基于单片机的洗衣机智能控制系统方案

全自动洗衣机的设计一、设计要求洗衣机的洗涤原理是由模拟人工洗涤衣物发展而来的，即通过翻滚、摩擦、水的冲刷等机械作用以及洗涤剂的表面活化作用，将附着在衣物上的污垢除掉，以达到洗净衣物的目的。

全自动洗衣机是常见的家用电器。

它能够按照预设模式自动地完成衣物的洗涤、漂洗和脱水，也可以单独地进行洗涤、漂洗和脱水操作，这些过程一般按时间进行控制。

通常在给定的模式下，根据衣物多少允许用户设置不同的水位，当洗衣机启动后，上水电磁阀打开注水，当水到达设定的限位时，上水电磁阀断电，注水过程停止，启动电机，即可开始洗衣操作，为了提高洗衣效率，电机一般先正转若干秒，然后再反转若干秒。

另外，每个洗衣机都有容量限制，当洗衣量大于它的额定容量容量时，控制系统报警并且不启动。

本设计要实现的功能有：（1）用户参数的输入：用户根据衣物的数量和质地确定洗涤时间、漂洗次数、脱水时间，然后通过按键输入具体的参数。

（2）参数和时间的显示：灵活地运用数码显示管会带来许多方便，它可以用来显示用户实时所处的洗衣功能状态以及所剩时间。

（3）实时控制的实现：单片机在获取了用户输入的参数后，对其进行分析处理，然后按照计算结果对洗衣过程进行实时控制。

（4）水位检测的实现：水位的高低影响着整个洗衣过程的进行，因此需要水位检测器将水位的变化发送给单片机，单片机根据水位的情况确定下一步应该做什么。

（5）洗衣过程的实现：一般的洗衣过程包括注水、洗涤、漂洗、排水和脱水这些步骤。

在洗衣过程中，系统主要控制进水电磁阀、排水电磁阀的打开和关闭，电机的正转、反转和停止。

（6）洗衣完毕的通知：当洗衣过程结束后，蜂鸣器就报警通知用户洗衣完毕。

二、设计分析本设计在设计洗衣机的控制系统时，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。

具有如下基本功能。

（1）不同模式时的弱强洗涤功能。

要求强洗时正反转驱动时间各为4S，间歇时间为2S；弱洗时正反转驱动时间各为3S，间歇时间为2S。

（2）6种洗衣工作程序，即标准程序，轻柔洗衣，快洗，单次洗衣，单漂和脱水程序。

标准程序是进水—洗涤—排水--脱水，如此循环3次，具体是第一循环为洗涤，时间为15min,中间洗涤为5min.排水时间采用动态检测，脱水时间第一二次为2 min的短脱水，下来是调漂洗程序。

最后为5min的长脱水.轻柔程序与标准程序一样，只是采用弱洗洗涤，循环同样为三次。

快洗同标准差不多，只不过洗涤6min，循环2次；单洗程序是进水—洗涤（15 min)—结束（留水不排不脱）。

单漂为进水—洗涤（10s)—排水如此循环3次；单脱程序是脱水（5min）—结束，时间确定与上述程序相应环节相同。

（3）进水系统故障自动诊断功能。

洗衣机在进水过程中，若超过预定的水位，就说明进水有故障，系统自动调整到预定水位。

（4）脱水期间安全保护和防振动功能。

洗衣机脱水期间，若打开机盖时，洗衣机就会自动停止脱水操作。

脱水期间，如果出现衣物缠绕引起脱水桶重心偏移而不平衡，洗衣机也会自动停止脱水，以免振动过大，发出警报待人工处理后恢复工作。

（5）间歇驱动方式。

洗涤期间采取间歇驱动方式，以便节能。

本系统要求正反转之间停2s，间歇期间靠惯性力使洗衣桶桶保持旋转。

（6）声光显示功能。

洗衣机各种工作方式的选择和各种工作状态均有声光提示和显示。

（8）过容保护功能：洗衣机在启动前若过容则报警提醒用户解决，待解决后才能启动洗衣。

三、硬件设计1、总体方案本设计以MCS-51单片机为核心，设计由电源、数字控制电路和机械控制电路三大模块构成的控制系统，实现对洗衣机整个洗衣过程的控制。

洗衣过程主要包括洗涤过程、漂洗过程、脱水过程。

根据洗衣过程的要求，控制程序设计主要包括主程序、内部定时中断服务程序、外部服务中断程序的设计。

根据设计要求，其基本系统组成框图如3.1所示。

2、器件及原理简介采用51系列单片机作为控制核心，主要包括电源部分、功能设置及控制电路、洗衣机状态显示及输出控制电路。

主要组成部件有：单片机、74LS138译码器、指示灯、LED显示器、电动机、蜂鸣器、电磁阀以及按键等。

根据洗衣机的基本功能，硬件电路设计需要考虑洗衣机的进水、洗涤、漂洗、排水、脱水等问题，及时间设定长短、工作时间或剩余时间的显示、工作过程中的暂停、启动、复位、洗完后的报警等问题。

