计我们采用1ms延时。寄存器注释R4，R5比较标准值R4高位，R5低位R6，R7A/D转换结果R6高位，R7低位20H衣量多位21H衣量少位22H衣量适中位23H化纤多位24H棉多位27H1s中断标志位2AH1s中断次数30H，3

13、1H洗涤时间32H，33H漂洗时间34H，35H脱水时间36H，37H排水时间38H漂洗次数3AH电机正转时间三 软件设计本次设计是基于模糊控制理论上的全自动洗衣机，模糊控制是利用负载、衣质、浊度、水温等检测所得到信息，进行分段评估计算使其模糊化，再根据模糊规则进行推理，最后根据所激活的规则进行解模糊判决，以决定最适当和明确的水位、洗涤时间、洗涤方式以及脱水时间等。3.1模糊控制方式洗涤量和水量的确定： 如果检测到衣物量很多，则洗涤量多，水位高； 如果检测到衣物量较多，则洗涤量较多，水位适中； 如果检测到衣物量很少，则洗涤量少，水位低。 脱水时间的确定： 如果检测到衣物很多，则脱水时间长； 如

14、果检测到衣物较多，则脱水时间适中； 如果检测到衣物很少，则脱水时间短。洗涤时间的确定： 如果检测到衣物很多，布质以棉布偏多且水温低，则洗衣时间长； 如果检测到衣物较多，布质以化纤偏多且水温偏高，则洗衣时间适中； 如果检测到衣物较少，布质以棉布偏多且水温偏高，则洗衣时间适中； 如果检测到衣物很少，布质以化纤偏多且水温高，则洗衣时间短。 漂洗时间的确定： 如果检测到洗涤水很脏，则漂洗时间长； 如果检测到洗涤水较脏，则漂洗时间适中； 如果检测到洗涤水不脏，则漂洗时间短3BH电机反转时间3CH电机转速3D洗涤量投放时间40H显示分缓存器41H显示秒十缓存器42H显示秒个缓存器44H零水位45H低水位4

15、6H中水位47H高水位48H水位检测值50H启动/暂停键按键次数51H程序键按键次数52H选择键按键次数53H水量键按键次数54H时间键按键次数3.2软件流程图及其代码本次设计是分模块进行编写的，以下就是各模块的流程图及其代码1.主程序流程图如图3-2所示程序代码：MAIN: MOV SP,#60 LCALL ChuShi ；调初始化程序 SETB EA ；CPU允许中断 MOV TMOD,#10H ；设置定时器1方式 MOV 28H,#0AH ；装入定时中断次数LOOP: LCALL XianShi ；调显示子程序 LCALL JianPan ；调键盘扫描子程序 SJMP LOOP 图3-2

16、主程序流程图2.显示子程序流程图如图3-3所示图3-3显示子程序流程图程序代码：XianShi: MOV R0,40H ；置缓冲器指针初值 MOV R2,#01H ；置位选初值 MOV A,R2LD0: MOV DPTR,#7F03H ；位选送8155C口 MOV DPTR,A DEC DPTR DEC DPTR MOV A,R0 ADD A,#0DH ；加偏移量 MOVC A,A+PCDIR1: MOVX DPTR,A ；段码送8155A口 ACALL DL1ms ；调1ms延时 INC R0 MOV A,R2 JB ACC.2,LD1 ；三位都显示完了吗 RL A ；没完，显示位右移 MO

17、V A,R2 AJMP LD0LD0: RETDSEG: DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH DB 7DH,07H,7FH,6FH,77H,7CH DB 39H,5EH,79H,71H,73H,3EH DB 31H,6EH,1CH,23H,40H,03H DB 18H,00DL1ms: MOV R7,02HDL: MOV R6,#0FFHDL6: DJNZ R6,DL6 DJNZ R7,DLLD1: RET图3-4键盘扫描子程序流程图图3-5程序设置子程序流程图3.键盘扫描子程序流程图如图3-4所示程序代码：JianPan: JB P1.0,K2 ；判断是K1键按下吗，不是则

18、转K2 LCALL DL10ms ；调10ms延时消抖 JB P1.0,K2 ；再次读P1.0状态，若仍为0，则K1键确定按下 LCALL PK1 ；调 PK1处理K2: JB P1.1,K3 ；判断是K2键按下吗，不是则转K3 LCALL DL10ms ；调10ms延时消抖JB P1.1,K3 ；再次读P1.0状态，若仍为0，则K2键确定按下LACLL PK2 ；调 PK2处理K3: JB P1.2,K4 ；判断是K3键按下吗，不是则转K4 LCALL DL10ms ；调10ms延时消抖 JB P1.2,K4 ；再次读P1.2状态，若仍为0，则K3键确定按下 LCALL,PK3 ；调PK3处

