1、基于單片機的洗衣機設計基于單片機的洗衣機設計摘要摘要洗衣機是人們日常生活中常見的一種家電，已經成為人們生活中不可缺少的家用電器。在工業生產中應用也十分廣泛。但是傳統的基于繼電器的控制，已經不能滿足人們對洗衣機的自動化程度的要求了。隨著單片機技術的發展，用單片機來作為控制器，能更好的控制洗衣機，并且控制方式靈活多樣，控制模式可以根據不同場合的應用而有所不同。單片機以微小的體積和編程的靈活性而產生多種控制功能，完全可以滿足設計的需求。本系統采用 at89c51 單片機作為控制系統，設計目的主要是為了熟悉單片機系統設計的基本方法并實現基本的洗衣機功能。系統的控制面板主要由按鍵開關組成，按鍵選擇洗衣機

2、工作模式，并且可以根據需要調整洗滌時間長短。led 液晶顯示器則顯示洗衣機的工作模式和洗滌時間。洗衣機的整體電路模塊包括按鍵矩陣、液晶顯示、電機及驅動電路。控制程序設計包括定時中斷服務程序、時間設定程序、外中斷服務程序及主程序。整體來說系統設計基本達到設計目標。關鍵詞：單片機關鍵詞：單片機 控制控制 洗衣機洗衣機 液晶屏液晶屏 電機電機abstractabstractwashing machine is the peoples daily life common kind of home appliance, life has become a indispensable household

3、electrical appliances. in the industrial production is also widely used. but the traditional relay-based control, cannot have satisfied people to the requirements of the automation degree of the washing machine. along with the development of the single chip microcomputer by using single chip process

4、or to as a controller, and can better control washing machines, and to control the way agile diversity, control mode according to different situation the application can be different. with a small volume and microcontroller programming flexibility and produce duozhong control function, and can meet

5、the design requirements. the system uses at89c51 single chip microcomputer as control system, the design purpose mainly to familiar with single-chip microcomputer system the basic method to design and realize the basic function of the washing machine. the system control panel composed mainly by butt

6、on switches, key choice washing machine work mode, and may, according to needs to adjust the washing time length. led lcd display of the washing machine is working mode and washing time. the washing machine of the whole circuit module includes key matrix, liquid crystal display, motor and power circ

7、uit. control program design including timing interrupt service procedure, time setting process, and outside the interrupt service routine and main program. overall system design to meet the design basic goals.keywords: single-chip microcomputer control washing machine lcd screen motor目錄目錄摘摘 要要 11abs

8、tract1abstract1目目 錄錄 33第一章第一章 緒言緒言 441.1 背景材料41.2 系統設計任務和要求8 1.2.1 設計任務.8 1.2.2 系統設計要求.101.3 系統解決的問題和擬采用的研究手段10第二章第二章 硬件設計硬件設計11112.1 方案的選擇與比較.112.2 系統設計總體框圖.122.3 電路模塊設計.12 2.3.1 控制電路.12 2.3.2 驅動電路.13 2.3.3 顯示電路.13第三章第三章 軟件設軟件設計計.14143.1 控制程序設計143.1.1 程序設計流程圖.143.1.2 程序代碼.143.2 模擬軟件調試21 3.2.1 系統仿真圖

9、21 3.2.2 pcb圖21第四章第四章 系統測試系統測試22223.1 儀器設備22 3.2 數據測試22第五章第五章 總結總結2323致致 謝謝2424參考文獻參考文獻. .25.25第第 1 1 章章 緒論緒論1.11.1 背景材料背景材料一百年的風風雨雨走過來，洗衣機也經過了無數次的創新、改進，今天我們看到一個個外形精美的或滾筒或波輪洗衣機，可曾想到，它們可也是在歷史長河 慢慢“進化”而來的。洗衣機被譽為歷史上 100 個最偉大的發明之一，洗衣機的發明的確是一件偉大的事情，這使千千萬萬的婦女從繁重的家務勞動中解脫出來，光是這一點，就足夠給這個發明記上一大功了。 首臺電動洗衣機的發明首

