頁共47頁1緒論1.1研究背景及意義隨著民眾生活水準的提升，對智能化家用電器的需求也日益旺盛，自動洗衣機逐漸受到廣大消費者的青睞。而基于單片機的自動洗衣機更是以其卓越的性能和出色的用戶體驗，成為了市場的焦點。單片機作為核心控制器，能夠精準地掌控洗衣機的整個洗滌流程，包括水位調(diào)節(jié)、洗滌程序、漂洗步驟以及脫水環(huán)節(jié)，全程無需人工參與，極大地提升了洗衣的便捷性REF_Ref14255\r\h[1]。這種智能化的洗滌方式不僅讓人們的生活變得更加輕松，也進一步提升了洗衣機的使用效率和性能表現(xiàn)。單片機可以精確控制洗滌過程，有效減少水、電和洗滌劑的使用量，實現(xiàn)節(jié)能環(huán)保的目標REF_Ref14405\r\h[2]。單片機可以實現(xiàn)對水流、轉(zhuǎn)速、溫度等參數(shù)的精確控制。能夠自動識別衣服的材質(zhì)和重量，并選擇最適合的洗滌程序，用戶只需要按下幾個按鈕就可以完成整個洗衣流程，操作非常簡單方便。而且單片機可以實時監(jiān)測洗衣機的運行狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)故障，也可以通過互聯(lián)網(wǎng)進行遠程監(jiān)控和控制，方便用戶的使用和管理REF_Ref14445\r\h[3]。因此，基于單片機的自動洗衣機設計的研究和開發(fā)，符合社會發(fā)展的需要，可以為家庭生活帶來更多的便利和舒適。通過引入單片機技術(shù)，可以將洗衣機與物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等先進技術(shù)相結(jié)合，創(chuàng)新出更多的應用場景和商業(yè)模式REF_Ref14552\r\h[4]。因此，研究基于單片機的自動洗衣機具有重要的社會意義和經(jīng)濟價值。1.2自動洗衣機發(fā)展現(xiàn)狀在智能化浪潮的席卷下，基于單片機的智能洗衣機憑借其獨特魅力，正吸引著越來越多的消費者。不僅具備出色的自動感知能力，能夠精準地識別衣物的數(shù)量和面料的差異，更能根據(jù)這些信息智能地調(diào)整洗衣用水量、洗滌劑投放量、水溫及洗滌時長等關鍵參數(shù)，從而實現(xiàn)更為科學、高效且環(huán)保的清洗效果REF_Ref14575\r\h[5]。部分智能洗衣機還融入了前沿的遠程操控、語音控制等技術(shù)，使得用戶無論身處何地，都能輕松操控洗衣機，極大地提升了使用的便捷性和體驗REF_Ref14497\r\h[6]。在當下追求健康生活的時代背景下，消費者對健康問題的關注度日益提升。特別是在疫情過后，對洗衣殺菌的需求更是急劇攀升。為了滿足這一市場需求，眾多洗衣機品牌紛紛推出了采用先進技術(shù)的產(chǎn)品。這些洗衣機通過高溫物理殺菌、活性氧深層除菌以及紫外藍光照射等多種方式，有效殺滅衣物上的細菌，確保衣物的清潔與衛(wèi)生REF_Ref14631\r\h[7]。此外，一些洗衣機還配備了智能提醒清潔和自動凈槽功能，能夠徹底清除洗衣機內(nèi)部的污垢和細菌，有效抑制霉菌的滋生。通過這些創(chuàng)新技術(shù)的應用，這些洗衣機為消費者提供了一個更加健康、無菌的洗衣環(huán)境，全方位守護人們的健康與安全REF_Ref14654\r\h[8]。在節(jié)能環(huán)保方面，一些洗衣機采用了先進的節(jié)能技術(shù)，包括智能控制、高效電機等，以降低能耗和碳排放。此外，一些洗衣機還采用了可再生材料和循環(huán)利用技術(shù)等，以減少對環(huán)境的影響REF_Ref14686\r\h[9]。綜上所述，基于單片機的智能洗衣機憑借其智能化、高效節(jié)能、健康殺菌等顯著特點，已成為現(xiàn)代家庭不可或缺的家電之一。