单片机全自动洗衣机控制器.docx
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单片机全自动洗衣机控制器
摘要
单片机又称“单片机微型计算机”、“微控制器”、“嵌入式微控制器”。
单片机适用于控制领域,是由CPU、RAM、ROM以及I/O接口电路集成在一起的芯片。
它体积小,成本低,功能强,广泛应用于智能产业和工业自动化上。
而51系列单片机是各种单片机中最为典型和最有代表性的一种。
通过这次课程设计对它的进一步了解、学习与应用,从而达到设计、开发软硬件的能力。
本设计根据全自动洗衣机控制系统的要求和特点,设计了一种基于MCS-51单片机的全自动洗衣机控制器。
该控制器以AT89C51为控制核心,进行洗衣程序的控制。
全自动即进水、洗涤、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,对不同的衣物可提供用户选择。
本课题要求设计全自动洗衣机控制器,在稳压电源下,有进水、洗衣、脱水功能,并显示预约时间。
通过本文你将会对全自动洗衣机控制器的设计进一步了解,明白全自动洗衣机的工作流程。
关键字:
单片机;AT89C51;全自动洗衣机;洗衣程序;稳压电源;预约时间。
目录
摘要I
第1章绪论1
1.1课题背景1
1.2国内外现状及水平1
1.3课题设计任务与要求1
第2章系统方案设计2
2.1设计方框图2
2.2方案论证............................................................................................2
第3章电路设计3
3.1工作原理3
3.2AT89C51介绍3
3.3单元电路设计4
第4章程序设计8
4.1系统主程序设计8
4.2程序源代码设计9
第5章系统仿真15
5.1PROTEUS简介15
5.2系统仿真15
第6章总结17
参考文献18
致谢18
第1章绪论
1.1课题背景
洗衣机是一种在家庭中不可缺少的家用电器,发展非常快,有很好的发展前景。
全自动即进水、洗涤、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,对不同的衣物可提供用户选择,全自动式洗衣机具有对衣物的磨损小、洗涤量大、节水等特点,因使用方便得到广大群众的青睐。
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,全自动化洗衣机的控制器已由机械式、混合式逐步过渡到全电子式控制,因此全自动化洗衣机控制器的设计这一课题对人类生活具有非常重要的意义。
1.2国内外现状及水平
目前中国洗衣机市场正进入更新换代期,市场潜力巨大,人们对于洗衣机的要求也越来越高,目前的洗衣机主要有强弱洗涤功能、进排水系统故障自动诊断功能、暂停等七大功能,在许多方面还不能达到人们的需求。
目前的洗衣机都没有实现全方面的兼容,大多数洗衣机的厂家都注重各自品牌的洗衣机的特长,突出一两个与众不同的个性化的功能。
随着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”为主题的竞争,而技术制高点则是未来的竞争焦点,全自动洗衣机在未来国内外市场将会有很好的前景。
消费者自动选择进水量和洗衣程序,进一步实现省水、省电。
针对市场需求的变化,一些生产厂家如海尔、小天鹅、小鸭等,先后向市场推出了一批全自动洗衣机,受到消费者的青睐,成为洗衣机中的购买热点。
洗衣机的各项功能是由单片机控制实现的,单片机的体积小,控制灵活,因此,设计基于单片机的全自动洗衣机控制电路系统具有很强的实用价值。
1.3课题设计任务与要求
设计一个全自动洗衣机控制器设计,要求:
(1)设计出硬件电路;
