第第I頁共22頁基于單片機的洗衣機控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)摘要隨著經(jīng)濟發(fā)展，大幅提高人們了生活品質(zhì)，全自動的洗衣機與其他智能化產(chǎn)品一樣，成為日常生活中不可或缺的家電之一，洗衣機的出現(xiàn)與高速智能化發(fā)展給人們的生活帶來非常多方便，目前市場的上的洗衣機朝著節(jié)能，大容量，多樣化，輕便化，智能化，健康化發(fā)展。單片機有突出的性能價格比。僅僅需要便可以買到單片機芯塊，搭配一些外圍元件組成的電路，就能構(gòu)成一個功能及其豐富的智能化控制系統(tǒng)。這種自動化控制系統(tǒng)的主要優(yōu)勢之一是具有高集成度，體積小，控制性能穩(wěn)定，能適應(yīng)惡劣的工作環(huán)境。單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是取用了總線結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢是減少了各個芯片之間的相互連接，把各個功能模塊全部集成到一塊芯片上，這樣的結(jié)構(gòu)和相互連接方式提高了單片機的可靠性和抗環(huán)境干擾能力。并且，單片機易于對電磁光柵進行屏蔽或者是密閉保護措施，適合于在惡劣的環(huán)境下進行工作。單片機的指令是非常豐富且可編程的，并且它具有很強的控制和執(zhí)行能力，它可以充分地滿足各類工業(yè)自動化控制。依靠其低功耗，低電壓的特殊技術(shù)優(yōu)勢，便于設(shè)計和生產(chǎn)便攜式商務(wù)電子產(chǎn)品等這些特殊技術(shù)優(yōu)點在家庭電器中廣泛應(yīng)用，單片機和家用電器的結(jié)合，使得家用電器走上一個更智能的時代。本次設(shè)計中所采用的單片機是STC公司的STC89C51單片機，加上必須的電氣元件和傳感器來實現(xiàn)其控制的功能的全自動洗衣機，本次設(shè)計的全自動洗衣機主要具有了洗滌、漂洗、脫水等市面上普通洗衣機都具備的控制功能，采用了數(shù)碼管來做為洗衣機的洗滌時間顯示窗口，11.0592MHZ的晶振信號來作為整個控制系統(tǒng)的時鐘信號。硬件設(shè)計方面用兩個電磁繼電器作為進水和排水的閥門，在進水或出水時有對應(yīng)的指示燈亮，按鍵輸入電路進行用戶參數(shù)設(shè)置，一個步進電機模擬帶動洗衣機內(nèi)筒旋轉(zhuǎn)，高水位和低水位一共兩個水位感應(yīng)器為單片機提供水位信號，8個LED燈對洗衣模式和過程指示，一個L298N來驅(qū)動步進電機，洗衣結(jié)束后蜂鳴器接通提示程序執(zhí)行完畢，軟件設(shè)計中采用keil4進行了程序的編寫。在所有工作完成后的系統(tǒng)調(diào)試時，采用CH340將程序燒寫到單片機上，并且在硬件上完成調(diào)試，本設(shè)計具有一般洗衣機功能，控制可靠，性價比優(yōu)等特點?！娟P(guān)鍵詞】全自動洗衣機；STC89C51單片機；水位控制目錄TOC\o"1-3"\h\u9551摘要 I298921緒論 13721.1課題開發(fā)背景 1228241.2設(shè)計的目的和意義 1194421.3國內(nèi)外現(xiàn)狀及水平 1277271.4本文研究內(nèi)容 2117032設(shè)計方案 471582.1方案論證 4112672.2方案比較 4217382.3設(shè)計任務(wù) 4211812.3.1主要內(nèi)容 493712.3.2主要功能 4282062.4洗衣機的設(shè)計方案 5123842.4.1主要元件 5142662.4.2控制過程 5306712.5控制系統(tǒng)的控制過程 5136562.6單片機選型 6171053仿真設(shè)計 7189043.1控制系統(tǒng)的電路設(shè)計 7249243.2電機控制電路 792673.3顯示電路 8209863.4按鍵控制電路 9282773.5洗衣過程及菜單指示電路 1198434軟件設(shè)計 2248474.1主程序設(shè)計 2270624.2洗衣程序總體設(shè)計流程 2178034.3洗滌流程程序設(shè)計 3208914.4漂洗流程程序設(shè)計 330594.5脫水程序的設(shè)計 3188855硬件設(shè)計 4287835.1控制系統(tǒng)的電路組成 4102355.2電源電路 4232765.3單片機復(fù)位、時鐘電路 4247815.4單片機最小系統(tǒng)的相關(guān)知識 5124795.5晶振電路 589865.6P0口的上拉電阻 6206455.7水位感應(yīng)器 7308786調(diào)試 8295897結(jié)論 1123541參考文獻： 131緒論1.1課題開發(fā)背景人們對智能生活的渴望就是科技發(fā)展的動力，也許在不久的將來，隨著科技的快速進步，經(jīng)濟的不斷發(fā)展使得人們的收入越來越高，追求的家電不再是緊緊只能滿足基本功能，而是向著智能化家電發(fā)展，有需求就會有市場，在家電制造商之間就會出現(xiàn)競爭，會出現(xiàn)更智能，更先進的洗衣機，其品種更多樣，功能更豐富，滿足人們更多需求。