毕业设计基于89C52单片机的洗衣机节水控制系统的设计

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1、S.KXXXX学院本 科 毕 业 论 文毕业论文题目： 基于单片机的洗衣机节水 控制系统的设计 学生姓名： 学 号： 系 别： 专业班级： 指导教师姓名及职称： 起止时间: 20XX年 2 月 20XX 年 5 月56摘 要自动化和节能化是目前洗衣机发展的主流趋势。本文根据对洗衣机节能指标的要求，通过方案对比，选择89C52单片机作为控制核心，实施以节水为主要目标的节能洗衣机理念的设计与实现。本文详细阐述了系统的各个功能模块及其工作过程。洗衣机由键盘设定洗衣模式，并采用传感器检测洗衣过程中的水量、水的混浊程度等参数，通过单片机的八个子程序的处理，实现对洗衣机自动识别水量，自动识别浊度，自动决定

2、漂洗时间和漂洗次数等功能的控制。关键词: 洗衣机 单片机 浊度检测 节水ABSTRACTThe automation and the energy saving is the target of the new washing machine. According to the target, the paper focus on realizing the idea of water saving for the washing machine by the singlechip 89C52. This paper elaborates on the systems functions an

3、d its working process. The keyboard is used for setting workmode, and the sensors are to get the information in the working process, such as the water level, the turbidity, etc. According to the keyboard and the sensors, the singlechip, focusing on the turbidity of the water and based on the eight s

4、ubprocedures, determines the washing time and the times of washing.Keywords: Washing machine Singlechip Turbidity detection Water saving目 录 BACK PLACE1 绪论11.1 课题背景11.2 课题的意义31.3 设计内容42 系统硬件设计52.1 方案选择52.2 系统总体结构设计62.3 模块电路设计与元件选择73 系统软件设计153.1 系统主程序153.2 计算时间子程序163.3 中断程序173.4 显示时间子程序173.5 浊度数据AD转换及

5、漂洗控制子程序183.6 键盘扫描子程序193.7 键盘服务子程序203.8 工作模式设定程序213.9 系统动作服务程序254 系统调试与分析275 总结31参考文献33致 谢35附录一 系统原理图37附录二 源程序391 绪论1.1 课题背景全自动洗衣机的发展首先表现在洗涤方式发生巨大变化。原先大多侧重于水流的改变、动力的加大。现在，使洗衣机的去污能力从单纯依靠洗涤剂的化学作用和强弱变化水流的机械作用，向更高层次的健康、节能、环保洗涤方式转变。在能源相对匮乏和环保理念流行的现代，“低碳”节能成为人们生活的主题，节能洗衣机的发展成为必然的趋势。BACK不可再生资源的日益减少和人类生活能源消耗

6、量日益增大的之间矛盾，使得二十一世纪将是一个追求节能、绿色环保的社会。而作为家电中的主力军洗衣机，同样朝着多功能、节能、低噪音的方向发展。其中，采用永磁无刷直流电机直接驱动的滚筒洗衣机代表着洗衣机发展的方向。BACK1.1.1 各国洗衣机的发展历程进入电气化时代之后，洗衣机的功能日益增强。电动洗衣机几经完善，在1922年迎来了一种崭新的洗衣方式搅拌式。搅拌式洗衣机由美国玛依塔格公司研制成功。这种洗衣机是在洗衣筒中心装上一个立轴，在立轴下端装有搅拌翼，电动机带动立轴，进行周期性的正反摆动，使衣物和水流不断翻滚，相互摩擦，以此涤荡污垢。搅拌式洗衣机结构科学合理，损衣率较低，受到了人们的普遍欢迎，但

7、是存在耗电量大的缺点。在之后不到10年的时间里，德国于1928年研制成功了第一台滚筒洗衣机。滚筒洗衣机的特点就是洗衣内筒卧轴，以内筒凸筋作为原动力，带动衣物正反向转动，举起衣物，依靠重力的作用摔打衣物达到洗涤的目的。由于洗衣筒底不转动，洗净度、损衣率等性能居中。BACK1955年，在引进英国喷流式洗衣机的基础上，日本研制出了独具风格的波轮式洗衣机。波轮洗衣机洗衣筒的筒底装有波轮，电机带动波轮正反向旋转，湿衣物压在波轮上面随之旋转，同时筒内水流使衣物翻转，从而达到了洗涤的目的。由于波轮式洗衣机的相互搓揉力较大，所以洗净度最高，但是存在损衣率较高，洗涤均匀性较差，衣物易缠绕等缺点。至此，洗衣机生产

8、领域初步形成了搅拌式、滚筒式和波轮式洗衣机三分天下的局面。BACK1.1.2 我国洗衣机的发展历程我国的洗衣机是改革开放之后发展起来的新兴工业。我国的洗衣机行业发展大致经历了三个阶段。第一阶段为初期的起步阶段，这个阶段始上世纪八十年代的中期至八十年代的末期。这一阶段的主要特征为集中的技术引进。当时大量引进的是日本的波轮洗衣机生产技术和设备，迅速完成了由无到有的跨越。同时波轮洗衣机也因此奠定了在中国的市场地位。第二阶段是洗衣机的平稳发展阶段，时间从上世纪八十年代末期到九十年代中期，我国洗衣机生产企业的技术水平与质量水平稳步提高，成本不断降低，国内品牌的竞争优势不断得到提升，市场的份额不断增加，逐

