基于单片机的洗衣机智能控制系统本科论文.doc
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1、安徽广播电视大学毕 业 论 文基于单片机的洗衣机智能控制系统姓 名 分 校 铜 陵 分 校 专 业 机 电 一 体 化 层 次 本 科 指导教师 培养类型 开 放 教 育 提交日期 2016年10月 基于单片机的洗衣机智能控制系统摘 要基于MCS-51单片机的洗衣控制系统,控制面板由按键、指示灯组成.按键选择洗衣机工作方式,指示灯配合按键工作,LED显示器则显示洗衣机洗涤和脱水时间.洗衣机电路模块包括键盘矩阵、指示灯、电动机控制和电源电路.控制程序设计有定时中断服务程序、外中断服务程序及主程序.关键词:全自动,智能,89C2051AbstractBased on the MCS-51 micr
2、ocontroller laundry control system, control panel from the button. Indicator components. button to choose washing machines work, with a key indicator, LED displays show machine washing and dehydration time. washing machines, the overall circuit module including keyboard matrix, lamp, motor control a
3、nd power supply circuit. control procedures designed timer interrupt service procedures, external interrupt service procedures and the main program. Key Words: automatic, intelligent 89C20511目录摘 要1ABSTRACT1目录1第一章 绪言11.1 课题背景11.2 本课题的任务和要求31.3系统解决的问题和拟采用的研究手段61.4本文的工作6第二章 系统的总体设计72.1核心单元电路72.2工作控制程序设
4、计102.3模拟软件调试12第三章 系统的实现和关键技术143.1硬件的选择与说明143.1.1 AT89C2051143.1.2 固态继电器的选用173.1.3 74LS05反相器六非门183.1.4 双2-4译码器 74LS139193.1.5 TC4013BP193.1.6 电机193.2汇编程序与模拟软件223.2.1 主程序223.2.2模拟软件Keil32第四章 总结33参考文献341第一章 绪言1.1 课题背景洗衣机逐渐成为家庭中必备的家用电器,发展很快,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、甩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
5、的衣物可供用户选择。随着科技不断发展,洗衣机的性能将会不断完善。全自动洗衣机具有对衣物的磨擦小、单独性强、节约水等特点,得到人们的青睐。随着社会的进步和生活水平的提高,人们对全自动洗衣机的功能多样化、操作简单化也提出了更高的要求。为适应这种变化,全自动洗衣机的控制器已由机械式、混合式逐步过渡到全电子控制。单片机又称微控制器,或称嵌入式控制器。家用电器是单片机应用最多的领域之一。它是家用电器实现智能化的心脏和大脑。单片机是一个单芯片形态,面向控制对象的嵌入式应用计算机系统。它的出现及发展使计算机技术从通用型数值计算领域进入到智能化的控制领域.从此,计算机技术在两个重要领域通用计算机领域和嵌入式计
6、算机领域都得到了极其重要的发展,并正在深深地改变着我们的社会。单片机的结构特征是将组成计算机的基本部件集成在一块晶体芯片上,构成一台功能独特的,完整的单片微型计算机。单片机独特的结构决定了它具有如下特点。(1)体积小、结构简单、可靠性高单片机把各功能部件集成在一个芯片上,内部采用总线结构,减少了各芯片之间的连线,大大提高了单片机的可靠性与抗干扰能力。另外,其体积小,对于强磁场环境易于采取屏蔽措施,适合在恶劣环境下工作。(2)控制能力强单片机虽然结构简单,但是它“五脏俱全”,已经具备了足够的控制功能。单片机具有较多的I/O口,CPU可以直接对I/O进行操作、算术操作、逻辑操作和位操作,指令简单而