本設(shè)計是基于單片機控制的全自動洗衣機，全自動洗衣機對現(xiàn)代家庭來說是必不可少的家電，擁有非常廣闊的市場前景，而單片機以其獨特的優(yōu)勢成為洗衣機全自動控制的首選，這就促使單片機的飛速發(fā)展，到目前為止，單片機已發(fā)展有千種機型，所以本次設(shè)計具有一定實現(xiàn)基礎(chǔ)。1.2設(shè)計的目的和意義半自動和全自動洗衣機充斥著目前家電商場和網(wǎng)上可以買到的洗衣機的種類，其市場占有率和使用率非常高，半自動和全自動洗衣也是洗衣機工作方式不同的區(qū)別條件，在我國農(nóng)村，大部分還使用著半自動的洗衣機，就是有兩個洗衣桶其中一邊是洗滌和漂洗衣服的，而另一邊是用來排水甩干的，當(dāng)洗滌和漂洗完成后需要手動將衣物取出放入用來甩干的桶內(nèi)，可重復(fù)洗衣服的機器。洗衣過程需要人為參與，耗時費力，使用不方便，而全自動洗衣機就不會這么麻煩，而全自動的洗衣機在洗衣時可以只通過一次參數(shù)設(shè)置就可以輕松完成對家用洗衣機的清潔、漂洗、脫水、等各項基本功能，除了這些功能，還有標準、輕柔、強洗、快洗等多種模式供用戶選擇。當(dāng)一個用戶在需要自己使用的情況下只需要手動選擇當(dāng)中一個程序，確認好后打開一個水龍頭和啟動洗衣機后洗衣的全部操作過程就會自動地按照預(yù)先設(shè)定的程序執(zhí)行完成，當(dāng)程序執(zhí)行完成后蜂鳴器報警。洗衣機啟動后就全程不再需要人為干預(yù)，只需要等待洗衣過程結(jié)束后將衣物取出即可，對比半自動洗衣機省時省力省心。在本次課題的具體設(shè)計過程中，充分利用已經(jīng)發(fā)展進步非常成熟的開發(fā)軟件、編程語言以及硬件設(shè)備。在軟件設(shè)計中，利用KeiluVision4作為STC89C51開發(fā)的編程軟件，為程序設(shè)計過程提供了便捷。編程更加簡略，代碼邏輯清晰易理解。硬件部分設(shè)計過程中，Proteus7給電路原理圖和PCB板設(shè)計提供了很大的便利。洗衣機在未來的發(fā)展中，與單片機控制的完美結(jié)合，將極大的滿足人們對洗衣機智能化、自動化、健康化、環(huán)保節(jié)能化的需求。1.3國內(nèi)外現(xiàn)狀及水平洗衣機分類洗衣機按照自動化程度可分為：普通洗衣機：洗衣過程中需要人為的手動轉(zhuǎn)換功能。半自動洗衣機：所有功能之間，只能實現(xiàn)任意兩個功能之間的轉(zhuǎn)換。全自動洗衣機：可以完成全部功能自動轉(zhuǎn)換。依據(jù)構(gòu)造差別可分為：波輪式洗衣機、滾筒式洗衣機、攪拌式洗衣機REF_Ref23453\w\h[1]。按照機械構(gòu)造來區(qū)分的波輪洗衣機與滾筒洗衣機相比之下各有千秋，都沒有最好的說法，波輪洗衣機的價格普遍較低，所以在一般家庭中波輪洗衣機更受歡迎。使用范圍在除需要特殊洗滌之外的所有材質(zhì)的衣物都可以使用，但其缺點是耗水耗電、衣物容易纏繞在一起且潔凈程度欠佳，主要流行于中國、日本、東南亞等衣物以棉質(zhì)材料為主的地區(qū)。滾筒式洗衣機完成一次完整的洗衣過程，其耗時是普通波輪洗衣機的幾倍以上，滾筒洗衣機的艙門在側(cè)面所以無法在洗衣過程中再次打開艙門，由于其結(jié)構(gòu)的原因洗衣潔凈程度稍高于波輪洗衣機。適宜洗滌純毛成分的衣物。目前滾筒洗衣機可以真正達到比較全面的洗滌性能，洗完后衣物不會纏繞在一起，磨損率較低。清潔程度遠遠高于波輪式洗衣機的主要原因是滾筒洗衣機有加熱功能，洗衣桶內(nèi)溫度生高會將洗衣粉中所含有的活性酶成份被加熱和激活，通過加熱洗衣粉的潔凈和去污能力得到完全發(fā)揮，也是為什么清潔程度高于波輪式洗衣機的原因。因為滾筒洗衣機本身具有長期用水量較小的巨大優(yōu)勢，所以在裝有洗衣粉的桶內(nèi)旋持續(xù)轉(zhuǎn)形成一種高濃度的中性洗衣粉液，相比于傳統(tǒng)波輪式，滾筒洗衣機的長期使用的耗水量和清潔方便程度都有較高提升，這種洗滌方式在達到理想清潔效果的同時還可以達到節(jié)水的目的。因為歐洲、南美等地區(qū)主要以穿毛、綿為主要原料的衣物，所以是此種洗衣機主要流行的地區(qū)，滾筒洗衣機幾乎被這些地區(qū)的每一戶家庭使用。而相比前兩種洗衣機，潔凈能力最強的則是國內(nèi)基本見不到的攪拌式洗衣機，相比之下優(yōu)點是省洗衣粉，缺點是衣物極易在清洗過程中纏繞在一起，這一定程度在晾曬過程中造成困擾，不夠人性化，運行時伴隨著較大噪音，相比之下，攪拌式洗衣機對衣物磨損程度大于前兩種洗衣機。雖然國內(nèi)目前暫時沒有這種洗衣機但是在北美卻普遍使用。著眼于水流速度的改變，動力量的增加體現(xiàn)出了全自動洗衣機清潔工藝方式的巨大變革?，F(xiàn)在，超音波、電解水、臭氧和蒸氣洗滌的廣泛應(yīng)用對于洗衣機的技術(shù)發(fā)展已經(jīng)起到了一個歷史性重大改變的推動作用，使得洗衣機的除塵處理方式由單純地依靠洗衣粉、洗滌劑的化學(xué)作用和水流機械的強弱相互變化，向更深入一個層次、健康、環(huán)保的洗滌方式發(fā)生了轉(zhuǎn)變。