（毕业论文 字数：17725 页数：38）摘 要：随着数字技术的快速发展，数字技术被广泛应用于智能控制的领域中。单片机以体积小、功能全、价格低廉、开发方便的优势得到了许多电子系统设计者的青睐，它适合于实时控制，可构成工业控制器、智能仪表、智能接口、智能武器装置以及通用测控单元等。
本文以AT89S51单片机为核心，设计了全自动洗衣机控制系统。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、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、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。
本系统的电路并不复杂，给AT89S51单片机载入软件程序后，能够实现全自动洗衣机的基本功能。虽然不能与电器市场上的洗衣机控制系统媲美，但也具有一定的实用性。

关键词：单片机,全自动洗衣机,实时控制,控制系统

ABSTRACT ：With its rapid development, digital technology is widely used in the field of control system. Single chip microcontroller is favored by many electronic system designers for its smallness, full function, low price and easy application. It’s pretty fit for real-time control as a core in industrial controller, intelligent apparatus, intelligent interface, intelligent weapon device, universal measure control unit, etc..
This article designs a full-automatic washing machine control system with AT89S51 as core. This system realizes whole working course of full-automatic washing machine, including four parts: user parameter input, wash, dehydrate and ending music play. Hardware system is made up of three modules: power supply circuit, digital control circuit and machine control circuit. Power supply circuit provides steady DC 5V voltage for digital control circuit and AC 220V for motor. Digital control circuit takes charge of controlling the working course. it consists of AT89S51, double-figured common-cathoded numeral display, buttons, buzzer, LEDs. Machine control circuit realizes the functions of water level detect, motor driven, water import and export, it consists of water level detector, motor, transmission system components and penstocks.
After downloading the program to AT89S51, this circuit can realize basic functions of full-automatic washing machine. It seems hard for this control system to compare with perfect ones in the electrical appliance market, but it has certain practicability.

KEYWORDS: SCM; Full-automatic washing machine; Realtime control; Control system

目 录

摘 要 I
ABSTRACT II
1 绪论 1
1.1 本课题的研究目的和意义 1
1.2 洗衣机的发展和分类 1
1.3 洗衣机的基本工作原理 3
2 设计方案 4
2.1 控制系统的功能 4
2.2 系统的设计方案 5
3 硬件设计 6
3.1 电源电路 7
3.2 数字控制电路 8
3.2.1 AT89S51单片机主控模块 8
3.2.2 数码管显示模块 12
3.2.3 按键输入模块 13
3.2.4 蜂鸣器报警模块 15
3.2.5 LED指示模块 17
3.3 机械控制电路 17
3.3.1 水位检测器 17
3.3.2 电动机 18
3.3.3 传动系统部件 19
3.3.4 进水/排水电磁阀 20
4 软件设计 21
4.1 用户参数输入程序 22
4.2 洗衣机工作程序 23
4.3 定时器T0溢出中断服务程序 23
4.4 定时器T1溢出中断服务程序 24
4.5 动态扫描显示程序 25
4.6 按键输入获取程序 26
5 实物的制作及调试 27
5.1 实物的制作 27
5.2 控制系统的调试 28
6 设计总结 29
鸣 谢 30
参考文献 31
附 录 32



1 绪论
1.1 本课题的研究目的和意义
在数字技术风行的今天，大多数的家用电器实现了数字化控制。作为一个价廉物美的微处理器，单片机被广泛应用在各种数字系统中。基于单片机的全自动洗衣机控制系统是单片机应用的一个典型例子。
洗衣机是现代人必备的日常生活家电，它的发明和应用使人们的洗衣工作变得省时又省力，很好地缓解了人们在家务劳动方面的压力。而在家电市场竞争日益激烈和利润下降的今天，各大家电生产厂商均致力于开发出能满足用户各种要求的智能家电产品，并努力降低生产成本以增强竞争力。作为家电市场中的重要成员，全自动洗衣机的市场竞争更是趋于白炽化。
对基于单片机的全自动洗衣机控制系统设计进行深入研究，可使我们掌握全自动洗衣机这种重要家电的工作原理和控制系统，进一步了解单片机在不同领域的应用方法，学会维修全自动洗衣机的基本技术，同时也为将来从事电子信息行业打下一定基础，所以本题课具有重大的意义。

1.2 洗衣机的发展和分类
自19世纪中叶，美国人史密斯研制出世界上首台洗衣机至今，洗衣机的发展已经历了一个多世纪。1910年世界上第一台电动洗衣机问世，标志着人类家务劳动自动化的开始。1922年世界上第一台搅拌式洗衣机在美国诞生。1937年世界上第一台全自动滚筒式洗衣机投放市场。1957年三洋公司推出世界上第一台涡流式波轮洗衣机。从此，确立了搅拌式、滚筒式和波轮式三种工作方式洗衣机三足鼎立天下的局面。
20世纪60年代以后，洗衣机在一些发达国家的普及率迅速上升。70年代，日本生产出波轮式套桶全自动洗衣机。70年代后期，日本又生产出微电脑控制型波轮式套桶全自动洗衣机。80年代后，“模糊控制”开始应用于洗衣机，生产出智能型模糊控制洗衣机，使洗衣机的功能更加完善，其洗衣程序更随人意，其使用操作更简单化。进入90年代，由于电机调速技术的提高，实现了洗衣机宽范围大调速比的转速变换与调节，诞生了各种新水流洗衣机。20世纪末到21世纪初，变频洗衣机问世，使洗衣机的功能更具人性化，实现了真正意义上的智能化控制。
在中国，洗衣机工业起步于20世纪70年代后期，当时洗衣机工业发展缓慢。进入全面改革开放的80年代，经济的发展，人民生活水平的提高，使洗衣机进入家庭的速度加快。1981年以前，国产洗衣机以波轮单桶洗衣机为主。1982年以后，才先后生产出波轮式双桶洗衣机、滚筒洗衣机、波轮式全自动洗衣机、超薄型滚筒洗衣机、变频洗衣机和搅拌式洗衣机，形成了较为完善的洗衣机开发生产体系[1]。
从20世纪90年代末期我国的洗衣机的总质量水平呈下降趋势[2]，1997年、1998年、1999年的国家质量抽查的合格率均为96%以上，2002年、2003年的合格率分别为82%、81%，而不合格项目80%以上为产品性能不合格，所以说目前我国家用电动洗衣机产品的整体质量只相当于国外20世纪90年代的水平[3]，本来与外国先进水平缩小的差距又拉大了。

