机电一体化(波轮式全自动洗衣机)课程设计.doc

目 录
前言 1
洗衣机说明书
1. 课程设计的任务 2
2. 洗衣机简介 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.传动系统的设计计算 6
4.1减速离合器的结构和工作原理简介 6
4.2减速离合器零部件的计算与选择 13
4.3减速离合器零件装配图 16
5.进/排水系统结构原理简介 16
5.1进水电磁阀的结构及工作原理 17
5.2排水电磁阀的结构及工作原理 18
5.3水位开关控制原理 20
6.控制系统的设计 22
6.1控制芯片的选择 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
参考文献 41
附录 41

前言
本次机电一体化课程设计的重点在于硬件部分的减速离合器设计。经过小组提出方案对比与讨论，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的说明书中详细介绍。
减速离合器的各部件的选择、设计是洗衣机硬件部分的设计重点，其具有体积小，功能多，零部件构成复杂等特点。主要构成部分有离合装置，制动装置以及行星轮系二级减速装置，这些装置的设计尺寸选择，功能原理将在后面的洗衣机说明书中详细介绍。
考虑到设计的是家用洗衣机，并根据对洗衣机体积，功能的要求确定洗衣机采用以单片机为核心的通用自动控制装置，它具有功能强、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的程序进行逻辑控制、定时、记数和算术运算等，并通过数字量和模拟量的输入/输出来控制机械设备或生产过程。
该设计为单片机控制的全自动家用洗衣机，主要介绍了全自动洗衣机的工作原理（主要是重点设计部件减速离合器），控制系统的单片机的选型和资源的配置，控制系统程序设计与调试，控制系统单片机程序。
最后，在该设计过程中给予极大鼓励和帮助的老师、同学，在此表示衷心的感谢。由于在设计过程中存在许多不足，希望老师同学指正。

1. 课程设计的任务
设计一种波轮式全自动洗衣机的机电系统，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.要求具有自动调节水位、根据衣服种类设定洗涤模式、自动进水、排水和自动脱水等功能。
硬件设计：
主要是传动系统结构（减速离合器）的各部分原理，零件尺寸的选择，以及可实现的功能
软件设计：
全自动洗衣机的功能要求：强弱洗功能；4种洗衣程序（标准、经济、单独、排水）；进排水系统故障自动诊断功能；脱水期间安全保护和防震功能；间歇驱动方式；暂停功能；声光显示功能
硬件电路设计（protel上机绘图）
控制程序设计
2. 洗衣机简介
全自动洗衣机是指洗涤、漂洗、脱水各功能的转换都不需要手工操作，完全是自动进行的洗衣机。在选定的工作程序内，整个洗衣过程是通过程控器发出各种指令，控制各个执行机构的动作而自行完成。
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的方式进行洗涤。
按控制方式不同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的开关来完成洗涤、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。两值得主要区别在于电气控制部分，其总体结构基本相同。

2.1全自动洗衣机特点
全自动洗衣机有多种洗涤程序，可供您自由选择，工作时间可任意调节，工作状态及洗、脱时间在面板都有显示，能自动处理脱水不平衡，具有各种故障和高低压自动保护功能，工作结束或电源故障会自动断电，无需看管确保安全。它还具有浸泡、手洗水流功能。
全自动洗衣机的洗衣桶（外桶）和脱水桶（内桶）是以同一中心安放的。外桶固定，作盛水用。内桶可以旋转，作脱水（甩水）用。内桶的四周有很多小孔，使内外桶的水流相通。
该洗衣机的进水和排水分别由进水电磁阀和排水电磁阀来执行。进水时，通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，通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，通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。启动按钮用来启动洗衣机工作。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的家用电器，根据家用洗衣机的特点,目前的家用洗衣机都采用单片机进行控制。该控制对象具有如下功能：波轮式全自动洗衣机的洗衣桶（外桶）和脱水桶（内桶）是以同一中心安装的。外桶固定，作盛水用；内桶可以旋转，作脱水（甩干）用。内桶的四周有许多小孔，使内外桶水流相通。洗衣机的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，通过电磁阀离合器来控制，将动力传递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，启动按钮用来启动洗衣机工作。
3. 传动方案讨论
3.1传动方案一
方案一采用电机直接驱动，这是一种洗衣机专用电机，其结构如图3-1所示，这里介绍的洗衣机专用电机除了起到电机的作用，还起到离合器的作用。其结构组成为：主要由内轴、外轴、单向轴承、电磁制动装置（制动装置有多种形式，这里只是设定其中一种）、减速器、脱水电机、洗衣电机等部分组成。
洗衣机专用电机的工作原理是：
(1) 洗衣程序时，洗衣电机通电，转子转动，通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，使外轴与转子等速旋转，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，则通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，从而达到有关安全标准要求。

