机电一体化波轮式全自动洗衣机专业课程设计.docx

目 录
序言 1
洗衣机说明书
1. 课程设计任务 2
2. 洗衣机介绍 2
2.1全自动洗衣机特点 3
2.2洗衣机工作原理概述 4
3. 传动方案讨论 4
4.传动系统设计计算 6
4.1减速离合器结构和工作原理介绍 6
4.2减速离合器零部件计算和选择 13
4.3减速离合器零件装配图 16
5.进/排水系统结构原理介绍 16
5.1进水电磁阀结构及工作原理 17
5.2排水电磁阀结构及工作原理 18
5.3水位开关控制原理 20
6.控制系统设计 22
6.1控制芯片选择 22
6.2程序框图 22
6.3控制程序设计 24
6.4电气控制图 39
心得体会 40
参考文件 41
附录 41

序言
此次机电一体化课程设计关键在于硬件部分减速离合器设计。经过小组提出方案对比和讨论，最终决定使用单向轴承式减速离合器，具体讨论过程将在后面说明书中具体介绍。
减速离合器各部件选择、设计是洗衣机硬件部分设计关键，其含有体积小，功效多，零部件组成复杂等特点。关键组成部分有离合装置，制动装置和行星轮系二级减速装置，这些装置设计尺寸选择，功效原理将在后面洗衣机说明书中具体介绍。
考虑到设计是家用洗衣机，并依据对洗衣机体积，功效要求确定洗衣机采取以单片机为关键通用自动控制装置，它含有功效强、可靠性强、编程简单、使用方便、体积小等特点。该控制系统可实现用编写程序进行逻辑控制、定时、记数和算术运算等，并经过数字量和模拟量输入/输出来控制机械设备或生产过程。
该设计为单片机控制全自动家用洗衣机，关键介绍了全自动洗衣机工作原理（关键是关键设计部件减速离合器），控制系统单片机选型和资源配置，控制系统程序设计和调试，控制系统单片机程序。
最终，在该设计过程中给极大激励和帮助老师、同学，在此表示衷心感谢。因为在设计过程中存在很多不足，期望老师同学指正。

1. 课程设计任务
设计一个波轮式全自动洗衣机机电系统，要求最大洗衣质量为3.8kg，内筒直径为φ400mm，洗衣机转速约为140～200r/min，脱水转速约为700～800r/min.要求含有自动调整水位、依据衣服种类设定洗涤模式、自动进水、排水和自动脱水等功效。
硬件设计：
关键是传动系统结构（减速离合器）各部分原理，零件尺寸选择，和可实现功效
软件设计：
全自动洗衣机功效要求：强弱洗功效；4种洗衣程序（标准、经济、单独、排水）；进排水系统故障自动诊疗功效；脱水期间安全保护和防震功效；间歇驱动方法；暂停功效；声光显示功效
硬件电路设计（protel上机绘图）
控制程序设计
2. 洗衣机介绍
全自动洗衣机是指洗涤、漂洗、脱水各功效转换全部不需要手工操作，完全是自动进行洗衣机。在选定工作程序内，整个洗衣过程是经过程控器发出多种指令，控制各个实施机构动作而自行完成。
波轮式洗衣机又称波盘式洗衣机，依靠波轮定时正、反向转动或连续转动方法进行洗涤。
按控制方法不一样可分为机电式和微电脑式两类。机电式全自动洗衣机是由机电程控器控制触点开关来完成洗涤、漂洗和脱水全过程。微电脑式全自动洗衣机是由微电脑式程控器输出控制信号。两值得关键区分在于电气控制部分，其总体结构基础相同。

2.1全自动洗衣机特点
全自动洗衣机有多个洗涤程序，可供您自由选择，工作时间可任意调整，工作状态及洗、脱时间在面板全部有显示，能自动处理脱水不平衡，含有多种故障和高低压自动保护功效，工作结束或电源故障会自动断电，无需看管确保安全。它还含有浸泡、手洗水流功效。
全自动洗衣机洗衣桶（外桶）和脱水桶（内桶）是以同一中心安放。外桶固定，作盛水用。内桶能够旋转，作脱水（甩水）用。内桶四面有很多小孔，使内外桶水流相通。
该洗衣机进水和排水分别由进水电磁阀和排水电磁阀来实施。进水时，经过电控系统使进水阀打开，经进水管将水注入到外桶。排水时，经过电控系统使排水阀打开，将水由外桶排出到机外。洗涤正转、反转由洗涤电动机驱动波盘正、反转来实现，此时脱水桶并不旋转。
脱水时，经过电控系统将离合器合上，由洗涤电动机带动内桶正转进行甩干。高、低水位开关分别用来检测高、低水位。开启按钮用来开启洗衣机工作。停止按钮用来实现手动停止进水、排水、脱水及报警。排水按钮用来实现手动排水。