7、丰富。所以单片机也是“面向控制”的计算机。(3)低电压、低功耗单片机可以在2.2V的电压下运行,有的已能在1.2V或0.9V下工作;功耗降至为A级,一颗纽扣电池就可长期使用。(4)优异的性能/价格比由于单片机构成的硬件结构简单、开发周期短、控制功能强、可靠性高,因此,在达到同样功能的条件下,用单片机开发的控制系统比用其它类型的微型计算机开发的控制系统价格更便宜。单片机广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管理及过程控制等领域,大致可分如下几个范畴:1.在智能仪器仪表上的应用单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点,广泛应用于仪器仪表中,
8、结合不同类型的传感器,可实现诸如电压、功率、频率、湿度、温度、流量、速度、厚度、角度、长度、硬度、元素、压力等物理量的测量。采用单片机控制使得仪器仪表数字化、智能化、微型化,且功能比起采用电子或数字电路更加强大。例如精密的测量设备(功率计,示波器,各种分析仪)。2.在工业控制中的应用用单片机可以构成形式多样的控制系统、数据采集系统。例如工厂流水线的智能化管理,电梯智能化控制、各种报警系统,与计算机联网构成二级控制系统等。3.在家用电器中的应用可以这样说,现在的家用电器基本上都采用了单片机控制,从电饭褒、洗衣机、电冰箱、空调机、彩电、其他音响视频器材、再到电子秤量设备,五花八门,无所不在。4.在
9、计算机网络和通信领域中的应用现代的单片机普遍具备通信接口,可以很方便地与计算机进行数据通信,为在计算机网络和通信设备间的应用提供了极好的物质条件,现在的通信设备基本上都实现了单片机智能控制,从手机,电话机、小型程控交换机、楼宇自动通信呼叫系统、列车无线通信、再到日常工作中随处可见的移动电话,集群移动通信,无线电对讲机等。5.单片机在医用设备领域中的应用单片机在医用设备中的用途亦相当广泛,例如医用呼吸机,各种分析仪,监护仪,超声诊断设备及病床呼叫系统等等。此外,单片机在工商,金融,科研、教育,国防航空航天等领域都有着十分广泛的用途。1.2 本课题的任务和要求单片机又称微控制器,或称嵌入式控制器。
10、家用电器是单片机应用最多的领域之一。 家用电器体积小,所以要求其控制器体积更小以便能嵌入其结构之中。而家用电器品种多,功能差异也大,所以又要求其控制器有灵活的控制功能。单片机以微小的体积和编程的灵活性而产生多种控制功能,完全可以满足家用电器的需求。 单片机主要用于计算机外设、实时控制、仪器仪表、通信和家用电器等各个领域,是计算机技术和电子技术的综合性应用,在不同应用场合其技术要求各不相同,因此设计方法和研制的步骤不完全一样。单片机应用系统由硬件和软件组成。硬件是指MCU、存储器、I/O接口和外设等物理器件的有机组合。软件是指系统监控程序的总称。在开发的过程中,它们的设计不能完全分开,二者需要互
11、相配合、不断调整才能组成高性能的应用系统。单片机应用系统的开发包括系统总体设计、硬件设计、软件设计、系统调试等几个阶段,它们有时交叉进行。1.2.1设计任务(1)系统总体设计任务 在进行系统设计之前,首先应根据对系统的功能要求及其应用环境等确定合理的、具体的功能和技术指标,对应用系统的可靠性、通用性、先进性、可维护性、以及成本等进行综合考虑,以尽量合理并符合相应的标准。然后根据市场上各种单片机的货源情况和单片机的性能及开发工具等因素选择合适的机型。接下来要根据系统中可能遇到的传感器、模拟电路、I/O接口、存储器和显示器等器件和设备进行器件选择,使之符合系统在精度、速度和可靠性等方面的要求。最后
