洗衣机控制器设计.docx
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洗衣机控制器设计
毕业设计（论文）任务书
题目名称：
洗衣机控制器设计
院（系）：
机械电子工程系
专业：
自动化
班级：
姓名：
学号：
教师（签字）：
二○○年3月10日
一、毕业设计（论文）的主要内容（含主要技术参数）
洗衣机完成洗涤过程，关键是对洗衣机内的电动机的运行进行合理的控制，保证洗涤过程的有效，节约，方便等。
本题任务是：
控制洗衣机总洗涤时间、定时正反转及洗涤强度控制。
设计要求及指标：
1、完成洗涤电机实现“正转→停止→反转→停止→正转→……”的工作循环。
电路主要由状态计数器、可预置减法计数器、显示电路及控制逻辑电路四部分组成。
1）其核心是一个用于记录系统（正转→停止→反转→停止）的“状态”计数器。
2）可预置减法计数器用于控制并显示各种状态的时间，该计数器每溢出一次，提供状态计数器切换到下一状态的时钟信号。
3）由状态计数器的“状态”及控制逻辑电路完成可预置减法计数器的重新置数，以开始下一轮的计时。
2、可设置总的洗涤时间，总的洗涤时间结束时，有声光报警提示。
3、设计算法，可以实现洗衣机根据衣物的重量以及水的污浊程度自动设定洗衣程序。
二、毕业设计（论文）题目应完成的工作（含图纸数量）
１）控制系统整体方案可行性分析；
２）单元电路的工作原理；
３）主电路的工作原理；
４）主电路和控制电路元件选择；
５）绘制电气系统原理图。
设计说明书要求
１）目录；
２）设计说明书；
３）绘制原理图；
４）收获与体会；
５）参考资料。
三、毕业设计（论文）进程的安排
序号
设计（论文）各阶段任务
日期
备注
1
交实习报告
3.17
2
交开题报告
3.24
3
交英文翻译
4.2
4
交中期检查
4.21
5
设计总结
5.21
6
系统模型搭建
5.25
7
设计论文大纲
5.30
8
设计答辩
6.13
四、主要参考资料及文献阅读任务（含外文阅读翻译任务）
【1】
【2】基于模糊控制的全自动洗衣机TheAutoWasherBasedonFuzzyControl[兰州工业高等专科学校学报JournalofLanzhouPolytechnicCollege]王淑红,卢永杰
【3】ieeexplore.ieee.org/iel2/1046/8055/00348266.pdf
【4】基于MCS-51单片机的洗衣控制系统《兵工自动化》-2006年25卷10期p-77-79
【5】
五、任务执行日期
自年月日起，至年月日止。
六、审核批准意见
教研室主任签（章）
主管院长（主任）签（章）
洗衣机控制器的设计
摘要
模糊控制是以模糊数学为基础发展起来的一种新的非线性的控制方法，对那些无法取得数学模型或数学模型相当粗糙的系统可以取得较满意的控制效果，解决了一些用传统方法无法解决的问题。
近年来，模糊控制在家用电器控制中得到较广泛的应用，采用模糊控制技术的洗衣机具有自动识别衣质、衣量，自动识别肮脏程度，自动决定水量，自动投入恰当的洗涤剂等功能，不仅实现了洗衣机的全面自动化，也大大提高了洗衣的质量，具有很强的实用性和较好的发展前景。
基于模糊控制的全自动洗衣机自动控制系统,以单片机AT89C51为核心,可以实现洗衣机的智能控制,提高洗衣质量,节约能源。
硬件结构框图及软件流程图是该系统的重要组成部分,在整个控制过程中,模糊控制软件起了决定性的作用
基于51单片机的洗衣控制系统，控制面板由按键、指示灯和LED显示器组成。
按键选择洗衣机工作方式，指示灯配合按键工作，LED显示器则显示洗衣机洗涤和脱水时间。
洗衣机的整体电路模块包括键盘矩阵、指示灯、电动机控制及电源电路。
控制程序设计包括定时中断服务程序、外中断服务程序及主程序。
关键词：
模糊控制;洗衣机;全自动；洗衣控制系统；51单片机；控制程序
Washingmachinecontrollerdesign
Abstract
Fuzzycontrolwithfuzzymathematicsforakindofnewnotlinecontrolmethodthatthefoundationdevelop,tothosecantacquisitionmathematicsmodelorveryroughsysteminmodelinmathematicsescanobtainthesatisfiedcontrolresult,resolvingthesomeusetheproblemthattraditionalmethodcantresolve.Inrecentyears,thefaintnesscontrolstocontrolathomeappliancestheinsidegetstheextensiveapplication,adoptingthetechnicalwashingmachineinmistycontrolhavetheautoidentifiesthedressquality,dressmeasures,identifyingthedirtydegreeautomatically,theautomaticdecisionwatermeasures,throwinginanetc.functionautomatically,notonlyrealizesthewashingmachineautomatecompletely,butalsoincreasedingconsumedlythequantitythatdolaundry,havetheverystrongfunctionwiththegooddevelopmentforeground
Theautomaticcontrolsystemofautowasherbasedonfuzzycontrolwithsingle-chipcomputerAT89C51canbeimplementedbyintelligencecontrol,sothequalityofwashingisimprovedandthesourceissaved.Thehardwareconfigurationandsoftwareflowchartofthesystemarepreferred.Thesoftwareoffuzzycontrolhasadecisivepartinwholecontrolprocess.