19、理K4: JB P1.3,K5 ；判断是K4键按下吗，不是则转K5 LCALL DL10ms ；调10ms延时消抖 JB P1.3,K5 ；再次读P1.3状态，若仍为0，则K4键确定按下 LCALL PK4 ；调PK4处理K5: JB P1.4,RETURN ；判断是K5键按下吗，不是则转K6 LCALL DL10ms ；调10ms延时消抖 JB P1.4,RETURN ；在此读P1.4状态，若仍为0，则K4键确定按下 LCALL PK5 ；调PK5处理RETURN: RETPK1: INC 50H ；按键次数加1 MOV A,50H ；判断是奇数次按下吗 MOV B,#2 DIV AB MO

20、V A,B JZ A,ZanTing ；若为偶数次按下，则转暂停状态 LCALL YunZhuan ；若为奇数次按下，则进入运转程序ZanTing: INC 50H ；按键次数加1 MOV A,50H ；判断是奇数次按下吗 MOV B,#2 DIV AB MOV A,B JZ A,ZanTing ；若为偶数次按下，则暂停 LCALL YunZhuan ；若为奇数次按下，则进入运转程序RETURN: RET4.程序设置子程序流程图如图3-5所示程序代码：PK2: INC 51H ；按键次数加1 MOV A,51H CJNZ A,#1,L2 ；是第一次按下吗，不是转L2 LCALL XiDi ；是

21、第一次按下，则调用洗涤子程序L2: CJNZ A,#2,L3 ；是第二次按下吗，不是转L3 LCALL PiaoXi ；是第二次按下，则调用漂洗子程序L3: CJNZ A,#3,RETURN ；是第三次按下吗，不是则返回 LXALL TuoShui ；是第三次按下，则调用脱水子程序RETURN: RET5.洗衣方式选择子程序流程图如图3-6所示程序代码：PK3: INC 52H ；按键次数加1 MOV A,52H ； MOV DPTR,#7F02H CJNE A,#1,L4 ；是第一次按下吗，不是转L4 MOV A,#0EFH ；是第一次按下，则标准洗涤指示灯亮 MOVX DPTR,A MOV

22、 A,52HL4: CJNE A,#2,L5 ；是第二次按下吗，不是转L5 MOV A,#0DFH ；是第二次按下，则快速洗涤指示灯亮 MOVX DPTR,A MOV A,52HL5: CJNE A,#3,RETURN ；是第三次按下吗，不是则返回 MOV A,#0BFH ；是第三次按下，则轻柔洗涤指示灯亮 MOVX DPTR,A图3-6洗衣方式选择子程序流程图图3-7水量设置子程序流程图RETURN: RET6.水量设置子程序流程图如图3-7所示程序代码：PK4: INC 53H ；按键次数加1 MOV A,53H CJNE A,#1,L6 ；是第一次按下吗，不是转L6 MOV 45H, #

23、08H ；是第一次按下，则进水至低水位L6: CJNE A,#2,L7 ；是第二次按下吗，不是转L7 MOV A,46H,#09H ；是第二次按下，则进水至中水位L7: CJNE A,#3,RETUREN ；是第三次按下吗，不是则返回 MOV A,47H,#10H ；是第三次按下，则进水至高水位RETURN: RET7.时间设置子程序流程图如图3-8所示程序代码：PK5: INC 54H ；按键次数加1 MOV A,54H CJNE A,#1,L8 ；是第一次按下吗，不是转L8 MOV 48H,#01H ；是第一次按下，则时间选择5min图3-9A/D转换流程图图3-8时间设置子程序流程图 图

24、3-10自检子程序流程图图3-11运转程序流程图图3-8时间设置子程序流程图 MOV 49H,#2CHL8: CJNE A,#2,L9 ；是第二次按下吗，不是转L9 MOV 48H,#02H ；是第二次按下，则时间选择10min MOV 49H,#58HL9: CJNE A,#3,RETURN ；是第三次按下吗，不是则返回 MOV 48H,#38H ；是第三次按下，则时间选择15min MOV 49H,#40HRETURN: RET8.A/D转换流程图如图3-9所示9.自检子程序流程图如图3-10所示程序代码：ZiJian: MOV DPTR,#7F02H ；自检指示灯亮 MOV A,#0FB

25、H MOVX DPTR,A JB P1.6,BaoJing1 ；读安全开关状态，异常则报警 JB P2.3,BaoJing2 ；读排水阀状态，异常则报警 MOV 45H，#08H ；置低水位值 MOV 47H，#09H ；置高水位值 MOV 44H, #00H ；置零水位值 CLR P2.4 ；开进水阀 LCALL ShuiJian ；调水位检测 MOV A,45HL10: CJNE A,48H,L10 ；到底水位了吗，到了启动电机 CLR P2.0 LACLL ShuiJian MOV A,47HL11: CJNE A,48H,L11 ；到高水位了吗，到了开排水阀 CLR P2.3 LCAL

26、L ShuiJian MOV A,44HL12: CJNE A,48H,L12 ；是零水位吗，是则检测完毕 SETB P2.4 SETB P2.0 SETB P2.3 MOV A,#OFFH MOVX DPTR,ABaooJing1: MOV 40H,#0eH ；显示异常代码 MOV 41H,#0 MOV 42H,#1 CLR P1.7 ；蜂鸣器响，报警灯亮 JB P1.5,BaoJing1 ；判断是否有人为干扰 SETB P1.7BaoJing2: MOV 40H,#0eH ；显示异常代码 MOV 41H,#0 MOV 42H,#2 CLR P1.7 ；蜂鸣器响，报警灯亮 JB P1.5,B