9、渐主宰我国市场。第三阶段始于上世纪九十年代的中期，在这段时间内，之前渐渐退出我国市场的外国品牌纷纷重新登陆，其中以生产滚筒洗衣机的欧洲家电企业为主1。外国企业在我国投资兴建合资公司，加剧了洗衣机行业的激烈竞争。目前，我国的家用洗衣机产品的发展已经进入了成熟期，国营、集体、个体、外资、合资企业遍布全国各地，我国已成为全球洗衣机生产和消费的大国2。我国洗衣机年产量约占世界年产量的四分之一，居于世界首位。除了在数量和品种上满足国内市场外，还出口到北美、欧洲、东南亚等地，跻身于国际洗衣机市场的竞争行列。BACK1.1.3 洗衣机发展现状和趋势洗衣机使人们告别了搓衣板，洗衣棒的手工洗衣时代，但是最初的洗

10、衣机的自动化程度并不高，洗衣的几个过程仍需要人工来进行切换。随着技术的发展，作为洗衣机核心的电机驱动技术有了较好的发展，洗衣机也由最初的洗涤、脱水过程的手工切换发展到半自动半手工切换，再发展到了现在的全自动洗衣机。洗衣过程的全自动化并没有完全满足人的要求。目前，绝大多数洗衣机的电机驱动系统引入了微处理器。微处理器的引入使得洗衣机的功能更加强大。洗衣机生产行业通过对微处理进行编程，实现洗涤、脱水模式的多样化，满足用户洗涤不同衣质、不同污脏程度的衣物。而用户在操作过程当中指需要按几个按键即可完成选择工作。同时，人们在原来洗衣方式的基础上，通过优化洗衣机的结构，再与电机驱动相配合，来实现对洗衣机内部

11、水流的控制，从而使洗涤更彻底。小天鹅公司推出的“水魔方”技术就是其中的一个例子。BACK技术总是不停向前发展的，洗衣机也向着几个明显的方向发展。智能化。传统的洗衣机只按进水漂洗出水甩干这几个工作过程进行合理组合工作。而智能洗衣机除了实现上述的功能之外，还能对洗涤衣物的衣质、衣量、衣物的污脏性质以及污浊度进行识别，并根据具体的情况选择合适的洗涤剂、水量和水流状态进行有针对性的洗涤。洗衣机智能化技术有赖于微处理器和传感器的发展3。高效节能。不可再生能源日益减少和人类对能源要求量日益增加的矛盾，决定了节能成为整个社会活动的趋势。对于洗衣机行业来说，要在保证洗净度的基础上实现省电、节水。高效节能已经成

12、为洗衣机行业发展必然的趋势。BACK1.1.4 新型洗衣机控制技术使用直接驱动（DD）滚筒洗衣机用永磁无刷直流电机的相关技术，运用转子位置预估、单片机、DSP等技术设计了DD滚筒洗衣机用永磁无刷直流电机驱动控制系统。首先，针对滚筒洗衣机特殊的结构和负载要求，进行了永磁无刷直流电机驱动控制系统的软、硬件部分设计。提出了设计过程当中参数选用的一些基本原则，介绍了基于转子位置预估的驱动技术。针对滚筒洗衣机在洗涤状态下负载偏心的特点，建立了滚筒洗衣机洗涤状态下衣物的动力学数学模型，并利用Simulink进行了负载特性的仿真。通过仿真，定性认识了滚筒洗衣机洗涤状态下负载偏心对电机转矩的影响，并利用国外样

13、机的实测结果证明了仿真的正确性，分析了DD滚筒洗衣机节拍的特点，制定了相关的控制策略，并通过上位机程序的编写来实现4。BACK随着模糊技术的发展，多种多样的模糊技术产品相继问世，已有洗衣机、电视机、电冰箱、空调器、摄像机、吸尘器、微波炉等40多种。这些模糊家电由于能最大限度地顺应人们日常生活的需要，例如模糊洗衣机模仿人脑的功能，将人的模糊信息和直接思维转化为准确的控制，它具有智能分析、判断，能自动收集需要洗的衣物重量、布质、水温及污垢程度等信息，进行综合判断，决定洗衣粉用量的多少、水位的高低、洗涤方式和洗涤时间的长短，同时在洗涤过程中，不断调整水位、时间及水流的强弱，并能自动显示故障报警，以达

14、到最佳洗涤状态。一台5.5公斤模糊洗衣机的用水量比双缸洗衣机节水一半，省电10%5。1.2 课题的意义本次毕业设计选择“基于单片机的洗衣机节水控制系统的设计”是为了更好地学习和研究51系列单片机电路系统设计的相关知识，并掌握基本应用电路设计的方法和技巧。通常的洗衣机会优先满足洗净比的要求，而对能耗和耗水量的考虑则较少，造成水电的浪费。本设计采用浊度传感器测量洗涤水的污浊程度，确定最佳的洗涤时间和漂洗次数，可以用较少的能耗和水耗获得满足要求的洗净比。BACK1.3 设计内容本文（设计）是“基于单片机的洗衣机节水控制系统的设计”，系统以STC89C52单片机为控制核心，通过TS浊度传感器检测电路送

