基于單片機(jī)的智能洗衣機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要洗衣機(jī)作為智能家電控制的核心產(chǎn)品，已經(jīng)走進(jìn)了家家戶戶的日常生活中，為人們提供了更加方便的服務(wù)。本文從生活智能化的方向出發(fā)，設(shè)計(jì)了一套基于單片機(jī)的智能洗衣機(jī)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了手機(jī)APP遠(yuǎn)程操作、自動(dòng)稱重、感應(yīng)開門和洗滌脫水等洗衣過程的全自動(dòng)控制。系統(tǒng)主要由STM32單片機(jī)、液晶顯示模塊、稱重傳感器、水位傳感器、人體熱釋電傳感器、繼電器、WiFi模塊、舵機(jī)、按鍵、蜂鳴器等構(gòu)成。STM32單片機(jī)負(fù)責(zé)洗衣過程的控制，液晶顯示模塊顯示衣服重量，水位和洗衣開關(guān)等；稱重傳感器通過檢測衣物的重量，從而確定洗滌模式；水位傳感器檢測是否達(dá)到設(shè)定的水位，從而通過繼電器來控制電機(jī)洗衣和脫水；人體熱釋電傳感器感應(yīng)是否有人，舵機(jī)模擬洗衣機(jī)開關(guān)門；當(dāng)洗衣流程結(jié)束時(shí)蜂鳴器響，提示用戶洗衣完成；按鍵用來進(jìn)行洗衣設(shè)置及童鎖控制。系統(tǒng)也可以使用WiFi模塊來連接手機(jī)APP，上傳衣服重量及水位信息，遠(yuǎn)程對洗衣過程進(jìn)行控制。通過本設(shè)計(jì)，成功優(yōu)化了洗衣機(jī)洗衣過程的智能化控制，帶給用戶全新的體驗(yàn)，經(jīng)測試，系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了洗衣機(jī)的手動(dòng)洗衣和自動(dòng)洗衣功能、童鎖功能、感應(yīng)開門功能、報(bào)警功能、顯示功能，以及用手機(jī)遠(yuǎn)程控制洗衣機(jī)的功能。關(guān)鍵詞：智能洗衣機(jī)；STM32；自動(dòng)模式；手動(dòng)模式；遠(yuǎn)程控制

AbstractAsthecoreproductofintelligenthomeappliancecontrol,washingmachinehasenteredthousandsofhouseholds,providingpeoplewithhealthy,convenientandfastlaundryservices.Startingfromthedirectionofintelligentlife,thispaperdesignsasetofintelligentwashingmachinecontrolsystembasedonsinglechipmicrocomputer.ItcombinestheembeddedsinglechipmicrocomputertechnologywithautomaticcontroltechnologytorealizetheautomaticcontrolofthelaundryprocesssuchasremoteoperationbymobileAPP,automaticweighing,inductiondooropeningandwashinganddehydration.ThesystemismainlycomposedofSTM32singlechipmicrocomputer,liquidcrystaldisplaymodule,weighingsensor,waterlevelsensor,humanpyroelectricsensor,relay,WiFimodule,steeringgear,button,buzzerandsoon.STM32MCUisresponsibleforthecontrolofthelaundryprocess.Theliquidcrystaldisplaymoduledisplaystheweightoftheclothes,thewaterlevelandthelaundryswitch,etc.Theweighingsensordetectstheweightoftheclothestodeterminethewashingmode,andthewaterlevelsensordetectsthewaterleveltocontrolthedehydrationofthemotorthroughtherelay.Thehumanpyroelectricsensorsenseswhetherthereissomeone,thesteeringmachinesimulatestheopeningandclosingofthewashingmachine,andwhenthelaundryprocessends,thebuzzerringstoremindtheuserthatthelaundryiscompleted,andthebuttonisusedtosetupthelaundryandcontrolthechildlock.ThesystemcanalsousetheWiFimoduletoconnecttothemobileAPP,uploadtheclothesweightandwaterlevelinformation,andremotelycontrolthelaundryprocess.Throughthisdesign,theintelligentcontrolofthewashingmachinewashingprocessissuccessfullyoptimized,andtheuserhasanewexperience.Aftertesting,thesystemdesignhasthecharacteristicsoflowenergyconsumption,strongfunctionalpracticalityandintelligentcontrol,andhasgoodreliability,stabilityandlowresearchanddevelopmentcost,andiseconomicallyapplicable.KeyWords:Washingmachine;Single-chipcomputer;Waterlevel;Sensor

目錄TOC\o"1-3"\h\z1引言 [12]。由于OLED顯示屏的像素可以完全關(guān)閉，所以能夠?qū)崿F(xiàn)非常高的對比度，顯示效果更加清晰鮮明。OLED顯示屏的響應(yīng)速度非常快，能夠?qū)崿F(xiàn)流暢的動(dòng)態(tài)顯示效果，適合于高速視頻播放和游戲等應(yīng)用。OLED顯示屏具有廣泛的視角，觀看角度大，不會出現(xiàn)顏色變化或亮度損失。OLED顯示模塊實(shí)物如圖3-10所示。圖3-10OLED顯示模塊實(shí)物圖液晶顯示電路如圖3-11所示：圖3-11液晶顯示電路3.6WiFi通信模塊基于單片機(jī)的智能洗衣機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的STM32單片機(jī)通過ESP8266模塊進(jìn)行與手機(jī)APP的數(shù)據(jù)傳輸。ESP8266模塊實(shí)物如圖3-12所示。圖3-12ESP8266模塊實(shí)物圖該模塊是一種常用的WiFi模塊，設(shè)計(jì)成本低且操作簡單，目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域。在電路設(shè)計(jì)上，它相當(dāng)于一個(gè)透傳模塊。該模塊通過AT指令和單片機(jī)進(jìn)行通訊，然后就可以實(shí)現(xiàn)信息的交互。通常有固定的Flash和RAM內(nèi)存大小，可以根據(jù)型號不同而變化。支持UART、SPI、I2C等多種通信接口，易于與其他設(shè)備進(jìn)行通信和控制。并且ESP8266在待機(jī)模式下消耗的電流極低，支持多種低功耗模式。由于其小巧的尺寸和強(qiáng)大的功能，ESP8266廣泛用于各種物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備中，如智能家居、智能燈具等。ESP8266模塊的引腳定義如表3-1所示。