深受廣大消費者歡迎的是電解水、臭氧、蒸氣的殺菌除味以及清潔消毒等功能，特別是采用電解水、超音波技術(shù)的應(yīng)用，使得在洗衣時可以不用或少用洗衣粉、洗滌液，大幅減少了洗滌液在洗衣時殘留的化學(xué)品對人體和對環(huán)境的傷害和污染，引發(fā)了洗衣機的健康消費熱潮。目前市面上的洗衣機都各有缺陷，有待設(shè)計者不斷將其完善，發(fā)明出滿足人們需求且性價比較高的產(chǎn)品，在我國部分農(nóng)村地區(qū)，用水不方便，導(dǎo)致使用全自動洗衣機在進水方面滿足不洗衣機需要的水量，或者水流量問題引起的洗衣時間加長增加能耗，這些問題一定在將來的科學(xué)技術(shù)和材料學(xué)迅速發(fā)展的社會中被解決。1.4本文研究內(nèi)容設(shè)計一個用單片機控制，驅(qū)動器控制電機正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)用來模擬洗衣過程，C語言編程的洗衣機控制器，除此之外加之一些用來指示和參數(shù)輸入的外圍電路，對洗衣機的進行全自動化控制。洗衣模式四種可供選擇，洗衣過程由LED燈進行對應(yīng)指示。兩個水位傳感器，用于感應(yīng)高低水位，通過對應(yīng)的水位感應(yīng)器發(fā)出信號給單片機，通過繼電器的吸合斷開動作控制進水和出水，洗衣完成后蜂鳴器報警。單片機程序?qū)λ邢匆逻^程運行實施自動切換REF_Ref22967\w\h[2]。

2設(shè)計方案2.1方案論證設(shè)計時，本文考慮了兩種方案，具體如下：方案一，全模擬電路實現(xiàn)方案所有功能都用模擬電路的方法來搭建，以此來達到所有過程的自動控制。方案二，微機自動控制式以STC89C51為設(shè)計核心，搭建一個對洗衣機的自動化控制電路。由按鍵輸入系統(tǒng)將數(shù)據(jù)輸入給單片機，又由單片機對洗衣進行了自動控制，并且單片機通過LED輸出，清晰地顯示出一臺洗衣機正常工作的狀態(tài)，方便了用戶檢測和查看洗衣過程情況。洗滌操作完成，報警電路就會發(fā)出一個長約三秒的報警聲，提示用戶已經(jīng)洗衣結(jié)束REF_Ref26154\w\h[3]。2.2方案比較方案一：采用全模擬電路，雖然制造成本會比方案二低廉很多。但是設(shè)計過程復(fù)雜，后期進行調(diào)試難度較大，完成后調(diào)試困難且效果不直觀REF_Ref26229\w\h[4]。方案二：有著人性化程度較高的人機交互界面，通過簡單的電路設(shè)計即可完成，完成后的調(diào)試簡單直觀，可以在較為惡劣的環(huán)境下使用，控制穩(wěn)定，節(jié)約性能更佳。綜合優(yōu)劣勢，最終決定采取第二種方案來完成本次設(shè)計。圖2.2系統(tǒng)總體架構(gòu)2.3設(shè)計任務(wù)2.3.1主要內(nèi)容使用單片機設(shè)計一個對洗衣機洗衣過程能夠達到全自動控制的系統(tǒng)，其中以單片機作為設(shè)計核心基礎(chǔ)上加之必要的外圍電路，組成一個單片機控制洗衣機的全自動系統(tǒng)。2.3.2主要功能1）標準模式：洗滌12分鐘，漂洗5分鐘2次，脫水3分鐘；2）快速模式：洗滌4分鐘，漂洗1分鐘2次，脫水2分鐘；3）輕柔模式：洗滌3分鐘，漂洗3分鐘2次，脫水2分鐘；4）調(diào)試模式（方便調(diào)試）：全部過程都為1分鐘；5）接通電源后先電源開關(guān)，選擇洗衣模式，確認洗衣模式后按下開始按鈕，高水位的檢測到水滿開始洗滌，按停止鍵或者洗衣機蓋被打開停止工作。6）帶自動脫水功能；7）有指示燈，不同的洗衣模式和洗衣進行到某一個過程相應(yīng)的指示燈亮2.4洗衣機的設(shè)計方案2.4.1主要元件主要以軟件及硬件配合電路為控制系統(tǒng)來控制整個洗衣流程。主要由STC89C51單片機、電機驅(qū)動器、比較器、蜂鳴器、繼電器、水位檢測兩位共陰極數(shù)碼管監(jiān)測時間、11.0592MHZ晶振提供時鐘電路、LED指示燈、步進電機、蜂鳴器、按鈕、三極管。按鈕：SB0復(fù)位SB1選擇洗衣模式SB2啟動按鈕，用于啟動洗衣機SB3停止按鈕，用于停止洗衣機SB4確認洗衣模式，SB1選擇好模式后需按下SB4按鈕確認洗式模式（防止誤操作）2.4.2控制過程⑴洗滌過程系統(tǒng)上電后，如果不選擇洗衣模式，則系統(tǒng)會一直處于待機狀態(tài)，直到用戶選擇好洗衣模式按下啟動按鈕后，系統(tǒng)才會開始洗滌，開時候先向桶內(nèi)進水，模擬進水閥的繼電器導(dǎo)通，對應(yīng)指示燈亮起，此時不斷向洗衣桶內(nèi)供水，當(dāng)水位感應(yīng)器（高水位）感應(yīng)到有水后，進水閥截止，停止進水；電機開始工作，持續(xù)正反轉(zhuǎn)模擬洗衣時波輪的旋轉(zhuǎn)，使水和衣物選轉(zhuǎn)起來，因為水和衣物的質(zhì)量不同，所以在桶內(nèi)旋轉(zhuǎn)的速度不一樣，在桶內(nèi)旋轉(zhuǎn)時水會透過衣物，通過水跟衣物的沖擊，不斷變換位置以及衣物之間的摩擦來實現(xiàn)洗凈衣物REF_Ref26307\w\h[5]。⑵漂洗過程與洗滌過程相同，運行時間稍短。