简单全自动洗衣机控制系统分解

单片机系统

课程设计课程设计名称：基于89C51的全自动洗衣机控制系统

单片机系统课程设计任务书

目录

1 引言 (4)

2 总体方案设计 (5)

2.1硬件组成 (5)

2.2 方案论证 (6)

2.3 总体方案 (7)

3 硬件电路设计 (8)

3.1 单片机及其外围电路 (8)

3.2 显示电路 (9)

3.3 执行电路 (10)

4 系统软件设计 (12)

4.1 主程序设计 (12)

4.2 中断服务程序设计 (13)

4.3 部分主要子程序的设计 (14)

5 系统调试与总结 (17)

5.1 系统功能测试 (17)

5.2 技术指标测试 (18)

5.3总结 (18)

参考文献 (19)

附录A 系统原理图 (20)

附录B 源程序 (21)

1 引言

洗衣机是人们日常生活中常见的一种家电，已经成为人们生活中不可缺少的家用电器。随着社会的发展，洗衣机正朝着智能化、水流方式多样化、洗衣方式创新化、设计更趋人性化四大特征方向发展。传统的电气控制已经不能满足现状的要求了。智能化的控制取代了传统的工业控制已是大势所趋了。

随着先进科学技术发展，应用于洗衣机上的技术越来越成熟，洗衣机的发展也越来越快，将来的洗衣机主要主要朝以下几个方面发展：

（1）高度智能化；

（2）人性化；

（3）节水节能；

（4）大容量和微型化；

本次设计主要采用单片机原理及其接口技术来设计全自动洗衣机控制系统，跟传统的洗衣机相比更具有智能，实时监控，人性化的功能。本系统最大的优点集中体现在：实现功能齐全、外围电路简单、时间计算精确以及可维护方便等。具有可靠性高、安全性好、开发价值高等一系列优点。

如图1.1所示，全自动洗衣机包括启动按钮、进水口、控制器、洗涤桶、波盘、排水口、洗涤电机等组成。当洗涤衣服时，按下启动按钮，由单片机控制进水泵从进水口进水，进水五分钟后，由单片机控制进水泵停止工作；然后由单片机控制洗涤电机转动进行洗涤，洗涤二十分钟后，单片机控制洗涤电机停止工作；接着，单片机控制排水泵开始工作，使洗涤衣物后的污水从排水口排出，排水五分钟后关闭排水泵，洗涤结束。

图1.1 全自动洗衣机外型图

全自动洗衣机控制要求是能实现自动进水、洗涤、排水和实时显示洗衣机的工作状态及其该状态的工作时间的控制要求。

⑴按下启动按扭，开始进水，进水泵工作五分钟后自动停止工作，开始洗涤

⑵洗涤时，洗涤电机开始工作，带动波盘旋转进行洗涤

⑶如此洗涤电机工作二十分钟后，停止工作，开始排水

⑷排水时，启动排水泵，排水五分钟后关闭排水泵，洗涤结束

⑸另外，洗衣机工作时，有五位LED实时显示洗衣机的工作状态及其该状态的工作时间

2 总体方案设计

2.1硬件组成

按照全自动洗衣机对控制系统的技术要求，控制系统的硬件应包括以下几部分：

（1）单片机。作为控制系统的核心，在洗涤衣物时，由启动按钮给单片机一相应脉冲使单片机按照设定好的程序控制进水泵、洗涤电机、排水泵的启停，依次完成进水、洗涤、排水和实时显示的功能。

