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基于89c2051单片机的洗衣机的控制系统设计本科毕业论文.doc
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2023-07-03
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本文主要探讨了基于89C2051单片机设计的洗衣机控制系统,该设计旨在提升洗衣机的性能和人性化程度,以满足市场需求。89C2051是一款微控制器,属于STC系列,其特点是抗干扰性强、速度快、功耗低,并且与MCS-51系列单片机兼容。它具有灵活的时钟周期选择,宽泛的工作电压和频率范围,以及丰富的内存和I/O接口。这种单片机适合用于控制洗衣机的各种操作。 洗衣机的基本功能包括洗涤、漂洗和脱水。洗涤阶段,单片机控制进水阀和电动机,使衣物在水中翻滚摩擦以去除污渍。漂洗阶段与洗涤类似,但目的是去除洗涤剂。脱水阶段,电动机驱动脱水桶高速旋转,利用离心力甩出衣物水分。在整个洗衣过程中,单片机监控各个阶段,确保安全并适时发出警告。 洗衣机的硬件电路设计包括一个总体设计框图,显示了各个功能模块的连接关系。指示灯显示当前状态,如强洗、弱洗、洗涤次数、定时等。通过按键选择不同模式和时间设置,启动键则开始洗衣程序。74LS3851等译码器用于控制电动机、蜂鸣器和数码管显示,实现用户界面和电机动作的协调。 此外,设计中还包含了安全措施,如蜂鸣报警电路,以应对可能出现的故障或异常情况。由于89C2051单片机的输入按键较少,所以选择了直接输入方式简化电路。设计的灵活性允许在基本功能基础上扩展升级,实现更智能、更全面的洗衣机功能。 基于89C2051单片机的洗衣机控制系统利用微控制器的高效处理能力,实现了洗衣机的自动化操作和智能化控制,提高了洗衣机的性能和用户体验。通过合理的设计和优化,这种控制系统能够满足现代消费者对洗衣机的多样化需求,推动洗衣机技术的发展。
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资源评论
1
前 言
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。这就要求设计者们
有更高的专业和技术水平,能够提出更多好的建议和新的课题,将人们的需要变
成现实,设计出更节能、功能更全面、更人性化的全自动洗衣机。目前的洗衣机
都没有实现全方面的兼容,大多洗衣的厂家都注重各自品牌的洗衣机的特长,突
出一两个与别的洗衣机不同的个性化的功能,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,控制功能灵活,因此,设计出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性。本设计采用 STC 89C2051 为控制核心,为
保证洗衣机及人身安全,设计了蜂鸣报警电路.因本设计输入按键较少,所以采用
直接输入方式,使电路简单化。为方便理解与熟悉本,本文还介绍了与全自动洗
衣机有关的一些常见的电子元器件的基本功能。本设计只设计了全自动洗衣机的
基本功能,其他的一些功能可在原有的基础上扩展升级,使全自动洗衣机能更加
智能化,更加完善。
2
1 洗衣机的功能及设计
1.1 洗衣机功能要求
洗衣机的主要工作程序是:洗涤——脱水——漂洗——脱水——漂洗——脱
水。上述工作程序中,包含三个过程,洗涤过程、漂洗过程、脱水过程。
(1)洗涤过程:放好待洗物,启动开关,进水阀通电,向洗衣机供水,当供
水达到预定水位时,水位开关接通,进水阀断电关闭,停止供水。洗涤电动机接
通电源,带动波轮(或桶)旋转,产生各种形式的水流搅动衣物进行洗涤。通过电
动不停的正转、停、反转、反复循环,形成洗涤水对洗涤物产生强烈的翻滚作用。
同时,衣物之间、衣物与四周桶壁之间产生互相摩擦和撞击力,以次达到洗涤衣
物的目的。
