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摘要：洗衣機是一種在家庭中不可缺少的家用電器，發(fā)展非?？?，全自動式洗衣機因使用方便得到大家的青睞，全自動即進水、洗滌、漂洗、甩干等一系列過程自動完成，控制器通常設(shè)有幾種洗滌程序，對不同的衣物可供用戶選擇，以對應(yīng)不同的洗衣時長。 關(guān)鍵字：洗衣機；自動控制；交流電機。 一、概述 將洗衣機的各種洗衣程序運行在單片機（微電腦芯片）的控制下，使得洗滌、漂洗、脫水等各種功能的操作都能不需要手動，而是模擬人類智能行為完成，一般的微電腦控制程序全自動洗衣機由使用者根據(jù)洗滌衣物的質(zhì)量、厚薄、臟污程度等，選擇洗滌程度（包括洗滌水量、洗滌時間、漂洗方式、脫水時間等），洗衣機按照選定的洗滌程度自動進行工作。高檔的微電腦程控全自動洗衣機（又稱智能型洗衣機），它的輸入指令來自兩個方面：一方面是使用者在控制面板上的選擇;另一方面，洗衣機內(nèi)具有各種傳感器，在洗滌過程中可對洗滌量、洗凈程度、排水情況、脫水情況等進行檢測，調(diào)整洗滌過程，使洗衣機工作于最佳狀態(tài)。 二、方案論證 方案1：本方案的定時器實際上包含兩級定時的概念，一是總洗滌過程的定時，而是在總洗滌過程中又包含電機的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和暫停三種定時，并且這三種定時是反復(fù)循環(huán)直至所設(shè)定的總定時時間到位置。當總定時時間在以內(nèi)設(shè)定一個書之后T為高電平1，然后用倒計時的方法每分鐘減1直至T變?yōu)?.在此期間，若，實現(xiàn)正轉(zhuǎn)；若，實現(xiàn)暫停；若,實現(xiàn)反轉(zhuǎn)。實現(xiàn)定時的方法很多，比如采用單穩(wěn)電路實現(xiàn)定時，又如將定時初值預(yù)置到計數(shù)器中，使計數(shù)器運行在減計數(shù)狀態(tài)，當減到全零時，則定時時間到。如圖所示的電路原理框圖就是采用這種方法實現(xiàn)的。由秒脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的時鐘信號經(jīng)60分頻后，得到分脈沖信號。洗滌定時的時間的初值先通過撥盤或數(shù)碼開關(guān)設(shè)置到洗滌時間計數(shù)器中，每當分脈沖到來計數(shù)器減1，直至減到定時時間到為止。運行中間，剩余時間經(jīng)譯碼后在數(shù)碼管上進行顯示。 圖1 洗衣機控制電路原理圖1 方案2： 如圖2所示，整個方案共分四個模塊。1中央控制單元，本方案采用8051單片機機作為控制核心。該8位單片機技術(shù)成熟，穩(wěn)定性高，成本低廉，資料豐富，并且廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制及相關(guān)領(lǐng)域。結(jié)合本設(shè)計對控制器的要求，51單片機絕對是首選。2按鍵識別 介于成本及設(shè)計方面的考慮，本方案采用自鎖式按鍵。對于洗衣機工作環(huán)境所產(chǎn)生的脈沖干擾此方案在軟件程序設(shè)計時采用延時消抖濾波的方法得以解決。3數(shù)據(jù)譯碼及顯示，中央控制單元給出信號以后經(jīng)3-8譯碼器譯碼，輸出端采用二極管亮滅來指示工作狀態(tài)。同時工作狀態(tài)數(shù)據(jù)也提供給LED組，以顯示工作時間。4，電機驅(qū)動，本方案采用了廉價的交流電機控制作為洗衣機動力來源。前端控制信號經(jīng)光電耦合器件予以強弱電隔離，最后輸出至可控硅器件，控制導(dǎo)通角變化以達到調(diào)速的目的。同時電機的防范轉(zhuǎn)控制采用繼電器吸合方式改變電源接線方式，從而改變電機轉(zhuǎn)動方向。 數(shù)據(jù)譯碼 工作狀態(tài)指示電路 中央控制單元 電機驅(qū)動電路 數(shù)碼管動態(tài)顯示模塊 按鍵識別 圖2 洗衣機控制電路原理圖2 方案對比：方案一控制繁瑣，系統(tǒng)復(fù)雜，在洗衣機強干擾強震動的工作環(huán)境下系統(tǒng)穩(wěn)定性很難保證。