（2）启动按钮。给单片机一相应脉冲，使全自动洗衣机开始工作。

（3）进水泵。控制器输出的控制信号启动进水泵，向洗衣机中进水。

（4）洗涤电机。控制器输出的控制信号启动洗涤电机，从而带动波盘旋转，进行洗涤。

（5）排水泵。控制器输出的控制信号启动排水泵，排除洗衣机中的水。

（6）显示器。从单片机中输出相应的数据传输到显示单元，从而显示出当前的工作状态及其工作时间。

硬件方框图如图2.1所示。

图2.1 硬件方框图

2.2 方案论证

（1）控制器

控制器的选择是确定整个系统硬件方案的关键，它关系到其它几个部分方案的确定，对于全自动洗衣机，控制器的可选方案有以下三种：

①采用工业控制计算机。工业控制计算机是专门为工业现场的自动控制而设计的计算机，其主要特点是与个人计算机兼容，具有友好的人机界面和丰富的应用软件，能较好的适应高温、严寒、震动、粉尘、潮湿以及具有较强电磁干扰等场合的工业现场的应用。但价格较贵，也不适合用于野外建筑施工现场，且一般要求操作者应具有一定的计算机专业知识。

②采用PLC。PLC是一种专门为在工业环境下的应用而设计的专用计算机。其特点是抗干扰能力强，具有很高的可靠性高；各种接口配套齐全，功能完善，适用性强。采用PLC构成的控制系统的工作量小，维护方便，适合于野外使用，但价格昂贵[21]。

③采用MCU。MCU也是针对工业控制而推出的单片计算机，其最大特点是价格低廉、体积小、重量轻，适合于嵌入式的应用。但采用MCU构成控制系统，

硬件电路需要自行设计，工作量大，如果电路设计或PCB设计不合理抗干扰能力差，难以保证可靠工作。

全自动洗衣机机作为一种常用的家用电器，本身价值不高，更要求控制系统具有较好的性价比，经上述分析比较，确定采用MCU作为控制器。

（2）启动按钮

由于只需要简单的启动全自动洗衣机，只需要简单的独立按键就行了。

（3）进水泵和排水泵

水泵的标准所牵涉的产品种类也非常多，有离心泵、计量泵、螺杆泵、往复泵、水轮泵、潜水泵、油泵、清水泵、试压泵、旋涡泵、低温泵、真空泵、罗茨泵、分子泵、齿轮泵、泥浆泵、耐腐蚀泵、深井泵、水环泵、混流泵、轴流泵、锅炉给水泵、液下泵、注水泵、化工流程泵、不堵式泵、无泄漏泵、塑料泵、消防泵等等，还有很多。

离心泵已经有很长的使用历史，用途广泛，使用面广，所以全自动洗衣机就采用离心泵。

（4）显示器。

显示器主要有以下几种形式：

①CRT显示器：显示信息量大，操作方便，显示界面友好，但价格高，适用于采用工控机作控制器的场合。

②工业人机界面（触摸屏）：和CRT显示器一样，具有显示信息量大，操作方便，显示界面友好，适合恶劣的工业环境使用等特点，但价格更高，一般与PLC 配套使用。

③LED或LCD数码显示器：价格低廉、体积小是其最大优点，应用于以MCU 为控制器的系统中较合适。

考虑价格及系统构成等因素，显示器采用LED数码显示器。

2.3 总体方案

按照上述方案论证的结果，全自动洗衣机控制系统的总体方案框图如图2.2所示。

图2.2中，启动按钮发出启动信号，使单片机发出信号给继电器控制电路，启动进水泵开始工作，当进水泵工作一段时间之后，单片机发出另一控制信号使进水泵停止工作，按照同样方法依次启动洗涤电机、排水泵，工作一段时间后，

再停止工作。在这一过程中LED显示器始终在工作中，实时显示全自动洗衣机的工作状态以及该工作状态的工作时间。

图2.3 总体方案框图

3 硬件电路设计

3.1 单片机及其外围电路

微控制器采用AT89C51。AT89C51是美国ATMEL公司生产的与MCS-51系列单片机完全兼容的高性能CMOS 8位单片机，MCS-51系列单片机以其推出时间早、配套资源丰富、开发手段完善、性价比高等特点而得到了广泛的应用，是单片机的主流品种。