图3-1 方案三传动简图和结构图
其优缺点为：
（1）优点 重量集中在中心因而不需要装置平衡块，内外轴旋转转换直接由电机实现，不需要拉动离合器手柄的牵引器，因为没有皮带对轴拉紧的张力，可以将洗衣机专用电机直接安装在外桶上，不需要安装底板。减少摩擦，降低噪声及延长使用期，使洗衣机装配程序大大简化，使洗衣机容易维修。
（2）缺点 对制造要求相对较高，制造成本也相对较高，国内对这种机型的制造较少，普及面不高。
3.2传动方案二
传动方案二属于间接驱动方式，通过普通电机，一般为单相异步交流电机通过一级皮带传动带动离合器工作，以实现洗衣和脱水。
其基本工作原理为:
(1) 洗衣程序时，电机通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”的状态。
(2) 脱水程序时，控制方丝离合弹簧的棘爪开始工作，使离合弹簧处于“合”的状态。然后电机带动离合器皮带轮旋转，使离合器外轴与与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，价格便宜，国内这种类型的洗衣机普及面广，制造工艺成熟，零部件易更换维修。
(2) 缺点 洗衣机的驱动系统结构复杂、工作效率低、转速不稳定、启动电流大、故障率比较高、控制精度低；在结构设置上，洗衣机的电机轴与滚筒的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，难以平衡的问题。所以，迫使我们不得不增加平衡块，以抑制整个机体工作时的振动和噪音；电机的固有结构及特性决定了这种电机的单位体积功率偏小、起动力矩偏弱、过载能力不足等。
3.3传动方案的选择
经过小组成员深入讨论对比了各方案，考虑到传动系统的设计和制造难度、制造成本、通用性、互换性、工艺性、维修便捷性，选用方案二的传动系统。下面将对方案二的传动系统具体组成结构和原理作详细分析。
4. 传动系统的设计计算
4.1减速离合器的结构和工作原理简介
早期设计的小波轮全自动洗农机的离合器没有减速功能，故洗涤和脱水转速相同。新型大波轮全自动洗衣机的离合器都具有洗涤减速功能，称为减速离合器，其种类很多，但主要结构和工作原理基本相同。目前应用最为广泛的有两种：单向轴承式减速离合器与带制动式减速离合器。
基本结构
(分为离合器与行星减速器)
①离合器主要结构如图7(1) (2)所示。离合器中部有两根轴：输入轴l和脱水轴l8。输人轴1的下端加工成四方形，与之相配的带轮3和离合套20的内孔也是方形。离合套20和带轮3被螺母2固定在输人轴1上，由于方轴与方孔的紧密配合，从而带轮3、输入轴I和离合套20联成了一体。输入轴1的上端加工成齿形花键，和行星减速器的中心轮内孔配合联接。
输入轴l的外部是脱水轴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的高转速直接传递给脱水桶，完成脱水功能。这种转换功能是由方丝离合弹簧4完成的。方丝离合弹簧的形状呈锥形，上端几圈的直径比下端略小一些。由于脱水轴18和离台套20的外径比方丝离合弹簧的内径略大，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的外壁上。当带轮带动离合套向弹簧旋紧方向旋转时，通过方丝离合弹簧就将带轮3的转动由离合套20传递到脱水轴18，这就是“合”时的脱水状态。在洗涤时，可以将方丝离合弹簧向反方向旋松，使其内径变大，从而与离合套20脱离接触，这就是“离”时的洗涤状态。实现弹簧旋松的机构是棘轮棘爪装置，图8是其工作原理简图。方丝离合弹簧下端的弹簧卡2卡在棘轮3的内槽中，通过棘爪5的摆动使棘轮3转动，从而带动方丝离合弹簧向旋松方向转动。
图7中的8是单向滚针轴承部件，它的内圈与脱水轴18相接触，它的外圈与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的作用下，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种科技含量较高的产品，其结构紧凑，径向截面小。因为其外圈工作面是楔形．所以只允许一个方向的转动．可以起到单向离合器的作用。洗衣机单向滚针离合器的工作原理如图９所示，它由带楔形面的外圈7以及利用保持架3隔开的一系列滚针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，滚针落入楔形槽的大端中，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的小端处，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的刹车装置。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，它对脱水轴的作用由刹车扭簧10控制。刹车扭簧10套装在刹车装置外罩9的外圆上，其下端固定在离合器外罩上，它的上端则嵌在拉杆21的一个方孔中，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的状态。当脱水轴18顺时针旋转时，由于刚性刹车带15紧紧抱住刹车盘16，而其一端又卡在刹车装置外罩9的方槽中，所以刹车盘、刹车带以及刹车装置外罩9都将一起顺时针旋转。刹车装置外罩9在顺时针旋转过程中，刹车扭簧10将被迅速旋紧，强大的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将发生剧烈摩擦，对脱水轴18产生制动作用，防止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。由于刹车装置外罩9在顺时针旋转过程中，与旋松的刹车扭簧之间可以自由滑动，刹车不起作用，因此刹车装置外罩9、刹车盘16、刹车带15都将与脱水轴18一起高速旋转，完成脱水功能。