2.2洗衣机工作原理概述
全自动洗衣机已经是普及家用电器，依据家用洗衣机特点,现在家用洗衣机全部采取单片机进行控制。该控制对象含有以下功效：波轮式全自动洗衣机洗衣桶（外桶）和脱水桶（内桶）是以同一中心安装。外桶固定，作盛水用；内桶能够旋转，作脱水（甩干）用。内桶四面有很多小孔，使内外桶水流相通。洗衣机进水和排水分别由进水电磁阀和排水电磁阀控制。进水时，控制系统使进水电磁阀打开，将水注入外桶；排水时，使排水电磁阀打开，将水由外桶排到机外。洗涤和脱水由同一台电动机拖动，经过电磁阀离合器来控制，将动力传输给洗涤波轮或甩干桶（内桶）。电磁离合器失电时，电动机带动洗涤波轮实现正、反转，进行洗涤；电磁离合器得电时，电动机带动内桶单向旋转，进行甩干（此时波轮不转）。水位高低分别由高低水位开关进行检测，开启按钮用来开启洗衣机工作。
3. 传动方案讨论
3.1传动方案一
方案一采取电机直接驱动，这是一个洗衣机专用电机，其结构图3-1所表示，这里介绍洗衣机专用电机除了起到电机作用，还起到离合器作用。其结构组成为：关键由内轴、外轴、单向轴承、电磁制动装置（制动装置有多个形式，这里只是设定其中一个）、减速器、脱水电机、洗衣电机等部分组成。
洗衣机专用电机工作原理是：
(1) 洗衣程序时，洗衣电机通电，转子转动，经过减速器使内轴减速旋转，此时电磁制动装置处于制动状态。
(2) 脱水程序时,洗衣电机不通电，脱水电机通电，转子转动，使外轴和转子等速旋转，此时电磁制动装置处于不制动状态。
(3) 当洗衣机处于脱水状态时，如人为打开机盖，则经过连动开关使电机断电，同时使电磁制动装置处于制动状态，使脱水桶停止转动，从而达成相关安全标准要求。

