基于AT89C51单片机的全自动洗衣机控制系统设计

基于AT89C51单片机的全自动洗衣机控制系统设计

一、选题简介、意义

由于我国洗衣机起步晚，在技术方面和质量方面与国外存在一定的差距。所以现在内资品牌正立足技术升级，也开始重视高端产品研发，国内的洗衣机产业也在不断发展。随着更多国内外强势品牌加入研究新的技术，开发新的产品，洗衣机行业将爆发新一轮以“绿色环保”、“节水节能”为主题的大战。而技术制高点则是未来的竞争焦点。消费者选择自动选择进水量和洗衣程序，进一步实现省水、省电。普通的洗衣机已不能满足人的需求，所以需研究多功能的全自动洗衣机

随着科技日新月异，人民生活水平不断提高，消费者对自动化电器需求不断提高，其中全自动洗衣机占很重要位置。现在人民要求不断提高，不仅要方便，还要高效节能以及环保。

今后，洗衣机将以提高可靠性，完善功能，节水省电，降噪省时为发展方向。采用单片机洗衣机的智能控制能实现多功能技术的兼容，所以采用单片机控制全自动洗衣机越来越广泛。这样不仅促进了社会生产力发展，还解放了生产力。

二、课题综述（课题研究，主要研究的内容，要解决的问题，预期目标，研究步骤方法及措施等）

（1）主要研究内容：利用单片机原理设计一个全自动洗衣机控制系统的实现方案，以单片机为主的控制系统，扩展必要的外部电路，设计制作一个洗衣机控制系统，实现对洗衣机整个洗衣控制的过程。

（2）要解决的问题：全自动洗衣机控制系统方案以及设计对它功能的实现，控制系统暗杆的设计对它功能；硬件设计与调试，软件开发与调试，系统仿真运行，软件硬件联合调试。

（3）预期目标：1.按下开始按钮的时候，洗衣机开始工作，先进水8s、洗衣136s、换水5s、进水8s、浸泡135s、换水5s、进水8s、浸泡135s、换水5s、进水8s、浸泡135s、换水5s、脱水50s，然后结束整个流程，电机正转15s，反转15s，30s为一个周期。

2.都会有指示灯显示所剩余的是时间

3.有个菜单选择按键，可以通过这个按键，选择自己所想要的工作程序。

（4）研究步骤方、法及措施：随着计算机技术的快速发展，计算机技术不断地被广泛应用于只能控制领域中，智能化，数字化已经成为了家电发展趋势。作为物美价廉的微处理器，单片机以及其集成度高，运算速度快，体积小，运行可靠，价格低廉等特点，在控制过程中，数据采集，机电一体化，智能化仪表，家用电器及网络技术等方面得到了广泛的应用。基于单片机的全自动洗衣机智能控制系统就是单片机应用的一个例子。硬件首先以软件仿真为主，然后设计完善原理图，购买元器件，焊制调试电路板，软件首先也已以Proteus仿真为主，然后硬件联合调试。

三、设计（论文）体系、结构（大纲）

第一章引言

1.1研究背景，目的和意义

1.2洗衣机的分类

1.3洗衣机的工作原理

1.3.1普通型波轮洗衣机

1.3.2机械全自动洗衣机

1.4国内外洗衣机应用现状及发展趋势

第二章方案的论证与选择

2.1设计的要求

2.2设计方案与比较

2.2.1方案设计

2.2.2方案比较

2.3控制功能要求

2.4实现方法

第三章硬件电路的设计

3.1系统的整体框图

3.2 AT89C51单片机

3.2.1管脚说明

3.2.2单片机最小系统复位电路

3.3电源电路

3.4标准时钟电路

3.5键盘输入及显示电路

3.6数码管显示电路

3.7水位检测电路

3.7.1水位开关

3.7.2水位检测模块

3.8报警电路设计

3.9电机控制系统

3.10硬件系统整体电路图

第四章系统软件设计

4.1主程序设计

4.2洗涤程序设计

4.3计时程序设计

第五章洗衣机功能仿真

5.1仿真流程

5.2仿真图

结束语

第1章引言

1.1课题研究背景，目的和意义

随着科学技术的不断发展，单片机技术被广泛的应用于许多的产品不仅仅在工业中，而且还在生活中随处可见。单片机的优点非常的多、体积小、运行速度快，集成度比较高，更重要的是什么，当然是造价廉价，便宜了。

