智能滚筒式洗衣机设计毕业设计论文.doc
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1、本科生毕业设计(论文)目 录第一章 前言11.1概述11.2.1智能滚筒式洗衣机的特点21.2.2智能滚筒式洗衣机的洗涤原理2第二章 设计方案的确定42.1洗衣机的技术参数和主要功能42.1.1主要技术参数42.1.2洗衣机的主要功能42.2控制系统设计方案4第三章 洗衣机的硬件设计63.1洗衣机的控制功能要求63.2控制逻辑电路63.3硬件描述73.4电子元器件的计算与选型83.4.1时钟电路83.4.2复位电路93.4.3电源电路93.4.4指示电路103.4.5电机的正反转、进水阀和排水阀电路113.4.6显示电路133.4.7蜂鸣报警电路14第四章 系统软件设计154.1洗衣机的控制功
2、能要求15第五章 总结18致 谢19参考文献20附录A 控制系统电路图21附录B 洗衣机的控制原理图22附录C 设备材料清单23附录D 软件程序24- 42 -第一章 前言1.1 概述随着国民经济的发展,人民生活水平的提高,智能洗衣机作为将人们从繁复的家务劳动中解放出来的好助手,愈来愈受到消费者的欢迎。洗衣机是利用电能产生机械作用来洗涤衣物的清洁电器。按其额定洗涤容量(一次可洗涤的最大干衣物重量,以kg计算)分为家用和集体用两类。中国规定洗涤容量在6kg以下的属于家用洗衣机。按结构原理分为3种:搅拌式(又称摆动叶式)。通过搅拌叶的连续往复摆动,带动洗涤液和洗涤物互相作用而进行洗涤。滚筒式(或称
3、滚桶式)。在一个水平放置的盛水用圆柱形外筒中,套装一个可围绕水平轴正反向旋转的内筒,内筒壁上有许多小孔和几条凸筋;当内筒转动时,洗涤物随筒内的凸筋上升而后被抛下,不断翻滚摔打进行洗涤。按投放洗涤物的位置不同,分为上装入式和前装入式。波轮式。通过洗涤桶内波轮的转动,推动洗涤液和洗涤物不断翻滚、磨擦而进行洗涤。波轮位于洗涤桶底部的称为涡卷式,位于洗涤桶侧面的称为喷流式。洗衣机主要由箱体、洗涤脱水桶(有的洗涤和脱水桶分开)、传动和控制系统等组成,有的还装有加热装置。洗衣机的洗涤、漂洗和脱水等过程的控制,常采用由定时器给定的时间程序控制方式;其动力来自驱动电动机。对于自动洗衣机,由定时器给出电动机正反
4、转、进出水阀的开闭、洗涤和脱水的时间转换,全过程结束后,发出声响信号。定时器有发条驱动式、电动式及电子式。新型定时器是电脑智能型控制器,它不仅能智能地控制洗衣全过程,而且能够根据被洗衣物的质地、重量、脏污程度等自动地投放洗涤剂、选择洗涤方式和时间以及判断洗涤效果并调整之。洗衣机的发展趋势:电脑化:采用电脑控制,实现洗涤、漂洗、脱水、烘干全过程自动化;利用传感器,根据洗衣量、洗涤物脏污程度,自动确定洗涤时间、漂洗时间和投入洗涤剂的数量,使洗涤过程最合理。塑料化:已有全部使用塑料的洗衣机出现。新型化:日本已有多种新水流和无波轮的洗衣机上市;苏联研制成功利用真空沸腾原理的不用洗衣粉的真空洗衣机;不用
5、电动机的超声波洗衣机、蒸汽洗衣机等新型洗衣机也已有报道。大容量化:为减少洗衣次数,洗衣机一次洗涤量已从2kg以下发展到35kg。1.2 智能滚筒式洗衣机的特点和洗涤原理1.2.1 智能滚筒式洗衣机的特点目前在整个家用洗衣机市场上,滚筒式、波轮式、搅拌式洗衣机三足鼎立,其中滚筒式占60%,在欧美国家可高达90%以上。滚筒式洗衣机80年代末开始进入中国,由于滚筒式洗衣机在许多性能上优于传统的波轮式,如对衣物的磨损小、洗涤量大、节水、不缠绕等,特别适合大批量及高档服装的洗涤,因而愈来愈受到广大家庭的青睐,所以本设计洗衣机的微机控制系统是往滚筒式洗衣机方向设计的。滚筒式智能洗衣机有如下特点: 自动化程