10、臺電動洗衣機的發明首先還是說一下洗衣機的誕生。任何事務的產生都有其特殊的時代背景，洗衣機當然也不例外，電動洗衣機的發明自然是要托福電力基礎設備的進步，比如維爾納馮西門子發明了電機原理，才讓電器的發明和使用能為可能。現在人們公認的一個說法是，1911 年誕生了世界上第一臺電動洗衣機，是由美國人阿爾幾費希爾于芝加哥制成。它由一種小型發電機供電，利用一個轉動的大桶，把衣服和肥皂放在里面。在攪拌器葉片的作用下，衣物在肥皂水中劇烈地前后翻滾。也是在這一年，羅尤浦頓（upton）機器公司在美國密西根州的圣約瑟夫成立，生產、銷售電動洗衣機，并與西施公司（sears）開展了第一筆洗衣機的銷售業務，但這種機器并

11、沒有得到廣泛的推廣。這個公司，就是現在鼎鼎大名的惠而浦。洗衣機的廣泛推廣時代洗衣機的廣泛推廣時代洗衣機的誕生到被人們普遍接受經過了大約十多年的時間，這期間主要是受到電力不足的約束。到了 20 世紀 20 年代，在西方國家，電力被普遍廣泛應用，在 1922 年，美國的霍華德斯奈德對洗衣機的洗滌結構進行了改革。把拖動式改為攪拌式，讓水流和衣物強烈碰撞、摩擦，從而達到洗凈衣服的目的，這就是著名的攪動式洗衣機。這種洗衣機在依阿華州被批量生產并風靡市場。這時，基本是洗衣機在普通家庭的一個廣泛普及的過程。與此同時，在歐洲大陸，同樣發生了一個劃時代的事件，1928 年，第一款性能穩定、耗電量小、洗凈度高的洗

12、衣機由德國西門子推出，這就是滾筒式洗衣機，這種洗滌結構奠定了以后洗衣機發展的基礎，甚至現在仍在普遍使用。 全自動時代的來臨全自動時代的來臨到 20 世紀 50 年代，人們慢慢開始厭煩了煩瑣的洗衣過程，這時候隨著技術的進步，洗衣機的全自動化時代也全面來臨。1947 年，尤浦頓機器公司發明了全世界第一臺全自動洗衣機。1948 年，正式開始使用“惠而浦”（英文 whirlpool，即有旋渦的水池之意）作為產品商標，并通過西施公司于對外銷售第一臺全自動洗衣機。這是一種“前置”式自動洗衣機。靠一根水平的軸帶動的缸可容納 4000 克衣服。衣服在注滿水的缸內不停地上下翻滾，使之去污除垢。到了后來，更出現了

13、現代的“上置”式自動洗衣機。第一章 洗衣機的功能及設計1.1 洗衣機功能要求 洗衣機的主要工作程序是：洗滌脫水漂洗脫水漂洗脫水。上述工作程序中，包含三個過程，洗滌過程、漂洗過程、脫水過程。 (1)洗滌過程：放好待洗物，啟動開關，進水閥通電，向洗衣機供水，當供水達到預定水位時，水位開關接通，進水閥斷電關閉，停止供水。洗滌電動機接通電源，帶動波輪(或桶)旋轉，產生各種形式的水流攪動衣物進行洗滌。通過電動不停的正轉、停、反轉、反復循環，形成洗滌水對洗滌物產生強烈的翻滾作用。同時，衣物之間、衣物與四周桶壁之間產生互相摩擦和撞擊力，以次達到洗滌衣物的目的。 (2)漂洗過程：漂洗的目的在于清除衣物上的洗滌

14、液，因此，漂洗過程與洗滌過程的電器動作是完全相同的。 (3)脫水過程：洗滌或漂洗后，需要對衣物進行脫水以便晾干，節省水資源，所以脫水是洗衣過程中必不可少的環節。洗滌或漂洗過程結束后，電動機停止轉動，排水閥通電，打開排水閥門排水。當水位低到一定程度時，滿足安全條件，脫水電動機接通，電機帶動脫水桶高速旋轉，利用離心力把衣服上的水從桶壁的小眼里甩出。全部洗衣工作完成后，由蜂鳴器發出音響，表示衣物已洗干凈。1.2 洗衣機硬件電路設計1.2.1 洗衣機總體設計框圖 橢圓型表示指示燈：從上到下依次為強洗、弱洗、洗滌次數、洗衣定時、脫水定時、洗衣剩余時間、脫水剩余時間。電動機正轉為強洗，正反交替轉動設定為弱