图3-1 方案三传动简图和结构图
其优缺点为：
（1）优点 重量集中在中心所以不需要装置平衡块，内外轴旋转转换直接由电机实现，不需要拉动离合器手柄牵引器，因为没有皮带对轴拉担心力，能够将洗衣机专用电机直接安装在外桶上，不需要安装底板。降低摩擦，降低噪声及延长使用期，使洗衣机装配程序大大简化，使洗衣机轻易维修。
（2）缺点 对制造要求相对较高，制造成本也相对较高，中国对这种机型制造较少，普及面不高。
3.2传动方案二
传动方案二属于间接驱动方法，经过一般电机，通常为单相异步交流电机经过一级皮带传动带动离合器工作，以实现洗衣和脱水。
其基础工作原理为:
(1) 洗衣程序时，电机经过皮带带动离合器皮带轮转动，使离合器内轴（输入轴）作减速旋转，此时外轴（脱水轴）处于制动状态，离合器离合弹簧处于“分”状态。
(2) 脱水程序时，控制方丝离合弹簧棘爪开始工作，使离合弹簧处于“合”状态。然后电机带动离合器皮带轮旋转，使离合器外轴和和离合器皮带轮作等速旋转
其优缺点为：
(1) 优点 制造成本和制造精度相对较低，价格廉价，中国这种类型洗衣机普及面广，制造工艺成熟，零部件易更换维修。
(2) 缺点 洗衣机驱动系统结构复杂、工作效率低、转速不稳定、开启电流大、故障率比较高、控制精度低；在结构设置上，洗衣机电机轴和滚筒几何中心轴不可能同轴（需要皮带减速），处于偏置状态，而正是这种“偏置”，造成了洗衣机在工作时会出现振动，难以平衡问题。所以，迫使我们不得不增加平衡块，以抑制整个机体工作时振动和噪音；电机固有结构及特征决定了这种电机单位体积功率偏小、起动力矩偏弱、过载能力不足等。
3.3传动方案选择
经过小组组员深入讨论对比了各方案，考虑到传动系统设计和制造难度、制造成本、通用性、交换性、工艺性、维修便捷性，选择方案二传动系统。下面将对方案二传动系统具体组成结构和原理作具体分析。
4. 传动系统设计计算
4.1减速离合器结构和工作原理介绍
早期设计小波轮全自动洗农机离合器没有减速功效，故洗涤和脱水转速相同。新型大波轮全自动洗衣机离合器全部含有洗涤减速功效，称为减速离合器，其种类很多，但关键结构和工作原理基础相同。现在应用最为广泛有两种：单向轴承式减速离合器和带制动式减速离合器。
基础结构
(分为离合器和行星减速器)
①离合器关键结构图7(1) (2)所表示。离合器中部有两根轴：输入轴l和脱水轴l8。输人轴1下端加工成四方形，和之相配带轮3和离合套20内孔也是方形。离合套20和带轮3被螺母2固定在输人轴1上，因为方轴和方孔紧密配合，从而带轮3、输入轴I和离合套20联成了一体。输入轴1上端加工成齿形花键，和行星减速器中心轮内孔配合联接。
输入轴l外部是脱水轴18。在衣服洗涤时，脱水轴静止不转；而洗涤结束后，脱水轴应将带轮3高转速直接传输给脱水桶，完成脱水功效。这种转换功效是由方丝离合弹簧4完成。方丝离合弹簧形状呈锥形，上端几圈直径比下端略小部分。因为脱水轴18和离台套20外径比方丝离合弹簧内径略大，在自由状态时，方丝离合弹簧就抱紧在离合套20和脱水轴18外壁上。当带轮带动离合套向弹簧旋紧方向旋转时，经过方丝离合弹簧就将带轮3转动由离合套20传输到脱水轴18，这就是“合”时脱水状态。在洗涤时，能够将方丝离合弹簧向反方向旋松，使其内径变大，从而和离合套20脱离接触，这就是“离”时洗涤状态。实现弹簧旋松机构是棘轮棘爪装置，图8是其工作原理简图。方丝离合弹簧下端弹簧卡2卡在棘轮3内槽中，经过棘爪5摆动使棘轮3转动，从而带动方丝离合弹簧向旋松方向转动。
图7中8是单向滚针轴承部件，它内圈和脱水轴18相接触，它外圈和齿轮轴承座过盈配合成一体，齿轮轴承座嵌在支撑架19中，支撑架用螺栓和离合器外罩14固定在一起。在单向滚针轴承8作用下，脱水轴l8只能向一个方向自由旋转。单向滚针轴承是滚针轴承产品领域中一个科技含量较高产品，其结构紧凑，径向截面小。因为其外圈工作面是楔形．所以只许可一个方向转动．能够起到单向离合器作用。洗衣机单向滚针离合器工作原理图９所表示，它由带楔形面外圈7和利用保持架3隔开一系列滚针6组成，轴承直接套在脱水轴5上。当脱水轴5顺时针转动时，滚针落入楔形槽大端中，此时脱水轴可顺时针转动；而当脱水轴逆时针转动时，滚针则卡紧在楔彤槽小端处，这时脱水轴将无法转动
在图7中，刹车装置外罩9、刹车扭簧l0、刹车带15、刹车盘16和十宁轴套17等组成了脱水轴18刹车装置。十字轴套17用两颗紧定螺钉和脱水轴18固定在一起，刹车盘16又和十字轴套17用螺栓固定在一起，所以刹车盘16和脱水轴18联成了一体。刹车装置外罩9安装在脱水轴18上，为间隙配合，它对脱水轴作用由刹车扭簧10控制。刹车扭簧10套装在刹车装置外罩9外圆上，其下端固定在离合器外罩上，它上端则嵌在拉杆21一个方孔中，由排水电磁铁带动拉杆控制其状态。洗涤时，排水电磁铁断电，刹车扭簧处于自由旋紧状态。当脱水轴18顺时针旋转时，因为刚性刹车带15紧紧抱住刹车盘16，而其一端又卡在刹车装置外罩9方槽中，所以刹车盘、刹车带和刹车装置外罩9全部将一起顺时针旋转。刹车装置外罩9在顺时针旋转过程中，刹车扭簧10将被快速旋紧，强大摩擦力使刹车装置外罩9无法动作，此时刹车带15和刹车盘16将发生猛烈摩擦，对脱水轴18产生制动作用，预防脱水桶产生跟转现象。在脱水时，排水阀通电，排水电磁铁带动拉杆使刹车扭簧处于放松状态。因为刹车装置外罩9在顺时针旋转过程中，和旋松刹车扭簧之间能够自由滑动，刹车不起作用，所以刹车装置外罩9、刹车盘16、刹车带15全部将和脱水轴18一起高速旋转，完成脱水功效。