12、确定硬件和软件的功能划分。由于在系统设计中某些功能用硬件和软件都能实现,在设计中应综合考虑研制周期和成本等因素具体划分软硬件功能。(2)系统硬件设计任务硬件设计的任务是根据总体要求,在所选的MCU和各个元器件型号的基础上设计出系统的电路原理图,做一些必要的不见实验,以及工艺结构的设计加工,印刷电路板的设计制作和样机的组装等。在硬件设计中,需要考虑系统总线的负载能力、系统扩展时的片选方式、模拟电路的速度和精度等,如需扩展存储器则尽量用一片完成,这样既降低了成本,又减小了线路板的面积,同时提高了系统的可靠性。(3)系统软件设计任务单片机应用系统的软件设计是系统设计中最基本而且工作量较大的任务。与系
13、统机上操作系统支持下的纯软件不同,单片机的软件设计是在裸机的条件下进行的,而且随应用系统的不同而不同。在软件中一般需考虑以下几个方面:1) 根据要求确定软件的具体任务细节,然后确定合理的软件结构。一般系统软件的主程序和若干个子程序及中断服务程序组成,详细划分主程序、子程序和中断服务程序的具体任务,确定各个中断的优先级。主程序是一个顺序执行的无限循环的程序,不停地顺序查询各种软件标志,以完成对事务的处理。在子程序和中断服务程序中,要考虑现场的保护和恢复,以及它们和主程序之间的信息交换方法。2) 程序的结构用模块化结构,即把监控程序分解为若干个功能相对独立的较小的程序模块分别设计,以便于调试。具体
14、设计时可采用自底向上或自顶向下的方法。3) 在进行程序设计时,先根据问题的定义描述出各个输入变量和输出变量之间的数学关系,即建立数学模型,然后绘制流程图,再根据流程图用汇编语言进行具体程序的编写。4) 在程序设计完成后,利用相应的开发工具和软件进行程序的汇编,生成程序的机器码。(4)系统的调试任务 在系统样机的组装和软件设计完成以后,就进入系统的调试阶段。应用系统的调试步骤和方法是相同的,但具体细节与采用的开发系统(即仿真器)及选用的单片机型号有关。调试的过程就是软硬件的查错过程,分为硬件调试和软件调试。1.2.2系统设计要求 AT89C2051单片机是ATMEL公司8位单片机系列产品之一,是
15、一种20引脚双列直插式芯片。它内含2KB可反复烧录的FLASH存储器,RAM字节也有128个,15个I/O口,5个中断,2个定时,已经可以满足程序的需要,指令也和51系列兼容,基于上述特点,选择它来设计一台智能洗衣机,完全可以达到以下的功能: 1、洗衣工作状态功能:强、弱洗涤; 2、洗衣程序功能:含4种独立程序,即标准洗衣程序、经济洗衣、单次洗衣、脱水功能; 3、特殊功能:故障诊断、安全保护、防振、暂停、间歇工作、声光显示功能。洗衣机要完成洗衣工作,除了对一般洗衣过程的人工工作及效能进行模拟之外,还要根据洗衣机的机械电子性质进行有关控制和检测。 对于一台全自动洗衣机而言,首先要求能完成洗衣功能
16、;同时还要根据用户的不同要求设置几种不同的洗衣程序;还要考虑水流的情况决定洗涤的弱强情况;另外,还要对洗衣过程出现的故障进行诊断;保证高速运转是脱水的安全性等。所以对全自动洗衣机,一般要求具有如下基本功能: (1)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。 (2)4种洗衣工作程序,即标准程序 经济程序 单独程序和排水程序。标准程序是进水洗涤漂洗洗涤;脱水,如此循环3次,每循环一次洗涤或漂洗环节时间比上一循环同一环节时间减少2min,具体是第一循环为洗涤,时间为6min,第二第三次循环为漂洗,时间分别为4min和2min.排水
17、时间采用动态时间法确定,脱水时间为2 min.经济程序与标准程序一样,只是循环次数为二次。单独程序是进水洗涤(6 min)结束(留水不排不脱)。排水程序是排水脱水结束,时间确定与上述程序相应环节相同。(3)进排水系统故障自动诊断功能。洗衣机在进水或排水过程中,若在一定的时间范围内进水或排水未能达到预定的水位,就说明进排水系统有故障,此故障由控制系统测知并通过警告程序发出警告信号,提醒操作者进行人工排除。(4)脱水期间安全保护和防振动功能。洗衣机脱水期间,若打开机盖时,洗衣机就会自动停止脱水操作。脱水期间,如果出现衣物缠绕引起脱水桶重心偏移而不平衡,洗衣机也会自动停止脱水,以免振动过大,待人工处