相比之下，控制方案二比較可行。方案二采用單片機作為控制核心，脈沖震蕩，計數(shù)器，分頻器等已集成為一體，大大簡化了電路，提高了系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。因此本設(shè)計最后采用了方案二作為了最后的設(shè)計方案。 三、電路設(shè)計 1.單片機最小系統(tǒng) 此電路是以單片機為基礎(chǔ)的系統(tǒng)時鐘電路以及系統(tǒng)復(fù)位電路。 時鐘電路由一個頻率為11.0592M的晶振并聯(lián)而成的，輸入到單片機的X1和X2腳，為系統(tǒng) 提供外部時鐘。復(fù)位電路由一個10uf的電解電容和一個按鍵構(gòu)成，輸出端接到單片機RESET引腳。正常情況下單片機的RESET腳位低電平。當需要復(fù)位時，按下按鍵，單片機RESET引腳接收到一定時間的高電平后系統(tǒng)就自動復(fù)位。單片機最小系統(tǒng)電路原理圖如圖2.1所示。 圖3 單片機最小系統(tǒng)電路 2.數(shù)碼管動態(tài)顯示 動態(tài)顯示方式是將所有數(shù)碼管的8段按同名端連在一起，另外為每個數(shù)碼管的公共極COM增加位選通控制電路，位選通由各自獨立的I／O線控制，顯示數(shù)碼同時傳到每個數(shù)碼管，但每個瞬時由位選通信號選通一個數(shù)碼管，即在某一瞬時只有一個數(shù)碼管顯示數(shù)據(jù)，且顯示時間不能太長，一般為1—10MS，依次循環(huán)掃描，輪流顯示，由于人的視覺滯留效應(yīng)，人們看到的是多位同時穩(wěn)定顯示。占用I／O端線少，電路較簡單，編程較復(fù)雜，CPU要定時掃描刷新顯示，一般適用于顯示位數(shù)較多的場合。 圖4 譯碼管 3.狀態(tài)顯示電路 本狀態(tài)顯示電路利用二極管為顯示標志，不同的工作模式不同的二極管點亮。 二極管的正向?qū)妷簽?.2V電源電壓5V限流電阻阻值為1000，譯碼器灌電流最大值為50MA。 帶入數(shù)據(jù)計算 電流大小38MA正好合適。 圖5 譯碼顯示電路 4.按鍵識別電路 本電路為按鍵識別電路，按鍵一端接至電源，另一端接至單片機輸入引腳。同時單片機引腳接1k電阻至地，此電阻的作用是下拉輸入電壓。當按鍵沒有按下時，由于下拉電阻的作用，單片機的輸入電壓為0V,相反，當按鍵按下時，下拉電阻與電源接通，單片機輸入引腳電壓為5V.至此，通過下拉電阻的作用單片機可以通過檢測輸入引腳的電壓來識別工作模式。電路原理圖如圖所示。 圖6 按鍵電路 5.電機驅(qū)動電路 為了防止動力電路強電對于控制電路的干擾，中央控制單元的控制信號的輸出采用了光電耦合器件OPTOISO1與后續(xù)電路隔離。電機的轉(zhuǎn)速控制僅通過控制可控硅Q401E4的導(dǎo)通角范圍就可以實現(xiàn)。導(dǎo)通角越大，相對導(dǎo)通時間就越長，電機轉(zhuǎn)速就越快，相反導(dǎo)通角越小相對的導(dǎo)通時間就越短，電機的轉(zhuǎn)速也就越慢。電機的轉(zhuǎn)動方向控制信號采用單刀雙擲繼電器的吸合得以實現(xiàn)。繼電器的兩個開關(guān)分別接在不同的電機繞組上，通過改變接線方向得以實現(xiàn)電機的轉(zhuǎn)動方向改變。同時繼電器也起到了強弱電隔離的作用。 圖7 電機控制及驅(qū)動電路 四、性能的測試 本次設(shè)計的仿真電路如下圖所示： 普通洗電路設(shè)計仿真如下圖6所示： 圖8 普通洗電路仿真 短時洗電路設(shè)計仿真如下圖7所示： 圖9 短時洗電路仿真 加熱洗電路設(shè)計仿真如下圖8所示： 圖10 加熱洗電路仿真 五、結(jié)論、性價比 在仿真的過程中，出現(xiàn)的的結(jié)果基本符合要求電機的工作也很理想，正轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)，暫停都能準確的實現(xiàn)，指示燈也能很明確的指明電機所工作的狀態(tài)，唯一不足的一點就是整個系統(tǒng)都是通過單片機來控制，集通過程序的編寫來控制，在程序的編寫過程中，模塊較多，因此第一眼看上去會覺得較復(fù)雜，同時在連接電路過程中需要十分細心，以防止出現(xiàn)線路的連接錯誤。