通过单片机的P0口连接数码管发送段码，P2.4~P7口通过三极管扩大电流去控制数码管的位，显示时采用动态扫描方式，轮流循环扫描。

通过P1.6口连接蜂鸣器实现报警电路。

通过P1.0~P1.5口作为按键输入，并通过二极管连接到单片机的中断入口引脚，当有键按下，就会产生中断，执行相关按键的功能。

图3.1 系统组成框图四、软件设计单片机应用系统的软件设计是系统设计中最基本而且工作量较大的任务。

与系统机上操作系统支持下的纯软件不同，单片机的软件设计是在裸机的条件下进行的，而且随应用系统的不同而不同。

在软件中一般需考虑以下几个方面：1）根据要求确定软件的具体任务细节，然后确定合理的软件结构。

一般系统软件的主程序和若干个子程序及中断服务程序组成，详细划分主程序、子程序和中断服务程序的具体任务，确定各个中断的优先级。

主程序是一个顺序执行的无限循环的程序,不停地顺序查询各种软件标志，以完成对事务的处理。

在子程序和中断服务程序中,要考虑现场的保护和恢复，以及它们和主程序之间的信息交换方法。

2）程序的结构用模块化结构，即把监控程序分解为若干个功能相对独立的较小的程序模块分别设计，以便于调试。

具体设计时可采用自底向上或自顶向下的方法。

3）在进行程序设计时,先根据问题的定义描述出各个输入变量和输出变量之间的数学关系，即建立数学模型,然后绘制流程图，再根据流程图用汇编语言进行具体程序的编写。

4）在程序设计完成后，利用相应的开发工具和软件进行程序的汇编，生成程序的机器码。

本设计中系统软件是采用C51编写的.在研制单片机应用系统时，汇编语言是一种常用的软件工具，具有简单的语法结构和强大的处理功能，具有运行速度快、编译效率高，移植性好和可读性强等多种优点，可以实现对系统便件的直接操作。

用C语言来编写目标系统软件，可以大大缩短开发周期，且明显地增加软件的可读性，便于改进和扩充，从而开发出大规模、高性能的应用系统。

1 、主程序设计系统的主程序设计主要完成系统初始化、中断优先级设定，以及调用其它各模块程序，即主要实现各模块程序的链接。

系统上电复位初始化后，首先进行系统初始化，包括中断的选择及设置，定时器的选择，定时时间，及其相关设置，初始化后，单片机进入主程序，在这“主程序”中不停的循环运行，除非有其它中断。

主程序流程图如图3.1所示。

图3.1 软件主流程图2、水位检测程序设计水位检测程序的原理是在洗衣机水箱中的适当高度放置两个水位检测器，当水位达到某一高度时，相应的水位探测器的开关接通，把电信号送入单片机的I/O口，经过单片机的处理，可以得到已经加好水或水放完，可以开始以下操作。

本设计用单片机P2.2~P2.3接口接两个水位传感器，在自动模式下，当水位到达某个传感器时，相应的传感器输出一个低电平到单片机的引脚，单片机通过引脚的电平高低来判断水位的高低。

基本流程是当最低点和最高点的两个检测点都显示低电平时说明洗衣机已经放满水；当检测到最高点从低电平变为高电平，经过一段时间后最低点也由低电平变为高电平时说明此时洗衣机放水完毕。

3、洗涤程序设计启动开关，进水阀通电，向洗衣机供水，当供水达到预定水位时，水位开关接通，进水阀断电关闭，停止供水。

洗涤电动机接通电源，带动波轮或桶旋转，产生各种形式的水流搅动衣物进行洗涤。

通过电动机不停的正转、停、反转、反复循环，形成洗涤水对洗涤物产生强烈的翻滚作用。

程序流程图如图4.2所示。

洗衣开始电机正转10S电机停转，延时电机反转10SN剩余时间=0？Y洗涤结束图4.2 洗涤过程程序流程图4、脱水、漂洗程序设计脱水前先打开排水阀排水，然后启动电动机脱水，并保持排水阀开启，然后停止脱水。

接着判断漂洗次数的值，若次数变为0则洗衣结束，开蜂鸣器提醒洗衣结束，系统返回初始待命状态，若次数不为0，则再次执行进水操作，进入下一循环。

程序流程图如图4.3所示：5、显示程序设计在本系统的设计中作为人机对话的一个重要部分就是显示器，本设计要显示定时时间，洗涤时间，还有其它指示灯的状态显示，为了节省单片机的I/O 口，把8个状态指示灯按照数码管的方式连接，即8个状态指示灯相当于一个数码管，这样硬件电路中相当于使用四位共阳LED 作为系统的显示器。

数码管要正常显示，就要用驱动电路来驱动数码管的各个段码，从而显示出我们要的数字，因此根据数码管的驱动方式的不同，可以分为静态式和动态式两类。

图 4.3脱水、漂洗程序流程图 N漂洗脱水开始开进水阀，漂洗结束 开排水阀，脱水开蜂鸣器，报警 关排水阀漂洗次数=0？Y静态显示驱动：静态驱动也称直流驱动。

静态驱动是指每个数码管的每一个段码都由一个单片机的I/O端口进行驱动，或者使用如BCD码为十进制译码器译码进行驱动。

静态驱动的优点是编程简单，显示亮度高，缺点是占用I/O 端口多。

动态显示驱动：数码管动态显示接口是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一，动态驱动是将所有数码管的8个显示笔划“a，b，c，d，e，f，g，dp”的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极COM增加位选通控制电路，位选通由各自独立的I/O线控制，当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，但究竟是那个数码管会显示出字形，取决于单片机对位选通COM 端电路的控制，所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。

通过分时轮流控制各个数码管的的COM 端，就使各个数码管轮流受控显示，这就是动态驱动。

系统定期的扫描每个数码管，借助于人的视觉残留效应，使的数字得以正确显示，显示电路采用数码管动态扫描电路，占用单片机I/O口资源少，显示电路成本比较低，与静态扫描电路相比较，电路简单，成本低。