②行星减速器结构图10所表示。减速器外罩8和减速器底盖10用螺钉紧固在一起，再安装在法盘12上，法兰盘12和脱水轴2经过锁紧块13固定在一起，因为法兰盘12和脱水桶相联接，所以减速器外罩8、减速器底盖10、法兰盘12和脱水桶成一整体。减速器底盖10有上、下两个止口，从而确保了减速器和脱水轴2安装时同心度。对行星减速器来说，输入轴1是动力传入轴，其花键端插人中心轮l1内孔中。行星轮4其有4个，和中心轮11和内齿圈6相啮合。内齿圈6经过其圆周槽卡在减速器底盖10上，和之联成一体。行星轮经过销轴5安装在行星架7上，当行星轮绕中心轮公转时，将带动行星架一起旋转。波轮轴9两端全部加工成齿形花键，其下端和行星架7联接，上端和波轮相联，从而使波轮以低速旋转洗涤衣物。
2)工作原理
①脱水状态
减速离合器脱水时状态及装配示意图11所表示，脱水状态下，排水电磁铁通电吸合，牵引拉杆移动约13mm，使排水阀开启。拉杆在带动阀门开启同时，首先拨动旋松刹车弹簧，使其松开刹车装置外罩，这时刹车盘随脱水轴5一起转动，刹车不起作用；其次又推进拨叉旋转，致使棘爪18脱开棘轮4，棘轮被放松，方丝离合弹簧3在本身作用力下回到自由旋紧状态，这时也就抱紧了离合套2。大带轮l在脱水时是顺时针旋转，因为摩擦力作用，方丝离合弹簧3将会越抱越紧。这么脱水轴5就和离合套2联在一起，跟随大带轮1一起做高速运转。因为此时脱水轴5做顺时针运动，和单向滚针轴承7运动方向一致，所以单向滚针轴承7对它运动无限制。因为脱水轴5经过锁紧块和法兰盘9联接，而内桶12和行星减速器10均固定在法兰盘9上。
所以脱水轴5带动内桶12和减速器内齿圈转速，和输入轴带动减速器中心轮转速相同，这么致使行星轮无法自转而只能公转，从而行星架转速和脱水轴是一样，即波轮和脱水桶以等速旋转，确保了脱水桶内衣物不会发生拉伤。
脱水状态传动路线是：电动机→小带轮→大带轮l→输入轴6→离合套2→方丝离合弹簧3→脱水轴5→法兰盘9→内桶12。因为电动机输出转速只经带轮一级减速．所以内桶转速较高，约680～800r／min。
②洗涤状态
图12所表示，洗涤状态下，排水电磁铁断电，排水阀关闭，拉杆复位。这时刹车扭簧16被恢复到自然旋紧状态，扭簧抱紧刹车装置外罩，刹车装置8起作用；同时拨叉回转复位，棘爪18伸入棘轮4，将棘轮拨过一个角度，方丝离合弹簧3被旋松，其下端和离台套2脱离，这时离合套只是随输入轴空转。大带轮1带动输入轴6转动，经行星减速器减速后，带动波轮轴11转动，实现洗涤功效。输入轴至波轮轴传动称为二级减速，其工作过程为：输人轴经过中心轮驱动行星轮，行星轮既绕自己轴自转又沿着内齿圈绕输人轴公转，因为行星轮固定在行星架上，所以行星轮公转也将带动行星架转动；行星架以花键孔和波轮轴下端花键相联接，带动波轮轴和波轮转动。行星减速器减速比i计算公式为：i=1+内齿圈齿数／中心轮齿数。
洗涤状态传动路线是：电动机→小带轮→大带轮l→输入轴6→中心轮→行星轮→行星架→波轮轴11→波轮。其间，电动机输出转速经带轮一级减速后，再经减速比约为4行星减速器减速，所以转速约为140～200r／min。
对于洗衣机传动系统三种工作情况，各零部件工作状态以下表所表示：
4.2减速离合器零部件计算和选择
波轮式全自动洗衣机传动系统设计计算内容较多，但大多数零部件能够选择而无需进行设计，通常设计内容关键有：方案设计、电动机选择、带传动设计、行星减速器设计等。
1、 方案设计
波轮式洗衣机常见布局为输入轴部署在内桶中心处，整个传动系统基础上同轴部署，电动机只能偏置一边，为了保持平衡，可将排水电磁阀和排水管和电动机对称部署，必需时可加平衡块。依据设计任务中给出内桶直径为400mm，电动机轴和洗涤输入轴之间中心距只能为150mm左右，在此范围内选择适宜一级降速传动比和采取带轮传动
2、 基础参数选择
现在洗衣机洗衣量、电动机功率、内筒直径等基础参数，大多数企业是经过试验进行设计选择。依据《机电一体化系统设计课程设计指导书》表6-15提供现在常见波轮式全自动洗衣机基础参数情况，和设计任务要求最大洗衣量为3.8kg，选择电动机功率为180W，电动机满载时转速为1370r/min。
3、 V带传动设计计算
因为V带传动许可传动比较大，结构较紧凑，在一样张力下，V带传动较平带传动能产生更大摩擦力，所以此处选择了最常见V带作为第一级降速。
参考表6-15，初步选定电动机功率P为180W，洗衣转速为180r/min，脱水转速为720r/min，则传动比为
i=n1n2=1370720=1.9
(1) 计算功率Pca：因为载荷变动小，所以取工作情况系数KA=1.0
Pca=KAP=0.18kW
(2) 选择带型：依据小带轮转速为1370r/min，和小带轮安装尺寸大约范围，查《机械设计手册新版》第14-10页图14.1-2，选择一般V带Z型