②行星减速器结构如图10所示。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通过锁紧块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，从而保证了减速器和脱水轴2安装时的同心度。对行星减速器来说，输入轴1是动力的传入轴，其花键端插人中心轮l1的内孔中。行星轮4其有4个，与中心轮11以及内齿圈6相啮合。内齿圈6通过其圆周槽卡在减速器底盖10上，与之联成一体。行星轮通过销轴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9两端都加工成齿形花键，其下端与行星架7联接，上端与波轮相联，从而使波轮以低速旋转洗涤衣物。
2)工作原理
①脱水状态
减速离合器脱水时的状态及装配示意如图11所示，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的同时，一方面拨动旋松刹车弹簧，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；另一方面又推动拨叉旋转，致使棘爪18脱开棘轮4，棘轮被放松，方丝离合弹簧3在自身的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的，由于摩擦力的作用，方丝离合弹簧3将会越抱越紧。这样脱水轴5就和离合套2联在一起，跟随大带轮1一起做高速运转。由于此时脱水轴5做顺时针运动，和单向滚针轴承7的运动方向一致，因此单向滚针轴承7对它的运动无限制。由于脱水轴5通过锁紧块与法兰盘9联接，而内桶12与行星减速器10均固定在法兰盘9上。
所以脱水轴5带动内桶12以及减速器内齿圈的转速，与输入轴带动减速器中心轮的转速相同，这样致使行星轮无法自转而只能公转，从而行星架的转速与脱水轴是一样的，即波轮与脱水桶以等速旋转，保证了脱水桶内的衣物不会发生拉伤。
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。由于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
如图12所示，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，其下端与离台套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，实现洗涤功能。输入轴至波轮轴的传动称为二级减速，其工作过程为：输人轴通过中心轮驱动行星轮，行星轮既绕自己的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，所以行星轮的公转也将带动行星架转动；行星架以花键孔与波轮轴下端的花键相联接，带动波轮轴和波轮转动。行星减速器的减速比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的行星减速器减速，所以转速约为140～200r／min。
对于洗衣机传动系统三种工作情况，各零部件工作状态如下表所示：
4.2减速离合器零部件的计算与选择
波轮式全自动洗衣机的传动系统的设计计算内容较多，但大多数零部件可以选用而无需进行设计，一般设计内容主要有：方案设计、电动机选用、带传动设计、行星减速器设计等。
1、 方案设计
波轮式洗衣机常用布局为输入轴布置在内桶的中心处，整个传动系统基本上同轴布置，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与电动机对称布置，必要时可加平衡块。根据设计任务中给出的内桶直径为400mm，电动机轴与洗涤输入轴之间中心距只能为150mm左右，在此范围内选择合适的一级降速传动比和采用带轮传动
2、 基本参数的选择
目前洗衣机洗衣量、电动机功率、内筒直径等基本参数，大多数企业是通过实验进行设计选用的。根据《机电一体化系统设计课程设计指导书》表6-15提供的目前常用波轮式全自动洗衣机基本参数情况，以及设计任务要求最大洗衣量为3.8kg，选用电动机功率为180W，电动机满载时转速为1370r/min。
3、 V带传动设计计算
因为V带传动允许的传动比较大，结构较紧凑，在同样的张力下，V带传动较平带传动能产生更大的摩擦力，所以此处选用了最常用的V带作为第一级降速。
参照表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