18、理后恢复工作。 (5)间歇驱动方式。脱水期间采取间歇驱动方式,以便节能。本系统要求驱动5s,间歇2s,间歇期间靠惯性力使脱水桶保持高速旋转。 (6)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。 (7)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。1.3系统解决的问题和拟采用的研究手段 本课题主要是研究基于单片机的全自动洗衣机控制系统软硬件设计。首先要熟悉设计内容,学习掌握单片机的使用方法;精确分析并设计出该控制系统的全部工作流程图,确定输入、输出的名称功能;设计系统软件并在PC机上仿真
19、模拟调试;设计并制作硬件模拟电路盘,接电模拟调试;软硬件联合调试,实现全部功能,完成设计并撰写毕业论文。针对课题采取以下研究方法及步骤:1、各种元器件以及芯片的选择 2、硬件电路的设计3、用汇编语言完成软件方面的设计4、结合电路对程序进行调试5、找出程序中的错误,改正这些错误1.4本文的工作本文的工作就是介绍如何做一个全自动洗衣机,第2部分给出相关方案的研究为后面程序设计打下基础,第3部分给出了系统的总体设计,对程序的模块分析、设计思想第4部分给出详细的实现过程和重要的技术实现。最后给出了我对这个设计一个看法,这个系统有些什么特色,还有展望之类的。第二章 系统的总体设计2.1核心单元电路洗衣机
20、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。那么我们先来说说它的硬件设计。硬件电路框图如图1-1所示,在该硬件系统中主要由核心单元电路、进水阀控制电路、排水阀控制电路、电机转动控制电路、状态显示电路、特殊功能电路等单元组成。CPU(AT89c2051)状态显示电路排水阀电路进水阀电路电机控制电路特殊功能电路电源电路 图1-1(硬件电路框图)1 核心单元电路单芯片微处理器是属于Embedded System(嵌入系统),此系统的是把CPU 加上一些少
21、量的记忆体和输出入组件(I/O),都嵌入在一颗芯片内,再使用 特定的组译和编译软体编辑程序,利用烧录器把程序储存到单芯片,如此 加上一些简单的周边电路,即可变成一个控制系统,所以单芯片又称为微程控器(microcontroller)。 系统主机芯片采用ATMEL公司所出产的ATC89C51。全自动洗衣机的控制逻辑电路由单片机AT89C2051为核心加上有关集成电路及元器件组成。 全自动洗衣机的工作部件有3个,这就是电机.进水阀和排水阀。电机是洗衣机的动力源,它的转动带动洗衣桶和波轮的转动,从而时现对衣物的洗涤。进水阀用于控制洗衣机的进水量。排水阀用于控制排水。电机在脱水时还高速旋转带动衣物脱水
22、。 电机的状态有3种,即正转.反转及停止状态。电机一般工作在这三种状态的不断转换之中,从而实现洗涤。但在脱水时,只工作在正转高速状态。 进水阀和派排水阀则只有开.关这两种状态。 从图1-2的控制电路中可以看出:AT89C2051的P1端口中的P1.0P1.3共四条I/O线通过4块SP111O新型固态继电器分别直接驱动洗衣机的这些工作部件。SP1110是一种固态继电器,内有发光二极管及光触发双向可控硅,1050mA输入电流即可使双向可控硅完全导通,输出端通态电流为3A(平均值),浪通电流15A(不重复)。之所以选用这个器件,是因为它一方面可使电路进一部简化,另一方面还可使强.弱两类电完全隔离,保
23、证主板的安全。 74LSO5为六反相器,用其作为中间反相器,其中的4个反相器可分别驱动4个SP1110继电器,剩余两反相器用于驱动LED5和LED6。 图1-2(核心控制电路)74LS139为双2-4线译码器,选用它可解决CPU I/O线数量的不足。从控制要求可知,洗衣机有4种不同的显示来加以区别。74LSW139双2-4线译码器仅占用CPU的P3.0和P3.1两口线即可提供4种不同显示的驱动, 其逻辑关系是:P3.0,P3.1为“11”时LED1亮,指示标准程序;为“10”时LED2亮,指示经济程序;为“01”时LED3亮,指示单独程序;为“00”时LED4亮,指示排水程序。 洗衣机的暂停功
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