表3-1ESP8266引腳定義及功能表1GND接地引腳2IO2通用輸入輸出引腳3IO0通用輸入輸出引腳4RXD接收引腳5TXD發(fā)送引腳6EN使能引腳7RST復(fù)位引腳8VCC電源引腳ESP8266模塊與單片機(jī)的串口之間是透傳模式,其設(shè)計(jì)電路圖如圖3-13所示。圖3-13WIFI模塊電路3.7蜂鳴器報(bào)警模塊蜂鳴器報(bào)警模塊主要是通過采用有源蜂鳴器來完成，用來提示洗衣完成。相比無源蜂鳴器，有源蜂鳴器在設(shè)計(jì)時(shí)更為簡單，不需要外接震蕩源。在工作時(shí)，系統(tǒng)初始化后，單片機(jī)端口為高電平模式，此時(shí)蜂鳴器并不會發(fā)出聲響。而當(dāng)系統(tǒng)下發(fā)控制任務(wù)時(shí)，該端口則轉(zhuǎn)為低電平，蜂鳴器發(fā)出叫聲。蜂鳴器報(bào)警模塊電路原理圖如圖3-14所示。圖3-14蜂鳴器報(bào)警模塊3.8按鍵模塊基于單片機(jī)的智能洗衣機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中通過按鍵設(shè)置洗衣模式和選擇所洗衣物材質(zhì)，按鍵1切換手動(dòng)模式和自動(dòng)模式，按鍵2跳轉(zhuǎn)選項(xiàng)，可以從洗衣模式跳轉(zhuǎn)到材質(zhì)等選項(xiàng)，當(dāng)前選項(xiàng)在洗衣模式時(shí)，按鍵3可以選擇快速、標(biāo)準(zhǔn)、強(qiáng)力模式；選項(xiàng)在材質(zhì)時(shí)，按鍵3可以選擇棉麻和滌綸；選項(xiàng)在洗衣開關(guān)時(shí)，按鍵3可以選擇開和關(guān)；按鍵4控制童鎖的開啟和關(guān)閉狀態(tài)。設(shè)定童鎖開啟關(guān)閉狀態(tài)

，開啟時(shí)，按其他按鍵無任何反應(yīng)，

解開童鎖時(shí)其他按鍵正常工作。獨(dú)立按鍵所占的空間很少，可以節(jié)省PCB板的空間，而且用戶使用也更容易上手。當(dāng)獨(dú)立按鍵處于未按下狀態(tài)的時(shí)候，其狀態(tài)為高電平，當(dāng)具體一個(gè)按鍵被按下，電流就會導(dǎo)通，即電平狀態(tài)為低電平，如圖3-15所示。圖3-15按鍵電路3.9繼電器模塊基于單片機(jī)的智能洗衣機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用繼電器控制洗滌和脫水電機(jī)工作，當(dāng)繼電器吸合時(shí)，表示電機(jī)設(shè)備開啟，繼電器斷開時(shí)，表示電機(jī)設(shè)備關(guān)閉。通過STM32單片機(jī)的PA4-PA5引腳輸出高低電平控制繼電器的通斷，繼電器控制電路如圖3-16所示。圖3-16繼電器控制電路3.10SG90舵機(jī)模塊基于單片機(jī)的智能洗衣機(jī)控制系統(tǒng)采用SG90舵機(jī)模擬洗衣機(jī)的開關(guān)門控制。SG90舵機(jī)體積小，重量輕，并且可以精確控制舵機(jī)的角度，保證洗衣機(jī)內(nèi)部各部件的準(zhǔn)確動(dòng)作?？刂品绞绞峭ㄟ^單片機(jī)發(fā)送脈沖信號，控制SG90舵機(jī)的角度和速度，從而實(shí)現(xiàn)洗衣機(jī)內(nèi)部部件的精確控制。SG90舵機(jī)模塊的信號線連接到STM32單片機(jī)的PA6引腳，電路如圖3-17所示。圖3-17SG90舵機(jī)模塊電路3.11電源模塊STM32F103C8T6微控制器的供電電壓在3.3V左右，本設(shè)計(jì)采用12V電源進(jìn)行供電，供電電路通過降壓模塊降為5V電源，而后采用AMS1117降壓器經(jīng)正向降壓后電壓從5V變?yōu)?.3V，給系統(tǒng)供電。電源電路設(shè)計(jì)如圖3-18所示。圖3-18電源模塊4軟件設(shè)計(jì)4.1主程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)主程序流程圖如下圖4-1所示。