(2)漂洗过程:漂洗的目的在于清除衣物上的洗涤液,因此,漂洗过程与洗
涤过程的电器动作是完全相同的。
(3)脱水过程:洗涤或漂洗后,需要对衣物进行脱水以便晾干,节省水资源,
所以脱水是洗衣过程中必不可少的环节。洗涤或漂洗过程结束后,电动机停止转
动,排水阀通电,打开排水阀门排水。当水位低到一定程度时,满足安全条件,
脱水电动机接通,电机带动脱水桶高速旋转,利用离心力把衣服上的水从桶壁的
小眼里甩出。全部洗衣工作完成后,由蜂鸣器发出音响,表示衣物已洗干净。
1.2 洗衣机硬件电路设计
1.2.1 洗衣机总体设计框图
椭圆型表示指示灯:从上到下依次为强洗、弱洗、洗涤次数、洗衣定时、脱
水定时、洗衣剩余时间、脱水剩余时间。
电动机正转为强洗,正反交替转动设定为弱洗,初始设定的状态为强洗,若
要选择弱洗模式需按下增加按键,再次按下选择按键,则表示洗涤次数的指示灯
被点亮,选择增加或减少按键对时间进行加减。然后对脱水时间设定,最后按下
启动键,洗衣机开始工作。
3
图一 总体设计框图
1.2.2 元器件介绍
(1)STC51 单片机
STC89C51 系列单片机是宏晶科技推出的新一代超强抗干扰/高速/低功耗的
单片机,是 MCS-51 系列单片机的派生产品;它们在指令系统中、硬件系统和片
内资源与标准的 8052 单片机完全兼容,DIP-40 封装系列与 8051 为 pin-to-pin
兼容,指令代码是与 8051 完全兼容的单片机。STC89C51 单片机具有增强型 12
时钟/机器周期、6 时钟机器/周期任意选择,工作电压为 5.5V-3.4V(5V 单片机)
/3.8V-2.0V(5V 单片机);工作频率范围:0-40MHZ,相当于普通 8051 的 0-80MHZ。
实际频率可达 48MHZ。用户应用程序空间为 4K/8K/13K/16K/20K/32K/64K 字节 ;
片上集成 1280 字节/512 字节 RAM;有 32/36 个通用 I/O 口,P1/P2/P3/P4 是准
双向口;集成 ISP(在系统可编程)/IPA(在应用可编程),无需专用的编程器/
仿真器,可通过串行口(P3.0/P3.1)直接下载用户程序,8K 程序 3 秒就可以完
成一片,具备 EEPROM 功能,工作温度范围在 0-750,共有 3 个 16 位定时器/计
数器,其中定时器 T0 还可以当成 2 个 8 位定时器使用;封装形式有 DIP-40,
PLCC-44,PQFP-44 等。本文选取的是 DIP-40 引脚的。
(2)74LS38
51 单片机
电动机
蜂 鸣
器
38
译
码
器
选择 增加
减少 启动
进水
出水
数 码 管 1
(显示时间)
反
转
正
转
开 始 / 暂
停
数 码 管 2
(显示时间)
4
74LS138 为 3 线-8 线译码器,共有 54/74S138 和 54/74LS138 两种线路结构
型式,其中 74LS138 工作原理:当一个选通端为高电平,另两个选通端和为低电
平时,可将地址端(A、B、C)的二进制编码在一个对应的输出端以低电平译出。
表一 74LS138 真值表
输 入
输 出
S
1
S
2
S
3
A
2
A
1
A
0
Y
0
Y
1
Y
2
Y
3
Y
4
Y
5
Y
6
Y
7
0 × ×
× 1 ×
× × 1
1 0 0
1 0 0
1 0 0
1 0 0
1 0 0
1 0 0
1 0 0
1 0 0
× × ×
× × ×
× × ×
0 0 0
0 0 1
0 1 0
0 1 1
1 0 0
1 0 1
1 1 0
1 1 1
1 1 1 1 1 1 1 1
1 1 1 1 1 1 1 1
1 1 1 1 1 1 1 1
0 1 1 1 1 1 1 1
1 0 1 1 1 1 1 1
1 1 0 1 1 1 1 1
1 1 1 0 1 1 1 1
1 1 1 1 0 1 1 1
1 1 1 1 1 0 1 1
1 1 1 1 1 1 0 1
1 1 1 1 1 1 1 0
(3)晶振
晶振全称为晶体振荡器,其作用在于产生原始的时钟频率,这个频率