(1) 计算功率：由于载荷变动小，因此取工作情况系数

(2) 选择带型：根据小带轮转速为1370r/min，以及小带轮安装尺寸的大概范围，查《机械设计手册新版》第14-10页图14.1-2，选取普通V带Z型
(3) 带轮的基准直径和：初选小带轮的基准直径，查《机械设计手册新版》第14-13页表14.1-17b，选取，大于V带轮的最小基准直径的要求50mm。大带轮的基准直径为：, 查《机械设计手册新版》第14-23页表14.1-18圆整为。
(4) 验算带的速度v

普通V带的最大速度,故满足要求。
(5) 中心距a和带的基准长度

根据洗衣机桶体的安装尺寸，初取，基准长度：

查《机械设计手册新版》第14-12页表14.1-15,选取和559相近的标准带的长度为560mm，则实际中心距为：

在安装时，在结构上要保持V带有一定的张紧力，安装中心距会略有所变化。
(6) 主动轮上的包角

(7) 带的根数z：长度系数、包角系数、单根V带基本额定功率、单根V带额定功率增量查《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。

取z=1。
(8) 带的预紧力：V带单位长度的质量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带所需的预紧力为：

(9) 带传动作用在轴上的力:

4、 带轮的结构设计
查《机械设计手册新版》第14-26页表14.1-24选择带轮的结构形式为实心轮。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。由于脱水时行星减速器中心轮与内齿圈顺时针等速旋转，故中心轮与行星架的传动比为1，波轮与内桶顺时针等速旋转，因此由洗涤状态来进行行星减速器的设计计算。
（1） 洗涤状态传动比 洗涤输入轴与波轮的传动比为：

（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，中心轮与行星架的传动比按以下公式计算：

初选中心轮齿数，由上式计算的内齿圈齿数。
（3） 计算行星轮齿数 由于洗衣机工作扭矩不大，选择齿轮模数为1mm，如选4个行星轮对称布置，则可计算出行星齿轮齿数为：

最终确定中心轮齿数为19，内齿圈齿数为57，行星齿轮齿数为19，实际传动比为4，洗衣机转速为180r/min。
6、 棘爪与棘轮机构设计
由于外桶尺寸已定（因内筒直径已知），在方案设计时初定为于外桶底部的出水口位置，则排水电磁阀衔铁中心与出水口中心位于同一直线上。根据选定的排水电磁阀的行程和初定的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的三分之二，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，故选取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/排水系统结构原理简介
全自动洗衣机的进水系统采用水位压力开关和进水阀，由程序控制器调节。设有溢水口，其位置在盛水桶上口部。漂洗时，它能让洗涤液中的泡沫和污水溢出，有利于漂清。 全自动洗衣机水位开关一般有三档水位控制,并都有 低水位、中水位、高水位、再注水等功能当进水阀注水，内桶水位增高到预选水位时，导通橡皮气膜受到内部空气的压缩而被顶出，中触片上跳，与上触片闭合。此时主电机导通，进水阀断开（原来中触片与下闭合），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。通过一定的机构，橡皮气膜压簧被压缩而产生压力P1，压迫气膜。当桶内水量达到30L时，软管内的空气被压缩，产生空气压力F1，当F1>P1时,中触片上跳,与上触片闭合,主电动机动作,进水阀关闭. 全自动洗衣机的排水系统由程序来控制排水电磁阀，牵引排水阀。排水阀主要同阀盖、阀芯弹簧、阀芯拉簧，橡皮阀和阀体组成。 排水电磁铁主要用来控制自动型洗衣机排水阀的开闭,在套桶式自动型洗衣机中同起到改变减速离合大的洗涤、脱水状态、排水电磁铁主要由线圈、磁轭、静铁芯、衔铁和短路铜环等组成
5.1进水电磁阀的结构及工作原理
1.进水电磁阀的结构
进水电磁阀也称为进水阀或注水阀，其结构如下图所示：