基于单片机控制下的全自动洗衣机的发展潜力是非常巨大的，这种情况下一般表现在全自动洗衣机洗涤方式发生了很大变化。在起初的时候，洗衣机的设计一般都是着重强调于的是洗衣机水桶中的水流的改变以及洗衣机动力的增大或者增小。但是随着技术的发展和提高，现在的洗衣机发展都是倾向于不再单纯的依靠外力来对衣服进行清洁，因为这样洗衣服衣服并不一定会洗的很干净，但是这样洗衣服的后果肯定是衣服会坏的，所以现在全系东洗衣机的研究方向是如何从单纯的靠一些洗涤剂：洗衣粉或者洗衣液等一些化学添加剂到向更加高级，更加安全的方面发展。

不仅仅是是因为科学技术的不断发展，同时还有的是人民的生活水平的不断提高和思想观念的改变。在以前生活水平相对简单或者甚至简陋的时候，大家考虑问题肯定是怎么简单怎么来，或者怎么方便怎么来，往往就欠缺一些全面考虑问题的想法。但是在21世纪，人们的生活水平提高的非常快，几乎都是小康社会了，人们在解决完吃饭的问题后，开始考虑的问题就会多了，比如说环保节能这方面的问题了。以前的洗衣机都是比较浪费水和耗电量高，而现在国家都在提倡节约环保，所以全自动洗衣机的发展前景也要开始关注于环保节能的问题。

我为什么要选题是基于单片机控制下的全自动洗衣机，因为在现在，中国的洗衣机市场目前正处在更新换代的时候，市场的潜力非常的巨大，同时，消费者也对洗衣机的功能要求也在不断的提高。现在的洗衣机功能非常的单调，往往只有那几种功能，对于现在的消费者来说，这几乎是不行的，消费者也不会买这种产品的。所以总的来说就必须设计出更加全面，功能更多，更环保的全自动洗衣机出来。考虑到如果洗衣机的功能完全由单片机来控制的话是不是会更好，因为单片机的体积非常的小，而且控制功能更加的简单灵活，如果我们以此来设计全自动洗衣机的话会有非常强大的使用效果的。

1.2洗衣机的工作原理

全自动洗衣机其实就是将洗衣服的全过程，洗涤、漂洗、脱水、放水，浸泡等过程设置成程序，在你把衣服放进洗衣机时，按下启动按钮，第一个程序就会运行，每当你完成一个程序后，接下来下一个程序会自动运行，直至完成系统所设定所有的程序。

洗涤过程其实就是机械通过旋转，分散的作用下，将污垢与衣服分离，通过水的离合作用将污垢拉入到水中来，以此来实现洗干净的目的。在洗衣机底盘会有个圆形波轮叶的转盘，在高速旋转的离心力作用下，形成了不同的气压，衣服在处于不同的气压中，在里面不断的产生摩擦，污垢被迫与衣服脱离［1］。在洗涤液的润滑作用下，产生污垢于衣服的脱离，而且由于惯性，洗衣机中的水流与衣服产生速度差，两者相互摩擦，使衣服更加干净。

水是如何注入洗衣机中的呢？这其中要用的是水位开关。水位开关其实相当于压力开关：当水注入洗衣机中，气口被迫封闭，水位开始逐渐上升，气口中水位也随之上升，洗衣机内压强增大，水位开关受到顶杆运动，其中的触点被迫改变，从而实现自动开停水的这种效果。

全自动洗衣机还可以通过感应器来感应到衣服放的多少来判断到底注入多少水，以及洗涤，漂洗，脱水的时间都随着衣服量的多少来控制时间的变化。在洗衣机里加上红外线感应，通过衣服的透明程度来判断衣服的干净与否。

脱水时采用的是压电传感器，当脱水的筒子在高速运转运转的情况下，衣服中残留的水也随之甩出，通过水在压电传感器的感应下，根据压力的变化情况，自动停下或者继续脱水，靠着传感器的变化来进行洗衣机的下一步操作。

1.2.1普通型波轮洗衣机

波轮式洗衣机是在日本发明的，是一家叫三洋公司研发出来的，时间大概是1953年。在刚刚发明的初期，波轮式洗衣机都是采用偏波轮，将波轮放置在内桶的上面，这种类型的洗衣机洗衣效果非常的差，而且会对衣服造成永久损害，到现在经过这么多年的发展，波轮式全自动洗衣机机型有很多种，但不管哪一种机型，结构都是大同小异，都是由机械支撑，机械传动，电气控制和进，排水等四大系统组成。