15、洗，初始設定的狀態為強洗，若要選擇弱洗模式需按下增加按鍵，再次按下選擇按鍵，則表示洗滌次數的指示燈被點亮，選擇增加或減少按鍵對時間進行加減。然后對脫水時間設定，最后按下啟動鍵，洗衣機開始工作。1.2.2 元器件介紹stc89c51 系列單片機是宏晶科技推出的新一代超強抗干擾/高速/低功耗的單片機，是mcs-51 系列單片機的派生產品；它們在指令系統中、硬件系統和片內資源與標準的 8052單片機完全兼容，dip-40 封裝系列與 8051 為 pin-to-pin 兼容，指令代碼是與 8051 完全兼容的單片機。stc89c51 單片機具有增強型 12 時鐘/機器周期、6 時鐘機器/周期任意選擇

16、，工作電壓為 5.5v-3.4v（5v 單片機）/3.8v-2.0v（5v 單片機） ；工作頻率范圍：0-40mhz，相當于普通 8051 的 0-80mhz。實際頻率可達 48mhz。用戶應用程序空間為 4k/8k/13k/16k/20k/32k/64k 字節 ；片上集成 1280 字節/512 字節 ram；有 32/36 個通用 i/o 口，p1/p2/p3/p4 是準雙向口；集成 isp（在系統可編程）/ipa（在應用可編程） ，無需專用的編程器/仿真器，可通過串行口（p3.0/p3.1）直接下載用戶程序，8k 程序 3 秒就可以完成一片，具備 eeprom 功能，工作溫度范圍在 0-

17、750，共有 3 個 16 位定時器/計數器，其中定時器 t0還可以當成 2 個 8 位定時器使用；封裝形式有 dip-40，plcc-44，pqfp-44 等。本文選取的是 dip-40 引腳的在 1951 年的歐洲，同樣是如今的白色家電巨頭伊萊克斯推出了第一款家用洗衣機“飄翼”、“雙翼”系列 w20 洗衣機，由哥德堡工廠生產。這種一種通過分離作用進行洗滌的機器。隨著該產品的推出，伊萊克斯進入了新型家用洗衣機市場，并迅速取得了不錯的銷售業績，從而奠定了自己在將來白電市場上的地位。60 年代的日本出現了帶干桶的雙桶洗衣機，人們稱之為“半自動型洗衣機”。 70 年代，生產出波輪式套桶全自動洗衣機

18、。 70 年代后期，以電腦（實際上微處理器）控制的全自動洗衣機在日本問世，開創了洗衣機發展史的新階段。 80 年代，“模糊控制”的應用使得洗衣機操作更簡便，功能更完備，洗衣程序更隨人意，外觀造型更為時尚 90 年代，由于電機調速技術的提高，洗衣機實現了寬范圍的轉速變換與調節，誕生了許多新水流洗衣機。此后，隨著電機驅動技術的發展與提高，日本生產出了電機直接驅動式洗衣機，省去了齒輪傳動和變速機構，引發了洗衣機驅動方式的巨大革命。 之后，隨著科技的進一步發展，滾筒洗衣機已經成了大家耳濡目染的產品。伴隨著科技的進一步發展，相信新型更適合人們使用的洗衣機會給我們的生活帶來新的方式。1.21.2 系統設計

19、任務和要求系統設計任務和要求單片機又稱微控制器，或稱嵌入式控制器。而現在的智能家電無一例外是采用微控制器來實現的，所以家用電器是單片機應用最多的領域之一。它是家用電器實現智能化的心臟和大腦。 由于家用電器體積小，故要求其控制器體積更小以便能嵌入其結構之中。而家用電器品種多，功能差異也大，所以又要求其控制器有靈活的控制功能。單片機以微小的體積和編程的靈活性而產生多種控制功能，完全可以滿足家用電器的需求。 單片機主要用于計算機外設、實時控制、儀器儀表、通信和家用電器等各個領域，是計算機技術和電子技術的綜合性應用，在不同應用場合其技術要求各不相同，因此設計方法和研制的步驟不完全一樣。單片機應用系統由