(3) 带轮基准直径dd1和dd2：初选小带轮基准直径dd1，查《机械设计手册新版》第14-13页表14.1-17b，选择dd1=56mm，大于V带轮最小基准直径ddmin要求50mm。大带轮基准直径dd2为：dd2=idd1=1.9×56mm=106.4mm, 查《机械设计手册新版》第14-23页表14.1-18圆整为dd2=106mm。
(4) 验算带速度v
v=πdd1n160×1000=π×56×137060×1000m/s=4.02m/s
一般V带最大速度vmax=25~30m/s,故满足要求。
(5) 中心距a和带基准长度Ld
0.7（dd1+dd2）<a0<2(dd1+dd2)
112.7<a0<322
依据洗衣机桶体安装尺寸，初取a0=150mm，基准长度：
Ld'=2a0+π2dd1+dd2+dd2-dd124a0 =2×150+π2×56+106+106-5624×150=559mm
查《机械设计手册新版》第14-12页表14.1-15,选择和559相近标准带长度Ld为560mm，则实际中心距为：
a≈a0+Ld-Ld'2=150+560-5592=150.5mm
在安装时，在结构上要保持V带有一定张紧力，安装中心距会略有所改变。
(6) 主动轮上包角α1
α1=180°-dd2-dd1a×57.3°=160.96°>120°
(7) 带根数z：长度系数KL、包角系数K0、单根V带基础额定功率P0、单根V带额定功率增量∆P0查《机械设计手册新版》第14-13页表14.1-17b、14-11页表14.1-15和表14.1-13，取KL=0.94、Kα=0.95、P0=0.16kW、∆P0=0.02kW。
z=Pca(P0+∆P0)KαKL=0.18(0.16+0.02)×0.95×0.94=1.11
取z=1。
(8) 带预紧力F0：V带单位长度质量q查《机械设计手册新版》第14-11页表14.1-14得q=0.06kg/m，单根V带所需预紧力为：
F0=500Pcazv2.5Kα-1+qv2 =500×0.181×4.022.50.95-1+0.06×4.022N=36.8N
(9) 带传动作用在轴上力FL:
FL=2F0zsinα12=2×36.8×1×sin160.962=72.6N
4、 带轮结构设计
查《机械设计手册新版》第14-26页表14.1-24选择带轮结构形式为实心轮。详见减速离合器零件装配图。
5、 行星减速器设计
已知洗衣机转速为180r/min,脱水转速为720r/min。因为脱水时行星减速器中心轮和内齿圈顺时针等速旋转，故中心轮和行星架传动比为1，波轮和内桶顺时针等速旋转，所以由洗涤状态来进行行星减速器设计计算。
（1） 洗涤状态传动比 洗涤输入轴和波轮传动比为：
iAXB=70=4
（2） 初选中心轮和内齿圈齿数 洗涤时中心轮旋转，内齿圈静止，中心轮和行星架传动比iAXB按以下公式计算：
iAXB=1+zBzA
初选中心轮齿数zA=19，由上式计算内齿圈齿数zB=57。
（3） 计算行星轮齿数 因为洗衣机工作扭矩不大，选择齿轮模数为1mm，如选4个行星轮对称部署，则可计算出行星齿轮齿数zX为：
zX=zB-zA2=57-192=19
最终确定中心轮齿数zA为19，内齿圈齿数zB为57，行星齿轮齿数zX为19，实际传动比iAXB为4，洗衣机转速为180r/min。
6、 棘爪和棘轮机构设计
因为外桶尺寸已定（因内筒直径已知），在方案设计时初定为于外桶底部出水口位置，则排水电磁阀衔铁中心和出水口中心在同一直线上。依据选定排水电磁阀行程和初定棘轮顶圆直径来设计棘爪机构。要求在洗涤时，棘爪要深入棘轮棘齿高度三分之二，脱水时棘爪脱离棘轮1.5mm以上。查《机械设计手册新版》第13-51页，浮动棘轮机构适合以上要求，故选择浮动棘轮机构作为其结构，详见减速离合器零件装配图。
4.3减速离合器零件装配图
详见本说明书附录
5. 进/排水系统结构原理介绍
全自动洗衣机进水系统采取水位压力开关和进水阀，由程序控制器调整。设有溢水口，其位置在盛水桶上口部。漂洗时，它能让洗涤液中泡沫和污水溢出，有利于漂清。 全自动洗衣机水位开关通常有三档水位控制,并全部有 低水位、中水位、高水位、再注水等功效当进水阀注水，内桶水位增高到预选水位时，导通橡皮气膜受到内部空气压缩而被顶出，中触片上跳，和上触片闭合。此时主电机导通，进水阀断开（原来中触片和下闭合），并开始洗衣。当旋钮旋至低水位时，凸轮转动，但曲率半径较小。经过一定机构，橡皮气膜压簧被压缩而产生压力P1，压迫气膜。当桶内水量达成30L时，软管内空气被压缩，产生空气压力F1，当F1>P1时,中触片上跳,和上触片闭合,主电动机动作,进水阀关闭. 全自动洗衣机排水系统由程序来控制排水电磁阀，牵引排水阀。排水阀关键同阀盖、阀芯弹簧、阀芯拉簧，橡皮阀和阀体组成。 排水电磁铁关键用来控制自动型洗衣机排水阀开闭,在套桶式自动型洗衣机中同起到改变减速离合大洗涤、脱水状态、排水电磁铁关键由线圈、磁轭、静铁芯、衔铁和短路铜环等组成
5.1进水电磁阀结构及工作原理
1.进水电磁阀结构
进水电磁阀也称为进水阀或注水阀，其结构以下图所表示：

