基于单片机的全自动洗衣机控制系统的设计(编辑修改稿)

基于单片机的全自动洗衣机控制系统的设计(编辑修改稿)内容摘要：

、 12864 液晶显示器、蜂鸣器、控制电路、驱动电路、水位监测单元及复位电路构成。 洗衣机控制器采用带字库的液晶显示器 12864 4 提供诸如： 进水、洗涤、漂洗、甩干、结束等状态以及控制时间的显示。 通过按键来提供相应的操作，来选择相应的洗衣流程。 对于这次毕业设计课题 则通过一个直流电机来代替洗衣机的电机的交流电机，相应的转速和方向来通过专用的电机驱动芯片 H 桥电路以及 PWM 来模拟洗衣机的洗涤过程。 有一个液体压力传感器来检测相应的水位，判断是继续进水还是停止进水。 当洗涤结束以及相应的误操作蜂鸣器会发出警报，同时电机立即停止转动，免生危险。 为了防止孩童玩耍带来的后果，开机前会有一个开机认证。 只有通过专用的秘钥认证，才能开机。 秘钥采用 USB接口，在 DATA+与 DATA配置不同的电阻，通过单片机自带的 AD 检测电压来进行验证。 其工作原理见图 12。 图 12 原理框图 由于方 案 2 采用了液晶作为显示单元，且使用了友好的交互式人机界面，比较新颖。 且考虑到设置童锁功能，安全性能比较高，故采用方案 2 作为本次毕业设计的最终方案。 5 2 系统硬件电路的设计 目前主要应用的单片机机型 (1) Intel 公司的单片机 Intel 是最早推出单片机的公司之一，主要有 MCS4 MCS51 系列 8 位单片机和 MCS96 系列的 16 位单片机。 在 20世纪八、九十年代， MCS51 和 MCS96 曾经是我国最流行的单片机，得到广泛的应用。 这几年 Intel 公司注重于奔腾系列微处理器，没有推出新 的单片机。 (2) ARM 微处理器 ARM 处理器的三大特点是：耗电少功能强、 16 位 /32 位双指令集和合作伙伴众多。 ① 体积小、低功耗、低成本、高性能； ② 支持 Thumb（ 16 位） /ARM（ 32 位）双指令集，能很好的兼容 8 位 /16 位器件； ③ 大量使用寄存器，指令执行速度更快； ④ 大多数数据操作都在寄存器中完成； ⑤ 寻址方式灵活简单，执行效率高； ⑥ 指令长度固定。 在本洗衣机控制系统中，要求洗衣机应具有按照用户设定洗衣量、洗涤漂洗时间及次数。 反应剩余时间等参数，自动按照设定的流程来洗涤衣物，并能自动控制洗衣机电机、进水阀 、出水阀等工作，同时要求有七个按键输入和并行液晶显示电路，因此该系统是一个多输入、多输出系统。 若用 Intel 的 51 系列单片机，一方面需要对 I/O 进行扩展，另一方面又需要对存储空间进行扩展。 同时由于 51 单片机驱动能力有限，需外加驱动电路，使得硬件电路过于复杂。 综合上述考虑，决定选用内部有 A/D 转换器、驱动能力强的意法半导体公司（ ST）出产的芯片， STM32F103CBT6。 STM32F103CBT6 是基于 ARM CortexM3 内核设计，片上集成有丰富的数字和模拟资源，允许最高 72 MHz 的工作频率，是一 款性价比很高的 32 位 ARM 处理器，是低成本 ARM 嵌入式应用的极佳选择。 6 硬件各模块简介 微处理器 STM32F103CBT6 本设计使用到的控制器 STM32F103CBT6 采用了 LQFP48 封装，引脚排列如图 21所示。 图 21 引脚图 引脚定义如表 2 2 23 所示。 引脚资源分配如表 24 所示。 表 21 STM32F103CBT6 引脚功能说明表 1 管脚名 类型 特殊功能 VBTA 电源 PC13TAMPERRTC I/O TAMPERRTC PC14OSC32_IN I/O PC15OSC32_OUT I/O OSC_IN I OSC_OUT O NRST I/O VSSA 电源 7 表 22 STM32F103CBT6 引脚功能说明表 2 管脚名 类型 特殊功能 VDDA 电源 PA0WKUP I/O WKUP/USART2_CTS ADC12_IN0/TIM2_CH1_ETR PA1 I/O USART2_RTS/ADC12_IN1/TIM2_CH2 PA2 I/O USART2_TX/ADC12_IN2/TIM2_CH3 PA3 I/O USART2_RX/ADC12_IN3/TIM2_CH4 PA4 I/O SPI1_NSS/USART2_CK/ADC12_IN4 PA5 I/O SPI1_SCK/ADC12_IN5 PA6 I/O SPI1_MISO/ADC12_IN6/TIM3_CH1 PA7 I/O SPI1_MOSI/ADC12_IN7/TIM3_CH2 PB0 I/O ADC12_IN8/TIM3_CH3 PB1 I/O ADC12_IN9/TIM3_CH4 PB2/BOOT1 I/O PB10 I/O I2C2_SCL/USART3_TX PB11 I/O I2C2_SDA/USART3_RX VSS_1 电源 PB12 I/O SPI2_NSS/I2C2_SMBAI/USART3_CK/TIM1_BKIN PB13 I/O SPI2_SCK/USART3_CTS/TIM1_CH1N PB14 I/O SPI2_MISO/USART3_RTS/TIM1_CH2N PB15 I/O SPI2_MOSI/TIM1_CH3N PA8 I/O USART1_CK/TIM1_CH1/MCO