洗衣机的种类可以按自动化程度、洗涤方式和结构形式三方面来划分,下面介绍按自动化程度和结构形式划分的情况。
（1）按自动化程度划分
普通型洗衣机：指洗涤、漂洗和脱水三个功能，都需要人工进行转换才能完成的机型。
半自动型洗衣机：指洗涤、漂洗和脱水三个功能中的任意两个功能之间的转换，不需要人工协助就能自动完成的机型。
全自动型洗衣机：指洗涤、漂洗和脱水三个功能之间的转换，均不需要人工协助就能自动完成的机型。
（2）按结构形式划分[4][5]
①波轮式洗衣机
普通水流波轮式洗衣机的特点：波轮式洗衣机设有一个立式洗涤桶，在洗涤桶的底部装有波轮。在电动机的驱动下，波轮作间歇性正、反向运转，使桶内洗涤液形成涡流，故又名涡流式洗衣机。
这种洗衣机具有结构简单、洗涤时间短、洗净率高以及重量轻等优点，在亚洲等发展中国家普及率较高。
普通水流波轮式洗衣机的最大特点和最大缺点都是涡卷水流，这种水流容易造成衣物缠绕在一起，影响洗涤的均匀性，磨损率也较高。
②滚筒式洗衣机
滚筒式洗衣机为套桶结构，内桶是圆柱形卧置的滚筒，筒壁设有3～4条凸棱，筒壁开有许多小孔，滚筒一般是由不锈钢材料制成，筒上设有一可开启的弧形盖，洗涤物由此放入洗涤筒。
在洗涤过程中，电动机带动转筒以50～60r/min的低速运转，由凸棱不断将浸沉在洗涤液中的衣物捞起，当滚筒运转带动衣物达到一定高度时，衣物在自身重力的作用下摔落回洗涤液中。如此循环，其洗涤动作与原理同人工洗涤衣物相似。
滚筒洗衣机的洗涤容量大，洗涤动作比较柔和，对衣物的磨损和缠绕小。但洗涤时间长，洗净率低，耗电量大，结构复杂，售价高，因此它在欧洲国家的应用较为普遍。
③搅拌式洗衣机
搅拌式洗衣机是在立式洗涤桶的正中央设置一根垂直立轴，在轴上有搅拌翼（摆动叶）。电机通过传动装置带动搅拌翼作180°的正反摆动，约每分钟摆动40～50次。衣物在洗涤液中不断被搅动，从而达到洗涤目的。
搅拌式洗衣机的洗涤容量大，洗涤均匀性好，衣物磨搞和缠绕低；但洗涤时间长，结构复杂，售价高。搅拌式洗衣机以美国为主要生产使用国家，所以被称为美国式洗衣机。

1.3 洗衣机的基本工作原理
洗衣机的洗涤原理[4]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。
现今，大多数的全自动洗衣机都使用以单片机为核心的控制电路来控制电动机、数码显示管、进水阀、排水阀及蜂鸣器的电压输出，使洗衣机根据程序运转。
而在设计全自动洗衣机的控制系统时，要把握好洗涤、漂洗和脱水的时间：
（1）洗涤时间
有人认为，洗涤时间越长，衣物就洗得越干净。其实不然，如果洗涤时间超过一定的限度，衣物不但不会随洗涤时间的延长而提高洗净度，反而会加速衣物的磨损，还会造成能源的浪费。实验证明，洗衣机（波轮式洗衣机）的最佳洗涤时间为5～10分钟，最长也不应超过15分钟。
（2）漂洗时间
在漂洗刚开始的3分钟时间内，残留在衣物上的表面活性剂脱落最快。此后，活性剂脱落趋缓，漂洗10分钟后活性剂几乎不再脱落。一般采用贮水方式漂洗，每次3分钟，漂洗2～3次就可以了。
（3）脱水时间
电动机高速地转动洗涤桶，水份就会由于离心力而脱离衣物被甩出去。脱水时间一般为2～3分钟，时间太短会造成脱水不够彻底，太长又可能会损坏衣物。
上述的工作原理是进行波轮式全自动洗衣机控制系统设计的重要指标，也是本论文的设计依据。

2 设计方案
在家电全面自动化和智能化的今天，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全自动洗衣机，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 控制系统的功能
全自动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。
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，它可以用来显示欢迎界面、用户参数和剩余洗衣时间。
（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、浸泡、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，蜂鸣器就奏出一段音乐通知用户洗衣完毕。