(a)断电关闭 (b)通电开启
1.金属过滤网2.阀座3.导磁铁座4.线圈5.小弹簧6.铁芯7.小橡胶塞8.塑料盘9橡胶阀
图5-1进水阀结构图

2.进水电磁阀工作原理
进水电磁阀作用关键为控制自来水进水，为洗衣机提供适量洗涤、漂洗用水。进水电磁阀实物图和结构图图7-1所表示。进水电磁阀开关关键由阀内线圈控制动铁芯来完成。假如线圈不通电，这时打开自来水龙头，水不会流入洗衣机；当线圈通电后，阀被打开，自来水通畅地流入洗衣机。

实物图 结构图
图5-2 进水电磁阀实物图和结构图
进水电磁阀基础结构关键由一个螺管电磁铁和橡胶阀组成。其工作原理是，电磁铁线圈通电后，形成磁场，吸引铁质阀芯上移，离开膜片，水流导通。电磁铁线圈失电后，在复位弹簧及重力作用下，阀芯下沉压紧膜片堵住水道，停止向洗衣机内注水。进水电磁阀进水口通常有一个过滤网，以防污垢堵塞进水电磁阀橡胶阀。
5.2排水电磁阀结构及工作原理
1．排水电磁阀结构
排水阀是由排水阀座1、橡胶阀2、内外弹簧3和4、导套5和阀盖6等组成。排水阀门采取橡胶材料制成，内有一个由硬质塑料制作导套5。导套5内装有内弹簧3，它一端卡在导套左边槽口， 另一端钩挂在电磁铁拉杆7上，内弹簧3处于拉紧状态。在导套5外装有一个外弹簧4，它刚度比内弹簧3小，它一端和阀盖6接触，另一端和导套5基座接触，外弹簧4处于压缩变形状态。结构以下图：