圖4-1系統(tǒng)主程序流程圖本系統(tǒng)設(shè)計(jì)打開開關(guān)后，可以使用WiFi連接手機(jī)，遠(yuǎn)程控制洗衣機(jī)系統(tǒng)，或者手動(dòng)選擇自動(dòng)洗衣模式和手動(dòng)洗衣模式；自動(dòng)洗衣模式時(shí)，根據(jù)衣物的重量、材質(zhì)自動(dòng)選擇洗衣模式；手動(dòng)模式時(shí)，可以手動(dòng)選擇洗衣模式，衣物材質(zhì)。主程序關(guān)鍵代碼如下：4.2初始化子程序設(shè)計(jì)主程序首先進(jìn)行系統(tǒng)初始化操作，初始化包括延時(shí)函數(shù)初始化，中斷設(shè)置，串口初始化，液晶和按鍵初始化，接下來進(jìn)行紅外熱釋電傳感器初始化，液位傳感器和繼電器，舵機(jī)使用引腳的初始化，WiFi模塊初始化，稱重傳感器初始化，定時(shí)器初始化，然后進(jìn)入主循環(huán)，具體流程圖如圖4-2所示。圖4-2初始化子程序流程圖初始化關(guān)鍵代碼如下：4.3洗衣模式判定子程序設(shè)計(jì)洗衣模式是根據(jù)所洗衣物的重量和材質(zhì)來判定的，本系統(tǒng)設(shè)定：（1）當(dāng)所洗衣物的材質(zhì)是棉麻，0g<衣物重量≤100g時(shí)，洗衣模式為快速模式，洗衣時(shí)間10s，脫水時(shí)間5s；（2）當(dāng)所洗衣物的材質(zhì)是棉麻，100g<衣物重量≤200g時(shí)，洗衣模式為標(biāo)準(zhǔn)模式，洗衣時(shí)間20s,脫水時(shí)間10s；（3）當(dāng)所洗衣物的材質(zhì)是棉麻，200g<衣物重量時(shí)，洗衣模式為強(qiáng)力模式，洗衣時(shí)間30s，脫水時(shí)間15s；（4）當(dāng)所洗衣物的材質(zhì)是滌綸，0g<衣物重量≤100g時(shí)，洗衣模式為強(qiáng)力模式，洗衣時(shí)間30s，脫水時(shí)間15s；（5）當(dāng)所洗衣物的材質(zhì)是滌綸，100g<衣物重量≤200g時(shí)，洗衣模式為快速模式，洗衣時(shí)間10s，脫水時(shí)間5s；（6）當(dāng)所洗衣物材質(zhì)為滌綸，200g<衣物重量時(shí)，洗衣模式為標(biāo)準(zhǔn)模式，洗衣時(shí)間20s，脫水時(shí)間10s。具體流程圖如圖4-3所示。圖4-3洗衣模式判定子程序流程圖洗衣模式判定關(guān)鍵代碼如下：4.4水位檢測子程序設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的智能洗衣機(jī)控制系統(tǒng)通過水位傳感器對水位進(jìn)行檢測，檢測完成后，水位傳感器將模擬輸出信號傳送給STM32單片機(jī)，STM32單片機(jī)內(nèi)部進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換出水位后，將水位輸出到液晶進(jìn)行顯示，當(dāng)水位>50mm時(shí)，進(jìn)行洗滌及脫水控制。水位檢測子程序流程圖如圖4-4所示。圖4-4水位檢測子程序流程圖水位檢測關(guān)鍵代碼如下：4.5計(jì)時(shí)/報(bào)警模塊子程序設(shè)計(jì)洗衣開始，當(dāng)檢測到洗衣時(shí)間達(dá)到10s后，開始脫水，脫水時(shí)間達(dá)到5s后，洗衣完成，蜂鳴器響三聲提醒用戶洗衣完成。計(jì)時(shí)/報(bào)警模塊子程序流程圖如圖4-5所示。圖4-5計(jì)時(shí)/報(bào)警模塊子程序流程圖計(jì)時(shí)/報(bào)警模塊關(guān)鍵代碼如下：4.6人體檢測子程序基于單片機(jī)的智能洗衣機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用紅外熱釋電傳感器對人體進(jìn)行檢測，紅外熱釋電傳感器的數(shù)字輸出引腳默認(rèn)為高電平，當(dāng)檢測到1米內(nèi)有人時(shí)，數(shù)字輸出引腳為低電平，單片機(jī)循環(huán)檢測該引腳的狀態(tài)，當(dāng)檢測到該引腳電平為低電平時(shí)，說明有人，人體檢測子程序軟件流程如圖4-6所示。