Washingmachinecontrolsystembasedonsinglechip51,thecontrolpaneliscomposedbykeys,indicatinglampsandLED.Thekeyschosetheworkmodes,theindicatinglampscooperatedwiththekeys.TheLEDmonitorshowedthetimeofwashinganddehydration.Thecircuitofwashingmachineincludeskeyboardmatrix,indicatinglamp,motor
controlandpowercircuit.Thecontrolprogramincludestiminginterruptserviceprogram,externalinterruptserviceprogramandmainprogram.
Keywords:
fuzzycontrol;washer;automatic；Washingcontrolsystem;Singlechip51;Controlprogramme
1绪论…………………………………………………………………………1
1.1洗衣机的概念1
1.2洗衣机的概述…………………………………………………………1
1.3课题意义及来源………………………………………………………3
1.4本课题的目的…………………………………………………………4
1.5洗衣机发展史…………………………………………………………4
2硬件系统的设计……………………………………………………………8
2.1全自动洗衣机的控制功能要求...8
2.2系统工作流程…………………………………………………………10
2.3洗衣机控制器控制面板的设计………………………………………12
2.4 布质、布量的检测…………………………………………………12
2.5 浑浊度的检测………………………………………………………14
2.6 水温的检测…………………………………………………………15
2.7电动机控制电气原理…………………………………………………15
2.8电源部分………………………………………………………………17
2.9键盘输入及显示电路…………………………………………………19
2.9.1键盘输入及显示电路基本工作原理……………………………19
2.9.2ULN2803驱动芯片介绍……………………………………………21
3单片机最小系统……………………………………………………………22
3.1AT89S51介绍…………………………………………………………22
3.2单片机最小系统介绍………………………………………………22
3.3AT89S51最小系统制做………………………………………………24
3.4AT89S51最小系统测试………………………………………………26
4软件系统的设计………………………………………………………………29
4.1模糊控制的基本原理…………………………………………………29
4.2 模糊规则和模糊推理在洗衣机中的应用…………………………31
结束语……………………………………………………………………………34
致谢………………………………………………………………………………35
参考文献…………………………………………………………………………36
附录1洗衣控制程序…………………………………………………………….38
洗衣机控制器的设计
1绪论
1.1洗衣机的概念
洗衣机（washingmachine）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：
家用洗衣机主要由箱体、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。