经过频率发生器的放大或缩小后就成了电脑中各种不同的总线频率。以声卡为例,
要实现对模拟信号 44.1kHz 或 48kHz 的采样,频率发生器就必须提供一个
44.1kHz 或 48kHz 的时钟频率。如果需要对这两种音频同时支持的话,声卡就需
要有两颗晶振。但是娱乐级声卡为了降低成本,通常都采用 SRC 将输出的采样
频率固定在 48kHz,但是 SRC 会对音质带来损害,而且现在的娱乐级声卡都没
有很好地解决这个问题。 晶振一般叫做晶体谐振器,是一种机电器件,是用电
损耗很小的石英晶体经精密切割磨削并镀上电极焊上引线做成。这种晶体有一个
很重要的特性,如果给它通电,它就会产生机械振荡,反之,如果给它机械力,
它又会产生电,这种特性叫机电效应。他们有一个很重要的特点,其振荡频率与
他们的形状,材料,切割方向等密切相关。由于石英晶体化学性能非常稳定,热
膨胀系数非常小,其振荡频率也非常稳定,由于控制几何尺寸可以做到很精密,
因此,其谐振频率也很准确。根据石英晶体的机电效应,我们可以把它等效为一
个电磁振荡回路,即谐振回路。他们的机电效应是机-电-机-电..的不断转换,由
电感和电容组成的谐振回路是电场-磁场的不断转换。在电路中的应用实际上是
把它当作一个高 Q 值的电磁谐振回路。由于石英晶体的损耗非常小,即 Q 值非
常高,做振荡器用时,可以产生非常稳定的振荡,作滤波器用,可以获得非常稳
定和陡削的带通或带阻曲线。
5
图二 STC89C51 单片机元件图
图三 晶振实物图
(4)蜂鸣器
蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器,采用直流电压供电,广泛应用于计
算机、打印机、复印机、报警器、电子玩具、汽车电子设备、电话机、定时器等
电子产品中作发声器件。 ;蜂鸣器主要分为压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器两种
类型。蜂鸣器在电路中用字母“H”或“HA”(旧标准用“FM”、“LB”、“JD”
等)表示。
蜂鸣器的结构原理
1.压电式蜂鸣器 压电式蜂鸣器主要由多谐振荡器、压电蜂鸣片、阻抗匹
配器及共鸣箱、外壳等组成。有的压电式蜂鸣器外壳上还装有发光二极管。多谐
振荡器由晶体管或集成电路构成。当接通电源后(1.5~15V 直流工作电压),多谐
振荡器起振,输出 1.5~2.5kHZ 的音频信号,阻抗匹配器推动压电蜂鸣片发声。
压电蜂鸣片由锆钛酸铅或铌镁酸铅压电陶瓷材料制成。在陶瓷片的两面镀上银电
极,经极化和老化处理后,再与黄铜片或不锈钢片粘在一起。
2.电磁式蜂鸣器 电磁式蜂鸣器由振荡器、电磁线圈、磁铁、振动膜片及外
壳等组成。接通电源后,振荡器产生的音频信号电流通过电磁线圈,使电磁线圈
产生磁场。振动膜片在电磁线圈和磁铁的相互作用下,周期性地振动发声。
P1.0/T2
1
P1.1/T2EX
2
P1.2/ECI
3
P1.3/CEX0
4
P1.4/CEX1
5
P1.5/CEX2
6
P1.6/CEX3
7
P1.7/CEX4
8
RST
9
P3.0/RxD
10
P3.1/TxD
11
P3.2/INT0
12
P3.3/INT1
13
P3.4/T0
14
P3.5/T1
15
P3.6/WR
16
P3.7/RD
17
XTAL2
18
XTAL1
19
VSS
20
P2.0/A8
21
P2.1/A9
22
P2.2/A10
23
P2.3/A11
24
P2.4/A12
25
P2.5/A13
26
P2.6/A14
27
P2.7/A15
28
PSEN
29
ALE/PROG
30
EA/VPP
31
P0.7/AD7
32
P0.6/AD6
33
P0.5/AD5
34
P0.4/AD4
35
P0.3/AD3
36
P0.2/AD2
37
P0.1/AD1
38
P0.0/AD0
39
VCC
40
U1
P89C51RC2BN/01
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