1、基于MCS51 南京化工职业技术学院王琰 根据洗衣机的控制要求，从功能要 求、硬件设计、软件设计三个方面描述了 一个以MCS一51单片机为控制核心的洗衣 机控制系统。给出了硬件线路框图和相关 的控制程序流程图。 关：Mcs一5“1片托；穗农机 蛐曩螺；一件；譬廖。 随着单片机技术日新月异的发展，单片 机以其集成度高、运算速度夹、体积小、运 行可靠、价格低廉等特点在过程控制、机电 一体化、智能化仪表、家用电器等方面得到 了广泛应用。本文采用MCS一51单片机作为 洗衣机控制系统的核心，硬件线路及控制程 序的设计是该系统的重要组成部分。硬件线 路设计主要包括电源、功能及控制系统、洗 衣机状态显示、
2、输出控制电路的设计。控制 程序设计主要包括主程序、内部定时中断服 务程序、外部中断中断服务程序的设计。 1洗衣机功能要求 洗衣机的主要工作程序是：洗涤一脱 水一漂洗一脱水一漂洗一脱水。上述工作 程序中，包含三个过程，洗涤过程、漂洗过 程、脱水过程。 (1)洗涤过程：放好待洗物，启动开 关，进水阀通电，向洗衣机供水，当供水达 到预定水位时，水位开关接通，进水阀断电 关闭，停止供水。洗涤电动机接通电源，带 动波轮(或桶)旋转，产生各种形式的水流 搅动衣物进行洗涤。通过电动机不停的正 转、停转、反转，反复循环，形成洗涤水对 洗涤物产生强烈的翻滚作用，同时，衣物之 间、衣物与四周桶壁之间产生互相摩擦和
3、撞 击力，以次达到洗涤衣物的目的。 外壳接地并固定。 (16)电路板合理分区，如强、弱信号， 数字、模拟信号。尽可自 ：圭7 (如电机， 继电器)与敏感元件(如单片机)远离。 (17)用地线把数字区与模拟区隔离， 数字地与模拟地要分离，最后接于电源地。 Aft)、DA芯片布线也以此为原则，厂家分配 Aft)、DA芯片引脚排列时已考虑此要求。 CaAppUanceTechnology圜囡圈 (2)漂洗过程：漂洗的目的在于清除 衣物上的洗涤液，因此，漂洗过程与洗涤过 程的电器动作是完全相同的。 (3)脱水过程：洗涤或漂洗后，需要 对衣物进行脱水以便晾干，节省水资源，所 以脱水是洗衣过程中必不可少的
4、环节。洗涤 或漂洗过程结束后，电动机停止转动，排水 阀通电，打开排水阀门排水。当水位低到一 定程度时，满足安全条件，脱水电动机接 通，电机带动脱水桶高速旋转，利用离心力 把衣服上的水从桶壁的小眼里甩出。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。 2洗衣机硬件电路设计 根据洗衣机的基本功能，硬件电路设计 需要考虑：水流强度的问题、洗涤、漂洗、 脱水时间设定长短的问题、工作时间或剩余 时间f 显示、工作过程中的暂停、启动、复 位、洗完后的报警等问题。 采用5l系列单片机作为控制核心，主要 包括电源部分、功能设置及控制电路、洗衣 机状态显示及输出控制电路。主要组成部件 有：单片机、
5、74LSl38译码器、指示灯、LED 显示器、电动机、蜂鸣器、电磁阀以及按键 等。硬件线路图如图l所示。 (1)电源部分 (18)单片机和大功率器件的地线耍单 独接地，以减小相互干扰。大功率器件尽 可能放在电路板边缘。 (19)在单片机IO口，电源线，电路 板连接线等关键地方使用抗干扰元件如磁 珠、磁环、电源滤波器，屏蔽罩，可显著提 高电路的抗干扰性能。 【编辑：李鹏】 China Appliance Technology 51 T Pp e rs I论文论述 圉1硬件线路最理橱 +l2v +Sv 市电先经变压器降压，再经桥式整流电 路整流，最后用三端稳压器稳压得到5v的电 压作为整个控制器的
6、工作电源。 (2)功能设置及控制电路 暂停键K0，接P33，用外部中断l实现 工作过程的暂停，根据人的需要可以进行手 工洗涤。 水位开关Kl，接P10，水位到位时， Kl闭合。在进水期间，系统不断检lJKl，当 检测到Kl闭合就停止进水。 按键K2，接P1 6，作为工作过程中的 启动键。 按键K3是洗衣强度选择键，P3 4。每 按一次代表一种强度。分别是标准、弱洗、 强洗和自编，由4个指示灯进行显示。 按键K4，接P3 5，对洗衣时间进行设 置，并用数码管LEDl和LED2显示。 按键K5，接P36，对漂洗、脱水次数 进行设置，并用数码管LED1显示。 压电蜂鸣器接P1 7，做洗衣时间至0以