展望未來，隨著科技的持續(xù)進步和消費者需求的不斷升級，智能洗衣機將繼續(xù)創(chuàng)新發(fā)展，為人們的生活帶來更多驚喜和便利REF_Ref26441\r\h[10]。1.3本文研究內(nèi)容本設計利用單片機，水位傳感器，達林頓元件等零部件，設計一個用OLED顯示洗衣機當前狀態(tài)的自動洗衣機系統(tǒng)。分為硬件設計和軟件設計兩部分。在硬件方面，設計電機驅(qū)動電路、水位檢測電路、按鍵輸入電路等。要確保洗衣機的各項功能能夠正常運行，并提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。在軟件方面，設計主程序及各個子程序?qū)崿F(xiàn)洗滌模式選擇、洗滌時間設置、水位檢測等功能。2系統(tǒng)設計方案2.1功能分析本設計功能為：能夠自動監(jiān)測水位，當加水達到預定高度，則會停止加水；能夠設定洗滌時間；設定時間一分鐘為一次循環(huán)，以分鐘為單位，可以增加工作時間或減少工作時間；洗滌模式分為輕柔、普通和強力，可以根據(jù)洗滌對象選擇相適應的模式；加水，洗滌可自動循環(huán)，一分鐘為一次循環(huán)，先后順序為加水、洗滌、排水；OLED可以顯示當前工作狀態(tài)，如：時間，洗滌模式。2.2總體方案設計本設計以單片機為核心，與水位傳感器、按鍵模塊、電源模塊、復位模塊、顯示模塊及時鐘模塊、驅(qū)動模塊等組成了自動洗衣機系統(tǒng)。該系統(tǒng)由輸入部分、控制部分和輸出部分構(gòu)成。輸入由以下五部分組成：第一部分為單獨的按鍵部分；第二部分是水位傳感器，自動監(jiān)測當前水位；第三部分是供電電路，為系統(tǒng)供電；第四部分是時鐘模塊，提供準確的時間信息；第五部分是復位模塊。中控部分使用STC89C52單片機，負責收集輸入數(shù)據(jù)，經(jīng)過內(nèi)部處理來達到控制輸出部分的目的。輸出主要分為兩部分：第一部分是直流電機，通過獨立按鍵驅(qū)動電機轉(zhuǎn)動進行工作。第二部分是顯示模塊,通過OLED能實時顯示洗滌模式狀態(tài)和洗滌時間。系統(tǒng)總體框圖如圖2.1所示。單片機水位傳感器時鐘電路單片機水位傳感器時鐘電路按鍵模塊復位電路供電電路顯示電路直流電機驅(qū)動電機2.3單片機的選型基于ARMCortex-M內(nèi)核的STC89C52單片機，功能強大且穩(wěn)定可靠，為各種應用場景提供了堅實的硬件基礎。它擁有豐富的外設接口，如模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）、通用異步收發(fā)器（UART）和串行外設接口（SPI）等，使得與外部設備的連接和通信變得簡單而高效。在功耗和集成度方面，這款單片機同樣表現(xiàn)出色，為節(jié)能和高效運行提供了有力保障。然而，需要注意的是，STC89C52單片機在模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器（AD）和非易失性存儲器（EEPROM）等功能上需要依賴外部擴展來實現(xiàn)，這增加了硬件和軟件的復雜度。雖然其輸入輸出（I/O）端口的使用相對便捷，但在高電平狀態(tài)下，其輸出能力相對有限，這可能在一定程度上限制了其在某些特定場景中的應用。此外，在處理速度方面，這款單片機也存在一定的局限性，尤其是在處理雙數(shù)據(jù)指針時，其性能表現(xiàn)可能不盡如人意。在價格方面，相較于傳統(tǒng)的51單片機，STC89C52單片機的成本稍高，這可能會使得一些預算有限的用戶對其望而卻步。綜上所述，STC89C52單片機在功能和性能上表現(xiàn)出色，尤其適用于高校教學和實物設計領域。盡管在某些方面如AD和EEPROM功能以及處理速度上存在一定局限，但其豐富的外設接口和穩(wěn)定可靠的性能仍然使其成為眾多項目的理想選擇?；诒菊n題的需求和預算考慮，選擇STC89C52型單片機作為核心控制器無疑是一個明智的決策。2.4水位傳感器的選型水位傳感器在各種應用場景中都扮演著至關重要的角色，如水庫、水池、水井、水箱等。為了確保安全和有效監(jiān)測水位變化，選擇合適的水位傳感器變得尤為關鍵。首先，需要確定想要監(jiān)測的水位范圍，篩選出合適的水位傳感器。第二，對于水位傳感器的精度要求，不同應用場景對水位精度的要求不同，而自動洗衣機系統(tǒng)對于水位精度要求不高，只要能監(jiān)測到有水即可。第三，考慮傳感器的工作環(huán)境，自動洗衣機系統(tǒng)不需要考慮溫度、壓力、腐蝕性等因素。最后水位傳感器通常有模擬輸出（如4-20mA）或數(shù)字輸出（如RS485、I2C等）?；诒驹O計的需求，為了滿足簡單的監(jiān)測功能并追求高性價比，選擇了欣薇5V雨滴傳感器模塊。2.5顯示器的選型在顯示器的選型上，對比了LCD與OLED這兩種主流的顯示技術(shù)。它們各有特色，具體的對比分析如下。在顯示原理上LCD是通過背光層發(fā)出白光，然后通過彩色濾光的顯示原理，而OLED則是自發(fā)光技術(shù)，每個像素點都能獨立工作，產(chǎn)生不同顏色。響應速度上OLED的響應速度比較快，可以用于動態(tài)圖像顯示，尤其是在游戲、體育賽事等需要快速響應的場景中表現(xiàn)較好。而LCD的響應速度相對較慢，對于快速變化的圖像可能會出現(xiàn)模糊或殘影的現(xiàn)象。關于能耗方面，OLED的能耗相對較低，因為它們是自發(fā)光器件，所以在暗場景下能夠節(jié)省電能。而LCD的能耗相對較高，尤其是在顯示暗場景時需要加大背光亮度，從而消耗更多電能。價格上，LCD和OLED的價格有所不同。一般來說，LCD的價格相對較低，因為它們的制造成本較低。而OLED的價格較高，因為它們的制造成本較高?；诒驹O計的需求，為了實時顯示時間和洗滌模式狀態(tài)，同時考慮到性價比因素，選擇采用OLED顯示器。2.6電機驅(qū)動裝置的選型ULN系列作為大電流驅(qū)動陣列的杰出代表，在單片機、智能儀表和PLC等控制電路中發(fā)揮著不可或缺的作用。其中，ULN2003以其高耐壓和大電流特性，在達林頓系列中脫穎而出，展現(xiàn)出獨特的優(yōu)勢。這款驅(qū)動器具備高電流增益，能夠在驅(qū)動過程中實現(xiàn)高效的能量轉(zhuǎn)換，從而顯著提升系統(tǒng)的整體性能。同時，其寬泛的工作電壓范圍，使得它能夠適應不同工作環(huán)境的多樣化需求，為工業(yè)自動化提供了更大的靈活性和適應性。其強大的帶負載能力，使得它能夠輕松應對各類要求高速大功率驅(qū)動的系統(tǒng)，為工業(yè)自動化提供了更為可靠和高效的解決方案。因此，本設計選擇ULN2003芯片。3系統(tǒng)硬件設計自動洗衣機系統(tǒng)由水位傳感器、電動機、顯示器、按鍵四大模塊組成。以STC89C52單片機為核心控制。3.1單片機最小系統(tǒng)3.1.1STC89C52單片機STC89C52單片機是一款集節(jié)能高效與卓越性能于一體的CMOS8位微控制器，其顯著特色在于內(nèi)置了8K的系統(tǒng)可編程Flash存儲器。這款單片機在單芯片設計上實現(xiàn)了高度的集成化，不僅搭載了卓越的8位CPU，還集成了系統(tǒng)可編程Flash，為嵌入式控制應用系統(tǒng)提供了既靈活又高效的解決方案。