6、度比较高:用户只需要插上电源,放入衣物,调好程序选项,以后一切任务则交于智能洗衣机了。预洗、主洗、漂洗、脱水及在主洗中加热,在漂洗中防皱等,洗衣机都将根据专家经验给以最好的洗涤效果。 对衣物的磨损率低;洗涤容量大,洗涤范围广,滚筒式洗衣机采用滚动加微摩擦方法的洗涤方式,洗涤中较为柔和,对衣物的磨损小,尤其适合洗涤毛料织物、羽绒织物及大件衣物。 节能节水节电:滚筒式洗衣机的耗电量小,洗一次最多耗电0.3kW/h0.4kW/h,洗涤过程中进水次数不超过7次,每次进水为20千克左右,整个洗涤过程下来不超过140千克。 整机性能配置合理:机内筒采用整体吊装方式,内筒底由两个减振器支撑,工作稳定,性能好
7、,震动小,无摆动且噪音低。采用单片机控制器控制方式,抗干扰能力强,使用寿命长。 使用寿命长:滚筒式洗衣机结构合理,用料讲究,并且由控制器统一控制。在整机性能上,具有使用方便,故障少,寿命长(可达15年)的优点。1.2.2 智能滚筒式洗衣机的洗涤原理滚筒式洗衣机的洗涤原理与其他类型洗衣机不同,其主要利用洗涤剂和加热手段来达到洗净衣物的目的。衣物放入洗衣机洗涤液中。加入洗涤剂,通过滚筒不同强度的正反转,在转动过程中可以对洗涤进行加热。充分地利用机械作用,化学作用,热作用,对衣物进行洗涤、漂洗。离心式脱水方式可以采用不同的转速度来合理的洗涤衣物。 机械作用:滚筒式洗衣机其洗涤容器为一卧式水筒,称为外
8、筒或盛水桶,内筒壁上有许多小孔的不锈钢滚筒。通过小孔,洗涤液可以自由流入流出内筒。衣物装入内筒之中,洗涤液盛放在外筒里。水位高度大约在内筒的二分之一处,可使衣物处于半浸泡状态。滚筒在电机的带动下作有规律的正反转旋时,洗涤衣物在筒内翻转揉搓,其滚筒揉撮可通过内筒的凸筋以及内筒的旋转而摔打、揉搓衣物。 化学作用;现代洗涤剂(也称洗衣粉、洗衣膏)的化学成分较为复杂/洗涤剂主要起两个功能:一方面起保护衣物,减小洗涤时对衣物的磨损作用;再一方面还起到溶解衣物的污垢,产生膨胀浸润的作用,使洗涤衣物中的污垢脱落并使其悬浮于碱性溶液中的作用。洗涤剂一般含有费皂和洗涤活性物质,降低水中石灰质的聚磷酸盐,以及增加
9、洗涤效果的碱,增加洗衣香味的添加香料,此外还可以加入漂白、稳定剂等。 热作用:智能滚筒式洗衣机可以对洗涤液进行加热选择。加热洗涤时,不但可以增加分子运动的活性,还可以使洗涤剂充分发挥作用,特别是让洗涤剂中的富氧物质(达硼酸盐)发挥作用。但高温则会对衣物有损害,一般在4060为宜,这样不但可以提高洗净度,还可以达到节能45。第二章 设计方案的确定2.1 洗衣机的技术参数和主要功能2.1.1 主要技术参数额定洗衣量:3kg电源:交流220V(50Hz)洗涤功率:250W脱水功率:250W进水阀:交流220V排水阀:直流220V2.1.2 洗衣机的主要功能 程序:具有标准、经济、单独和排水程序。 故
10、障诊断、安全保护、防振。 暂停、间歇工作的功能。 声光显示功能。2.2 控制系统设计方案本设计智能洗衣机的总体方案如图2.1所示: 图2.1 智能洗衣机的总体系统方案图本设计洗衣机控制方案是依据技术参数要求,本着线路简单,可靠性高和成本低的原则选择的。根据洗衣机的技术条件和功能要求,选择51系列单片机AT89C2051。AT89C2051功能特性如下:AT89C2051是一个低电压,高性能CMOS 8位单片机,功能强大,但它只有20个引脚。其主要功能特性为: 兼容MCS-51指令系统 15个双向I/O口 两个16位可编程定时/计数器 时钟频率0-24MHz 两个外部中断源 可直接驱动LED 低