不過，總的來說，電路的設(shè)計和仿真結(jié)果還是讓人滿意的，基本上符合所給任務(wù)書中的性能指標。 六、課設(shè)體會及合理化建議 本次課程設(shè)計，雖然花了不少的時間，但是收獲真的不小。它使我對課本以及以前學(xué)過的知識有了一個更好的總結(jié)與理解，也讓我知道了，光分開是不夠的，從外面學(xué)到的知識要形成一個整體，這也很好的訓(xùn)練了外面對開發(fā)一個項目應(yīng)該有怎樣的思路和準備更清晰。 計過程中，對設(shè)計方案進行了很多次的修改，雖然也有查閱資料，但更多的是自己的思考。記得在設(shè)計幾種狀態(tài)的顯示燈的控制電路時，整整花了兩天的時間，試了好幾個方案，在網(wǎng)上查的資料都很繁瑣，且看不懂原理，到最后還是決定自己慢慢想，最終設(shè)計出來，雖然結(jié)果不是很完美，但還是比較滿意的。 本次課程設(shè)計，讓我對實驗原理也有了更多的了解，對數(shù)電中常用的芯片功能及設(shè)計方法等有了更深刻的了解，對設(shè)計實驗也有了更深切的體會，以前在做數(shù)電實驗時也有部分是設(shè)計性的實驗，不過基本上到最后都是老師告訴我們設(shè)計電路，自己雖然也有思考，但基本上沒有想出來過，也沒起到讓自己真正來設(shè)計某個電路的目的，而這次有了足夠的時間，基本上都是自己一點一點設(shè)計的，從某方面來說，還是很有成就感的。 之外，它讓我對課本知識進行了融會貫通，畢竟，要設(shè)計一個完整的電路，單靠某一章節(jié)或某一部分的知識是不夠的，要在整本書中找自己需要的東西，簡單的說，就要做到學(xué)以致用。在考慮問題時，不要指望一次就能把問題考慮成熟，要做好不斷否定并不斷修改的準備。 臨淵羨魚，不如退而結(jié)網(wǎng)，這也是我這次課設(shè)最大的體會，與其苦苦思索別人那樣子設(shè)計是什么原理，為何要那樣做，不如自己用已有的知識，重新考慮并設(shè)計，按自己的思路，達到自己所需要的效果，我覺得，這才是課程設(shè)計真正的目的。 參考文獻 【1】 梅開鄉(xiāng)、梅軍進. 《電子電路實驗》. [M]北京：北京理工大學(xué)出版社，2010年1月. P/215～p/221 【2】 黃繼昌、郭繼忠等.《電路應(yīng)用300例》. 第二版. [M]北京：人民郵電出版社，2002年4月. P/124～p/126 【3】 諸靜. 《模糊控制與應(yīng)用》. [M] 北京：機械工業(yè)出版社，2005年1月. P/60～P/105 【4】 周學(xué)毛.《C 語言程序設(shè)計教程》. 第二版. [M] 西安：西安電子工業(yè)大學(xué)出版社，2001年 【5】 張毅剛、劉杰. 《單片機原理與應(yīng)用》. [M] 哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2004年6月 附錄I：總電路圖 附錄II：元器件清單 序號 編號 名稱 型號 數(shù)量 1 U1 單片機 AT89C51 1 2 DS1 數(shù)碼管 DPY7-4-SEG 1 3 RN1 排阻 RX8 1 4 S1～5 開關(guān) SW-PB 5 5 R1～11 1KΩ電阻 RES 11 6 D1～6 二極管 LED 6 7 Q1～8 三極管 NPN 8 8 MG1 電機 MOTOR-AC 1 附錄III：源程序 #include #define uint unsigned int #define uchar unsigned char uchar aa,bb,cc,mode,modecount; //mode==1普通洗 mode==2短時洗 mode==3加熱洗mode==4甩干 mode==5烘干 uchar time,flag=0;//標志用于烘干和甩干的區(qū)別（flag用于標識程序運行狀態(tài)的） sbit