STC89C52單片機的標準功能豐富多樣，其中包括8K字節(jié)的Flash存儲器，用于存儲程序和數(shù)據(jù)；512字節(jié)的RAM，作為運行時中間數(shù)據(jù)的暫存空間；32位I/O口線，為用戶提供了豐富的接口選擇；看門狗定時器，有效防止程序運行異常；MAX810復位電路，確保系統(tǒng)穩(wěn)定啟動；三個16位定時器/計數(shù)器，能夠滿足多種計時和計數(shù)需求；一個具備6向量的2級中斷結(jié)構(gòu)，提供了靈活的中斷處理機制；以及全雙工串行口，方便與外部設備進行通信。STC89C52單片機的這些特點使其在工業(yè)自動化、消費電子、智能儀表以及PLC控制等領域中得到了廣泛的應用。無論是作為控制系統(tǒng)的核心組件，還是作為嵌入式系統(tǒng)的關鍵部件，STC89C52單片機都以其出色的性能和穩(wěn)定的表現(xiàn)，贏得了廣大用戶的青睞。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和應用的深入，STC89C52單片機必將在未來發(fā)揮更加重要的作用。綜上所述，STC89C52單片機憑借其強大的功能和靈活的設計，在嵌入式控制應用領域中具有廣泛的應用前景。如圖3.1所示。圖3.1STC89C52單片機SSTC89C52單片機以其卓越的低功耗和高性能特性而脫穎而出。它具備出色的靜態(tài)邏輯操作能力，能夠在0Hz時實現(xiàn)低能耗狀態(tài)。這款單片機提供了兩種軟件可選擇的節(jié)電模式，以滿足不同應用場景的節(jié)能需求。在空閑模式下，STC89C52單片機的CPU會暫時停止工作，但RAM、定時器/計數(shù)器、串口以及中斷功能仍然保持活躍，確保系統(tǒng)關鍵部分能夠繼續(xù)運行，同時降低了功耗。而在掉電保護模式下，單片機會進一步減少能耗，將RAM的內(nèi)容妥善保存，并凍結(jié)振蕩器，使單片機進入完全休眠狀態(tài)。只有在接收到中斷信號或進行硬件復位時，單片機才會重新喚醒并恢復工作。值得一提的是，STC89C52單片機的最高運作頻率可達35Mhz，這保證了其處理速度的高效性，使得在高速運算和實時控制方面表現(xiàn)出色。無論是低功耗需求還是高性能要求，STC89C52單片機都能提供可靠的解決方案，廣泛應用于各種嵌入式控制系統(tǒng)中。3.1.2復位電路由于該系統(tǒng)使用了STC89C52單片機，且該系統(tǒng)沒有掉電自動復位的特性，因此設計了一個斷電復位電路，如圖3.2所示。復位電路，作為單片機啟動與運行的核心保障，其重要性不言而喻。它如同單片機內(nèi)部的“記憶清零”裝置，當復位信號激活時，能夠一鍵清除單片機內(nèi)部寄存器的既有數(shù)據(jù)，將系統(tǒng)狀態(tài)瞬間重置為初始狀態(tài)，從而為新程序的順利執(zhí)行鋪設堅實的基石。圖3.2復位電路圖3.1.3時鐘電路時鐘電路是單片機中不可或缺的核心組成部分，它的功能等同于一個振蕩器，主要用于為單片機設定一個穩(wěn)定的運行速率。在本次設計中，時鐘電路的構(gòu)建主要依賴于一個晶體振蕩器和兩個電容器的并聯(lián)連接，它們共同作用于時鐘信號的輸入端。晶體振蕩器與電容器協(xié)同工作，形成了一個諧振電路。當這個電路處于諧振狀態(tài)時，它會以晶體振蕩器的固有頻率進行穩(wěn)定、持續(xù)的振蕩，并輸出一個穩(wěn)定且精準的時鐘信號，從而為單片機提供精確的時間基準。時鐘電路如圖3.3所示。圖3.3時鐘電路3.2水位監(jiān)測模塊的設計欣薇5V雨滴采用了精密比較器技術(shù)，保證了信號的純凈度與波形的完美呈現(xiàn)。雨滴監(jiān)測模塊主要由一個導電板和一個運算放大器組成。導電板通常是由PCB材料制成的，上面涂有一層導電材料，比如鎳。當雨滴落在導電板上時，導電板的電阻會發(fā)生變化，從而改變通過運算放大器的電流。運算放大器會測量這個電流的變化，并將這個變化轉(zhuǎn)換為一個電壓信號，然后通過模擬輸出引腳或者數(shù)字輸出引腳輸出。