PA9 I/O USART1_TX/TIM1_CH2 PA10 I/O USART1_RX/TIM1_CH3 PA11 I/O USART1_CTS/CANRX/TIM1_CH4/USBDM PA12 I/O USART1_RTS/CANTX/TIM1_ETR/USBDP PA13/JTMS/SWDIO I/O 8 表 23 STM32F103CBT6 引脚功能说明表 3 管脚名 类型 特殊功能 VSS_2 电源 VDD_2 电源 PA14/JTCK/SWCLK I/O PA15/JTDI I/O PB3/JTDO I/O PB3/TRACESWO PB4/JNTRST I/O PB5 I/O I2C1_SMBAI PB6 I/O I2C1_SCL/TIM4_CH1 PB7 I/O I2C1_SDA/TIM4_CH2 BOOT0 I PB8 I/O TIM4_CH3 PB9 I/O TIM4_CH4 VSS_3 电源 VDD_3 电源 9 表 24 引脚资源分配 I/O 引脚 功能 PA3 13 输入，按键 S1:上选项 PA7 17 按键 S3：下选项 PA8 29 按键 S5：左选项 PA11 32 按键 S6：右选项 PA12 33 按键 S7：确认选项 PB1 19 微动开关 S2：水位 PB5 41 微动开关 S4：机盖 PA2 12 蜂鸣器 PB6 42 继电器： K1 进水阀 PB7 43 继电器： K2 出水阀 PA0 10 电机正转控制 PA1 11 电机反转控制 PA4 PA5 PA6 PB8 PB9 PB10 PB11 PB12 PB13 PB14 PB15 14 15 16 45 46 21 22 25 26 27 28 12864 液晶屏的控制接口与数据接口 PB0 18 童锁：芯片模数转换接口 10 电源电路 模块 如图 22 所示，由于系统中存在感性元件 (电机、继电器、蜂鸣器 )运行会拉低系统电压，导致液晶灰度调节值偏出相应范围，故电源采用两节锂电池串联供电，提供 的电压。 采用 稳压管，输出的 供给单片机、按键和蜂鸣器。 并且加入 ASM11175 专门供给液晶的灰度调节端口使用。 而相应的电机、继电器等大功率感性元件则直接接入。 图 22 电源原理图 按键模块 洗衣机控制系统需实现以下功能：进水、洗涤、漂洗、甩干、结束等状态以及控制时间的显示。 在使用中通过按键来 提供相应的操作，选择相应的洗衣流程。 在洗衣机控制板上设有 S S S S S7 五个人机交互按键。 各按键实现的功能见表 25 所示。 表 25 按键功能分配表 代号 功能 具体功能 S1 上选项 控制人机交互界面菜单选项向上功能 S3 下选项 控制人机交互界面菜单选项向下功能 S5 左选项 控制人机交互界面菜单选项向左功能 S6 右选项 控制人机交互界面菜单选项向右功能 S7 确认选项 控制人机交互界面菜单选项的选定 /退出功能 11 其电路原理见图 23 所示。 图 23 交互式按键原理图 考虑到洗衣机中的水位检测和机盖报警的实现会有使用及演示等不方便因素，故而在控制板上使用 S2 和 S4 两个 微动开关代替。 其中 S2 代替水位检测传感器， S4代替洗衣机机盖报警传感器。 其原理如图 24 所示。 图 24 微动开关原理图 硬件部分采用下拉电路，采用 10K 欧的电阻作为下拉电阻，这样流过的电流会比较小，而且又能起到相应的传输信号的作用。 对于逻辑上：按键按下， CPU 接收的是高电平。 按键松开， CPU 接收的是低电平。 开机后，软件不断检测 PA PA PA PA1 PA12 的输入。 当有键按下时， 12 软件便会检测到此按键输入口的高电平。 根据扫描到的管脚的电平，来判断相应的按键被按下。 采用软件消抖的方式，需要再检测到按键按下之后延时 20ms,再一次进行检测，只有两次都检测到同一个按键时，才进行相应的动作。 报警器模块 在本设计拥有全自动洗衣机的故障自诊断功能。 为避免洗衣机出现问题或故障，保证洗衣机的安全工作，在洗衣机运行过程中出现故障时，应立即发出蜂鸣声报警，以提醒用户及时处理。 具体实现方式：首先洗衣机电源接通，按键、门开关、水位传感器等输入信号传输给单片机，单片 机结合内部时钟信号，不断地对接收到的信号进行分析，并判断当前工作状态是否正常，若出现异常情况，则进行蜂鸣报警。 在本设计中，报警装置采用小型无源蜂鸣器。 无源蜂鸣器是靠压电效应的原理来发声的，压电材料 ,一般常见的是各种压电陶瓷。 这种材料的特别之处在于 ,当电压作用于压电材料时 ,就会随电压和频率的变化产生机械变形。 另一方面 ,当振动压电陶瓷时 ,则会产生电荷。 就是说这种材料能把机械变形和电荷相互转化，压电式蜂鸣器里面的起振片 ,就是一种压电陶瓷。 如上所述 ,要让它振动 ,除了压电陶瓷本身 ,还需要适当大小和频率变化的电压作用于压电陶瓷。 压电式 (有源 )蜂鸣器内部带有多谐振荡器 ,可以产生 — 的电压信号 ， 由此压电式蜂鸣器才能发声。 无源蜂鸣器原理如图 25 所示。 图 25 无源蜂鸣器原理图 13 蜂鸣器的一端接到 VCC 电源上面，蜂鸣器的另一端接到三极管的集电极极 C，三极管的基级 B 经过限流电阻 R19 后由单片机的 PA2 引脚控制，当 PA2 输出低电平时，三极管 Q3 截止，没有电流流过线圈，蜂鸣器不发声；当 PA2 输出高电。