(2)设计出软件编程方法,并写出源代码;
(3)用PROTEUS进行仿真。
第2章系统方案设计
2.1设计方框图
基于单片机设计的全自动洗衣机,它有启动键、强制停止键、水位选择键、进水阀、排水阀、洗衣电机、脱水电机及各种显示电路。
结构图如下:
图2-1系统硬件电路方框图
其中,P3.2口接启动/停止键,按下为启动,再按一次为停止;P3.5、P3.6、P3.7分别是正转显示、反转显示和脱水。
电机显示,用数码管和二极管的亮灭进行显示,P2.3口接报警器,蜂鸣器BUZ1发出提示音。
2.2方案论证
系统以单片机为核心,用2位一体数码管显示当前状态下的剩余时间。
工作状态用发光二极管D1-D4显示,系统启动后将按“进水->洗衣->脱水”流程工作。
电动机用L298专用控制芯片,处在“洗衣”状态时,电动机不断进行正反转交替;处于“脱水”状态时,电动机正转。
通电后,按下“运行”键,系统开始工作,“进水”状态指示灯D1发光,同时数码管从“15”开始倒计时;当数码管倒计时为“00”时,“洗衣”状态指示灯D2发光,同时数码管从“30”开始倒计时,洗衣机电动机做正反转交替运动;当数码管倒计时为“00”时,“脱水”状态指示灯D3发光,同时数码管从“20”开始倒计时,洗衣机电动机做正转运动。
当数码管倒计时为“00”时,BUZ1发出提示音,系统工作结束。
第3章电路设计
3.1工作原理
全自动洗衣机是通过水位开关与电磁进水阀配合来控制进水、排水以及电机的通断,从而实现自动控制的。
电磁进水阀起着通、断水源的作用。
当电磁线圈断电时,移动铁芯在重力和弹簧力的作用下,顶住膜片将小孔堵塞,这样阀门关闭,水流不通;当电磁通电后,移动铁芯在磁力作用下上移,离开膜片,使得中心小孔打开,水流从通过小孔流入桶内。
输入量输出量
(接通电源)(运行或停止)
图3-1电路模拟过程图
全自动洗衣机控制系统是能实现“正常运行”和“强制停止”两种控制方式。
(1).“正常运行”方式具体控制要求如下:
1)将水位通过水位选择开关设在合适的位置(高、中、低),按下“启动”按扭,开始进水,达到设定的水位(高、中、低)后,停止进水;2)进水停止2s后开始洗衣;3)洗衣时,正转20s,停2s,然后反转20s,停2s;4)如此循环共5次,总共220s后开始排水,排空后脱水30s;5)然后再进水,重复
(1)~(4)步,如此循环共3次;6)洗衣过程完成,报警3s并自动停机。
(2).“强制停止”方式具体控制要求如下:
1)若按下“停止”按扭,洗衣过程停止,即洗涤电机和脱水桶转、进水电磁阀和排水电磁阀全部闭合;2)可用手动排水开关和手动脱水开关进行排水和脱水。
3.2AT89C51介绍
AT89C51单片机是ATMEL公司AT89系列中经济低价产品,指令兼容MCS-51指令集,它内含2KB可重编程的Flash存储器和128字节的RAM,有15条可编程的I/O引线和5个中断触发源。
在需要I/O线不多的控制场合,选用它作为核心控制芯片,可使电路极大地简化,成本也较低。
数码管接AT89C51的P0口和P2口,用来显示洗衣预约时间;蜂鸣器接AT89C51的P2.3口,用来洗衣结束的报警;AT89C51的P1.0到P1.3口接标准、经济、脱水、运行等指示灯;从AT89C51的第9脚(RST)引出复位电路,第18脚(XTAL2)、19脚(XTAL1)引出时钟振荡电路;AT89C51的P3.6、P3.7口分别接的正转、反转的输出;AT89C51的P3.2口接启动按钮。
图3.2AT89C51引脚分布
3.3单元电路设计
3.3.1LED显示
LED的显示原理:
通过同名管脚上所加电平的高低来控制发光二极管是否点亮(低电平为点亮),而显示不同的字形由“g,f,e,d,c,b,a”7段发光二极管组成“8”字形显示器件,“dp”为小数点,不会亮,所以采用共阳级连接。