其強大的驅(qū)動能力，輕松應對各種復雜場景下的驅(qū)動需求，即使在超過15mA的負載下也能穩(wěn)定工作。此外，傳感器還融入了高靈敏度的電位器設計，用戶可以根據(jù)實際應用場景進行靈活調(diào)節(jié)，以實現(xiàn)更為精準的感應效果。同時，其寬泛的工作電壓范圍，從3.3V到5V均可適應，為各種設備提供了更多的兼容性選擇，使得傳感器能夠在不同電壓環(huán)境下穩(wěn)定工作。在輸出方式上，傳感器提供了多樣化的選擇。除了傳統(tǒng)的數(shù)字開關量輸出（0和1），還支持模擬量AO電壓輸出，滿足了不同應用場景的需求。用戶可以根據(jù)實際需求選擇合適的輸出方式，實現(xiàn)更為精準的數(shù)據(jù)采集和控制。為了方便用戶的安裝操作，傳感器還設計了固定螺栓孔，使得安裝過程更加簡便快捷。小板的PCB尺寸小巧，僅為3.2cmx1.4cm，使得傳感器易于集成到各種設備中，節(jié)省了寶貴的空間資源。在核心部件的選擇上，傳感器采用了性能卓越的寬電壓LM393比較器，該比較器具有出色的穩(wěn)定性、快速的響應速度以及較低的功耗，進一步提升了傳感器的整體性能與可靠性。數(shù)據(jù)由串行通信送至MCU處理和顯示，DQ為串行輸出端，需要帶上拉電阻。GND端接地。易于接線。如圖3.5為水位傳感器（欣薇5V雨滴傳感器）實物圖。圖3.5水位傳感器實物圖傳感器采集到的模擬信號需要轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，以便進行后續(xù)的數(shù)據(jù)處理、存儲和傳輸。因此，需要選擇合適的數(shù)據(jù)采集裝置和處理設備。同時，需要考慮數(shù)據(jù)采集的頻率，是定時采集還是事件觸發(fā)采集，以滿足不同的監(jiān)測需求。選擇適合的數(shù)據(jù)傳輸方式，確保數(shù)據(jù)能夠及時、可靠地傳輸?shù)奖O(jiān)測中心或數(shù)據(jù)中心。水位監(jiān)測模塊如圖3.4所示。圖3.4顯示程序設計圖3.3顯示模塊的設計顯示模塊顯示本設計洗滌模式及洗滌時間，本節(jié)介紹OLED的工作原理及其硬件電路設計。3.3.1OLED的工作原理OLED是利用有機半導體和發(fā)光材料在電場作用下的載流子行為實現(xiàn)發(fā)光的。其工作原理如下：當外加電壓施加于OLED器件時，陰極的電子和陽極的空穴開始各自的運動。如果OLED結(jié)構(gòu)中包含專門的電子注入層和空穴注入層，那么電子和空穴在到達發(fā)光層之前，需要先克服與這些注入層之間的能量壁壘。這一過程確保了電子和空穴能夠更加高效地注入到傳輸層中。隨后，在電子傳輸層和空穴傳輸層中，電子和空穴分別沿著各自的路徑向發(fā)光層遷移。這兩層材料的設計旨在提高載流子的遷移率，確保它們能夠順利到達發(fā)光層。在發(fā)光層中，電子和空穴相遇并相互結(jié)合，形成能量較高的激子。這些激子不穩(wěn)定，會通過輻射躍遷的方式，將能量傳遞給發(fā)光分子，使其從低能級躍遷到高能級。當發(fā)光分子從高能級返回到低能級時，會釋放出可見光。由于OLED器件具有自發(fā)光的特性，它不需要額外的背光源或液晶層，因此可以展現(xiàn)出更高的色彩還原度、對比度和響應速度。此外，OLED材料本身輕薄且柔韌性好，這為實現(xiàn)透明和柔性顯示提供了可能，進一步拓寬了其在顯示技術(shù)領域的應用前景。3.3.2OLED的硬件設計OLED屏的VCC接+5V電源、GND，OLED屏的SDA和SCL分別連接單片機的P2.6和P2.7。如圖3.6所示。圖3.6OLED硬件連線圖3.4電機驅(qū)動模塊的設計達林頓驅(qū)動芯片（ULN2003)是一種特別的集成電路，主要用于驅(qū)動高功率負載，例如繼電器和步進電機。