全自动洗衣机控制系统的设计
第2章 设计方案
在家电全面普及应用的今天洗衣机的控制系统应该具有操作简单、功能完善的特点。作为一款功能完善的洗衣机除了要具有洗净率高、衣物磨损率低的特点外用户还可以根据实际情况设置洗涤时间、漂洗次数、脱水时间这些参数。
2.1 洗衣机控制系统设计思路与原理
基于单片机洗衣机通过控制系统设定洗衣程序在内桶（洗涤脱水桶）自动完成注水、洗涤、漂洗、浸泡、排水和脱水全过程。洗衣时控制系统打开进水电磁阀开始注水；当洗涤脱水桶内的水位达到系统设定值时水位检测器向单片机发送一个低电平通知控制系统关闭进水电磁阀同时启动电机洗衣。电机在系统的控制下进行正转、停、反转通过传动机构带动波轮执行洗涤程序；当洗涤时间终了控制系统切断电机电路打开排水电磁阀开始排水；然后再次注水，洗衣机进入漂洗状态完成漂洗程序（通常为2次漂洗）再注水进行浸泡；浸泡完开始排水同时排水电磁铁的动作带动减速离合器制动臂使离合器棘轮与棘爪分离制动带松开为脱水程序作好准备；排水结束后系统控制电机单方向高速运转完成脱水程序；当脱水程序终了系统控制排水电磁铁和电机断电，排水阀和减速离合器的制动臂复位同时蜂鸣器奏响音乐通知用户整个洗衣程序结束。
2.2 系统设计方案的选择
方案一：
1）硬件组成：AT89CS1单片机、4LS138译码器、交流电动机、两位共阴极数码管、2X2矩阵键盘、蜂鸣器、LED指示灯、水位传感器、洗衣机构架、滚筒及连接线路等。 2）工作原理：以AT89S51单片机为核心设计了洗衣机控制系统。本系统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、脱水和结束演奏四个阶段。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块构成。电源电路为数字控制电路提供稳定的5V直流电压为电动机提供220V市电；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、74LS138译码器、与门、两位共阴数码管、按键、蜂鸣器、LED指示灯组成；机械控制电路实现水位检测、电机驱动、
5
全自动洗衣机控制系统的设计
进水、排水等功能主要有水位检测器、电动机、进水排水电磁阀组成。 3）系统原理图
电 机 单 片 机 主 控 系 统 LED显示 显示灯 水位检测机构 蜂鸣器 电 源 键盘
图2.1 洗衣机整体设计框图一
方案二：
1）硬件组成：可编程控制器（西门子）、按钮、继电器、开关、变频器、交流电动机、进水电磁阀、出水电磁阀等
2）工作原理：以S7-200 PLC为核心设计了洗衣机控制系统。洗衣机的进水排水分别由进水电磁阀和出水电磁阀来执行，洗涤的强弱选择有电动机的正反转来控制，高低水位开关分别检测高、低水位，启动停止按钮实现手动控制洗衣机的启动与停止。 3）系统原理图
6
全自动洗衣机控制系统的设计
图2.2 洗衣机整体设计框图二
2.2 系统设计方案的论证分析
1）单片机，它体积小、质量轻、使用不同的接口电路及编制不同的应用程序就可完成不同的功能；电路设计简单，使用方便，为学习、应用和开发提供了便利条件，且市场价格比较便宜、对于本洗衣机控制系统完全能满足要求。
2）从成本投资来考虑，方案二投资成本大，方案一投资成本低。前者所占用的空间也比后者大
3）方案二是采用向系统输入程序来完成操作要求，可以根据不同的要求编写不同的程序。单片机的编程与PLC的编程，个人觉得前者容易得多，也比较简单。 最终方案确定：鉴于实际情况，经过深入比较，我们选用方案一较为妥当
7
全自动洗衣机控制系统的设计
第3章 硬件设计
3.1洗衣机的整体电路模块
该电路的主要组成部件由AT89S51单片机、74LS138译码器、与门、指示灯、水位检测机构、电动机、蜂鸣器、电控水龙头、LED显示器、以及4只按键组成。水位检测机构由玻璃管、浮子、金属滑杆等组成。玻璃管与洗衣机相连，玻璃管中的水位就是洗衣桶内的水位，在放水或进水的过程中浮子带动金属管上下移动，当水位处于最高点或最低点时金属滑杆都与金属地相连致使引脚INT1处于低电平向CPU申请中断否则INT1被上拉电阻上拉为高电平。74LS138的输入端分别接AT89S51单片机的P1.2、P1.3、P1.4，输出端Y0控制“洗衣剩余时间”指示灯，Y1控制“脱水剩余时间”指示灯，Y2控制“强洗”指示灯，Y3控制“弱洗”指示灯，Y4控制“洗涤次数”指示灯，Y5控制“洗衣定时”指示灯，Y6控制“脱水定时”指示灯。电动机有两个控制端一段控制电机正向运转该端与P1.0相连，另一端控制电机反向运转该端与P1.1相连。电控水龙头共两只一只为进水龙头受P3.0控制，另一只为出水龙头受P3.1控制，当电控水龙头的控制端为“1”时水龙头打开，当电控水龙头的控制端为“0”时水龙头关闭。显示器共有两只P0控制高位显示器，P2控制低位显示器。按键四只分别为“编程选择”、“增”、“减”和“启动键”这四只键组成的2*2键的矩阵式键盘，该键盘使用引脚INT0向CPU申请中断，P3.5和P3.4为该键盘的行输出，P3.6和P3.7为该键盘的列输入。蜂鸣器由P1.7控制,当P1.7输出为“1”时蜂鸣器发声。本系统采用12M的晶体振荡器定时器0和定时器1的初始值设置为每隔100us产生一次中断。
3.2 电源电路
系统电源部分电气原理图如图3-1[2]所示。市电220V 经过变压器T 变压为12V 交流电压 通过4只二极管1N4004 全桥整流 再经过电容C 滤波后得到光滑的直流电压 经过三端稳压7805 稳压后得到稳定的+5V 电压给各器件供电。
8
全自动洗衣机控制系统的设计
图3.1 电源电路图
3.3 数字控制电路
3.3.1 AT89S51单片机主控模块
（1）单片机概述
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。
单片机是现代电子设计中使用最广泛的电子元件。它的价格低廉功能强大体积小性能稳定。目前在各类产品中都能看到单片机的身影如门铃、报警器、玩具以及各类数据采集系统等。
9