其中
PC0\PB0-a,PC1\PB1-b,PC2\PB2-c,PC3\PB3-d,PC4\PB4-e,PC5\PB5-f,
PC6\PB6-g,PC7\PB7-SP接地
图表1驱动代码表
显示数值
Dopgfedcba
驱动代码(16进制)
0
11000000
C0H
1
11111001
F9H
2
10100100
A4H
3
10110000
B0H
4
10011001
99H
5
10010010
92H
6
10000010
82H
7
11111000
F8H
8
01111111
80H
9
10010000
90H
-
10111111
BFH
在设计中要对控制器的工作状态进行显示,显示模块的设计方案如下。
采用LED293数码管显示,用2位一体的数码管显示当前状态下的剩余时间。
工作状态用发光二极管D1-D4显示,系统启动后将按“进水->洗衣->脱水”流程工作。
采用LED数码管显示的特点是显示直观,占用空间小等,且数码管价格便宜,软件设计也比较简单,同时符合本次设计中要显示的数据,所以本次设计我们采用这种方案。
3.3.2复位电路
任何单片机工作之前都要有个复位的过程,复位对于单片机来说,程序还没有开始执行,是在做准备工作。
复位操作通常有:
上电自动复位和按键手动复位。
上电复位是外部的复位电路在系统通上电源后直接使单片机工作,单片机的起停通过电源控制。
手动复位是在复位电路中设计按键开关触发复位电平,控制单片机复位。
工作原理是:
单片机通电时,电容两端相当于是短路,则RST引脚上为高电平,然后电源通过电子对电容充电,RST两端电压慢慢下降,降到一定程度,即为低电平,单片机开始正常工作。
上电复位的时间要在10ms以上,才能保证上电,一般可以取电容的大小为10μF,电阻为10KΩ。
复位电路图如下所示:
图3-2-2复位电路图
3.3.3振荡电路
振荡电路对于单片机来说非常重要,没有晶就无法执行程序代码,单片机就无法工作。
单片机工作时是一条一条地从ROM中取指令,然后一步一步地执行。
单片机内部有一个用于构成片内振荡器的高增益反相放大器,引脚XTAL1和XTAL2分别是该放大器的输入端和输出端。
这个放大器与作为反馈元件的片外石英晶体(或陶瓷振荡器)一起构成自激振荡器。
图中外接石英晶体(或陶瓷振荡器)以及电容C1或C2构成并联振荡电路,接在放大器的反馈回路中。
外接石英晶体时,C1和C2一般去30pf
10pf,外接陶瓷振荡器时,C1和C2一般取40pf
10pf。
本系统采用12MHz的晶振,电容取30pf。
振荡电路如图3-4所示:
图3.3.3振荡电路图
3.3.4L298应用电路
L298应用电路是一种高压、大电流双全桥式驱动器,其设计是为接受标准TTL逻辑电平信号和驱动电感负载的电路。
例如继电器、圆筒形线圈、直流电动机和步进电动机,L298电路具有两抑制输人来使器件不受输入信号影响,可安置另一输入电源,使逻辑能在低电压下工作。
L298芯片是具有15个引出脚的多瓦数直插式封装的集成芯片。
图3-3-4L298应用电路图
L298可接受标准TTL逻辑电平信号Vss,Vss可接4.5~7V电压。
4脚接电源电压+12V,9脚接电源电压+5V。
输出电流可达2.5A,可驱动电感负载。
1脚和15脚下管的发射极分别单独引出以便接入电流采样电阻,形成电流传感信号。
L298可驱动两个电动机,OUT1、OUT2和OUT3、OUT4之间可分别接电动机,本实验选用一台电动机,分别接在OUT3和OUT4。
5、7、10、12脚接输入控制电平,控制电机的正反转。
ENA、ENB接控制使能端,控制电机的停转。
图表1是L298的功能逻辑图。
EMAIn1In2运转状态
0※※停止
110正转
101反转
111刹停
100停止