15、回的数据对洗涤水的浊度进行判断，通过洗衣水的污浊程度来决定是否继续漂洗以及漂洗所需用时，实现对洗衣过程的实时检测与控制，达到用最少的能耗实现最大程度地清洁衣物的目的。BACK2 系统硬件设计2.1 方案选择2.1.1 PLC控制方案采用可编程逻辑系统PLC控制。PLC是一种数字式运算操作的电子系统，集成度高，工作稳定可靠，且外围接口多，编程方便，是专为工业环境下的系统应用而设计的。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术等操作指令，并通过数字式、模拟式的输入输出，控制各种类型的机械或生产过程6。但其造价昂贵，大批量生产费用很高，不适用于一般家电使用，故不

16、选用此方案。BACK2.1.2 PIC系列单片机方案PIC单片机系列是美国微芯公司（Microchip）的产品，它的CPU采用RISC结构，分别有33、35、58条指令，属精简指令集。采用Harvard双总线结构，运行速度快。此外，它还具有低功耗、驱动能力强等特点7。BACK由于该系列单片机的专用寄存器（SFR）并不像51系列那样都集中在一个固定的地址区间内(80FFH)，而是分散在四个地址区间内，有5个专用寄存器，得反复地选择对应的存储体，给编程控制带来麻烦。对于不熟悉这种硬件结构的设计者来说，它不是一个最优的选择8。BACK2.1.3 51系列单片机方案51系列单片机的优点之一是它从内部的

17、硬件到软件有一套完整的按位操作系统，它不仅能对片内某些特殊功能寄存器的某位进行处理，还能进行位的逻辑运算。51系列在片内RAM区间还特别开辟了一个双重功能的地址区间，它既可作字节处理，也可作位处理，使用极为灵活9。BACK家用洗衣机要求体积小，容量大，并且功能完备，因此要求控制器体积小，以便能嵌入其结构之中；且控制功能灵活，以实现不同用户的需求。51系列单片机具有体积小、编程灵活、外设多样、易于扩展等优点，广泛地应用于各种电路控制系统中。由于51系列单片机技术成熟，加上其多功能，低功耗等特点，能满足不同系统的应用需要。相比之下，51系列单片机最大的优点就是生产成本低，操作简单，适用于小型电路产

18、品开发和大批量生产以其为核心的电器设备，且都能满足电路系统的要求。BACK综上所述，本次设计采用51系列的STC89C52单片机作为主控芯片。2.2 系统总体结构设计本系统为节能洗衣机的控制设计。节能洗衣机系统由主控制器、按键、浊度传感器、倒计时显示、状态显示和电机水阀伺服机构等几大模块组成，由程序控制实现洗衣过程的节能化与自动化。系统组成结构如图2.1所示。BACK倒计时显示按键输入MCULED指示灯机盖开关进水阀水位传感器排水阀AD转换电机驱动浊度检测图2.1 节能洗衣机系统组成本系统实现了对洗衣机整个洗衣过程的控制，包括用户参数输入，洗涤，漂洗，浊度检测，脱水等几大步骤。洗衣机就会在每次

19、漂洗完成后智能判断洗涤水的混浊情况，对于不同的污浊度设计了不同的漂洗时间。若在任何一次漂洗结束时进行的浊度检测结果表明洗涤水已足够清净，程序就会直接跳转至“脱水”模式进行衣物脱水，从而节约了大量的冗余漂洗时间和能源。波轮式全自动洗衣机的结构如图2.2所示10。BACK显示模块MCU控制单元与按键进水阀机盖动作开关洗衣波轮承重弹簧与过载检测驱动电机减速器与传动装置机盖内桶外桶吸簧式水位传感器TS浊度传感器排水阀排水管图2.2 波轮洗衣机结构图2.3 模块电路设计与元件选择2.3.1 电源设计电源模块是为整个电路系统和伺服机构提供能源和动力的重要保证。一般的直流稳压电源由整流电路、滤波电路和稳压电

20、路等几部分组成11。本机电源采用双路输出+5V和+12V，分别用于提供电子电路工作电源和电磁阀驱动电源。使用交流变压器将220V市电降压至15V，经过二极管整流桥整流、电容滤波和稳压管稳压，能输出稳定的直流5V和12V电压。电源模块的电路原理图如图2.3所示。图2.3 双路稳压电源模块2.3.2 主控芯片STC89C52驱动电路设计本课题的系统控制使用STC89C52单片机，时钟晶振使用12MHz。STC89C52是一种带8K字节闪烁可编程可檫除只读存储器的低电压，高性能COMOS8的微处理器。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容1

21、2。STC89C52单片机主要功能如表2.1所示；其封装与引脚排列如图2.4所示，其在系统中的工作电路如图2.5所示。表2.1 STC89C52主要功能兼容MCS51指令系统8K可反复擦写Flash ROM32个双向I/O口256x8bit内部RAM3个16位可编程定时/计数器中断时钟频率0-24MHz2个串行中断可编程UART串行通道2个外部中断源共6个中断源2个读写中断口线3级加密位低功耗空闲和掉电模式软件设置睡眠和唤醒功能图2.4 STC89C52引脚排列与引脚功能图2.5 STC89C52电路原理图2.3.3 LED灯显示与74HC573锁存器节能洗衣机系统有六个基本的状态，分别是厚物