AT89C51的内部资源主要包括：

·高性能8位CPU；

·4K字节可重复编程的Flash存储器；

·128字节的SRAM；

·4个8位的并行口，共32条I/O口线；

·2个16位的定时器/计数器；

·5个中断源，2个中断优先级的中断系统；

·一个全双工的串行口；

·内部振荡器。

图3.1 89C51外形图

AT89C51的外围电路主要包括控制电路、显示驱动电路、执行电路等。

整个电路只有一个启动键，当按下启动键即启动P1.0口程序自动执行进水——洗涤——排水的三个过程（即全自动过程）。

3.2显示电路

（1）执行时间显示电路

为了更加人性化的设计全自动洗衣机, 在本次设计中,加入了洗衣时间的显示,本设计模块是用单片机来控制数码管显示时间的,在洗衣机开始工作起,单片

机就开始通电,数码管开始显示数字０,并正序计时，时间是通过汇编程序语言程序来控制的。每一个阶段显示的时间都是该阶段进行了多长时间。显示电路图如图3.2。

显示电路是有芯片74ls373驱动，数码管显示时间分与秒。74ls373是一个八Ｄ锁存器，它的输出端O0~O7 可直接与总线相连。当三态允许控制端OE 为低电平时，O0~O7 为正常逻辑状态，可用来驱动负载或总线。当OE 为高电平时，O0~O7 呈高阻态，即不驱动总线，也不为总线的负载，但锁存器内部的逻辑操作不受影响。当锁存允许端LE 为高电平时，O 随数据D 而变。当LE 为低电平时，O 被锁存在已建立的数据电平。当LE 端施密特触发器的输入滞后作用，使交流和直流噪声抗扰度被改善400mV。

引出端符号：

D0～D7 数据输入端

OE 三态允许控制端（低电平有效）

LE 锁存允许端

O0~O7 输出端

真值表如表3.1所示，

表3.1 74LS373的真值表

图3.2 数码管显示电路

显示电路模块共使用两块74ls373芯片，一片驱动数码管段码，另一片作为片选芯片使用同时与74ls245反相驱动器相连。

（2）执行步骤显示电路

执行不知显示电路是显示洗衣机在执行那一过程，此步骤人性化设计，让用户能够明白洗衣机的工作到那一阶段，同时间显示一样此行是电路也有74ls374芯片驱动动态显示

3.3执行电路

执行电路是有P1.1、P1.2与P1.3三个输出口执行，执行器件为三个继电器分别控制着进水泵、电动机、出水泵等三个环节。程序开始时CPU会给一信号，使继电器1启动，开始进水；进水5分钟后，进水停止，同时继电器2开始工作，

电动机开始旋转，衣服洗涤开始；洗涤进行20分钟后，CPU会停止电动机工作同时输出一信号给P1.3口，使继电器3开始工作排水开始。电路图如图3.3。

继电器简介

继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路），通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。电磁式继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）吸合。这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。对于继电器的“常开、常闭”触点，可以这样来区分：继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点，称为“常开触点”；处于接通状态的静触点称为“常闭触点”。

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图3.3 执行电路

4 系统软件设计

系统软件分为主程序、中断服务程序和子程序三部分。

4.1 主程序设计

主程序是系统上电后首先要执行的程序，主程序主要完成系统的初始化、扫描显示、扫描按键等工作。

图4.1 主程序流程图

按照上述分析，主程序流程图如图4.1所示。

系统上电后，首先设置堆栈，然后设置T0位定时方式，工作于方式1，设置允许定时器T0中断，设置T0定时100ms的初始值。判断启动键有没有按下，如果没有按下，等待启动键按下；如果按下，启动进水泵，启动定时器T0。判断洗衣机工作是否完成，如果没有完成，扫描显示，循环判断洗衣机是否完成工作；如果完成工作，关闭定时器，跳转到判断启动键是否按下那一步。