(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.进水电磁阀的工作原理
进水电磁阀的作用主要为控制自来水进水，为洗衣机提供适量的洗涤、漂洗用水。进水电磁阀实物图和结构图如图7-1所示。进水电磁阀的开关主要由阀内的线圈控制动铁芯来完成。如果线圈不通电，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
进水电磁阀基本结构主要由一个螺管电磁铁和橡胶阀构成。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。进水电磁阀的进水口一般有一个过滤网，以防污垢堵塞进水电磁阀橡胶阀。
5.2排水电磁阀的结构及工作原理
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与4、导套5和阀盖6等组成。排水阀门采用橡胶材料制成，内有一个由硬质塑料制作的导套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，它的刚度比内弹簧3小，它的一端与阀盖6接触，另一端与导套5的基座接触，外弹簧4处在压缩变形状态。结构如下图：

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一般采用直流电磁铁，本设计采用交流电磁铁。
2.排水电磁阀工作原理
洗衣机处在进水和洗涤时，排水阀处于关闭状态。此时主要由外弹簧4把橡胶阀2紧压在排水阀座1的底部。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。由于拉杆7位移，在它上面的挡套16拨动制动装置的刹车扭簧伸出端，使制动装置处于非制动状态（脱水状态）。另一方面随着拉杆7的左端离开导套5，外弹簧4被内弹簧3的拉力压缩，使排水阀门打开。正常排水时，橡胶阀门2离开排水阀座1密封面的距离应不小于8mm，排水电磁铁的牵引力约为40N。

5.3水位开关控制原理
1.水位开关的结构
水位开又称压力开关。洗衣机内桶进水时的水位和排水时的压力状况是压力开关检测的。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。当水位达到设定位置时，压力开关将发出关闭水源的信号。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。水位开关的剖面图如下：

1.杠杆2.导套3.调节螺钉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，随着水位上升封闭在气室内的空气压力不断提高，压力经过压力软管传到水位开关气室，水位开关气室内的空气压力向上推动橡胶膜和塑料盘，推动动簧片中的内动簧片向上移动，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的平衡位置开关小弹簧将拉动外动簧片并产生一个向下的推力，使开关的常闭触点NC与公共触点COM迅速断开，常开触点与公共触点闭合从而发出关闭水源的信号。排水时当水位下降到规定的复位水位时，水位产生的压力减小。压力弹簧恢复伸长，推动顶心，使动簧片中的内动簧片向下移动，当移动到预定的力平稳位置时开关小弹簧对外动片产生一个向外的推力。使开关的常开触点NO与公共触点COM迅速断开，常闭触点NC与公共触点COM闭合，从而改变控制电路的通断。其中动簧片的结构如下如：

图5-5 动簧片结构
旋转水位开关的旋钮选择水位，就是旋转凸轮，通过改变压力开关凸轮的位置可改变恢复弹簧的弹性力，进而改变橡胶膜片变形所需气体的压力，改变水位的设定值。

图5-6 水位开关
6. 控制系统的设计
6.1控制芯片的选择
电脑式全自动洗衣机上使用的微控制器主要是4位或8位的单片机。常用的单片机型号有：Intel公司的MCS-48和MCS-51系列；NEC公司的μCOM-87和μpd7500系列；Motorola公司的MC6805系列；Zilog公司的Z8系列等。
本例中控制电路的微控制器选用MCS-51系列的单片机AT89C2051。该单片机是ATMEL公司8位单片机系列产品之一，内含2K字节可反复擦写的程序存储器以及128字节的RAM单元，具有15条可编程控制的I/O线，5个中断触发源，其指令与MCS-51系列完全兼容。选用AT89C2051作CPU，可使洗衣机的控制电路大大简化。
6.2程序框图

6.3控制程序设计
#include <reg52.h>

/**************逻辑说明***************/
//采用反逻辑，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、弱洗涤功能选择按钮，水位开关，盖开关, 启动/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

/*****************启动/停止按钮*****************/
sbit qiting_pin = P3^3; //启动/暂停开关 占用外部中断INT1
sbit jixu_pin = P0^7; //继续开关 占用外部中断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(); //程序执行通知已经完成

/*******************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***************/
//采用反逻辑，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
}
}

/***********************电机控制程序************************/
/************************正转****************************/
void motor_zheng(uint zheng)
{
motor_zheng_pin=0; //正转有效
motor_fan_pin=1; //反转无效
delay_s(zheng);
}

/************************反转****************************/
void motor_fan(uint fan)
{
motor_zheng_pin=1; //正转无效
motor_fan_pin=0; //反转有效
delay_s(fan);
}

/******