22、洗涤，薄物洗涤，漂洗，脱水，暂停，停止和报警。本系统用六个发光二极管作为状态指示灯，使用共阳极接法，由单片机P1口通过一个锁存器来控制它们的亮灭。LED灯的电路接法如图2.6所示。BACK图2.6 LED状态指示灯锁存器(Latch)是一种对脉冲电平敏感的存储单元电路，它们可以在特定输入脉冲电平作用下改变状态。典型的锁存器逻辑电路是 D 触发器电路13。本设计使用的74HC573锁存器的真值表如表2.2所示。 BACK表2.2 锁存器的真值表输出使能(/OE)锁存使能(LE)输入端(D)输出端(Q)LHHHLHLLLLXQ0HXXZ74HC573的八个锁存器都是透明的D型锁存器，当使能引脚LE

23、为高电平时，Q输出将随数据D输入而变化；反之，锁存器进入锁存状态，D将保持原有信号的输出而不受输入信号变化的影响14。锁存器的引脚功能与封装如图2.7所示。图2.7 锁存器的引脚及其功能在在本课题的应用中，单片机P0口和P1口的八路 I/O 口上分别需要外接锁存器，这是为了实现数据和地址在I/O口上的复用。BACK2.3.4 七段数码管显示LED（Light Emiting Diode）是发光二极管英文名称的缩写。常用的LED有共阳极和共阴极2种。共阴极LED显示器的发光二极管的阴极连在一起，通常此公共阴极接地15。本次设计是用于显示时间，采用共阴极LED显示就可以有较好的显示效果。在多位LE

24、D显示时，通常将所有位的段码线相应段并联在一起，由1个8位I/O口控制，形成段码线的多路复用，而各位的共阴极或共阳极分别由相应的地址线控制，形成各位的分时选通16。七段数码管电路如图2.8所示。 BACK图2.8 七段数码管显示2.3.5 浊度检测模块设计TS浊度传感器是GE公司开发的一种专门用于家电产品的低成本传感器，主要用于洗衣机、洗碗机等产品的水污浊程度的测量，其内部结构原理图如图2.9所示。此种浊度传感器体积小，兼容TTL电平，使用方便17，故本次设计采用TS浊度传感器。 BACK图2.9 TS浊度传感器结构原理图浊度传感器的工作原理是：当光线穿过一定量的水时，光线的透过量取决于该水的

25、污浊程度：水越污浊，透过的光就越少。光接收端把透过的光强度转换为对应的电压大小。通过测量接收端的电压，就可以计算出水的污浊程度。洗涤水的透光度与洗涤时间t的关系曲线如图2.10所示。 BACK （a）图为洗涤全过程的浊度变化 （b）图为轻污和重污的透光度比较图2.10 洗涤水的透光度与洗涤时间t的关系曲线在节能洗衣机系统中，浊度传感器安装在洗衣机的排水管口附近，如图2.11所示，在洗衣机开始排水时启动数据采集进行水质检测，并将检测结果送单片机。图2.11 浊度传感器的工作示意图浊度值是由TS浊度传感器测得浊度数据，送ADC0804进行模数转换后所得的数值。实际应用中，应根据不同容量的洗衣机进行

26、实验来确定更准确的浊度值与对应的洗涤时间。表2.3表明衣物浊度与洗涤参考时间的关系。 BACK表2.3 洗涤水浊度与洗涤参考时间的关系序号污浊程度A（十进制A/D值）洗涤时间（min）1A 556255 A 948394 A 126104126 A 152125152 A 173146173 A 191167191 20820ADC0804是用CMOS集成工艺制成的逐次比较型摸数转换芯片。该芯片内有输出数据锁存器，当与控制器连接时，无须附加逻辑接口电路。逐次比较型AD由一个比较器和DA转换器通过逐次比较逻辑构成，从MSB开始，顺序地对每一位将输入电压与内置DA转换器输出进行比较，经多次比较而输

27、出数字值。其优点是速度高、功耗低。ADC0804引脚如图2.12所示。 BACK图2.12 ADC0804引脚功能在本系统中，浊度信号转换为0V5V电压信号，浊度传感器连接ADC0804的输入接口进行采样处理，然后将电压信号转换为8位数值0x000xff送入单片机P1口。TS浊度传感器及其数据AD采样电路如图2.13所示。 BACK图2.13 TS浊度传感器及其数据AD采样电路2.3.6 电机控制本设计采用家用洗衣机常用的单相交流电机，这种电机有两个绕组：主绕组和副绕组，两个绕组在空间上相差90度。在启动绕组上串联一个容量较大的启动电容，由于电容器作用使启动绕组中的电流在时间上比运行绕组超前9