其中机械支撑系统主要包括外箱体，控制台，吊杆三个部分［2］

外箱体也被称作外壳，一般制作材料就两种：薄钢板和塑料。在洗衣机中，它起到的总用就是来让洗衣机零部件不收到损害，还有就是支撑和紧固零部件。一般洗衣机都会有把手，方便搬动，洗衣机底部有四个脚，方便平稳放置。洗衣机上所有的电源线以及一些洗衣机材料都固定在箱体上。

控制台就是洗衣机的面板，上面是一些电器元器件和操作按钮。控制台的材料一般都具有良好的绝缘性，控制按钮布置合理，方便人们更加直观的看清到底是什么，更加方便于操作。

吊杆主要由吊杆支座、吊杆、吊杆弹簧套、弹簧、弹簧座组成。吊杆支座上外面的凸球面与箱体上的4个凹球面配合，吊杆弹簧相互配合，这样就将外筒，内筒等一套传动件吊挂在外筒上。其实吊杆上的弹簧长度都是不同的，比如说箱体正面的吊杆上弹簧长，箱体后弹簧长度短。为什么会如此设计？还不是因为在洗衣机震动时，弹簧套一方面是随着球面摆动，另一方面是随着吊杆摆动的，然后两个力产生相对运动，相互抵消，从而使洗衣机保持平稳［3］。

1.2.2机械全自动洗衣机

机械全自动洗衣机的结构是由水位开关，排水或不排水开关，洗涤开关，漂洗开关，脱水开关，电动程控制器等组成。

通过各种开关来控制电路，通过之前已设定的程序而来控制各电压的输出，使洗衣机开始工作。

1.3洗衣机的分类

自从洗衣机在的发明以来，洗衣机已经过了100多年的发展历史，经历了从单桶到双桶，，由普通型洗衣机向半自动，全自动的发展趋势。目前洗衣机的种类非常多，可以按照以下来分类：

1.按结构原理来区分

按照结构来分的话可以分为滚筒式、波轮式、搅拌式、喷流式、喷射式、电磁式、搅拌式洗衣机，还有其他种类就不一一叙述了。其中，在日常生活中常见的是滚筒式洗衣机、波轮式洗衣机、搅拌式洗衣机这三种，波轮式和滚筒式洗衣机在市场中占很大比重。如果10份的市场，波轮式洗衣机占领其中的3份，滚筒式洗衣机占其中的5份，搅拌式洗衣机只占其中的1份，剩余的被其他类型的洗衣机所瓜分。

2.按洗涤能力来区分

（1）普通型洗衣机

普通洗衣机是一种单桶洗衣机，这种类型的的洗衣机都是会通过人工设定的，来设定洗涤漂洗的时间。单筒洗衣机都可以在洗衣过程中控制桶的正反转，而且可以最近设定停止时间。

(2)半自动型洗衣机

这种类型洗衣机一般都是双桶的，一般都是分为洗衣桶和脱水桶。这种类型洗衣机一般都是自己打水放进洗衣桶中，而且自己设定洗涤时间，一般分为标准洗，强洗。它的洗衣桶和脱水桶共用一个排水开关，而且有一个脱水时间设定的装置。这种洗衣机也是需要人的参与才能进行的。

（3）全自动洗衣机

这种洗衣机一般只有一个桶，这个桶已经同时的成为了洗衣桶和脱水桶这一般都是通过控制器来控制水的进入流出，洗涤，漂洗，脱水，排水的全过程，基本上只要调整好控制按钮，基本上都可以自主完成。一些功能比较强大的全自动洗衣机都是装有电加热装置，这个电加热装置可以自动的调节水的温度，实现加热洗衣服的功能，提高洗衣质量［4］。

全自动洗衣机有两种类型，一般区分它的话都是通过控制器来区分的，一种是微电子控制，一种是机电控制的。

机电式控制洗衣机是利用同步电机旋转带动洗衣机工作的，这种洗衣机的优点是：具有工作可靠、考干扰性强，成本低，使用寿命长的特点。

电脑程控制的洗衣机是由单片机和电子元器件组成的，根据所设定的程序发出指令，控制各个部件的工作，不需要任何操作，全部自动完成工作。这种操作非常的方便，而且操作简单，只需要自己按下启动按钮建，其它无需操作［3