1.排水阀座2.排水阀门3.弹簧B 4.弹簧A 5.导套6.阀盖7.电磁铁拉杆8.销钉9.铁垫圈10.微动开关11.引线端子12.电磁铁13.衔铁14.开口销15.外桶16.挡套17.刹车扭簧伸出端
图5-3排水系统结构图
电磁铁有交流和直流两种，电脑式全自动洗衣机通常采取直流电磁铁，本设计采取交流电磁铁。
2.排水电磁阀工作原理
洗衣机处于进水和洗涤时，排水阀处于关闭状态。此时关键由外弹簧4把橡胶阀2紧压在排水阀座1底部。排水时，排水电磁铁通电工作，衔铁13被吸入，牵动电磁铁拉杆7。因为拉杆7位移，在它上面挡套16拨动制动装置刹车扭簧伸出端，使制动装置处于非制动状态（脱水状态）。其次伴随拉杆7左端离开导套5，外弹簧4被内弹簧3拉力压缩，使排水阀门打开。正常排水时，橡胶阀门2离开排水阀座1密封面距离应大于8mm，排水电磁铁牵引力约为40N。

5.3水位开关控制原理
1.水位开关结构
水位开又称压力开关。洗衣机内桶进水时水位和排水时压力情况是压力开关检测。当洗衣机工作在洗涤程序时，若桶内无水或水量不够，压力开关则发出供水信号。当水位达成设定位置时，压力开关将发出关闭水源信号。微电脑全自动洗衣机工作在排水程序时，若排水系统有故障，水位开关则发出排水系统受阻信号。水位开关剖面图以下：

1.杠杆2.导套3.调整螺钉4.压力弹簧5.凸轮6.顶芯7.开关小压簧8.动簧片塑9.料盘10.橡胶膜11.气室12.压力软管
图5-4水位开关剖面图
2.水位开关工作原理
当水注入内桶时，气室封闭，伴随水位上升封闭在气室内空气压力不停提升，压力经过压力软管传到水位开关气室，水位开关气室内空气压力向上推进橡胶膜和塑料盘，推进动簧片中内动簧片向上移动，压力弹簧被压缩。当水注到选定水位时，此时内动簧片移动到预定平衡位置开关小弹簧将拉动外动簧片并产生一个向下推力，使开关常闭触点NC和公共触点COM快速断开，常开触点和公共触点闭合从而发出关闭水源信号。排水时当水位下降到要求复位水位时，水位产生压力减小。压力弹簧恢复伸长，推进顶心，使动簧片中内动簧片向下移动，当移动到预定力平稳位置时开关小弹簧对外动片产生一个向外推力。使开关常开触点NO和公共触点COM快速断开，常闭触点NC和公共触点COM闭合，从而改变控制电路通断。其中动簧片结构以下如：

图5-5 动簧片结构
旋转水位开关旋钮选择水位，就是旋转凸轮，经过改变压力开关凸轮位置可改变恢复弹簧弹性力，进而改变橡胶膜片变形所需气体压力，改变水位设定值。

图5-6 水位开关
6. 控制系统设计
6.1控制芯片选择
电脑式全自动洗衣机上使用微控制器关键是4位或8位单片机。常见单片机型号有：Intel企业MCS-48和MCS-51系列；NEC企业μCOM-87和μpd7500系列；Motorola企业MC6805系列；Zilog企业Z8系列等。
本例中控制电路微控制器选择MCS-51系列单片机AT89C2051。该单片机是ATMEL企业8位单片机系列产品之一，内含2K字节可反复擦写程序存放器和128字节RAM单元，含有15条可编程控制I/O线，5个中止触起源，其指令和MCS-51系列完全兼容。选择AT89C2051作CPU，可使洗衣机控制电路大大简化。
6.2程序框图