28、0度角，先到达最大值。在时间和空间上形成两个相同的脉冲磁场，使定子与转子之间产生一个旋转磁场，电机转子中产生感应电流，与旋转磁场互相作用产生电磁场转矩，使电机旋转起来。 BACK普通单相电机这两个绕组完全一样，互相可以交换。要使电机反转，只要交换两个绕组中的一个绕组的首尾接线就可反转。电机的调速是通过一个串接线圈实现。单相交流电机的正反转控制原理如图2.14所示。 BACK图2.14 单相交流电机的正反转控制在本设计中，采用两只HJR1-2C电磁继电器控制电机正反转，一只HRS2H-S电磁继电器控制电机的旁路绕阻以实现脱水时电机的高转速工作。电机控制部分的电路原理图如图2.15所示。图2.15

29、 电机控制部分2.3.7 水阀水阀的动作采用电磁阀控制，使用两只HRS2H-S电磁继电器耦合来控制两个大功率电磁阀。进水或排水时，由单片机发出指令，使继电器触点吸合，接通水阀的电磁铁，带动阀门执行进水或排水操作。水阀电路如图2.16所示。 BACK图2.16 水阀控制电路2.3.8 水位传感器水位传感器采用吸簧式浮子传感器，它本身输出的就是数字信号。当水位有变化时，浮子随着水位上下浮动，内置磁石使对应高度的簧片吸合，触点导通；浮子离开时，当前触点断开，到下一个触点吸合。单片机扫描触点变化信号就可判断当前洗衣桶内的水位。水位传感器结构示意图如图2.17所示。 BACK外壳吸簧浮子液面图2.17

30、水位传感器结构示意图2.3.9 电磁继电器本电路系统是低压控制高压类型的程控电子线路，由芯片输出的逻辑电平+5V来控制交流220V的负载电机。当继电器线圈两端有电流时，线圈产生的磁通使衔铁吸向铁芯极面，从而推动常闭触点断开，常开触点闭合；当线圈两端电流小于一定值时，机械反力大于电磁吸力，衔铁回到初始状态，常开触点断开，常闭触点接通。继电器原理图如图2.18所示。BACK图2.18 继电器原理图3 系统软件设计3.1 系统主程序根据硬件设计要求，控制主程序流程如图3.1所示。洗衣机通电后，单片机上电进行程序的初始化操作，默认洗衣机工作模式为“厚物洗涤”，并显示此工作模式下的预设时间，然后扫描键盘

31、，等待用户命令。当按下“开始”键后，系统就开始倒计时，并进入相应的工作模式程序开始洗涤。BACK开始初始化显示时间键盘扫描按键动作指示计算走时电机工作模式设定图3.1 主程序流程图 主程序设定采用死循环的工作模式，在系统初始化后就一直按次序反复执行各个功能模块的子程序，检查各标志位的状态。这样即使系统长时间地处在暂停或停止状态下，依然能够及时响应用户的操作，快速恢复到正常的工作状态中，有效避免程序跑飞使控制器死机的情况。3.2 计算时间子程序计时子程序用定时器0工作在方式0进行定时，每隔50ms产生一次中断，计数变量计满20次则为1秒，每一秒都让秒值自减1，从而实现较精确的1秒倒计时。分钟值则

32、以秒值的变化情况作为条件作出相应的计算。走时结束后程序会关停定时器，以避免干扰和其他不可预知的情况出现。在分钟变量与秒钟变量被重新赋初值后，程序会根据系统当前工作模式来决定是否开启定时器。计算时间的程序流程如图3.2所示。BACK入口 N中断20次？ Y分钟值0？N Y0 秒值 60？N Y分钟值为0 .秒值=59秒值自减1N Y0 秒值 59？关定时器秒值自减1分值自减1返回图3.2 计算时间子程序流程3.3 中断程序系统用定时计数器0工作在方式0，每500毫秒溢出产生一次计数中断，用于定时1秒钟的计时服务。中断程序流程如图3.3所示。BACK中断入口中断计数变量自加1重装计数初值中断返回图

33、3.3 中断程序3.4 显示时间子程序显示时间子程序用于洗衣机的倒计时时间显示。当定时器T0启动后，单片机P0口发送时间数据与位选信号，用数码管扫描方式显示时间值。显示时间子程序如图3.4所示。BACK入口 .N Y时间显示允许？ 位选循环右移位选信号送P0口数码码段送P0口 N6位都扫描显示了？ Y返回图3.4 显示时间子程序流程3.5 浊度数据AD转换及漂洗控制子程序ADC程序主要用于处理来自TS浊度传感器的模拟数据，将浊度信号转换成8位的二进制信号，送单片机处理判断。当本子程序被调用时，会先启动AD转换并读取数据，若转换结果允许显示，则调用显示AD结果的子程序，否则其数据就仅仅用于给单片

34、机判断浊度，这样避免了不必要的显示，提高程序效率。本部分是实现节水目标的核心环节，其程序流程图如图3.5所示。BACK入口打开AD片选启动AD转换读取AD数据赋给单片机P1口NAD结果显示允许？ Y转换结果送显示N YAD结果小于浊度阀值？漂洗标志置1漂洗标志置0 返回图3.5 ADC子程序流程图3.6 键盘扫描子程序本设计采用44矩阵键盘作为系统输入模块，其4根行线和4根列线都由单片机P3口的8个位来控制。按键采用逐行扫描的方式，分别对4行扫描，相应地读取4列的电平变化，再将行与列的值比较，其交点处就是有动作的按键，由此就可计算出相应的键值而判断是哪个按键被按下了。扫描矩阵键盘的程序流程图如