11、功耗睡眠功能 可编程UARL通道 2k可反复擦写(1000次)Flash ROM 6个中断源 2.7-6.V的宽工作电压范围 128x8bit内部RAM 两个串行中断 两级加密位 内置一个模拟比较放大器 软件设置睡眠和唤醒功能按照功能可将硬件电路分为: 单片机最小系统:包括CPU AT89C2051,按键和显示接口电路 检测电路:包括水位检测电路和门状态检测电路 驱动电路:包括电动机正反转驱动电路,进水阀、排水阀驱动电路和蜂鸣器驱动电路 人机对话驱动电路:主要包括按键,显示器。其中按键用于洗衣机程序设定,并控制洗衣机的运行,发布有关指令信息。显示器为用户提供直观的洗涤时间显示。 直流稳压电源电
12、路第三章 洗衣机的硬件设计3.1 洗衣机的控制功能要求本设计智能洗衣机的控制功能如下: 洗涤功能。要求洗涤时正、反转驱动时间各为3s,间歇时间为2s。 4种洗衣工作程序,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/漂洗排水脱水,如此循环3次,具体是第一循环为洗涤,时间为4.5min,第二次循环为漂洗,时间分别为3 min 和1.5min.排水时间采用动态时间法确定,脱水时间为2min.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(4.5min)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。(每个程序结束后都会报警。 浸泡功能。开
13、启浸泡功能后,在上述前三种工作程序的第一次进水之后,会进入浸泡环节,先洗涤1min以搅匀衣物和洗涤剂,再停机浸泡10min,然后退出浸泡环节进入洗涤环节。 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。 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,待人工处理后恢复工作。 间歇驱动方式。脱水期间采取间歇驱动方式,以
14、便节能。本系统要求驱动4s,间歇2s,间歇期间靠惯性力使脱水桶保持高速旋转。 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。 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。3.2 控制逻辑电路智能洗衣机的控制系统电路图和控制原理图分别如图附录A和图附录B所示。它由单片机AT89C2051为核心加上有关集成电路及元器件组成。本设计智能洗衣机的工作部件有3个:电机、进水阀和排水阀。电机是洗衣机的动力源,它的转动带动洗衣机滚筒的转动,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
15、于控制洗衣机的排水。电机在脱水时还旋转带动衣物脱水。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,只工作在正转状态。进水阀和排水阀则只有开.关这两种状态。3.3 硬件描述 控核心部分采用AT89C2051作为控制核心。其中P1.0和P1.1分别用于控制洗衣机的进水阀和排水阀;P1.2和P1.3用于控制洗涤电机的正反转;P1.4和P1.5用作译码器74LS139的输入线,74LS139译码器的四个输出线分别用于连接LED1、LED2、LED3、 LED4四个LED灯。P1.6用于驱动LED5。串行口VXD和TXD用于扩展四个LED显示
16、器。外部中断口INT0和INT1分别用做盖开关K4和暂停/启动键K3的中断口,P3.7用于驱动蜂鸣器。 按键和开关部分程序选择键K1 本设计洗衣机有四种工作程序,使用该键可循环选择洗衣机的四种工作程序。暂停/启动键K2 该键采用分时复用技术而具有三个功能。其一是在洗衣机未进入工作状态或者处于暂停状态期间,K2用来启动洗衣机进入工作状态或者恢复到原来的工作状态;其二是在洗衣机进入工作状态后,按触该键则进入暂停状态;其三是在故障报警期间,按下K2停止报警,并回到初试的待命状态。盖开关/平衡开关K3 脱水期间,若打开机盖或者转动不平衡时,则K3闭合,引起中断,洗衣机就会自动停止脱水操作,合上盖或者恢