6.3控制程序设计
#include <reg52.h>

/**************逻辑说明***************/
//采取反逻辑，以0表示有效，以1表示无效//

typedef unsigned int uint;
typedef bit bool;
typedef unsigned char uchar;

#define biaozhun_flag 0 //标准工作程序
#define jingji_flag 1 //经济工作程序
#define dandu_flag 2 //单独工作程序
#define paishui_flag 3 //排水工作程序

/****************************I/0口分配***************************/

/*************************输入I/O口分配**************************/

/**************工作程序按钮分配*****************/
sbit biaozhun = P0^0; //标准工作程序选择
sbit jingji = P0^1; //经济工作程序选择
sbit dandu = P0^2; //单独工作程序选择
sbit paishui = P0^3; //排水工作程序选择

//强、弱洗涤功效选择按钮，水位开关，盖开关, 开启/暂停按钮
sbit qiangruo_pin= P0^4; //强、弱选择按钮 强=0；弱=1；
sbit shuiwei_pin = P0^5; //水位开关
sbit gai_pin = P0^6; //盖开关

/*****************开启/停止按钮*****************/
sbit qiting_pin = P3^3; //开启/暂停开关 占用外部中止INT1
sbit jixu_pin = P0^7; //继续开关 占用外部中止INT0

/*************************输出I/O口分配**************************/

/**************四种工作状态指示灯***************/
sbit biaozhun_led = P1^0; //标准工作状态指示灯
sbit jingji_led = P1^1; //经济工作状态指示灯
sbit dandu_led = P1^2; //单独工作状态指示灯
sbit paishui_led = P1^3; //排水工作状态指示灯

/***********强、弱洗涤状态指示灯***************/
sbit qiangxi_led = P1^4; //强洗指示灯
sbit ruoxi_led = P1^5; //弱洗指示灯

/***********洗涤、漂洗状态指示灯***************/
sbit xidi_led = P1^6; //洗涤指示灯
sbit piaoxi_led = P1^7; //漂洗指示灯

/***********脱水指示灯，报警指示灯***************/
sbit tuoshui_led = P2^0; //脱水指示灯
sbit baojing_led = P2^1; //报警蜂鸣器

/***********电动机控制***************/
sbit motor_zheng_pin = P2^2; //电动机正转
sbit motor_fan_pin = P2^3; //电动机反转

/***********进水、排水阀门控制***************/
sbit jinshui_pin = P2^4; //进水阀控制
sbit paishui_pin = P2^5; //排水阀控制

/*****************定义全局变量*****************/

uchar chengxumodel_flag; //工作程序变量
bool qiangruo_flag; //强=0；弱=1；
bool start_flag; //开始=0；未开始=1；
bool pause_flag; //暂停=0；未暂停=1；

/********************函数申明******************/

/******************延时程序********************/
void delay_s(uint); //秒延时
void delay_ms(uint); //毫秒延时

/***********************电机控制程序************************/
void motor_zheng(uint zheng); //电机正转zheng秒
void motor_fan(uint fan); //电机反转fan秒
void motor_ting(uint ting); //电机停ting秒

/******************* n个单独步骤**************************/
void jin_shui(); //进水
void pai_shui(); //排水
void tuo_shui(); //脱水
void xidi(); //洗涤
void piaoxi(); //漂洗

void baojing(); //报警
void baojing_no(); //报警停
void finished(); //程序实施通知已经完成

/*******************4种工作程序**************************/
void biaozhun_chengxu(); //标准程序
void jingji_chengxu(); //经济程序
void dandu_chengxu(); //单独程序
void paishui_chengxu(); //排水程序

/******************初始化函数*******************/
void initial();

/******************按键扫描函数*******************/
uchar keyscan(); //按键扫描函数
void gai_open(); //翻盖处理函数
void qiangruo_select(); //强、弱洗涤模式选择

void chengxumodel_select(); //工作程序模式选择

/******************头文件导入****************/
#include <xiyiji.h>

/**************逻辑说明***************/
//采取反逻辑，以0表示有效，以1表示无效//

/******************延时程序********************/
/*****************延时秒程序*************/
void delay_s(uint time)
{
uint i;
uchar j;
while(time--)
{
for(j=0;j<100;j++) //1s
for(i=0;i<1250;i++); //10ms
}
}

/**************延时毫秒程序***************/
void delay_ms(uint time)
{ uchar i;
while(time--)
{
for(i=0;i<125;i++);//1ms
}
}

/*******************