35、图3.6所示。BACK入口低4位置1，放入4行。判断按键所在行。高4位置1，放入4列。判断按键所在列。读取键值N Y键值是否有效？键盘服务子程序返回图3.6 键盘扫描子程序流程程序中设定了键值有效性的判断，若按键键值无效或程序没检测到按键操作，系统将跳过键盘服务子程序，仅仅对其进行扫描。当有按键被按下时，程序才调用相应的服务子程序。这样节约了程序在非用户操作时的运行时间，减少调用繁杂的子程序所占用的线程，提高MCU运行效率。3.7 键盘服务子程序键盘服务子程序是根据按键指令来决定系统工作的服务程序，它仅在键值有效时才被调用执行，这样可充分利用单片机内有限的硬件资源，加快程序的运行速度和减短程序

36、的扫描周期。键盘服务子程序采用多分支判断结构，读入不同的键值来执行相应的程序。每一次扫描仅作一次判断，并设置相应的系统工作模式标志，以此来决定整机的工作状态与下达动作指令。键盘服务子程序流程如图3.7所示。BACK入口读取键值Y工作模式1：厚物洗涤Y值为0？NY工作模式2：薄物洗涤值为4？NY“开始”键，系统工作值为1？NY工作模式5：暂停N值为5？Y工作模式6：停止值为9？NY工作模式7：报警值为2？NY机盖打开，系统暂停值为6？N 返回图3.7 键盘服务子程序3.8 工作模式设定程序单片机根据键盘和倒计时模块输入的命令来判断系统当前应进入的工作模式。若工作条件满足，此程序就为系统设定相应的

37、工作模式，并修改模式标志，送至动作服务子程序执行操作。系统的七种模式可由倒计时程序或系统传感器的输入信号来自动设置，也可由用户通过按键输入来改变。工作模式设定的程序流程如图3.8所示。BACK入口读入模式标志变量值Y“厚物洗涤”子程序值为1？NY“薄物洗涤”子程序值为2？NY“漂洗”子程序值为3？NY“脱水”子程序N值为4？Y系统暂停，设置标志值为5？NY系统停止，蜂鸣提示值为6？NY系统报警，蜂鸣提示值为7？N返回图3.8 工作模式设定程序流程3.8.1 “厚物洗涤”与“薄物洗涤”子程序单片机通过不同的条件来判断执行不同的洗涤方式。当启动键被按下后，洗衣机进水阀通电打开，当供水达到预定水位时

38、，吸簧式水位传感器中对应的水位开关接通，进水阀断电关闭。然后MCU接通洗涤电机的电源，带动波轮旋转即可进行洗涤。厚物模式与薄物模式的洗衣过程基本相同，区别在于二者的水量和洗涤时间的差异。两种洗涤模式的流程如图3.9所示。BACK入口开进水阀N预设水位到了？Y关进水阀电机正反转洗涤N分钟到0了？Y开排水阀N低水位到了？Y设为漂洗模式返回图3.9 洗涤程序流程图3.8.2 “漂洗”子程序漂洗的目的在于清除衣物上的洗涤剂，因此，漂洗过程与洗涤过程的电器动作是相同的，关键在于通过实时浊度检测与漂洗时间决策达到节能洗衣的目的。漂洗程序流程如图3.10所示。入口判断水的浊度Y已漂洗4次？NN浊度判断结果Y

39、说明要漂洗？N定时器已开启？设定漂洗时间，Y开定时器。NY分钟为0值？YN 秒钟为0值？NY开排水阀水位为低？开进水阀漂洗浊度检测跳出漂洗模式 返回图3.10 漂洗程序流程图3.8.3 “脱水”子程序漂洗过程结束后，程序转入“脱水”状态。系统使电机停车，打开排水阀门排水。当洗衣机的水位低到一定程度并满足脱水条件时，电机调到正车高速档，带动洗衣桶内的衣物高速旋转进行脱水。排水洗衣机脱水子程序的开启由工作模式标志设定，实现2min电机高速运作。排水程序流程如图3.11所示。BACK入口 N漂洗允许标志为0？YY定时器TR0为0？N动作标志置2：漂洗设定脱水时间2min开定时器YN计时时间到？停机等

40、待开排水阀，脱水返回图3.11 脱水程序流程图3.9 系统动作服务程序系统动作服务子程序管理洗衣机各个工作模块的动作，主要是按照程序指令控制电机的启停与水阀的开闭。控制参数来自键盘和倒计时模块的输入。动作服务子程序流程如图3.12所示。BACK入口读入动作标志变量值Y电机间歇正反转值为1？NY电机加速脱水值为2？NY开进水阀值为3？NY开排水阀N值为4？Y停止全部动作值为7？NY停止全部动作其他值？ 返回图3.12 系统动作服务程序流程图4 系统调试与分析在完成节能洗衣机控制系统的设计后，将程序在系统硬件上进行功能验证。系统硬件组成部分如图4.1所示。图4.1 节能洗衣机系统硬件部分 系统上电