⑶脫水過程前兩個程序完成后，電機立即停止運行，繼電器接通，指示燈亮，桶內(nèi)向外排水。當(dāng)?shù)退粋鞲衅鳑]有再感應(yīng)到有水后。表示排水動作結(jié)束，持續(xù)高速正轉(zhuǎn)的電機，將衣物甩干。2.5控制系統(tǒng)的控制過程全自動控制的洗衣機是基于單片機的，進水、洗滌、漂洗、排水、脫水這四個任何洗衣機都必須經(jīng)歷的過程都需要通過單片機程序的控制來完成動作REF_Ref26366\w\h[6]。選擇好洗衣模式啟動后，模擬進水的時候繼電器的指示燈熄滅，繼電器接通后將進水閥打開啟動之后就會開始向桶內(nèi)洗滌進行水，當(dāng)高水位傳感器自動檢測到桶內(nèi)有水滿后，進水閥截止，開始洗滌。脫水程序運行至設(shè)定時間后蜂鳴器持續(xù)鳴響，洗衣結(jié)束。2.6單片機選型在此次綜合分析比較之下本次設(shè)計所要選用的單片機模塊型號被命名為STC89C51，這種模塊化型號的單片機所需要采用的處理器芯片為8051核的IPS在整個系統(tǒng)中進行可編程，反復(fù)摩擦次數(shù)達到1000次的且包括含有4kFLASH儲存的處理器單元，器件兼容性強，把通用的8位CPU和IPSFLASH集成在一起，具有6T模式，速度相對于AT同型號單片機的12T速度要快些。具有抗環(huán)境干擾性能強、較快的運行速度、耗能低等優(yōu)點。工作電壓方面：STC89C51可以取到5.5V~3.3V，而AT則只能在5.25V~4.75V范圍內(nèi)，STC的工作電壓相比AT有著更為廣泛的取值空間，通用性更強，對電壓穩(wěn)定性較低，可以在電壓不穩(wěn)定的條件下工作。適應(yīng)多種惡劣工作環(huán)境，性價比高滿足設(shè)計需求。綜合所以優(yōu)缺點比較之下，認為STC單片機更符合本設(shè)計需求。

3仿真設(shè)計3.1控制系統(tǒng)的電路設(shè)計電路的控制主要由STC的89C51單片機、指示燈、電機、蜂鳴器、晶振、繼電器、水位模擬信號、按鈕開關(guān)等電器元件組成。本設(shè)計需要電機正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，如只需一個方向，控制方式就與簡單的電機控制一樣。時鐘中斷控制電路的驅(qū)動定時器位置選擇了11.0592MHZ的晶體振蕩器，設(shè)定時鐘間隔后的時刻速度為每100ms就可能會同時產(chǎn)生一次驅(qū)動定時器的時鐘中斷。圖3.1電路仿真圖3.2電機控制電路如圖3.2所示，電機驅(qū)動芯片內(nèi)部有4個邏輯通道對電機的運行進行驅(qū)動，在本次設(shè)計中主要用于驅(qū)動電機轉(zhuǎn)動，以滿足洗衣機在洗滌，脫水，漂洗時對電機的要求。因為此芯片內(nèi)部有四個邏輯通道，輸出口也分別有4個從OUT1—OUT4，因為這是H橋的設(shè)計原因，在驅(qū)動時芯片可以產(chǎn)生較高的電壓和較大的大電流，通過芯片接受國際標準的TTL邏輯精確的準位信號來進行控制，產(chǎn)生高電壓和較大電流優(yōu)勢，所以被控制驅(qū)動電機的工作電壓最多可以控制到46V、電流可以達到2A，除了通過接受TTL信號來控制之外，還可以直接通過電源達到調(diào)節(jié)輸出電壓的效果。此種驅(qū)動芯片能夠同時地驅(qū)動兩個兩相的電機，本設(shè)計只需要使用一個步進電機，將其分別接在OUTl、OUT2上，控制步進電機的正、負方向運行和停止輸入的控制，這三個輸出通過不同的邏輯組合來實現(xiàn)對步進電機的運行狀態(tài)的控制，當(dāng)IN1=IN2=1、ENA=0時發(fā)動機停止；IN1=ENA=1、IN2=0時發(fā)電機沿著順時針方向旋轉(zhuǎn)；當(dāng)IN1=0，IN2=ENA=1時，該電機向逆時針方向旋轉(zhuǎn)。圖3.2電機電路3.3顯示電路顯示電路由一個雙位共陰數(shù)碼管構(gòu)成，如圖5.4所示。雙位共陰式的數(shù)碼管自動實時顯示當(dāng)前的一次洗衣處理過程中所有剩下的洗衣時間，當(dāng)所有的洗衣程序都執(zhí)行完成后會有蜂鳴器自動發(fā)出報警，通知所有的洗衣用戶提示洗衣工作已經(jīng)順利完成。管七段式和八段式是最常見的兩種數(shù)碼，這兩種類型數(shù)碼管的具體用法含義基本相同，區(qū)別主要是八段式的多一個小數(shù)點DP。以本文所要選擇的八段式數(shù)碼管引腳電路作為其范例，其中所需要顯示的電路邏輯主要原理是把八個(七個六段式就七個)發(fā)光二極管分別排列成一個小的數(shù)字“8”再在其外加一個小數(shù)點(七個八段式則沒有)，將八個數(shù)碼管陽引腳全部連接到一個單片機的一個I/O口上，另一端全部接到GND，通過引腳編寫程序，控制不同的信號輸出端點，用以在每個引腳上同時點亮自己引腳相應(yīng)的二極管，再將點亮的二極管組合起來就會顯示出肉眼能識別的羅馬數(shù)字0—9。數(shù)碼管類型分為共陽與共陰兩種。這兩種數(shù)碼管的主要區(qū)別是在接口方式上，由于連接方式的不同，所以在用法上也不一樣。