其核心組件是一系列達林頓晶體管陣列電路，它們共同構(gòu)成了驅(qū)動芯片的主要功能單元。達林頓晶體管陣列驅(qū)動模塊由多個達林頓晶體管組成，這種晶體管是一種特殊的雙極型晶體管組合，它通過將兩個晶體管串聯(lián)連接而成。首個晶體管的集電極與第二個晶體管的基極相連，而第二個晶體管的集電極則作為輸出端口。當輸入信號到達達林頓晶體管時，首個晶體管會首先對信號進行放大，隨后將放大后的信號傳遞給第二個晶體管。第二個晶體管進一步放大信號，最終將增強后的信號輸出到外部電路。這種級聯(lián)放大機制使得達林頓晶體管陣列驅(qū)動模塊能夠?qū)崿F(xiàn)電流和電壓的雙重放大，為負載提供充足的驅(qū)動力。此外，達林頓驅(qū)動芯片還具備靜電防護模塊，它是芯片中的關鍵組件之一。例如，ULN2003A等達林頓驅(qū)動芯片具備高達8000V(HBM)的靜電能力。這意味著芯片在遭遇靜電沖擊時，能夠有效地保護內(nèi)部電路免遭損害。靜電防護模塊通過特定的電路設計，將靜電能量進行分散或消除，從而確保芯片的穩(wěn)定性和可靠性。同時，達林頓驅(qū)動芯片還配備了邏輯控制模塊，用于處理輸入信號并控制輸出信號的邏輯狀態(tài)。該模塊根據(jù)輸入信號的變化，通過內(nèi)部邏輯電路進行運算和判斷，從而精確控制達林頓晶體管陣列的開關狀態(tài)，實現(xiàn)對負載的精確控制。在應用中，達林頓驅(qū)動芯片廣泛應用于繼電器驅(qū)動、照明驅(qū)動、LED顯示屏驅(qū)動、步進電機驅(qū)動以及邏輯緩沖器等領域。其高放大倍數(shù)和強大的靜電能力使得芯片能夠輕松應對各種高功率負載的驅(qū)動需求。同時，其穩(wěn)定的性能和可靠的工作狀態(tài)也贏得了工業(yè)自動化、電子設備等領域用戶的廣泛贊譽。圖3.7電機驅(qū)動模塊電路圖達林頓驅(qū)動模塊電路圖如圖3.7所示。VCC接5V電源，GND接地，其中IN1OT1-IN5OT5分別接單片機P2.4-P2.0，13-15引腳接電機。3.5按鍵模塊的設計在單片機驅(qū)動的洗衣機設計中，按鍵模塊作為人機交互的橋梁，扮演著至關重要的角色。它負責捕捉用戶的操作意圖，如調(diào)整洗滌模式、修改洗滌時間以及啟動排水功能等。本設計精心配置了六個獨立按鍵，它們各自與洗衣機的洗滌時間和電機轉(zhuǎn)速控制功能緊密關聯(lián)。在正式投入使用前，已確保電機與相應的接口連接無誤，并順利上電，使整個系統(tǒng)處于待機狀態(tài)，隨時準備接收用戶的指令。當用戶按下不同的按鍵時，系統(tǒng)會根據(jù)按鍵的動作觸發(fā)不同的電機轉(zhuǎn)動速度，從而輕松實現(xiàn)洗滌模式的切換、洗滌時間的增減以及排水操作。如圖3.8所示，KEY2、KEY3、KEY4、KEY5、KEY6和KEY7這六個按鍵分別通過線路連接到單片機的P1.1至P1.6引腳，構(gòu)建了一個高效且便捷的用戶操作界面。圖3.8按鍵模塊電路圖3.6報警模塊的設計在單片機洗衣機系統(tǒng)中，報警電路是一個重要的組成部分，它的作用是在洗滌計時結(jié)束后時發(fā)出警報，以便使用者能夠及時收到洗衣機當前狀態(tài)。報警電路的設計應與洗衣機的整體控制方案相協(xié)調(diào)，確保在實現(xiàn)報警功能的同時，不影響洗衣機的正常工作和用戶的使用體驗。報警模塊電路圖如圖3.9所示。圖3.9報警模塊電路圖4系統(tǒng)軟件設計軟件設計是本設計的控制核心部分，軟硬件是相輔相成的，只有軟件和硬件一起才能起到有效的作用，光靠硬件系統(tǒng)是無法運作的。下面將逐一介紹本系統(tǒng)各個部分的軟件設計。4.1主程序流程設計首先，當洗衣機系統(tǒng)上電后，單片機主程序隨即啟動。在這一階段，單片機會執(zhí)行一系列初始化操作，包括設置必要的初始參數(shù)以及初始化所有外設接口。