洗衣机一般专指使用水作为主要的清洗液体，有别于使用特制清洁溶液，及通常由专人负责的干洗。
1.2洗衣机概述
从古到今，洗衣服都是一项难于逃避的家务劳动，而在洗衣机出现以前，对于许多人而言，它并不像田园诗描绘的那样充满乐趣，手搓、棒击、冲刷、甩打……这些不断重复的简单的体力劳动，留给人的感受常常是：
辛苦劳累。
全自动洗衣机根据结构不同可分为波轮式全自动洗衣机（也叫套桶式全自动洗衣机）、滚筒式全自动洗衣机和搅拌式全自动洗衣机三大类。
波轮式、滚筒式、搅拌式全自动洗衣机分别占全球洗衣机市场份额的33％、52％和15％。
搅拌式洗衣机目前还没有进入我国市场，以下仅对波轮式和滚筒式两种洗衣机进行讨论。
（1）滚筒式洗衣机
①更好地软化衣物纤维，减小洗涤过程中衣物的损伤和变形，并且还可以使洗后的衣物柔软而蓬松；
②提高温度来洗涤可充分溶解洗衣粉，加快洗衣粉中弱酸性物质与污物的化学反应速度，提高洗衣粉中酶的活性，同时有利于溶解汗渍、血渍、降低灰尘、油污的粘附作用，从而可在同样的洗净比下（注：
洗净比是国家对洗衣机的质量考核标准中的一个基本指标），可大幅度降低洗涤过程对机械外力的需求；
③温度高有利于污物在水中的扩散；
④高温能有效地杀死一些细菌。
加温洗涤的波轮式洗衣机无论怎样的水流，要达到一定的洗净比，就必须有足够的机械力，而机械力对衣物是有损伤的，这就注定了波轮式洗衣机的磨损率大大高于滚筒式洗衣机。
各种新水流基本原理是一样的，就是尽量以紊乱的水流减少衣物的缠绕，增大水
流的冲刷力用于洗涤，与以前依靠衣物与桶壁和衣物相互之间的摩擦方式相比，水流冲刷对衣物的损伤较小。
（2）波轮式洗衣机
因为滚筒式机的价格大大高于波轮式机，所以波轮式机仍受到普遍欢迎。
①关于水流：
现在波轮式全自动洗衣机的宣传重点放在新水流上，如LG的拳击棒、松下的双瀑布、荣事达的网络水流等，但正如上面说到过的，各个厂家是用不同的方法实现同一个目标，实际效果也差不多，所以不必太在意。
②关于程序控制器：
新推出的波轮式全自动洗衣机均采用单片机程序控制器，原来的机械式程序控制器基本上已被淘汰。
各厂家生产的各种型号的波轮式全自动洗衣机的控制程序有所不同，最少的也有好几个控制项，每一项又有几种不同的洗涤程序可供选择，足以满足不同的洗涤要求，所以没有必要考虑这个问题。
在模糊控制的洗衣机中，单片机通过采集水位传感器、布量传感器、光传感器的信号以及电动机的转速，判断出衣物的质地、多少、肮脏程度，从而自动调整对衣物进行合理的洗涤，缺点是价格太贵。
③关于不锈钢内桶：
采用不锈钢内桶的目的是为了减小衣物和内桶壁的摩擦力，从而减轻衣物的磨损，选购时应予以考虑。
④关于同心洗：
同心洗是直接把电动机轴与洗衣桶主轴同心安装，直接驱动。
这样在洗涤，特别是脱水的时候洗衣桶震动减小，使噪声得以降低。
但要说这样会延长洗衣机的寿命是不正确的。
⑤至于变频洗衣机，其一是可以对不同质地的衣物自动选用不同的电动机转速，从而给不同质地的衣物以恰当的洗涤强度，在保证洗得干净的同时，最大限度地降低衣物的磨损。
其二是可以在脱水甩干时，由慢到快地启动，使衣物在桶内分布均匀，脱水效果好，同时由于衣物均匀地分布在洗衣桶的四周，洗衣桶的重心落在轴心上，可以减小震动，降低噪声，这当然是有好处的。
缺点也是价格太贵。
现在已经有厂家开发出了不需要使用洗涤剂的洗衣机，还有的厂家开发出了更迷你的旅行洗衣机，小到可以在出外旅行的时候随身携带，为了更方便的操作有的厂家还开发出了可以远程控制的洗衣机，这么样？
是不是看的眼花缭乱，将来的洗衣机会朝着使用更方便、更加节能、更加个性化的方向发展。
1.3课题意义及来源
随着现代社会生活节奏的不断加快和人们生活水平的不断提高，人们对各种方便、快捷的家用电器需求量越来越大，洗衣机作为人们提高生活效率，追求生活质量的基本条件，也愈来愈成为不可或缺的生活用具.