共陰極就是將陰極全部連在一起接地，另一端接到單片機引腳，在任意一個二極管的另一端輸出一個高電平，該二極管就導(dǎo)通。反之，將陽極接在一起，讓其一端接到+5v，另一端連接在單片機的引腳，當(dāng)在單片機輸出一個低電平時，二極管就會被點亮。共陽數(shù)碼管公共端是接到直流+5V電源上，共陰則接地REF_Ref26529\w\h[9]。一個數(shù)碼管稱為一位，多位數(shù)碼管是把幾個數(shù)碼管連在，在數(shù)碼管這一端，每個驅(qū)動控制二極管的引腳參數(shù)編號從A~G，小數(shù)點的引腳參數(shù)編號為DP，每個位選線也就是每個控制單片機的每個數(shù)碼管自己的一個公共控制終端，是用來控制顯示位置的。在程序運行時顯示，從段選線向每個輸出位順序送入一個字符串的編碼，而且當(dāng)選擇誰在哪一位時就進行了段選線，就會點亮對應(yīng)的數(shù)碼管。一個8位字節(jié)，對應(yīng)著數(shù)碼管每一段，其中字節(jié)的最低位所對應(yīng)的是段碼，最高位所對應(yīng)的是小數(shù)點DP。假設(shè)需要在一個數(shù)碼管上顯示一個數(shù)字“0”，需要導(dǎo)通的二極管編碼就為"1"這個時候不需要導(dǎo)通的二極管編碼就為“0”，如果采用共陰極的數(shù)碼管，那么這個時候采用的二進制編碼方式就是“00111111”，將二進制轉(zhuǎn)換為16進制就是0x3f；如果是共陽極數(shù)碼管那么二進制編碼就是“11000000”，將其轉(zhuǎn)換為16進制后就是0xc0。由二進制編碼字符就不難看出共陰共陽數(shù)碼管編碼的各位正好相反。顯示電路主要功能是顯示洗衣機執(zhí)行當(dāng)前過程時所需的時間，讓用戶對洗衣的剩余時間有一個清晰的了解，在洗衣的過程可以根據(jù)剩余時間的長短安排做一些其他的事情，洗衣機的出現(xiàn)就是為了方便人們生活，有了這個倒計時，可以大大提高人們對時間的把握和利用。圖3.3顯示電路3.4按鍵控制電路洗衣機的，啟動，停止，功能選擇主要是按鍵電路來完成控制，分別為菜單選擇、啟動、停止、菜單確認，分別與單片機的P1.4、P1.5、P1.6、P1.7相連。圖3.4按鍵輸入電路3.5洗衣過程及菜單指示電路洗衣過程及菜單指示電路主要由8個發(fā)光二極管組成，對應(yīng)PCB板上的洗滌、漂洗、排水、脫水以及菜單的標準、快洗、輕柔、測試模式。單片機P0.2-P0.5口的四個點接到四個LED燈用于指示洗衣過程，洗衣模式的四個LED指示燈接到單片機P1.0-P1.3口，當(dāng)洗衣進行到某個過程時，對應(yīng)的LED燈亮，用戶可以根據(jù)LED燈點亮的情況對洗衣機當(dāng)前工作狀態(tài)有一個直觀的了解。圖3.5指示電路

4軟件設(shè)計4.1主程序設(shè)計PCB板上電，單片機通電后復(fù)位電路會首先對進行程序的復(fù)位動作，動作包括計時器、外部中斷的初始化以及各參數(shù)設(shè)定的初始值，按下菜單選擇鍵選擇不同洗衣模式，根據(jù)不同的洗衣模式確定每個過程的時間，當(dāng)按下啟動按鍵，洗衣機從待機狀態(tài)轉(zhuǎn)換到工作狀態(tài)。按照程序預(yù)設(shè)自動完成完整洗衣過程中的進水、洗滌、漂洗、脫水、排水過程。當(dāng)所有的洗衣過程完成后，蜂鳴器控制電路中使用位于一個單片式主機內(nèi)部P3.5口的一個蜂鳴器通常會向其有機輸出一個典型低電平信號，蜂鳴器由三極管驅(qū)動進行電壓驅(qū)動，當(dāng)基極接收到一個幅度低于控制電源額定工作電壓0.7v及以上的典型低電平信號時，三極管就會導(dǎo)通，使得由三極管驅(qū)動進行電壓驅(qū)動的蜂鳴器自動接通，然后發(fā)出的噪聲報警信號提示控制程序運行結(jié)束就自然會正常工作運行。圖4.1主程序流程圖4.2洗衣程序總體設(shè)計流程四種洗衣模式的洗衣過程都經(jīng)過洗滌、漂洗、排水、脫水過程，不同的是每個過程持續(xù)的時間，具體流程如下圖所示:圖4.2洗衣總流程圖4.3洗滌流程程序設(shè)計洗滌過程是整個程序最主要的部分，當(dāng)高水位感應(yīng)器感應(yīng)到有水后，進水閥關(guān)閉，進入到洗滌程序，電機以正轉(zhuǎn)22秒，停止8秒，反轉(zhuǎn)22秒，停止8秒為周期運行（標準模式12分鐘，快速模式4分鐘，輕柔模式3分鐘）。程序持續(xù)運行到程序計時倒計時為0時結(jié)束洗滌程序的運行，此時程序進入到漂洗過程。圖4.3洗滌程序流程圖4.4漂洗流程程序設(shè)計操作與洗滌過程基本相同，不同的只是電機運行時間稍短一些且不同洗衣模式下漂洗程序的運行時間不同。漂洗次數(shù)為2次。漂洗程序運行流程圖如下圖所示:圖4.4漂洗流程圖4.5脫水程序的設(shè)計脫水前要先進行排水模式，當(dāng)洗衣桶內(nèi)水被排完，低水位感應(yīng)器感應(yīng)到無水后開始脫水，標準模式3分鐘，快速、輕柔模式2分鐘。電機連續(xù)運行直到程序設(shè)定時間為0時停止運行。圖4.5脫水流程圖