這些初始化步驟是確保洗衣機后續(xù)正常運行的關鍵，為整個程序流程打下了堅實的基礎。緊接著，主程序會進入按鍵檢測環(huán)節(jié)。在這一階段，單片機將不斷監(jiān)測按鍵輸入模塊，以檢查是否有用戶的操作信號。用戶可以根據(jù)自己的需求，通過按鍵來選擇不同的洗滌模式（例如輕柔模式、標準模式、強力模式等），并設定相應的洗滌時間以及其他個性化參數(shù)。一旦單片機檢測到有按鍵信號輸入，它會立即讀取該按鍵對應的值，并根據(jù)讀取到的值執(zhí)行應的操作邏輯。該系統(tǒng)的主程序流程圖如圖4.1所示。是按鍵檢測開始是按鍵檢測開始系統(tǒng)初始化OLED清屏顯示更新是否按下執(zhí)行按鍵對應功能判斷按鍵顯示更新否4.2按鍵流程設計按鍵模塊的主要功能包括洗滌模式——輕柔、強力和普通。通過按鍵，用戶可以輸入特定的數(shù)據(jù)或指令，控制設備的開關、切換、復位等功能。在按鍵模塊程序設計中，有幾個關鍵問題需要解決。首先是按鍵的抖動問題。當用戶按下按鍵時，由于機械接觸的不穩(wěn)定性，電平會出現(xiàn)短暫的波動，這被稱為抖動。為了消除這種抖動，通常會在按鍵輸入電路中加入消抖電路，如RC濾波器或?qū)ｉT的消抖IC。其次是按鍵的重復檢測問題。在按鍵被按下的短時間內(nèi)，程序可能會多次檢測到按鍵狀態(tài)的變化，導致不必要的重復操作。為了避免這種情況，可以在程序中增加一些判斷邏輯，確保按鍵操作只被識別一次。是否是是是否是是是否否否開始K1按下？打開輕柔模式控制PWM占空比更新K2按下？打開普通模式控制PWM占空比更新返回K3按下？打開強力模式控制PWM占空比更新K4按下？4按下下打開排水模式電機工作實示更新排水圖4.2按鍵程序流程圖4.3顯示流程設計電源通電，啟動模塊后，顯示屏會顯示基本內(nèi)容，延時消抖，將數(shù)據(jù)初始化，再檢測單片機是否輸入新的數(shù)據(jù)；若有，則經(jīng)過檢測后延時將單片機傳輸?shù)臄?shù)據(jù)通過顯示屏顯示，之后，持續(xù)等待是否有新的數(shù)據(jù)寫入，若無，則經(jīng)過延時消抖后，持續(xù)掃描。顯示程序設計圖如圖4.3所示。是是否開始寫入數(shù)據(jù)延時清楚數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)更新延時更新數(shù)據(jù)等待圖4.3顯示程序設計圖4.4驅(qū)動程序設計首先，需要初始化電機驅(qū)動所需的硬件接口，并配置PWM模塊，為電機設置一個初始的靜止狀態(tài)。隨后，選擇洗滌模式，K2按鍵為輕柔、K3按鍵為普通、K4按鍵為強力，按下案件后，開始加水，10s加水結(jié)束后主程序或其他控制模塊將發(fā)送電機控制指令，包括輕柔、普通、強力模式。在接收到這些指令后，系統(tǒng)需解析指令內(nèi)容，確定電機的操作類型。接著，依據(jù)指令中要求的轉(zhuǎn)速，通過精確計算來設定PWM的占空比，從而實現(xiàn)對電機轉(zhuǎn)速的精細控制。完成當前指令的執(zhí)行后，系統(tǒng)進入等待狀態(tài)，準備接收并處理下一輪的控制指令，如此循環(huán)往復，確保電機能夠持續(xù)響應并執(zhí)行各種控制要求。驅(qū)動程序設計如圖4.4所示。是是開始按鍵啟動加水K=2,3,4?K3K4K2PWM占空比更新等待初始化排水否圖4.4顯示程序設計圖5系統(tǒng)測試5.1Keil程序調(diào)試本設計所用到的編程軟件為Keil5，Keil5的調(diào)試可以先調(diào)試每個模塊的程序，接著對中斷服務程序進行調(diào)試，最終對主機程序進行調(diào)試，將每個部件聯(lián)接起來。