41、后，会进入默认的“厚物洗涤”模式并等待操作，如图4.2所示。通过模式选择按键可切换至“薄物洗涤”模式。这时只要按下“开始”键，洗衣机就会按照程序设定开始工作。图4.2 系统上电后的等待状态在选定洗涤模式之后按下开始键，系统开始倒计时，并打开进水阀进水，如图4.3所示。在预定水位达到后，控制器关闭进水阀，主电机在程序的控制下间歇正反转，带动波轮和洗衣桶转动进行洗涤，如图4.4所示。BACK开进水阀电机等待图4.3 进水状态电机控制电机工作图4.4 洗涤状态 洗衣机完成漂洗后进入历时2分钟的脱水模式工作。如图4.5所示，脱水状态指示灯点亮，排水阀打开，电机在高速档运作。若此时在时间剩余1分钟内水位

42、降至最低，则洗衣机直接跳出脱水程序，完成洗涤，进入停机等待状态。排水阀打开电机高速运作图4.5 系统“脱水”工作状态 在系统的正常工作中，若有异常情况出现，系统会立刻中断当前工作任务，进入“报警”状态：使电机停车等待，蜂鸣器发出告警音响，如图4.6所示。当处理异常情况后，按下“开始”键洗衣机就会恢复到原来的工作状态，继续洗涤工作。“报警”状态指示灯点亮图4.6 系统进入“报警”状态 经过硬件验证，本系统除具备洗衣机基本功能外，也具有智能判断浊度，自主决策漂洗时间，根据水位情况制定洗涤任务等功能，本课题设计最终实现节能洗衣机的预期功能。BACK总结本课题采用STC89C52单片机对家用洗衣机进行

43、智能控制，设计的节水控制洗衣机系统充分应用了浊度检测技术，通过硬件设计与软件编程，实现了洗衣机的节能控制，一个按钮就能完成洗衣的全过程，且将洗衣机水耗降至最低。本设计系统的特点有：BACK(1) 由TS浊度传感器和水位传感器检测到衣物的污浊度与洗涤所用水量,既能保证洗净衣物又使洗涤时间缩短，最大限度地提高洗涤效果,节约能源及用水量,达到了本设计设定的节水这一主要目的。(2) 本设计还考虑到半自动时的情况，用户可以根据自己的需求自由选择洗衣机的工作方式与洗涤时间。在洗衣机工作的任一过程中，用户可根据需要随时暂停洗衣机，机盖检测和过载保护能有效保证用户安全与洗衣机稳定工作，延长使用寿命。BACK在

44、本课题的设计过程中，也出现了不少问题。如浊度传感器暂时找不到，找到的虽然精度高质量好，但是价格不菲。经过分析，发现浊度传感器在工作中输出的是0V5V的模拟电压信号，而这个信号可用电位器输出，给设计和实物检验带来极大方便。BACK本设计仍存在一些不足之处，如洗衣机水位调节只有二级水位变化，在实际应用中可以增加水位调节级别，以便把洗衣机的节能功效发挥到最大；虽然系统消除了继电器动作单元对控制单元的影响，但在同块万用板上焊接的几个电磁继电器之间又相互影响，看来只有使用更规范的PCB电路板和更合理的布线才能消去这种干扰。在软件设计方面，本课题的软件设计只考虑了各功能模块都正常运行的情况，而没设计在某个

45、关键器件故障时系统的自检与保护性停机的程序，故在不同的系统中可视具体情况在程序中加入更加全面的故障处理与保护功能以使系统完善。由于时间所限，本设计的硬件模拟只能做出节能洗衣机的几大基本功能，不能做出较完善和较全面的多功能控制系统，也是本设计的遗憾之处。BACK参考文献1 蔡瑞雄，替代效应的滚筒洗衣机市场提升对策研究，硕士论文，华南理工大学，20102 鲁建国，洗衣机的消费现状和发展趋势，家用电器，2009，5，283 余永权，嵌入式智能家电的发展现状及趋势，电子世界，2009，7，44 韦宇聪，DD滚桶洗衣机用无刷直流电机系统及控制策略研究，硕士论文，哈尔滨工业大学，20105 谭剑，模糊推理

46、及其在洗衣机上的应用，硕士论文，华南理工大学，20096 李全利，单片机原理及接口技术. 高等教育出版社 2004年7 彭伟，单片机程序设计实训. 电子工业出版社 2009年8 周灵彬，基于Proteus的电路与PCB设计. 电子工业出版社 2010年9 吴金戌，单片机实践与应用. 电子工业出版社 2002年10 郭天祥，新概念51单片机. 电子工业出版社 2009年11 扈刚，全自动洗衣机混浊度智能测试仪的设计，本科论文，郑州轻工业学院，200712 克强，用AT89C2051单片机制作洗衣机控制电路，电子世界，2001，3，2713 王琰，基于MCS-51单片机的洗衣机控制系统设计，家电科

47、技，2009，1614 庞学民，数字电子技术. 清华大学出版社 2005年15 童诗白，模拟电子技术基础. 高等教育出版社 2005年16 曾璐，基于AT89C52 单片机的洗衣机智能控制系统，硕士论文，江西理工大学，200917 杨欣，51单片机应用与实践丛书. 清华大学出版社 2008年。BACK致 谢经过两个月的的学习和研究，我的毕业设计课题也接近尾声。本次毕业设计是在我的指导老师XXX的亲切关怀和悉心指导下完成的。作为一个本科生的毕业论文，由于经验的匮乏，难免有许多考虑不周全的地方，如果没有导师的督促指导，以及同学们的支持和帮助，是难以按时完成课题设计的。感谢院系的老师们，是他们在大学