20、硬件和軟件組成。硬件是指 mcu、存儲器、i/o 接口和外設等物理器件的有機組合。軟件是指系統監控程序的總稱。在開發的過程中，它們的設計不能完全分開，二者需要互相配合、不斷調整才能組成高性能的應用系統。單片機應用系統的開發包括系統總體設計、硬件設計、軟件設計、系統調試等幾個階段，它們有時交叉進行。1.2.11.2.1 設計任務設計任務 （1）系統總體設計任務 在進行系統設計之前，首先應根據對系統的功能要求及其應用環境等確定合理的、具體的功能和技術指標，對應用系統的可靠性、通用性、先進性、可維護性、以及成本等進行綜合考慮，以盡量合理并符合相應的標準。然后根據市場上各種單片機的貨源情況和單片機的性

21、能及開發工具等因素選擇合適的機型。接下來要根據系統中可能遇到的傳感器、模擬電路、i/o 接口、存儲器和顯示器等器件和設備進行器件選擇，使之符合系統在精度、速度和可靠性等方面的要求。最后確定硬件和軟件的功能劃分。由于在系統設計中某些功能用硬件和軟件都能實現，在設計中應綜合考慮研制周期和成本等因素具體劃分軟硬件功能。（2）系統硬件設計任務硬件設計的任務是根據總體要求，在所選的 mcu 和各個元器件型號的基礎上設計出系統的電路原理圖，做一些必要的不見實驗，以及工藝結構的設計加工，印刷電路板的設計制作和樣機的組裝等。在硬件設計中，需要考慮系統總線的負載能力、系統擴展時的片選方式、模擬電路的速度和精度等

22、，如需擴展存儲器則盡量用一片完成，這樣既降低了成本，又減小了線路板的面積，同時提高了系統的可靠性。（3）系統軟件設計任務單片機應用系統的軟件設計是系統設計中最基本而且工作量較大的任務。與系統機上操作系統支持下的純軟件不同，單片機的軟件設計是在裸機的條件下進行的，而且隨應用系統的不同而不同。在軟件中一般需考慮以下幾個方面： 根據要求確定軟件的具體任務細節，然后確定合理的軟件結構。一般系統軟件的主程序和若干個子程序及中斷服務程序組成，詳細劃分主程序、子程序和中斷服務程序的具體任務，確定各個中斷的優先級。主程序是一個順序執行的無限循環的程序，不停地順序查詢各種軟件標志，以完成對事務的處理。在子程序和

23、中斷服務程序中，要考慮現場的保護和恢復，以及它們和主程序之間的信息交換方法。 程序的結構用模塊化結構，即把監控程序分解為若干個功能相對獨立的較小的程序模塊分別設計，以便于調試。具體設計時可采用自底向上或自頂向下的方法。 在進行程序設計時，先根據問題的定義描述出各個輸入變量和輸出變量之間的數學關系，即建立數學模型，然后繪制流程圖，再根據流程圖用匯編語言進行具體程序的編寫。 在程序設計完成后，利用相應的開發工具和軟件進行程序的匯編，生成程序的機器碼。（4）系統的調試任務在系統樣機的組裝和軟件設計完成以后，就進入系統的調試階段。應用系統的調試步驟和方法是相同的，但具體細節與采用的開發系統（即仿真器）

24、及選用的單片機型號有關。調試的過程就是軟硬件的查錯過程，分為硬件調試和軟件調試。1.2.21.2.2 系統設計要求系統設計要求at89c51 單片機是 atmel 公司 32 位單片機系列產品之一，是一種 40 引腳雙列直插式芯片。它內含 8kb 可反復燒錄的 flash 存儲器，ram 字節也有 128個，32 個 i/o 口，5 個中斷，2 個定時，已經可以滿足程序的需要，指令也和51 系列兼容，基于上述特點，選擇它來設計一臺智能洗衣機，完全可以達到以下的功能： 1、弱強洗滌功能。通過控制電機的轉速來控制強洗弱洗。2、洗滌時間設定功能。可以根據需要設定洗滌時間的長短。 3、液晶顯示功能。洗