17、复不平衡后又继续脱水。水位开关K4 水满时,K4闭合。在进水期间,系统不断检测K4,若在2.5分钟内检测到K4闭合。则停止进水。否则认为进水出故障,关闭进水阀,并发声提示;在排水期间,系统不断检测K4,若在1分钟内检测不到K4断开,则认为排水出故障,关闭排水阀,并发声提示,否则按正常处理。开启/关闭浸泡键K5 该键用于开启或者关闭洗衣机的浸泡功能。强制复位键K6 按下该键可以使单片机强行复位。 LED指示灯LED1,LED2,LED3,LED4分别用来指示排水程序,单独程序,经济程序,标准程序四种洗衣工作程序;LED5用于指示浸泡功能开启,闪烁时表示正在浸泡衣物;LED6,LED7, LED8
18、,分别用来表示洗涤,排水,进水三种状态。 译码器74LS139为双2-4线译码器,之所以选用它是因为AT89C2051单片机只有20个引脚,I/O线不足,选用它可解决CPU I/O线数量的不足。本设计洗衣机有4种不同的工作程序,分别要用四种不同的显示来加以区别。74LS139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。 固态继电器交流固态继电器SSR(Solid state
19、 releys)是一种无触点通断电子开关,为四端有源器件。其中两个端子为输入控制端,另外两端为输出受控端, 交流固态继电器内有发光二极管及光触发双向可控硅,采用光电隔离,作为输入输出之间电气隔离(浮空)。在输入端加上直流或脉冲信号,输出端就能从关断状态转变成导通状态(无信号时呈阻断状态),从而控制较大负载。整个器件无可动部件及触点,可实现相当于常用的机械式电磁继电器一样的功能。之所以选用这个器件,是因为它一方面可使电路进一步简化,另一方面还可使强、弱两类电完全隔离,保证主板的安全。 反相器选用反相器是防止AT89C2051型号单片机的驱动电流不足,4个反相器可分别驱动4个交流固态继电器。 移位
20、寄存器本设计CPU的I/O数量不是很多,考虑到这个问题,所以本设计时间显示电路采用串行口扩展,通过移位寄存器的输出控制,可实现四位LED显示器的驱动控制 LED显示器四个共阳极LED显示器分别显示分、分、秒、秒。3.4 电子元器件的计算与选型3.4.1 时钟电路智能洗衣机的微机控制系统的时钟电路如图3.1所示:图3.1时钟电路AT89C2051芯片内部有一个高增益反相放大器。用于构成振荡器。反相放大器的输入端为XTAL0,输出端为XTAL1,两端跨接石英晶体及两个电容可构成稳定的自激振荡器。本设计的时钟电路两个电容取30pF,可稳定频率并对振荡频率有微调作用。本设计选用JA95A型号石英振荡器
21、,振荡脉冲频率选用6MHz。3.4.2 复位电路本设计微机控制系统的复位电路采用手动复位和上电复位组合,其电路图如图3.2所示。图3.2 复位电路上电自动复位是在加电瞬间电容通过充电来实现的。在通电瞬间,电容通过电阻充电,RST端出现正脉冲,用以复位。只要电源VCC的上升时间不超过1ms,就可以实现复位。手动复位是通过接通复位开关,使单片机进入复位状态。参数的选定:在振荡稳定后应保证复位高电平持续时间大于2个机器周期。本设计的晶体频率为6MHz,取C=22F,R=1K。3.4.3 电源电路电源电路如图3.3所示: 图3.3电源电路电源电路是采用220V的交流电先经变压器降压,再经桥式整流电路整
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