5硬件設(shè)計5.1控制系統(tǒng)的電路組成復(fù)位電路、時鐘電路、電機驅(qū)動電路、顯示電路、按鈕輸入電路、繼電器電路、比較器電路等部分構(gòu)成了整個控制系統(tǒng)。這些電路和單片機的各個口連接方式與上文一致，本章不再重復(fù)。5.2電源電路本次設(shè)計的單片機系統(tǒng)電源采用5V直流電，此次設(shè)計無單獨制作電源輸入電路，直接取用日常生活中的電源適配器、充電寶、電池盒即可提供電源。5.3單片機復(fù)位、時鐘電路單片機的復(fù)位、時鐘電路如圖5.3所示。系統(tǒng)在每次完成了上電后都必須需要對其進行一個復(fù)位動作，復(fù)位動作需要在單片機RST腳輸入24個時鐘周期的高電平，才能進行復(fù)位，復(fù)位主要作用是為了讓整個程序能夠從頭到尾地執(zhí)行，就是為了讓程序的一個指針直接指向到程序當(dāng)中的一個地址0。程序上電需要進行復(fù)位，依靠復(fù)位電路來將程序復(fù)位，復(fù)位方式分為自動復(fù)位和手動復(fù)位，因為在此次設(shè)計中的洗衣機為全自動型，所以采用的復(fù)位形式為自動復(fù)位，如圖5.3所示。自動復(fù)位的工作原理是：此功能是由一個極性電容C3來實現(xiàn)程序自動的。在系統(tǒng)上電的同時電容C3會經(jīng)過一個充電放電的過程，高電平會在放電的過程產(chǎn)生，接在RST口的電容C3會在程序上電時開始充電，電容充電電壓持續(xù)上升，當(dāng)電容充滿電后RST端的電壓加到+5V，RST端持續(xù)得到+5V的高電平輸入，高電平輸入時間達到24個時鐘周期后，單片機就會開始進行復(fù)位動作。CPU對于計算機而言不可或缺，在一臺單片機里要求有一個這樣的時鐘電路來為單片機的運行提供了支持——時鐘電路，時鐘電路對于一臺單片機來說其功能主要就是用來驅(qū)動時鐘電路來控制和驅(qū)動一臺單片機，如果一臺單片機的時鐘電路中沒有這樣的時鐘電路可以來進行驅(qū)動，程序便無法執(zhí)行。完全可以把它簡單理解為構(gòu)成一個單片機在一個時鐘以及傳感器件的驅(qū)動下所連接帶來的時序邏輯電路。例如MCS一5l單片機作為實際應(yīng)用案例數(shù)據(jù)進行分析說明:MCS一5l單片機在其中實現(xiàn)執(zhí)行某一條信號指令所需時所需的兩個時鐘周期。其基本含義就是即必須連續(xù)使用2個時鐘周期才能發(fā)出讓一個MCS一5l單片機滿足操作條件的指令。如果一臺單片機內(nèi)部沒有這個小型的時鐘驅(qū)動控制電路，那么就不能夠正常地連續(xù)運行和正常工作的，當(dāng)程序中含有定時或者和時間有關(guān)指令時，單片機是無法執(zhí)行的。而本次設(shè)計是需要對洗衣過程進行計時，所以時鐘電路必不可少。而且控制了計算機的正常工作節(jié)奏恰恰也是由于時鐘電路，而其節(jié)奏的發(fā)展和快慢是又因為晶振頻率決定的，晶振頻率越高，系統(tǒng)正常運行的速度也就越快。圖5.3復(fù)位、時鐘電路5.4單片機最小系統(tǒng)的相關(guān)知識單片機能運行起來所需的最少元器件就是單片機最小系統(tǒng)，其中包括晶振電路，復(fù)位電路。系統(tǒng)上電后需要對程序進行復(fù)位，復(fù)位電路在上文已經(jīng)解釋過，程序復(fù)位需要時間，就像計算機重啟一樣，復(fù)位電路中的電容決定了復(fù)位所需時間，一般來說，想要復(fù)位時間縮短，那么C3的容值就必須用的越大，也需要考慮到PCB板上的空間問題，其容值越高價格越高，本次設(shè)計的理念之一是生產(chǎn)成本低廉，所以在復(fù)位電路中采用容值為10μF，這個容值帶來的復(fù)位速度足以滿足本次設(shè)計需求。晶振電路中采用11.0592MHZ的晶振，在基于的單片機任何設(shè)計當(dāng)中都可以采用其他或者更高頻率的晶振，晶振的頻率決定了單片機對程序的處理速度，在本次設(shè)計中參考了多種頻率的晶振，從2—100MHZ不等，由于較低頻率的的晶振無法滿足設(shè)計要求，超而高頻率的晶振性能早已溢出設(shè)計需求，綜合考慮之下采用性價比較高和控制較穩(wěn)定的11.0592MHZ晶振。按照設(shè)計需求，晶振電路的起振電容一般采用10~33μF，本文采用的是30μF起振電容。導(dǎo)線越長，傳輸期間的不可控因素越多，晶振的準確性將受到很大程度影響，晶振受到影響單片機程序運行的準確性也無法保證，那么整個設(shè)計的可控性就會大幅降低，在后期調(diào)試也會出現(xiàn)一些難以解決的問題，所以晶振電路中的電容越靠近晶振越好，晶振越靠近芯片越好，這樣可以最大程度降低信號干擾帶來的影響。5.5晶振電路外接晶振是早些單片機必須做的，如果不接晶振，那就必須外接時鐘脈沖，由于技術(shù)的限制，當(dāng)時的芯片內(nèi)并沒有提供自帶的時鐘電路來為自己的程序做驅(qū)動，但是單片機的運行又極其依賴穩(wěn)定的時鐘電路提供脈沖。這兩種提供時鐘電路的方式，相比之下晶振更被大眾所接受，時鐘脈沖用的人非常之少。單片機經(jīng)過幾十年的發(fā)展，早已經(jīng)在芯片內(nèi)部有了自帶的時鐘電路，所以在對穩(wěn)定性要求不是特別嚴格的場合，外部的晶振電路是可以不用接的，直接使用芯片內(nèi)部的時鐘電路即可，由于內(nèi)部的時鐘對外界的干擾非常敏感，在一些要求嚴格的情況下，外接晶振電路就顯得很有必要了，洗衣機內(nèi)部線路復(fù)雜，布滿各種各樣的電線，對芯片的干擾極強這種環(huán)境下就必須使用外接晶振電路。