25、衣機各種工作模式的選擇和工作時間均可在液晶屏上顯示。4、制動功能 。不管洗衣機工作在什么狀態，當按下制動鍵時，洗衣機立即停止工作。 1.31.3 系統解決的問題和擬采用的研究手段系統解決的問題和擬采用的研究手段本課題主要是研究基于單片機的簡易洗衣機控制系統軟硬件設計。首先要熟悉設計內容，學習掌握單片機的使用方法；精確分析并設計出該控制系統的全部工作流程圖，確定輸入、輸出的名稱功能；設計系統軟件并在 pc 機上仿真模擬調試；設計并制作硬件模擬電路盤，接電模擬調試；軟硬件聯合調試，實現全部功能，完成設計并撰設計論文。針對課題采取以下研究方法及步驟：1、各種元器件以及芯片的選擇 2、硬件電路的設計3

26、、用 c 語言完成軟件方面的設計4、結合電路對程序進行調試5、找出程序中的錯誤，改正這些錯誤第二章第二章 硬件設計硬件設計2.12.1 方案的選擇與比較方案的選擇與比較 方案一：用方案一：用 fpga/cpldfpga/cpld 做控制器設計做控制器設計 采用 fpga 或 cpld 做為控制器，也可以實現設計的要求，實現洗衣機系統設計基本功能，但是使用 fpga 缺點是設計比較復雜，引腳的鎖定設定比較繁瑣，周期比較長，運行的速度也不是很快，并且價格比較昂貴。 方案方案二：使用嵌入式系統設計：使用嵌入式系統設計用嵌入式系統設計更容易實現洗衣機的智能化，使洗衣機系統的功能更加強大，但設計過程比較

27、復雜，對匯編語言、c 語言及 c 語言和匯編語言的混合編程等計算機語言的要求比較高，不適合初級設計人員設計使用。方案三：用單片機做控制器方案三：用單片機做控制器 用單片機設計洗衣機，控制簡單靈活，功能的控制和修改更加容易實現，單片機體積較小，制作出的系統也更小巧實用，并且單片機價格比較低，這樣系統的總體性價比比較高，這種方案的使用比較普遍。因此，采用此方案來設計本系統。2.22.2 系統總體框圖系統總體框圖 經設計構思，系統總體框圖如下：89c52時鐘電路鍵盤控制控制端口unl2003nnn步進電機時鐘電路顯示端口液晶顯示屏基于單片機 89c52 的洗衣機系統原理框圖2.32.3 電路模塊設計

28、電路模塊設計 2.2.12.2.1 控制電路控制電路2.2.22.2.2 驅動電路驅動電路2.2.32.2.3 顯示電路顯示電路第三章第三章 軟件設計軟件設計3.13.1 控制程序設計控制程序設計3.1.13.1.1 程序設計流程圖程序設計流程圖3.1.23.1.2 程序代碼程序代碼開始設定初始值讀取鍵盤開始運轉是否緊急制動?按制動鍵停止時間結束停止是否#include reg52.h#include /包含 sprintf(),實數-字符串void delay(unsigned int t);#define uchar unsigned char #define uint unsigned

29、intvoid time(void); /motorsbit f1 = p10;sbit f2 = p11;sbit f3 = p12;sbit f4 = p13;sbit k1 = p30;/慢速sbit k2 = p31;/中速sbit k3 = p37;/快速sbit k4 = p33;/確定sbit k5 = p34;/增加sbit k6 = p35;/ 減少sbit k7 = p36;/ 調節時間sbit k8 = p32;/緊急制動sbit lcdrs=p15;sbit lcdrw=p16;sbit lcden=p17;unsigned char code ffw8=0 xfe,0

30、 xfc,0 xfd,0 xf9,0 xfb,0 xf3,0 xf7,0 xf6; /反轉unsigned char code ffz8=0 xf6,0 xf7,0 xf3,0 xfb,0 xf9,0 xfd,0 xfc,0 xfe; /正轉unsigned int key,k,rate;/rate 調解速度unsigned int rest,lednumval=1;/緊急關閉/* * 步進電機驅動 * */void motor_ffw() unsigned char i; unsigned int j; for (j=0; j12; j+) /轉 1*n 圈 for (i=0; i0;x-)