27、aoJing2 ；判断是否有人为干扰 SETB P1.7 RET10.运转程序流程图如图3-11所示程序代码：YunZhuan: LCALL PanDuan ；调判断子程序 JZ LD1 ；为1为全自动 LCALL JianPanLD1: LCALL JianCe LCALL XiDi LCALL PaiShui RETPanDuan: ORL A,51H ；各按键次数相与，为1为全自动图3-12检测子程序流程图 ORL A,52H ORL A,53H ORL A,54H RET11.检测子程序流程图如图3-12所示程序代码：JianCe: MOV 39H,#3 ；电机运转时间3S LCALL

28、 DianJi1 LCALL ShuiLiang LCALL JinShui MOV 39H,#30 ；电机运转时间30S LCALL DianJi1 LCALL YiLiang LCALL ShuiJian LCALL JinShui MOV 39H,#15 ；电机运转时间15S LCALL DianJi1 LCALL ZhiYi LCALL WenDu LCALL ShiJian RETDianJi1: CLR P2.0 ；开电机 SETB TR1 ；开定时器LOOP1: JNB 27H,LOOP1 CLR 27H DEC 39H CJNE 39H,#O,LOOP1 CLR TR0 SET

29、B P2.0 RET12.洗涤量、水量检测子程序流程图如图3-13所示程序代码：ShuiLiang: LCALL ZhuanHuan0 MOV R4,#00H ；标准最大值 MOV R5,#0A0H MOV A,R6 ；与标准最大值比较 CJNE A,#00H,LD2 MOV A,R7 CLR C SUBB A,R5 JNC LD2 MOV R4,#00H ；标准最小值 MOV R5,#05H MOV A,R6 ；与标准最小值比较 CJNE A,#00H,LD3 MOV A,R7 CLR C SUBB A,R5 JC LD3 MOV 46H, ；进水至中水位 MOV 3CH,#10 ；洗涤量投

30、放时间适中 AJMP RETURNLD2: MOV 47H, ；进水至高水位 MOV 3CH,#15 ；洗涤量投放时间长 AJMP RETURNLD3: MOV 45H, ；进水至低水位 MOV 3CH,#5 ；洗涤量投放时间短RETURN: RET13.衣量检测子程序流程图如图3-14所示程序代码：YiLiang: LCALL ZhuanHuan0 MOV R4,#00H ；标准最大值 MOV R5,#0A0H MOV A,R6 ；与标准最大值比较 CJNE A,#00H,LD4 MOV A,R7 CLR C SUBB A,R5 JNC LD4 MOV R4,#0H ；标准最小值 MOV R

31、5,#05H MOV A,R6 ；与标准最小值比较 CJNE A,#00H,LD5 MOV A,R7 CLR C SUBB A,R5 JC LD5 SETB 22H MOV 34H,#01H ；脱水时间适中 MOV 35H,#2CH MOV 80H,#4 ；脱水倒计时暂存 MOV 81H,#5 MOV 82H,#9AJMP: RETURNLD4: SETB 20H MOV 34H,#02H ；脱水时间长 MOV 35H,#58H MOV 80H,#9 MOV 81H,#5 MOV 82H,#9AJMP: RETURNLD5: SETB 21H 图3-13洗涤量、水量检测子程序流程图 MOV 3

32、4H,#00H ；脱水时间短 MOV 35H,#0B4H MOV 80H,#2 MOV 81H,#5 MOV 82H,#9RETURN: RET14.衣质检测子程序流程图如图3-15所示程序代码：YiZhi: MOV A,4AH ；读第一次水位值 CLR C SUBB A,4BH ；读第二次水位值 MOV R5,#O5H CLR C SUBB A,R5 ；两次值相减比较 JNC LD6 SETB 23H AJMP RETURNLD6: SETB 24HRETURN: RET图3-14衣量检测子程序流程图图3-15衣质检测子程序流程图图3-16温度检测子程序流程图15.时间确定子程序流程图如图3

33、-16所示程序代码：WeuDu: LCALL ZhuanHuan1 MOV R4,#00H ；标准最大值 MOV R5,#F0H MOV A,R6 ；与标准最大值比较 CJNE A,#00H,LD7 MOV A,R7 CLR C SUBB A,R5 JNC LD7 MOV R4,#00H ；标准最小值 MOV R5,#0EH MOV A,R6 ；与标准最小值比较 CJNE A,#00H,LD8 MOV A,R7 CLR C SUBB A,R5 JC LD8 SETB 27H ；温度适中位置1图3-17进水子程序流程图 AJMP RETURNLD7: SETB 25H ；温度高位置1 AJMP RETURNLD8: SETB 26H ；温度低位置1RETURN: RET16. 进水子程序流程图如图3-17所示程序代码：JinShui: CLR P2.4 ；开进水阀 LOOP4: LCALL ShuiJian ；调水位检测 MOV A,48H CJNE A,