5.6P0口的上拉電阻在單片機所有引腳里，唯獨P0是沒有內(nèi)部上拉電阻的，做輸出口時必須外接上拉電阻。如果沒有上拉電阻，在一些不確定的時間，例如突然失電的狀態(tài)下，P0口就會呈一個懸空狀態(tài)，也叫高阻態(tài)的情況，如果P0呈現(xiàn)這個狀態(tài)，那么P0口外接的CMOS芯片引腳也會被懸空，一旦這個芯片被懸空，那么單片機會出現(xiàn)邏輯混亂，功耗異常等后果。因為P0口沒有上拉電阻，只能在低電平下工作，所以當(dāng)在使用PNP型三極管時就可以不再進行連接上拉電阻。P0口是開漏的，內(nèi)部沒有上拉電阻，這就相當(dāng)于內(nèi)部沒有電源，所以P0口無法在不使用上拉電阻的條件下將其作為輸入口，如圖5.9所示，接線方式是在1引腳接一個輸入電源，這就為P0口提供了一個外部電源，給所接的負載提供輸入電源。在沒有接上拉電阻的前提下，即使驅(qū)動能力再強大，也無濟于事。而且當(dāng)其沒有作為I/O口而是作為地址/數(shù)據(jù)重新復(fù)用的情況下也就是它可以不再連接上拉電阻。上拉電阻相對于另外一個叫做下拉電阻，其工作原理也是與上拉電阻相同，對上拉電阻和下拉電阻在實際電路中的選取原則還是需要綜合考慮它們的開關(guān)特點和負載電路的輸出特性。主要是需要考慮以下幾個方面的因素:驅(qū)動能力與功耗之間的平衡；負載電路的驅(qū)動要求；高低電平的控制；頻率性質(zhì)。圖5.6上拉電阻

5.7水位感應(yīng)器watersensor水位檢測傳感器，使用簡單方面，可控性強，穩(wěn)定性能優(yōu)、性價比很高的水位傳感器，其工作原理是通過平行線對附在上面的導(dǎo)體液體進行感應(yīng)。該控制模塊主要技術(shù)特點也就是于它充分利用了三極管的無源電流基極放大控制原理：即當(dāng)導(dǎo)體液位高度移動導(dǎo)致電流使得三極管的電流基極和無線電源端的正極導(dǎo)通時，在三極管的基極和無源電流放大發(fā)射極之間就會同時產(chǎn)生一定放大頻率和電流大小的發(fā)射電流，此時在三極管的集電極和發(fā)射極之間就同樣會同時自動產(chǎn)生一個放大頻率的超過放大電流倍數(shù)的發(fā)射電流，該放大電流通過發(fā)射極的放大后就同樣會同時產(chǎn)生一個放大電壓，稱為基極A—電流轉(zhuǎn)換器的電流采集。水位實時傳感器不但而且能夠直接實現(xiàn)水位的實時測量，還可以測量是否有水，當(dāng)測量是否有水時，直接檢測輸出端引腳，若檢測為0，則顯示沒有水，若檢測到1，則有水；當(dāng)檢測水位變化時，需要進行ADC采集，利用函數(shù)進行模擬電壓值到水位的轉(zhuǎn)換。圖5.7水位感應(yīng)器

6調(diào)試在企業(yè)進行數(shù)控單片機軟件開發(fā)的整個過程中，從整個硬件產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)直至整個軟件開發(fā)設(shè)備的生產(chǎn)制造都幾乎全部由軟件開發(fā)人員針對自己的操作系統(tǒng)而親手設(shè)計完成。這樣雖然能夠有效地大大降低系統(tǒng)的開發(fā)成本，提高系統(tǒng)的市場適應(yīng)度，但整個系統(tǒng)的開發(fā)調(diào)試運行時間卻大約占去了整個調(diào)試系統(tǒng)總產(chǎn)品開發(fā)調(diào)試時間的2/3，可見整個調(diào)試系統(tǒng)工程調(diào)試組的工作量比較大。由于針對單片式主機系統(tǒng)的一些硬件進行調(diào)試與這些軟件上的調(diào)試之間幾乎是不怎么可能相互分開的，許多人在硬件上的調(diào)試錯誤都必須是在這些軟件上的調(diào)試中才可能會有人及時發(fā)現(xiàn)并且能得到及時糾正。但通常都方法是先將明顯的應(yīng)用硬件出現(xiàn)故障以后，再與應(yīng)用軟件相互地緊密結(jié)合進行使用安裝起來后再進行系統(tǒng)調(diào)試，以便于進一步地快速排除故障。由此可見，硬件的每次調(diào)試都是設(shè)計基石，如果經(jīng)過硬件的多次調(diào)試不能夠順利通過，軟件的調(diào)試設(shè)計則可能會因此變得無從下手。1、首先解決的是焊接順序。根據(jù)功能分區(qū)來進行逐一焊接，這樣就容易發(fā)現(xiàn)問題所在。2、當(dāng)調(diào)試時發(fā)現(xiàn)程序無錯誤但是功能無法正常實現(xiàn)時，可以按以下幾個步驟來完成:1)檢查原理圖連接是否正確2)檢查原理圖與PCB圖是否一致3)用萬用表檢查是否有虛焊，引腳短路現(xiàn)象4)通過時序查詢各個命令器件時序中的命令DATASHEET，分析一下各個命令對應(yīng)時序的器件位置名稱是否一致，同時還要仔細分析一下各個命令的器件名稱時序是否相當(dāng)。5)用戶具備條件時，有上述條件的用戶可以考慮使用小型示波儀。