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1、典型的机电一体化产品题 目: 全自动洗衣机 姓 名： 学 号：班 级： 平顶山工业职业技术学院 2011年 5 月 15 日前言 洗衣机是一种在家庭中不可缺少的家用电器，发展非常快，全自动式洗衣机因使用方便得到大家的青睐，全自动即进水、洗涤、漂洗、摔干等一系列过程自动完成，控制器通常设有几种洗涤程序，对不同的衣物可供用户选择。变频控制依其高性能、节能等优点在洗衣机的控制中得到广泛应用，介绍了可编程控制器在洗衣机电气参数测试中的应用,讨论了硬件设计和程序设计。452.1 全自动洗衣机控制过程52.1.1 洗涤过程52.1.2 脱水过程52.1.3 漂洗过程52.1.4 暂停功能62.1.5 声光
2、显示功能62.2 整机组成框图673.1 键盘管理单元83.2 数码管显示电路83.3 ADC0809 采样电路83.4 电机控制电路103.5 进水阀控制电路113.6 排水阀控制电路11124.1 主程序框图121415 将洗衣机的各种洗衣程序运行在单片机（微电脑芯片）的控制下，使得洗涤、漂洗、脱水等各种功能的操作都能不需要手动，而是模拟人类智能行为完成，一般的微电脑控制程序全自动洗衣机由使用者根据洗涤衣物的质量、厚薄、脏污程度等，选择洗涤程度（包括洗涤水量、洗涤时间、漂洗方式、脱水时间等），洗衣机按照选定的洗涤程度自动进行工作。高档的微电脑程控全自动洗衣机（又称智能型洗衣机），它的输入指
3、令来自两个方面：一方面是使用者在控制面板上的选择;另一方面，洗衣机内具有各种传感器，在洗涤过程中可对洗涤量、洗净程度、排水情况、脱水情况等进行检测，调整洗涤过程，使洗衣机工作于最佳状态。2.1 全自动洗衣机控制过程2.1.1 洗涤过程 通电后，洗衣机进入暂停状态，以便放好衣物。若不选择洗衣周期，则洗衣机从洗涤过程开始。当按暂停开关键时，进入洗涤过程。首先进水阀通电，打开进水开关，向洗衣机供水；当到达预定水位时，水位开关接通，进水阀断电关闭，停止进水；电机接通电源，带动波轮旋转，形成洗衣水流。电机是一个正反转电机，可以形成往返水流，有利于洗涤衣物。2.1.2 脱水过程 洗涤或漂洗过程结束后，电机
4、停止转动，排水阀通电，开始排水。排水阀动作时，带动离合器动作，使电机可以带动内桶转动。当水位低到一定值时，水位开关断开，再经过一段时间后，电机开始正转，带动内桶高速旋转，甩干衣物。2.1.3 漂洗过程 与洗涤过程操作相同，只是时间短一些。全部洗衣工作完成后，由蜂鸣器发出音响，表示衣物已洗干净。具有弱、强洗涤功能。要求强洗时正反转驱动时间各为4S，间歇时间为1S；弱洗时正反转驱动时间各为3S，间歇时间为2S。 洗衣机的标准洗衣程序是：洗涤脱水漂洗脱水漂洗脱水漂洗脱水。经济洗衣程序少一次漂洗和脱水过程。具体的时间自己设定。2.1.4 暂停功能 不管洗衣机工作在什么状态，当按下暂停键时，洗衣机需暂停
5、工作，待启动键按下后洗衣机又能按原来所选择的工作方式继续工作。 2.1.5 声光显示功能 洗衣机各种工作方式的选择和各种工作状态均有声光提示和显示。2.2 整机组成框图 针对上述，一方面，涉及到硬件电路，另一方面要配合相应的软件，才能完成上述功能。下面为本设计的整机框图如图2。 如图所示，通过传感器，将被洗衣物一相关数据通过A/D转换电路送到微处器内部，进行分析、处理，然后分别进行模糊控制，如进水量、浸泡时间、洗涤时间和排水时间。通过数码管显示相应状态，由简单按键控制，遇到险情由扬声器发声。 单 片 机 AT 8 9 C 51 电机控制电路进水阀控制电路排水阀控制电路A/D数据采集电路数码管显
6、示电路按键控制及报警电路 针对上文的功能，硬件电路应包括七个部分：微处理器控制电路、显示电路、采样电路、电机控制电路、进水阀控制电路、排水阀控制电路和按键报警电路。通过这几个部分电路的协调工作，洗衣机能模拟人脑进行操作。下面分别产述各电路组成。3.1 键盘管理单元 包括功能选择键盘管理和暂停返回键管理。功能键盘用8279控制，用INT0中断管理。暂停返回键用外部中断一控制。功能：数字键：选择说明中各工作方式对应的数字键进行相应的操作 F：确定 B：返回上级菜单 A: 暂停工作 /INT1：返3.2 数码管显示电路该单元能够显示按键功能，当前工作状态及该状态剩余的时间。3.3 ADC0809 采
7、样电路 采样电路我们用八路输的A/D转换芯片ADC0809，ADC0809是单片COMS8位逐次逼近型A/D转换器，与位微机兼容，正好我们的用的单片要相连，其三态输出可直接驱动数据总。输入电压可调，含内部时钟发生器，内部主要由：D/A转换器、逐次逼的寄存器、移位寄存器、比较器、时钟发生器和控制器电路，它的工作过程是：转换开始时由时钟节拍控制动作，第一个时钟来时，移位寄存器状态为10000000（最高位为1），并送给逐次逼近寄存器（SAR），由SAR将10000000传给D/A转换器输入端，使D/A转换器产生输出模拟电压VST，VST与A/D转换器的输入模拟量VI进行比较。若VSTVI，则比较器