1.4国内外洗衣机应用现状及发展趋势

从全国来说，截至2018年我国的洗衣机使用已经超过了76%，其中城市使用率已经差不多100%，农村使用也已经超过了一大半;国家自从开展了家电下乡的政策以后，农村这个大的市场前景就变得非常的好，是一块潜力巨大的大蛋糕。在以后的几年中，我国洗衣机市场大部分是主要集中在农村，主要是满足农村的需要以及城镇对于洗衣机的更新换代，其次是升级为主的消费需求。

这几年全球的洗衣机销售量和销售额都是非常的巨大，而且洗衣机的销售量和销售额都是保持了稳定的增长趋势。近年来洗衣机行业集中度不断提高，在我国，海尔、美的占主导地位，其他的地位被一些小型的企业瓜分；国外品牌中的LG和惠尔占主导地位，随着世界洗衣机的技术含量越来越高，中国本土企业不断提高的技术能力正在逐步扩大市场占有率。

随着科技的日新月异，技术的不断发展，许多的国外大的知名品牌研究开发新的产品。现在人们的生活水平不断提高，他们的理念也随之发生改变，以前只是需要快捷方便，而现在越来越需求更多关于环保为主题的产品，为了符合现代人的观念，洗衣机行业的发展越来越贴合“环保”为主题的技术。从今往后，世界洗衣机的可靠性肯定会变得非常高，而且节水节电，并且环保多种多样化为发展方向。

1. 为了节水节电，提高洗衣机的洗衣效率，洗衣机向大容量发展是必须的，但是必学考虑到大容量的洗衣机必然它的经济价格肯定会很贵，并不是所有的人都有这个能力买，所以有大容量的洗衣机出现，相反也肯定要有小容量的洗衣机，毕竟小容量的洗衣机相对于大容量来说肯定便宜点，而且小的东西适合放在任何地方，不必受到居住环境的影响。

2. 在洗衣机中设置各种传感器，可以自己感受放的衣服重量，自主放多少水，测出洗涤的参数，继而实现洗衣过程的全自动。

3. 一般情况下洗衣机都是非常的耗水，在洗衣机中装上水量控制器，可以根据衣服多少放多少水，最大程度的节约用水，并且还需要改进洗衣机的漂洗方法，通过采用边淋边甩的过程来进一步的降低耗水量，这非常的节能环保，符合现代人环保的观念。

4. 洗衣机一般设计的外观都非常的单调，而且颜色非常的单一，往往只有一种颜色，我们可以改变洗衣机的外观设计，让它更加美观，同时也非常实用。现在洗衣机都是有棱角的，这有些时候也非常的危险往往小孩子不注意会磕磕碰碰的，我们可以把设计成无棱角，让它更具有流线型；洗衣机的颜色一般都是非常单调，我们可以设计多点颜色，让它更加具有艺术性。

结束语

我所设计的全自动洗衣机是以单片机AT89C51为主要核心的，它在此基础上结合了硬件和软件对洗衣机的控制，实现了洗衣机的四个功能：洗涤、漂洗、脱水、排水，而且洗衣机自带鸣笛报警的效果。本洗衣机的造价成本非常的低廉，结构设计又简单，工作非常的稳定，具有较高的实用价值。

此次在设计的过程中，遇到了许许多多的问题，为了解决这些问题，我查阅了大量的相关资料，并且上网也查询了很多关于电机控制的资料。这次的毕业设计总的来说的话，只是单纯的对单片机的作用开发了很少的一部分而已，只是相对很简单的控制电路模型而已，并不能和市面上的洗衣机产品相提并论。

程序的编译是通过这个软件Keil uVision2，在程序的调试与编译过程中，也遇到了许多的问题，只能通过不断的修改和检查，最后终于完成了仿真。

参考文献

1.张新德等编著.全自动洗衣机使用与维修技术：初学问答[M].机械工业出版社,2009.

2.何立民.单片机应用技术选编[M].北京航空航天大学出版社,1994.

3.梁向红主编.电工与电子技术综合实训[M].科学出版社,2013.

4.申继伟.电子线路仿真与设计[M].北京理工大学出版社,2016.

5.谢自美主编.电子线路设计·实验·测试[M].华中科技大学出版社,2006.

6.赵全利，张之枫主编.单片机原理及应用 C51版[M].机械工业出版社,2012.

7.胡岩，武建文，李德成等编著.小型电动机现代实用设计[M].机械工业出版社,2008.