通過一個射頻示波器可以檢查地址sram各個引腳，地址數(shù)據(jù)線全部為一個帶有線的信號，而且各個數(shù)據(jù)線上幾乎沒有任何其他信號數(shù)據(jù)存在，就是問題所在。6)飛線：用別的電纜線進行控制，看看它們能不能正常地操作，多試驗，才能發(fā)現(xiàn)問題最終出現(xiàn)在哪個地方。靜態(tài)調(diào)試:排除邏輯故障此類制板故障通常認為是由于在制板設(shè)計、加工乃至生產(chǎn)制板的整個過程當(dāng)中可能出現(xiàn)的制板工藝性差而直接導(dǎo)致。主要應(yīng)用包含各種錯線，開路，短路。排除的解決辦法之一是首先把經(jīng)過特殊加工的印制板認真地進行對照并放到產(chǎn)品原理上的示意圖，看二者原理是否完全一致。應(yīng)特別注意對整個電源線路系統(tǒng)的檢查，以便于防止發(fā)生電源系統(tǒng)短路和供電極性上的誤差，并且重點是要檢查電源系統(tǒng)的接口總線之間到底是否存在有相互之間的電源短路或其他相關(guān)信號無法接入電源線路?？梢酝ㄟ^選擇性地進行檢查一臺單片機內(nèi)部某些元器件裝置是否具備符合產(chǎn)品設(shè)計時所需求的安裝尺寸、規(guī)格、及其它安裝操作方式。通常情況下需要先檢查VCC與GND之間的連接電位，電壓在5V~4.8V之間為正常，仔細進行每個電源輸入和電壓輸出的波動幅值及電源極性的檢查，若發(fā)現(xiàn)機器有處于高壓，聯(lián)機設(shè)備進行調(diào)試時，電子管和元器件等這些零部件將會受到嚴重損壞，該通的地方焊接要牢固可靠，不需要通的地方在焊接時不能短路，檢查各個功能模塊和元器件是否工作正常。準備工作完成后開始試機，先按下電源按鍵，檢查電源指示燈是否亮起，兩個水位檢測是否通電，按下第一個按鈕，左邊指示燈為洗衣模式指示燈，每按一次能否切換，選擇最后一調(diào)試模式，再按下最后一個按鈕確認鍵，按下第二個按鈕啟動，這是進水閥打開，觀察指示燈情況，再高水位檢測器上沾點水模擬水位達到要求，這是進水閥關(guān)閉，電機啟動，按照程序設(shè)定正轉(zhuǎn)—停止—反轉(zhuǎn)運行，觀察之后的漂洗排水脫水是否能按照程序設(shè)定完整運行，當(dāng)運行結(jié)束后蜂鳴器報警，過程指示燈中的綠燈亮起，表示結(jié)束。

圖6.1PCB板上電圖6.2以調(diào)試模式啟動圖6.3洗衣完成

7結(jié)論本控制系統(tǒng)主要功能是基于應(yīng)用單片機及其軟件接口技術(shù)、計算機工程技術(shù)、微電子工程科學(xué)等多種綜合系統(tǒng)運行控制技術(shù)而研究設(shè)計開發(fā)出來的。該設(shè)計系統(tǒng)包含了用戶參數(shù)輸入，洗衣，脫水，以及自動終止四個操作步驟。主要部件有:STC89C51單片機、兩位共陰極的數(shù)碼管、按鍵、蜂鳴器、LED、指示燈、電機、繼電器、水位感應(yīng)器組成。通過本次的設(shè)計可以得出如下觀點:首先由于單片機廣泛的應(yīng)用和使用現(xiàn)在單片機等電子產(chǎn)品的設(shè)計變得更加簡單、功能也變得越來越強大、集成程度也變得更高，單片機以其特殊的優(yōu)勢被廣泛應(yīng)用在日常生活中的方方面面。通過重新安裝編程一個單片機洗衣軟件，就已經(jīng)可以非常方便地進行更新、提升智能洗衣機的使用性能。在器件的選型時要充分考慮到是否滿足設(shè)計需求，例如：繼電器的限流電阻如果選取阻值較大的電阻，那么在線圈通電時電流達不到吸合要求而使得鐵芯無法吸合，這樣在后期調(diào)試時非常難找出問題，即使找出問題，再將電阻取下?lián)Q上新電阻，費時費力，在焊接中可能還會影響到其他功能模塊。復(fù)位電路中的電容，選取較小電容，那么在上電復(fù)位時就會比較慢，影響設(shè)計質(zhì)量。在品牌上應(yīng)選擇大一些的廠家，大廠擁有優(yōu)質(zhì)的研發(fā)工程師和先進的技術(shù)工藝，生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量有保障且控制穩(wěn)定，這在后期調(diào)試和正常使用中提高壽命。應(yīng)用不同的元器件和實際設(shè)計應(yīng)用方式也可以直接導(dǎo)致每臺洗衣機的實際設(shè)計應(yīng)用結(jié)果截然不同，洗衣機的生產(chǎn)質(zhì)量和使用性能也將因此具有一定的根本差別，同時本文的產(chǎn)品設(shè)計中作者所采用的每一個元器件都必須是非常適合單片機的實際設(shè)計應(yīng)用，使得其他附加的功能設(shè)計只需要在本設(shè)計基礎(chǔ)上修改程序并加裝需要的硬件設(shè)施即可研究出全新的多功能自動控制系統(tǒng)。本設(shè)計以單片機為控制系統(tǒng)，配合其他的外圍電路實現(xiàn)了洗衣機的基礎(chǔ)控制，在此基礎(chǔ)上還可以加上藍牙，手機APP，語音等多種多樣非常豐富的功能，在萬物互聯(lián)互通的現(xiàn)在，人們追求家電的智能化，功能多樣化，各種智能化的改進都可以在本設(shè)計的基礎(chǔ)上進行改裝，滿足不同客戶的私