8、输出VC为高电平1，若VSTVI，则VC=0。然后第二个时钟到来，使移位寄存器变为01000000，送给SAR，便SAR的最高位由VC来确定，VC为1，SAR最高位保持原来的1，VC为0，SAR最高位为0。比较一直进行到VST=VI才结束。此时将SAR中的二进制数输出，即为A/D转换器的二进制输出。电路连接图如图4。 浑浊度传感器主要采用红外光电传感器。由红外发射管发出一定强度的红外光，红外接收管在溶液的另一侧接收红外线。红外线在溶液中透光性的大小就决定接收方产生光电电流的大小，光电流经整形放大和数据处理后，就可以判断出水的浑浊程度。最后经ADC0809转换成数字信号，由单片机来判断，将红外光
9、电传感器接在排水口，如图5所示。3.4 电机控制电路P1.3控制，来模拟洗衣机滚筒的转动，从而模拟洗涤，漂洗，甩干等功能，电机可以正反转，洗涤和漂洗过程中均每隔3s正反转一次，甩干则高速正转，步进电机转速的控制则通过延时来实现。3.5 进水阀控制电路进水阀控制电路如图7所示。 和电机控制电路一样，通固体继电器来实现隔离，反相器74S05实现缓冲，发光二极管，指示工作状态，进水阀门的开关，由继电器来控制，当继电器线圈中有电流流过时，继电开关吸合，反之，就断开，利用这一特性，和单片机P2.4端口相连，来控制，给这个端口加低电平，反相缓冲后变成高电平，双向可控硅断开，线圈中没有电流流过，阀门打开；当
10、给端口加高电平时，给反相倒相后变成低电平，点亮发光二极管，双向可控硅开通，继电器线圈绕组中有电流流过，产生磁场，吸合开关，阀门关闭。排水阀门的操作主要有两个参数，一个为开关，另一个不开关时间，这两个参都是很容易通过单片机实现的。3.6 排水阀控制电路 排水阀控制电睡如图8。和进水阀电路一样，通固体继电器来实现隔离，反相器74S05实现缓冲，发光二极管，指示工作状态，进水阀门的开关，由继电器来控制，当继电器线圈中有电流流过时，继电开关吸合，反之，就断开，利用这一特性，和单片机P2.4端口相连，来控制，给这个端口加低电平，反相缓冲后变成高电平，双向可控硅断开，线圈中没有电流流过，阀门打开；当给端口
11、加高电平时，给反相倒相后变成低电平，点亮发光二极管，双向可控硅开通，继电器线圈绕组中有电流流过，产生磁场，吸合开关，阀门关闭。排水阀门的操作同样也有两个参数，一个为开关，另一个不开关时间，这两个参都是很容易通过单片机实现的。两电电都有共同点，都是需要软件进行模糊处理，什么时候开，什么时候关，开多长时间，关多长时间等，都是通过模糊量来完成全自动的。图8. 排水阀控制电路程序完全采用模糊控制的办法，来达到全自动的功能。在本设计中一方面为测量衣物重量，来自动调节加水、排水；另一方面为检测水的浑浊度，来控制洗涤时间，通过这两个量的控制，可完成衣物的清洗。4.1 主程序框图本程序采用模糊控制算法。支持该
12、硬件系统的软件由六大模块组成：1.系统初始化模块；2.信号检测及处理模块；3.功能控制模块；4.中断处理模块；5.显示输出模块；6.正常、过载报警模块。模糊控制器的控制算法包括以下两个部分：一个是模糊矩阵运算；另一个是将输入变量(浑浊度和浑浊度变化率)模糊化处理，查找查询表并作输出处理的程序。选择合适的采样时间是系统在调试过程中必须考虑的问题。在模糊控制系统中，其输入变量为浑浊度和浑浊度变化率，是通过两次采样间隔得到的，因此为了获得较精细的控制规律，应使浑浊度变化率的值较大，但从一次响应过程中控制作用的次数来看，一般不能低于5次，否则控制不精细，可见在模糊控制系统中选择采样时间受以上两方面的制
13、约。在实际控制系统设计中，选择采样时间要进行折衷考虑，通过多次实验方能确定其最佳的采样时间。程序框图如图9：返回？结束返回原流程暂停进入NY显示状态暂停控制加衣物进水测布量加水、加洗涤济浸泡洗涤浑浊度检测洗涤时间到排水脱水进水清洗排水脱水进水清洗排水脱水清洗结束浊度检测浊度检测本设计的全自动模糊洗衣机，充分应用了模糊控制技术，在硬件上首次采用交流变频技术，可以根据不同布质调节电机转速以达到节省时间和保护衣物的目的。软件上通过多次检测自动修正洗衣时间和电机转速，使洗衣机始终处于最佳运行方式。它操作简单，省心省力，抗干扰能力强，成本低，省电。同时，学会了很多新知识，从基硅知识，到专业知识，从理论到实践，从不懂，到理论分析。对各种专业软件的使用，都有更新的认识，此次收颇多。ATMEL89系列单片机应用技术 余永权 北京航空航天大学出版社C51程序设计一建校 杨建国 宁改娣 危建国 科学出版社微型计算机算法 电子工业出版社电力电子技术 重庆大学出版社单片机应用程序设计技术 北京航空航天大学出版社 何立民数字电路 华中科技大学出版社 康光华模拟电路 华中科技大学出版社 康光华电子技术基础实验 高等教育了版社 陈大钦