圖4-6人體檢測子程序流程圖人體檢測關(guān)鍵代碼如下：4.7無線傳輸子程序設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的智能洗衣機(jī)控制系統(tǒng)中采用ESP8266模塊實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)與手機(jī)之間的無線數(shù)據(jù)傳輸。首先該模塊初始化，然后檢查是否有連接。如果有的話，就獲取連接的通信頻率以及請求內(nèi)容，接著匹配通信頻段、傳輸數(shù)據(jù)包，傳輸完成后就結(jié)束了，若傳輸沒完成就再次傳輸數(shù)據(jù)包。無線傳輸子程序的軟件流程如圖4-7所示。圖4-7無線傳輸子程序流程圖無線傳輸關(guān)鍵代碼如下：4.8顯示子程序設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的智能洗衣機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，材質(zhì)，洗衣開關(guān)，洗衣模式通過液晶顯示模塊顯示，液晶顯示的方式比較固定化，根據(jù)該液晶模塊對應(yīng)的字符庫就可完成。在顯示之前，需要進(jìn)行系統(tǒng)的初始化，以完成數(shù)據(jù)的顯示準(zhǔn)備工作。然后，通過程序設(shè)定對應(yīng)的顯示地址，包括行地址和列地址。然后通過程序指令就可以在對應(yīng)的地址位置顯示相關(guān)數(shù)據(jù)信息。需強(qiáng)調(diào)的是，在顯示時(shí)，只需要在第一個(gè)字節(jié)處進(jìn)行定位，該位置顯示完成后，系統(tǒng)自動(dòng)移動(dòng)到下一位置，無需重復(fù)定位。顯示關(guān)鍵代碼如下：5系統(tǒng)調(diào)試從實(shí)現(xiàn)智能洗衣機(jī)的具體功能出發(fā)，依據(jù)系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)所制定的硬件電路設(shè)計(jì)方案，將確定好的各個(gè)元器件一一焊接組裝，依據(jù)系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)所確定的程序編寫思路，運(yùn)用KEIL軟件將裝置的程序代碼進(jìn)行編寫以及程序編譯的輸出。然后，使用燒錄軟件將編寫完成并編譯成功的程序代碼燒錄到STM32F103C8T6單片機(jī)上。最后進(jìn)行功能測試，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)存在的問題并及時(shí)做出修正。最終完成此系統(tǒng)的制作、調(diào)試及功能測試工作。完成了對硬件電路調(diào)試和軟件程序設(shè)計(jì)的調(diào)試之后，接下來就需要對基于單片機(jī)的智能洗衣機(jī)控制系統(tǒng)的整體功能進(jìn)行測試。模擬實(shí)物如圖5-1所示。圖5-1基于單片機(jī)的智能洗衣機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)物圖（1）顯示功能連接電源，OLED液態(tài)顯示材質(zhì)，洗衣開關(guān)，重量和控制模式。圖5-2OLED顯示屏（2）童鎖調(diào)試開啟童鎖時(shí)，按其他按鍵無任何反應(yīng)，

關(guān)閉童鎖時(shí)其他按鍵正常工作。圖5-3童鎖開啟狀態(tài)圖圖5-4童鎖關(guān)閉狀態(tài)圖（3）手動(dòng)洗衣功能調(diào)試按下第一個(gè)按鍵，跳轉(zhuǎn)到手動(dòng)控制模式，此時(shí)，洗滌模式包括標(biāo)準(zhǔn)，快速，強(qiáng)力三種模式可以任意選擇。按下第二個(gè)按鍵跳轉(zhuǎn)到材質(zhì)選擇，包括棉麻和滌綸兩種選擇。按下第二個(gè)按鍵跳轉(zhuǎn)到洗衣開關(guān)，開啟洗衣。