7、及故障发生的报警器。 (3)洗衣机状态显示 74LS138译码器为38译码器，选用 它可以解决IO口线数量不足问题。从控制 要求可知，洗衣机的工作模式以及工作程 序必须有7中不同的显示加以区别。74Lsl38 译码器的输入端C，B，A分别接Pl3、Pl4、 Pl 5，输出端分别与7个发光二极管DOD6 的阴极相连，发光二极管阳极接电源。输 出端YO控IIJDO“弱洗”指示灯；Y1控制Dl “标准洗”指示灯，Y2控制D2“强洗”指 示灯，Y3控IIjD3“自编”指示灯，Y4控制 D4“洗衣”指示灯，Y5控制D5“漂洗”指 示灯，Y6控制D6“脱水”指示灯。 单片机的P。口和P2口分别接一个LED
8、 数码管。PO用于控制低位显示器，P2口用于 控制高位显示器。 (4)输出控制电路 输出控制电路由触发器电路和相应的 双向晶闸管组成。控制电机正反转以及进 水阀和排水阀的开启和关闭。通过触发器 电路和相应的双向晶闸管，电动机的正转 和反转用单片机Pl l和Pl 2进行控制；进水 电磁阀和排水电磁阀用单片机的P3O和P31 进行控制。 3洗衣机软件系统设计 (1)主程序设计 根据硬件设计要求，控制主程序流程 图如图2所示。洗衣机通电之后，单片机上 电，首先进行程序的初始化，包括定时器 0、外部中断0、外部中断l的初始化，以及 各参数初值的设定。默认洗衣强度为“标 准洗”，漂洗次数3次。然后扫描K
9、2、K3、 K4、K5健的状态，确定洗衣强度R2、洗衣 时间R3和漂洗次数R4。洗衣机处于待命状 态，控制指示灯显示洗衣强度，数码管LED1 和LED2显示预设洗衣时间。当发现启动键 K2按下，洗衣机从待命状态进入工作状态。 完成进水一洗涤一脱水一漂洗的循环过程。 当洗衣结束时，控制蜂鸣器发声。表l是洗 衣机系统控制表。 进水程序设计 当P30=l时，打开进水电磁阀开始进 水。当水位到达要求时，P1 0=O即水位开 关Kl闭合，关闭进水电磁阀，P30=0，进 水结束。 洗涤过程程序设计 电机正反转均为10S，根据R2I 值确定 洗衣强度、洗衣时间R3以及电动机的间歇 时间，具体见表I。程序流程
10、图如图3所示。 脱水、漂洗过程程序设计 囊睁 整辨麴誊曩 嚣|l，_ 粒 、矗壕 一一 f 开始 1 l 初始化 查询洗衣强度R2的值 j 查询洗衣时间R3的值 i 查询漂洗次数R4的值 至二二= 进水程序 洗涤程序 I 脱水、漂洗程序 =， N Y l f 结束 1 i囊l霸 I善 譬蠢 疆 。鬈 鼍 譬麓露 j嚏 蘩 K2：1弱洗 20min DO亮 3 R2=2枥碓洗 K5按键一次 30min D1亮 2 (翼 值) R4BD1 R2：3强洗 40min D2亮 1 R4=3 R2=4自编 K镌耱欠 2 (默认疽) 数 D3亮 脱水前先打开排水阀排水lmin。然后 启动电动机脱水lmin
11、，并保持排水阀开启， 然后停止脱水。接着判断漂洗次数lJR4的 值，若R4为0则洗衣结束，开蜂鸣器提醒 洗衣结束，系统返回初始待命状态；若P4 不为o，则再次执行进水操作，进入下一循 环。程序流程图如图4所示。 (2)内部定时中断设计 工作过程中所需的各种计时均有定时器 。定时中断服务程序提供。单片机晶振频率 12MHz，定时器O选择工作方式l，设置时间 常数，每0 1S中断一次。中断处理程序流程 图如图5所示。 (3)9 部中断设计 为了防止外部电压过高或过低对洗衣机 的电器及控制硬件产生破坏，用外部中断 0进行保护，如图6所示。当电压过高或过 低时，引起外部中断0，洗衣机停止一切动 作，进
12、入保护状态。 用外部中断l来实现洗衣过程停止工 作。在洗衣过程中，当暂停键KO按下时， 引起外部中断l，转入中断l处理程序。中断 l处理程序将使洗衣机停止工作，并将停止 前的状态存储起来。当按下启动键K2时， 洗衣机又恢复工作。程序设计流程图如图7 所示。 5结论 本文设计的洗衣机控制系统电路组成相 对简单，工作原理清晰，易于理解。应用表 明该系统具有洗涤(强洗、弱洗)、脱水、 定时、状态显示以及洗涤次数和动作编程等 功能，该系统成本低廉、结构简单、使用方 便，整个系统结构紧凑，在洗衣机的控制方 面具有较高的实用价值。 参考文献： 李广第单片机基础Ml北京：北京航空航天大学出 版社，2001 【2】赵先仲机电一体化系统IMI北京：高等教育出版 社，2004 【31克强用AT89C2051单片机制作洗衣机控制电路【Jl电 子世-2oo，(3)：3942 【4】魏庆潦单片机在炉温控制中的应用现代电子技 术 2006,71：119120 【编辑：李鹏】 ChinaApplianceTechnology圜囡圈 l瞵 中断入口 i 关电动机 报警5S 中断返回 N 臣 y China Appliance Technology 53