31、 for(y=100;y0;y-);/*讀取鍵盤*/void getkey() key=1; rest=0; do p3 = 0 xff; if(k1|k2|k3|k4)!=0) delay(2); if(k1|k2|k3|k4)!=0) if(k1=0) key=1; if(k2=0) key=2; if(k3=0) key=3; if(k4=0) rest=rest%2+1; ; ; while(rest=0);/*讀取時間設置*/void shijian() unsigned int j=0; do p3=0xff; if(k5&k6&k7)!=1) /判斷 delay(2); if(k

32、5&k6&k7)!=1) if(k5=0) lednumval+; if(k6=0) lednumval-; if(k7=0) j=1; delay(150); ; ; if(lednumval=6) lednumval=6; if(lednumval=0) lednumval+; time(); while(j=0); /*寫命令*/void write_com(uchar com) lcdrs=0; lcdrw=0; lcden=0; p2=com; delay(5); lcden=1; delay(5); lcden=0;/*寫數據*/void write_date(uchar dat)

33、 lcdrs=1; lcdrw=0; lcden=0; p2=dat; delay(5); lcden=1; delay(5); lcden=0;/*寫字符串*/void write_str(uchar *str) uchar idata i; for(i=0;stri!=0;i+) write_date(stri);/*液晶初始化*/void init(void ) delay(75); write_com(0 x38); /模式：8 位數據，兩行，5*7 字體 delay(25); write_com(0 x38); delay(25); write_com(0 x38); write_c

34、om(0 x38);write_com(0 x08);write_com(0 x01); write_com(0 x06); write_com(0 x0c); void time()unsigned int i,time; unsigned char num3; time=lednumval*10; sprintf(num,%3d,time); write_com(0 x80+0 x40); for(i=0;i3;i+) write_date(numi); write_str(min);/*中斷系統*/void int0()interrupt 0 lednumval=0;time();/*

35、主函數*/main() unsigned int t; unsigned int n ; /變量定義 init(); ea=1; ex0=1; it0=0;/開外部中斷3.2 while(1) write_com(0 x80); write_str(enter key:); time(); getkey(); if(key=1) rate=20; write_com(0 x80); write_str(deng ji : 1);/慢 4 if(key=2) rate=15;write_com(0 x80); write_str(deng ji : 2);/中 3 if(key=3) rate=

36、10; write_com(0 x80); write_str(deng ji : 3);/快 2 shijian(); time(); t=rate/5; /求其速度與時間的比值 時間比值為 4 3 2 n=0; do k=1; motor_ffw(); k=2; motor_ffw();/時間比值為 8 6 4 公倍數為 24周期比為 8 6 4 n+;/比值為 3 4 6 if(t=4)&(n%3)=0) lednumval-;time(); if(t=3)&(n%4)=0) lednumval-;time(); if(t=2)&(n%6)=0) lednumval-;time(); w

37、hile(lednumval!=0); time(); 3.23.2 模擬軟件調試模擬軟件調試 3.2.13.2.1 系統仿真圖系統仿真圖 3.2.23.2.2 pcbpcb 圖圖第四章第四章 系統測試系統測試3.13.1 儀器設備儀器設備 本系統設計和測試過程中所用到的儀器設備如下：電烙鐵、轉印機、eda 試驗箱、單片機系統開發板、數字電壓表等。3.23.2 測試數據測試數據 系統正常工作時，單片機各引腳工作電壓如下表所示：引腳電壓引腳電壓p0.04.7vp2.00.3vp0.14.7vp2.14.7vp0.24.7vp2.24.7vp0.34.7vp2.34.7vp0.44.7vp2.40

38、.3vp0.54.7vp2.54.7vp0.60.3vp2.64.7vp0.70.3vp2.70.3vea4.7vp3.04.7vp3.14.7vp3.24.7vp3.34.7vp3.44.7vp3.54.7vp3.64.7vp3.74.7v第五章第五章 總結總結計算機時代的已經到來，給人類帶來的沖擊是前所未有的，同時它也為人們的生活提供了實現飛躍的機遇。我們的家用電器要面向現代化、面向世界、面向未來。我的這個系統就本著這種方向去實現。這個設計洗衣機要完成洗衣工作，除了對一般洗衣過程的人工工作及效能進行模擬之外，還要根據洗衣機的機械電子性質進行有關控制和檢測。對于一臺全自動洗衣機而言，首先要求能完成洗衣功能；同時還要根據用戶的不同要求設置幾種不同的洗衣程序；還要考慮水流