4.2 中断服务程序设计

从主程序的设计可以知道：定时器T0定义为方式1定时方式，用于100ms 时间定时。CPU只允许定时器T0溢出中断。

当定时器T0定时100ms时，定时T0溢出中断，执行中断服务程序。显示缓冲区中所存内容的含义，如表4.2所示。

表4.2 显示缓冲区中所存内容的含义

如图4.2所示，执行中断服务程序是，首先要保护现场，之后重置定时100ms 的初始常数。判断进水泵是否工作了五分钟，如果没有，恢复现场，中断返回；如果已经工作了五分钟，则关闭进水泵，同时启动洗涤电机。之后判读洗涤电机是否工作二十分钟，如果没工作了二十分钟，恢复现场，中断返回；如果工作了二十分钟，则关闭洗涤电机，同时启动排水泵。再次判断排水泵的工作时间，如果没有工作五分钟，恢复现场，中断返回；如果工作了五分钟，则关闭排水泵，恢复现场，中断返回。

图4.2 中断服务程序流程图4.3 部分主要子程序的设计

系统主要子程序包括显示子程序、键扫描子程序。

（1）显示子程序的设计

图4.3显示子程序流程图

图3.2中，显示器共有5个LED数码管，从左到右分别编号位LED1、LED2、LED3、LED4、LED5。其段选口的地址是0BFFFH，位选口的地址是7FFFH。分配AT89C51内部RAM 50H～54H共5个单元作显示缓冲区，显示缓冲区与LED的对应关系列于表4.1。

表4.1 显示缓冲区与LED的对应关系

系统采用共阴极LED，利用程序译码。显示子程序流程图如图4.3所示。

图4.3中，R1用于LED显示缓冲区的指针，初始化为指向第1组LED显示缓冲区的首地址50H。

R2用于存放位选码，设计为从最低位开始扫描，因此R2赋初值0FEH。R5用于扫描位数计数单元，因每组LED有5个，故初始化为05H。

在循环体内，首先将将存于R2中的位选码从位选输出口（口地址为7FFFH）输出。之后显示缓冲区指针R1指向单元的待显示内容的代码读出，通过查表方式将代码译码为显示段码，从与第LED段选端相连接的输出口（口地址为0BFFFH）输出。然后修改指针指向下一位LED对应显示缓冲区单元，修改位选码以便选通下一位LED。5位显示全部扫描完成后返回。

延时1ms是为了适应视觉暂留效应，既保证动态扫描显示在视觉上不闪烁，又可以提高显示的亮度。

（2）键盘扫描程序：

启动按键一端与P1.0相连，另一端接地。如果P1.0位高电平，循环等待；当P1.0位跳变位低电平时，延时20ms去除抖动。再次判断P1.0是否位低电平，如果不是低电平返回到键盘扫描程序的开始位置，如果是低电平，子程序返回。

图4.4按键扫描子程序

5 系统调试与总结

该系以及控制系统设计完成后，在实验室进行了系统功能测试和技术指标测试。

5.1 系统功能测试

系统上电后，显示正常，进行了以下测试。

1.启动键功能测试。

2.进水阶段测试。

3.洗涤阶段测试。

4.排水阶段测试。

5.动态显示功能测试。

6.复位键功能测试。

上述测试结果与预期相符。

5.2 技术指标测试

硬件电路测试

硬件电路采用WA VE单片机实验箱上实验电路模块，使用的模块有单片机模块、单脉冲低电平触发模块、继电器、数码管显示模块。需要连接的线路就是继电器（有LED灯代替）的控制与单脉冲启动电路。

硬件接好后，在电脑上输入程序，下载到实验模块的单片机里面，点击全速运行后，在设定的时间内LED亮灯，说明运行正常。

5.3 总结

经过两周的奋战，课程设计也接近了尾声。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。

在此要感谢我们的指导老师对我们悉心的照顾，感谢老师给我们的帮助。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，使我终身受益。

参考文献

[1]张迎新等《单片微型计算机原理、应用及接口技术》（第2版）国防工业

出版社

[2]夏路易石宗义《电路原理图与电路板设计教程Protel99SE》北京希望电

子出版社

[3]邱关源《电路》（第五版）高等教育出版社

[4]阎石《数字电子技术基础》（第五版）高等教育出版社

[5]康华光《电子技术基础模拟部分》（第五版）高等教育出版社

附录A 系统原理图