图表3.2L298的功能逻辑图
第4章程序设计
4.1程序流程设计
(1)主程序流程图
Y
Y
图4-1-1主程序流程图
(2)定时中断子程序流程图
图4-1-2定时中断服务程序流程图
4.2程序源代码设计
4.2.1程序分析和设计
(1)系统进行初始化。
MAIN:
CLRP2.3
MOVTMOD,#81H
MOVTH0,#9EH
MOVTL0,#58H
SETBEA
SETBET0
(2)对于显示子程序,利用对各个位需要显示的值循环显示来实现。
XIANSHI:
MOVA,R1
MOVB,#10
DIVAB
MOVCA,@A+DPTR
MOVP0,A
CLRP2.0
LCALLDELAY1
SETBP2.0
MOVA,B
MOVCA,@A+DPTR
MOVP0,A
CLRP2.1
LCALLDELAY1
SETBP2.1
RET
(3)对于定时子程序,先利用定时中断来实现50ms计数器。
DSZD:
CLRTR0
MOVTH0,#9EH
MOVTL0,#58H
DJNZR0,LP5
MOVR2,#1
LP5:
SETBTR0
RETI
4.2.2具体代码实现
ORG0000H
LJMPMAIN;设置主程序入口
ORG000BH
LJMPDSZD;设置定时程序入口
ORG0030H
MAIN:
CLRP2.3
MOVTMOD,#81H
MOVTH0,#9EH
MOVTL0,#58H
SETBEA
SETBET0;系统初始化
MOVDPTR,#TAB
MOVR0,#50
MOV20H,#0
MOVP3,#0FFH
CLRP3.5
CLRP3.6
CLRP3.7
MOVP1,#0FFH
JBP3.2,$
CLRP1.3
SETBP2.3
LCALLDELAY2
LCALLDELAY2
LCALLDELAY2
LCALLDELAY2
CLRP2.3
LCALLJINSHUI
LCALLXIYI
LCALLTUOSHUI
MOVP3,#0
SETBP1.3
SETBP2.3
LCALLDELAY2
LCALLDELAY2
LCALLDELAY2
LCALLDELAY2
CLRP2.3
LJMPLOOP
JINSHUI:
MOVR1,#15
CLRP1.0
LP1:
SETBTR0
LCALLXIANSHI
CJNER2,#1,LP1
MOVR2,#0
CLRTR0
SETBP1.0
RET
XIYI:
MOVR1,#30
SETBP3.5
CLRP3.6
SETBP3.7
CLRP1.1
SETBTR0
LP3:
LCALLXIANSHI
MOVA,R1
CJNEA,20H,LP7;判断R1的值是否改变
LP6:
CJNER2,#1,LP3
MOVR2,#0
CLRTR0
SETBP1.1
RET
LP7:
MOVA,R1
MOVB,#5
DIVAB
MOVA,B
CJNEA,#0,LP6;每隔5s反转一次
MOV20H,R1
CPLP3.6
CPLP3.7
LJMPLP6
TUOSHUI:
MOVR1,#20
SETBP3.5
CLRP1.2
SETBP3.7
CLRP3.6
LP4:
SETBTR0
LCALLXIANSHI
CJNER2,#1,LP4
MOVR2,#0
CLRTR0
SETBP1.2
RET
DSZD:
CLRTR0;定时子程序
MOVTH0,#9EH
MOVTL0,#58H
DJNZR0,LP5
MOVR2,#1
LP5:
SETBTR0
RETI
XIANSHI:
MOVA,R1
MOVB,#10
DIVAB
MOVCA,@A+DPTR
MOVP0,A
CLRP2.0
LCALLDELAY1
SETBP2.0
MOVA,B
MOVCA,@A+DPTR
MOVP0,A
CLRP2.1
LCALLDELAY1
SETBP2.1
RET
DELAY1:
MOVR4,#50
D0:
MOVR5,#50
DJNZR5,$
DJNZR4,D0
RET
DELAY2:
MOVR5,#0FFH
D1:
MOVR6,#0FFH
D2:
MOVR7,#0FFH
D3:
DJNZR7,D3
D4:
DJNZR6,D4
DJNZR5,D1
RET
TAB:
DB0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,80H,90H
LOOP:
NOP
END
第5章系统仿真
5.1PROTEUS简介
Proteus软件是英国Labcenter公司开发的电路分析与仿真软件。
它集原理图设计电路分析、仿真和PCB设计于一体,配有各种信号源和电路分析所需的虚拟仪表;具有模拟电路、数字电路、单片机应用系统、嵌入式系统设计与仿真功能。
基于Proteus的电子电路设计从根本上克服了传统电子产品设计中没有物理原型就无法对系统进行测试,没有系统硬件就很难对软件进行调试的缺点。
Proteus与其它单片机仿真软件不同的是,它不仅能仿真单片机CPU的工作情况,也能仿真单片机外围电路或没有单片机参与的其它电路的工作情况。
在仿真和程序调试时,关心的不再是某些语句执行时单片机寄存器和存储器内容的改变,而是从工程的角度直接看程序运行和电路工作的过程和结果。
对于这样的仿真实验,从某种意义上讲,Proteus系统仿真是弥补了实验和工程应用间脱节的矛盾和现象。
5.2系统仿真
(1)通电后,按下“运行”键,系统开始工作,“进水”状态指示灯D1发光,同时数码管从“15”开始倒计时。
图5-1进水状态显示图
(2)当数码管倒计时为“00”时,“洗衣”状态指示灯D2发光,同时数码管从“30”开始倒计时,洗衣机电动机做正反转交替运动。
图5-2洗衣状态显示图
(3)当数码管倒计时为“00”时,“脱水”状态指示灯D3发光,同时数码管从“20”开始倒计时,洗衣机电动机做正转运动。
图5-3脱水状态显示图
第6章总结
通过这两周的课程设计,我不仅学到了许多新东西,而且巩固了以前所学的知识以及书上没有学到过的知识。
本次全自动洗衣机课程设计我是完全按照任务书上的要求来完成的,虽然花的时间比较多,存在了许多的不足,但我都是怀着饱满的热情、认真的态度去对待本次课程设计的。
在课程设计的过程中,我认识到了自己的不足之处,自己对以前所学的知识理解得不够深刻,掌握得不够牢固,比如说不懂一些元器件的使用方法,对单片机的汇编语言掌握得不好等等。
参考文献
[1]赵晶.Protel99高级应用[M].人民邮电出版社,2006.
[2]谷树忠.ProtelDXP实用教程[M].电子工业出版社,2003.
[3]刘湘涛、江世民.单片机原理与应用[M].电子工业出版社,2006.
[4]孙育才.ATMEL新型AT89S51系列单片机及其应用[M].清华大学出版社,2005.
[5]李华.MCU-51系列单片机实用接口技术[M].北京:
北京航空航天大学出版社,1993.
[6]张迎新、雷道振.单片机初级教程[M].北京航天航空大学出版社,2006.
致谢
经过两周多的努力,我终于完成了这次全自动洗衣机控制器设计,在此我想特别感谢每个帮助我们的老师和同学们,感谢你们的指点以及对我的鼓励。
此次课程设计我是在指导老师的悉心指导下,完全按照设计要求完成的,从这次单片机课程设计中我锻炼了许多,也学到了许多东西。
另外,我还要感谢学院给我们这次实践的机会,从这次实践的机会中我发现了自己对所学的知识掌握得不足。
在此次课程设计后,我计划多参加一些实践活动,并利用课后时间去购买一些芯片和电子器件,然后亲自设计并组装成一个能实现特定功能的电子产品,来培养自己对专业知识的兴趣和提高自己设计分析的能力。
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