軟件的調(diào)試要以開發(fā)系統(tǒng)為依托。當我們用Keil的時候，首先要建立一個新的工程項目；然后為項目選定所需的元件；在此基礎上，搭建了軟件和硬件的調(diào)試環(huán)境；并對生成的軟件進行了編碼和保存；最后在工程中加入源代碼文件。5.2硬件調(diào)試初期準備：在剛開始的設計過程中，根據(jù)洗衣機需要的功能進行了系統(tǒng)框圖的設計，規(guī)劃了需要使用到的哪些模塊，在這之后進行了原理圖的設計工作，在查閱了大量的資料后，參考目前現(xiàn)有的一些洗衣機的功能后，進行了元器件選型以及PCB的設計工作。為了簡化后期的工作量，元器件盡量采用了市面上常用的電子元器件，選用的元器件類型為直插類較多。方面后期的焊接與調(diào)試工作以及可能出現(xiàn)元器件損壞后便于更換。焊接與調(diào)試工作：在PCB焊接完成后，先使用萬用表進行檢查電路是否出現(xiàn)斷路的情況，在檢查無誤后，進行元器件的上電工作，上電后電源指示燈正常，使用燒錄工具燒錄測試程序，測試程序為OLED顯示程序，因為本次的設計顯示裝置就是OLED顯示屏，所以通過OLED顯示，在顯示工程中多次出現(xiàn)顯示亂碼的現(xiàn)象，在調(diào)整了程序中的顯示函數(shù)后，后面又借鑒了一些開源項目的顯示驅(qū)動函數(shù)后，經(jīng)過測試可以正常的顯示數(shù)字、字母、標點符號等，后面在加入了顯示漢字的函數(shù)后，通過取模軟件對程序需要的常見漢字進行一個取模操作后，復制到OLED字庫數(shù)組后可以在OLED顯示屏上面顯示漢字。本次最主要的就是電機驅(qū)動的功能，洗衣機需要使用到三個電機，因為單片機的IO口驅(qū)動能力無法直接驅(qū)動電機工作，本次選用了ULN2003電機驅(qū)動芯片作為電驅(qū)的驅(qū)動芯片。在設計之初直接將單片機IO口與輸入相連，輸出與要驅(qū)動的電機負級相連，后期在測試過程中發(fā)現(xiàn)電機轉(zhuǎn)動過程中存在一些異常，后面在查閱資料后，在ULN2003芯片的四個輸入端焊接了上拉電阻，其具有穩(wěn)定輸入信號以及提高驅(qū)動能力的功能，后期在測試過程中，電機轉(zhuǎn)動不穩(wěn)定現(xiàn)象有了較好的變化，在多次的測試過程中無異常。在所有功能都驗證完成后，進行了綜合的功能測試，在按鍵切換功能的過程中，偶爾會出現(xiàn)按鍵的響應不及時以及誤觸的情況，因為前期程序設計過程中沒有進行按鍵消抖的操作，為解決該問題，在按鍵程序中對單片機的按鍵檢測函數(shù)進行了一個消抖的語句寫入，后面的按鍵切換過程中誤觸的情況出現(xiàn)較少，不過由于水平受限，以及按鍵電路設計存在的不足之處，按鍵抖動響應不及時現(xiàn)象無法完全避免，但是在實際的使用過程中，并沒有太多的影響電路性能，這方面可能需要后期再進行一個優(yōu)化工作。5.3測試結(jié)果三種模式的正常工作下，按下按鍵洗衣機自動工作，工作流程加水電機加水，然后洗滌電機轉(zhuǎn)動工作開始工作（模擬加洗衣液洗衣過程），工作結(jié)束排水電機排水，然后加水電機再加水，洗滌電機轉(zhuǎn)動工作（模擬洗衣機清除洗衣液殘留的工作），然后邊排水洗滌電機轉(zhuǎn)動工作（此過程為甩干）。正常工作情況下設置工作時長為五分鐘，可以通過按鍵調(diào)節(jié)工作時間。排水按鍵為排除洗衣機中殘留的水（一般情況下不使用）實物測試圖如圖5.1所示。水位監(jiān)測模塊放置與加水刻度線，加水到刻度線時，停止加水，洗衣機開始洗滌工作。圖5.1實物測試圖啟動模塊時，默認洗滌時間為5min，可通過按鍵加減時間對洗衣機洗滌時間進行控制，每1min為一個基本循環(huán)，水位傳感器沒有接觸水的情況下，則無干擾加水，首先加水10s，然后洗滌40s，最后排水10s；若設定時間大于