48、4年中教给我知识和为人处世的道理。最主要的是指导我毕业设计的XXX老师，课题的研究工作从选题到完成，无不倾注了X老师诲人不倦的关怀、指导和教诲。在我做毕业设计的每个阶段，从选题到查阅资料，论文提纲的确立，硬件电路的设计，后期论文格式的调整等各个环节中，XXX都给予了悉心指导与帮助。在此谨向XXX老师致以诚挚的谢意。本次毕业设计，在本系老师们的指导下，我不仅更深入地学习了有关51单片机的知识，还对节能控制系统有了更深入的了解。另外，更重要的是我还学会了一种系统学习的方法，学会了怎么去发现问题，解决问题，这将是一生受用的财富之一，我会将此收获运用到以后的学习和生活中。在本次课题设计结束之际，我还要

49、感谢XXXX系电子教研组的各位老师，是他们在我遇到困难时付出的耐心和给予的指导使我从解决问题的过程中学到更多的知识，以及同学们在这期间给我的各方面帮助。BACK附录一 系统原理图。BACK上述论文纯属本人毕业设计，绝对独一无二，版权所有。软件编程方面，论文中程序有所保留，仿真原理图在完整的程序中调试成功，可以实现上述所有功能。需要proteus 仿真原理图的，请联系QQ：624156374；价格详议。附录二 源程序/*=基于单片机的节能洗衣机控制程序设计=*/#include#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned int

50、sbit dula = P26;/段锁存。P0是数码管数据端sbit wela = P27;sbit beep = P23;sbit diola= P25;/LED指示灯锁存sbit mod_hou =P10;/厚物指示sbit mod_bao =P11;/薄物指示sbit mod_rewash = P12;/漂洗指示sbit mod_dry =P13;/甩干指示sbit mod_pause =P14;/暂停指示sbit mod_stop = P15;/停止指示sbit mod_error= P16;/错误指示sbit mola = P24;/伺服控制的锁存器使能sbit molf = P10

51、;sbit mort = P11;sbit mosp = P12;sbit wtin = P13;sbit wtot = P14;sbit adwr = P36;/ADC的控制针sbit adrd = P37;uint mh, ml, sh, sl;uchar we, du, count, fen, miao;/LED位锁，段锁，中断计数，分，秒uchar key_num, mod_flag, tmp_mod;/按键返回值，模式标志，临时模式标志uchar adc_rewash, adc_display_mod;/AD判断是否漂洗，AD结果是否显示；uchar adc_samp;/ADC转换结

52、果变量uchar wt_h, wt_m, wt_l;/水位指示：高，中，低，水位标志uchar action_mod, wt_io_action;/工作标志缓存,进排水动作标志uchar rewash_times;/记录漂洗次数bit flag_1s;/1s标志位uint flag_1s_counter;/1s计数uchar code table_of_duanma = /共阴码段0x3f, 0x06, 0x5b, 0x4f, / 0, 1, 2, 3, 0x66, 0x6d, 0x7d, 0x07, / 4, 5, 6, 7,0x7f, 0x6f, 0x40, 0x00 ; / 8, 9,

53、-, ,/= 延时子程序 =void delay(uchar z)uchar x, y;for(x=z;x0;x-)for(y=110;y0;y-);/= 蜂鸣子程序 =void beep_on(uchar beep_mod)/蜂鸣器发声模式：/1-短促（按键响应 和 模式切换） 2-稍长（结束提示） 3-很长（报警）uchar bp_ct;/计算发声次数的局部变量switch(beep_mod)case 1: /模式 1 -短促（用于按键）for( bp_ct=3;bp_ct0;bp_ct- )beep = 0;delay(100);beep = beep;beep = 1;break;ca

54、se 2: /模式 2 -稍长（结束提示）for( bp_ct=5;bp_ct0;bp_ct- )beep = 0;delay(500);beep = beep;beep = 1;break;case 3: /模式 3 -很长（报警）for( bp_ct=7;bp_ct0;bp_ct- )beep = 0;delay(500);beep = beep;beep = 1;break;default: /其他情况视为错误，长2声 for( bp_ct=11;bp_ct0;bp_ct- )beep = 0;delay(500);beep = 1;break;/= 系统初始化 =void init()

55、P0 = 0x00;/端口置位，防止干扰P1 = 0xff;P2 = 0x00;wela = 0;dula = 0;diola= 0;mola = 0;/关闭电机控制，等待指令操作beep_on(2);/开机声音响应beep = 1;/关闭蜂鸣器rewash_times = 0;/漂洗次数初值：0次key_num=16;/按键返回值：无按键mod_flag=1;/模式标志tmp_mod=0;/临时模式寄存标志TMOD = 0x01;TH0 = (65536-50000)/256;TL0 = (65536-50000)%256;IE = 0x82;/中断使能位置1: EA = 1,ET0 = 1。或直接设IE也得/= 倒计时 =void count_time()if(count=20)count=0; /倒计时：if(fen0) /分钟大于0时if(miao0 & miao60)/ 0 miao 60