在工业发达国家，洗衣机的普及率已达到相当高的程度，但由于现阶段国情，洗衣机在我国的普及程度较低，农村更甚。
随着人民生活水平（特别是乡村生活水平）的不断提高，社会上对洗衣机的需求量越来越大，而且随着生活质量的不断提高，人们对洗衣机的功能要求越来越高，使得洗衣机的更新较快，因此，洗衣机做为人们追求现代生活的一个基本要求在我国有着极大的市场。
洗衣机技术发展日新月异，产品类型众多，但从总体来看，人们对洗衣机的基本要求应是:
省时、省水、省电，磨损率小，操作方便，功能完善等。
以上特点从技术的角度可由洗衣机的洗涤方式和控制方式这两个基本特性决定。
目前存在的洗涤方式有波轮式（又称涡卷式）、搅拌式、滚筒式、喷流式、喷射式和超声波式等多种，在我国比较普及的洗涤方式是波轮式，超声波式洗涤方式则代表着国际上的发展方向。
对洗衣机技术的发展使得人们期望在采用一种较好洗涤方式的同时，希望洗衣机的控制部分能在洗涤过程中对衣物重量、脏度，洗涤剂的浓度，水的硬度、温度等影响洗涤效果的诸多因素进行检测，并能对这些检测结果做出合理反应，从而得到比较理想的洗涤效果。
现代科学技术的发展，特别是嵌入式技术的发展，使微电脑的功能日益强大，微电脑与传感器系统的结合，足以实现上述功能;另外，人们对洗衣机使用方便的要求使得洗衣机的全自动化成为另一个发展方向.因此，从世界范围内来说，洗衣机总的发展趋势是向微电脑，传感系统，智能化、全自动化的方向发展。
1.4本课题的目的
本课题的目的就是设计一种比较合理的全自动洗衣机模糊控制器，这种采用模糊控制的全自动洗衣机能够自动判断被洗衣物的重量轻重、质料软硬，自动检测洗衣桶内水的脏污程度和污渍性质（油污或泥污）；能自动预选水位、水流强度和洗涤时间，并能进行衣物偏置的自动纠正等，也应该能在整个洗涤过程中实施监控，并适时调整这些运行参数，以达到最佳的洗涤效果。
1.5洗衣机发展史
1858年，一个叫汉密尔顿·史密斯的美国人在匹茨堡制成了世界上第一台洗衣机。
该洗衣机的主件是一只圆桶，桶内装有一根带有桨状叶子的直轴。
轴是通过摇动和它相连的曲柄转动的。
同年史密斯取得了这台洗衣机的专利权。
但这台洗衣机使用费力，且损伤衣服，因而没被广泛使用，但这却标志了用机器洗衣的开端。
次年在德国出现了一种用捣衣杵作为搅拌器的洗衣机，当捣衣杵上下运动时，装有弹簧的木钉便连续作用于衣服。
19世纪末期的洗衣机已发展到一只用手柄转动的八角形洗衣缸，洗衣时缸内放入热肥皂水，衣服洗净后，由轧液装置把衣服挤干。
1874年,“手洗时代”受到了前所未有的挑战，美国人比尔·布莱克斯发明了木制手摇洗衣机。
布莱克斯的洗衣机构造极为简单，是在木筒里装上6块叶片，用手柄和齿轮传动，使衣服在筒内翻转，从而达到“净衣”的目的。
这套装置的问世，让那些为提高生活效率而冥思苦想的人士大受启发，洗衣机的改进过程开始大大加快.
1880年，美国又出现了蒸气洗衣机，蒸气动力开始取代人力。
经历了上百年的发展改进，现代蒸汽洗衣机较早期有了无与伦与的提高，但原理是相同的。
现代蒸汽洗衣机的功能包括蒸汽洗涤和蒸汽烘干，采用了智能水循环系统，可将高浓度洗涤液与高温蒸气同时对衣物进行双重喷淋，贯穿全部洗涤过程，实现了全球独创性的“蒸汽洗”全新洗涤方式。
。
与普通滚筒洗衣机在洗涤时需要加热整个滚筒的水不同，蒸汽洗涤是以深层清洁衣物为目的，当少量的水进入蒸汽发生盒并转化为蒸汽后，通过高温喷射分解衣物污渍。
蒸汽洗涤快速、彻底，只需要少量的水，同时可节约时间。
对于放在衣柜很长时间产生褶皱、异味的冬季衣物，能让其自然舒展，抚平褶皱。
“蒸汽烘干”的工作原理则是把恒定的蒸汽喷洒在衣物上，将衣物舒展开之后，再进行恒温冷凝式烘干。
通过这种方式，厚重衣物不仅干得更快，并且具有舒展和熨烫的效果。
蒸汽洗衣机之后，水力洗衣机、内燃机洗衣机也相继出现。
水力洗衣机包括洗衣筒、动力源和与船相连接的连接件，洗衣机上设有进、出水孔，洗衣机外壳上设有动力源，洗衣筒上设有衣物进口孔，其进口上设有密封盖，洗衣机通过连接件与船相连。