P00=P0^0; sbit P01=P0^1; sbit P02=P0^2; sbit P03=P0^3; sbit P04=P0^4; sbit P07=P0^7; uchar direction=0x55; //正轉(zhuǎn)0X55反轉(zhuǎn)0Xaa uchar table[]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0, 0x99,0x92,0x82,0xf8, 0x80,0x90,0x08,0x03, 0xc6,0x21,0x06,0x0e}; //數(shù)碼管顯示的數(shù)據(jù) void delay(uint x) { uint y; for(;x>0;x--) for(y=110;y>0;y--); } //單片機延時程序，通過單片機的時鐘周期實現(xiàn)的，運行整個程序所需時間 void display() { P3=0x00; //消除前一次顯示的影響 P1=table[cc/10]; P3=0x08; delay(10); P3=0x00; P1=(table[cc%10])&0x7f; P3=0x04; delay(10); P3=0x00; P1=table[bb/10]; P3=0x02; delay(10); P3=0x00; P1=table[bb%10]; P3=0x01; delay(10); P3=0x00; } void main(void) { TMOD=0x01; TH0=(65536-50000)/256; TL0=(65536-50000)%256; aa=0; EA=1; ET0=1; TR0=0; P07=1; mode=0; P2=0x00; //電機停轉(zhuǎn) while(1) { if(P04==1) { mode=5; TR0=1; } if(P03==1) { mode=4; TR0=1; } if(P02==1) { P07=0; } if(P01==1) { mode=2; TR0=1; } if(P00==1) { mode=1; TR0=1; } display(); } } void timer0() interrupt 1 { TL0=(65536-50000)%256; //中斷一次50MS TH0=(65536-50000)/256; TF0=0; aa++; if(mode==1) //普通洗 { P2=direction; if(aa==20) { time++; if(time==25) { time=0; direction=~direction; } bb++; aa=0; if(bb==60) { cc++; bb=0; if(cc==20) { mode=2; TR0=0; aa=0; bb=0; cc=0; time=0; } } } } if(mode==2) //短時洗 { P2=direction; if(aa==20) { time++; if(time==30) { time=0; direction=~direction; } bb++; aa=0; if(bb==60) { cc++; bb=0; if(cc==15) { TR0=0; mode=4; //轉(zhuǎn)到甩干 cc=0; bb=0; aa=0; time=0; } } } } if(mode==4||mode==5&&!flag) //甩干 { P2=0x55; //電機正轉(zhuǎn) if(aa==20) //1S { bb++; aa=0; if(bb==60) //60S { cc++; bb=0; if(cc==6) //脫水時間到 { cc=0; bb=0; aa=0; P2=0x00; if(mode==5) flag=1; } } } } if(mode==5&&1==flag) { P07=0; //TF0=0; if(aa==20) //1S { bb++; aa=0; if(bb==60) //60s { cc++; bb=0; if(cc==10) //烘干時間到 { cc=0; bb=0; aa=0; flag=0; TR0=0; mode=0; } } } } }