圖5-5快速模式圖5-6標(biāo)準(zhǔn)模式圖5-7強(qiáng)力模式（4）自動(dòng)洗衣功能調(diào)試快速模式：圖5-8快速模式標(biāo)準(zhǔn)模式：圖5-9標(biāo)準(zhǔn)模式強(qiáng)力模式：圖5-10強(qiáng)力模式按下第三個(gè)按鍵，開啟洗衣開關(guān)，此時(shí)，水位傳感器開始檢測是否有水，將濕巾放置于液位傳感器的金屬表面，可以看到洗滌繼電器打開，十秒后，脫水繼電器打開，五秒后蜂鳴器鳴響三聲，液晶顯示洗滌完成，洗衣開關(guān)關(guān)閉。（5）童鎖關(guān)閉狀態(tài)下，將手靠近紅外熱釋電傳感器，可以看到舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。按下第四個(gè)按鍵，開啟童鎖，舵機(jī)不動(dòng)。圖5-11洗衣機(jī)感應(yīng)開門圖（6）在手機(jī)上搜索WiFi模塊并連接，連接成功后，運(yùn)行手機(jī)APP軟件，打開總開關(guān)。圖5-12手機(jī)控制總開關(guān)圖總開關(guān)打開后，自動(dòng)跳轉(zhuǎn)到遠(yuǎn)程控制界面，此時(shí)，液晶和手機(jī)APP同步顯示。圖5-13手機(jī)遠(yuǎn)程控制圖5.2系統(tǒng)測試結(jié)果在整個(gè)實(shí)際功能測試過程中，系統(tǒng)穩(wěn)定、程序無飛跑現(xiàn)象，經(jīng)過測試，呈現(xiàn)的是一個(gè)健全、穩(wěn)定的基于單片機(jī)的智能洗衣機(jī)控制系統(tǒng)。系統(tǒng)測試結(jié)果如表5-1所示。表5-1系統(tǒng)測試結(jié)果編號測試目標(biāo)測試內(nèi)容測試結(jié)果1單片機(jī)模塊1．測試單片機(jī)是否可以正常工作。成功2傳感器模塊1．測試傳感器模塊是否正常工作。2．測試傳感器模塊數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。成功3顯示模塊1．驗(yàn)證是否可顯示數(shù)值。2．驗(yàn)證顯示數(shù)據(jù)的正確性。成功4舵機(jī)和繼電器模塊1．驗(yàn)證是否正常工作。2．驗(yàn)證控制的正確性。成功5WiFi模塊1．驗(yàn)證是否正常連接。2．驗(yàn)證手機(jī)APP遠(yuǎn)程控制的正確性。成功

6結(jié)論基于單片機(jī)的智能洗衣機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)利用嵌入式單片機(jī)硬件設(shè)計(jì)和軟件編程知識完成理論到實(shí)踐的轉(zhuǎn)化。本文獲得的主要研究成果如下：（1）基于單片機(jī)的智能洗衣機(jī)控制系統(tǒng)以STM32單片機(jī)為核心，將嵌入式單片機(jī)技術(shù)與自動(dòng)控制技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了手機(jī)APP遠(yuǎn)程操作，自動(dòng)稱重，感應(yīng)開門和洗滌脫水等洗衣過程的全自動(dòng)控制。（2）詳細(xì)介紹了本次設(shè)計(jì)用到的硬件模塊，完成硬件電路的設(shè)計(jì)以及軟件程序編寫。（3）通過焊接實(shí)物并進(jìn)行系統(tǒng)測試，基于單片機(jī)的智能洗衣機(jī)控制系統(tǒng)具有完整的可行性，將單片機(jī)控制技術(shù)應(yīng)用到生活中，提高了智能洗衣機(jī)設(shè)計(jì)的智能化水平。由于時(shí)間和能力的限制，基于單片機(jī)的智能洗衣機(jī)控制系統(tǒng)雖然完成了智能洗衣機(jī)的基本功能，但是系統(tǒng)還有許多可以完善和拓展的空間，在以后的設(shè)計(jì)中采用語音模塊進(jìn)行語音提示，帶給用戶更好的人機(jī)交互體驗(yàn)，同時(shí)，采取措施盡可能優(yōu)化軟件的算法并提升系統(tǒng)的抗干擾能力以及低功耗設(shè)計(jì)。

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