它无需任何电力，只需自然的河流水力就能洗涤衣物，解脱了船民在船上洗涤衣物的烦恼，节约时间，减轻家务劳动强度。
1910年，美国的费希尔在芝加哥试制成功世界上第一台电动洗衣机。
电动洗衣机的问世，标志着人类家务劳动自动化的开端。
1922年，美国玛塔依格公司改造了洗衣机的洗涤结构，把拖动式改为搅拌式，使洗衣机的结构固定下来，这也就是第一台搅拌式洗衣机的诞生。
这种洗衣机是在筒中心装上一个立轴，在立轴下端装有搅拌翼，电动机带动立轴，进行周期性的正反摆动，使衣物和水流不断翻滚，相互摩擦，以此涤荡污垢。
搅拌式洗衣机结构科学合理，受到人们的普遍欢迎。
1932年，美国本德克斯航空公司宣布，他们研制成功第一台前装式滚筒洗衣机，洗涤、漂洗、脱水在同一个滚筒内完成。
这意味着电动洗衣机的型式跃上一个新台阶，朝自动化又前进了一大步！
第一台自动洗衣机于1937年问世。
这是一种"前置"式自动洗衣机。
靠一根水平的轴带动的缸可容纳4000克衣服。
衣服在注满水的缸内不停地上下翻滚，使之去污除垢。
到了40年代便出现了现代的"上置"式自动洗衣机。
随着工业化的加速，世界各国也加快了洗衣机研制的步伐。
首先由英国研制并推出了一种喷流式洗衣机，它是靠筒体一侧的运转波轮产生的强烈涡流，使衣物和洗涤液一起在筒内不断翻滚，洗净衣物。
1955年，在引进英国喷流式洗衣机的基础之上，日本研制出独具风格、并流行至今的波轮式洗衣机。
至此，波轮式、滚筒式、搅拌式在洗衣机生产领域三分天下的局面初步形成。
60年代的日本出现了带干桶的双桶洗衣机，人们称之为“半自动型洗衣机”。
70年代，生产出波轮式套桶全自动洗衣机。
70年代后期，以电脑（实际上微处理器）控制的全自动洗衣机在日本问世，开创了洗衣机发展史的新阶段。
80年代，“模糊控制”的应用使得洗衣机操作更简便，功能更完备，洗衣程序更随人意，外观造型更为时尚……
90年代，由于电机调速技术的提高，洗衣机实现了宽范围的转速变换与调节，诞生了许多新水流洗衣机。
此后，随着电机驱动技术的发展与提高，日本生产出了电机直接驱动式洗衣机，省去了齿轮传动和变速机构，引发了洗衣机驱动方式的巨大革命。
之后，随着科技的进一步发展，滚筒洗衣机已经成了大家耳濡目染的产品。
伴随着科技的进一步发展，相信新型更适合人们使用的洗衣机会给我们的生活带来新的方式。
2硬件系统的设计
2.1全自动洗衣机的控制功能要求
洗衣机完成洗涤过程，关键是对洗衣机内的电动机的运行进行合理的控制，保证洗涤过程的有效，节约，方便等。
本题任务是：
控制洗衣机总洗涤时间、定时正反转及洗涤强度控制。
①洗涤按钮标准：
洗涤12分钟；漂洗5分钟二次；脱水3分钟。
轻柔：
洗涤3分钟；漂洗3分钟，二次；脱水2分钟。
快速：
洗涤4分钟；漂洗1分钟，二次；脱水2分钟
②洗涤时洗涤指示灯闪烁；漂洗时漂洗指示灯闪烁；脱水时脱水指示灯闪烁
③有启动/暂停按钮控制：
第一次启动，标准洗涤；工作时按此按钮暂停，再按则恢复工作；有电源开关。
洗涤、漂洗22秒正转，停8秒，反转22秒，停8秒。
④有水位控制
洗衣机的整体电路模块洗衣机的电路模块如图2.1组成部件有8051单片机、74138译码器、水位检测机构、指示灯、电动机、蜂鸣器、进水阀，出水阀，LED显示器及4只按键。
水位检测机构由玻璃管、浮子、金属滑杆等组成，玻璃管与洗衣桶相连，玻璃管中的水位就是洗衣桶内的水位，在放水或进水的过程中，浮子带动金属管上下移动，当水位处于最高点或最低点时，金属滑杆都与金属地相连，致使引脚INT1处于低电平，向CPU申请中断，否则INT1被上拉电阻上拉为高电平。
电动机有2个控制端，一端控制电动机正向运转，该端与P1.0相连，另一端控制电动机反向运转，该端与P1.1相连。
电控水龙头共2只，一只为进水龙头，受P3.0控制，另一只为出水龙头，受P3.1控制，当电控水龙头的控制端为“1”时，水龙头打开，当电控水龙头的控制端为“0”时
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