基于单片机的洗衣机智能控制系统

基于单片机的洗衣机智能控制系统内容摘要：

便宜的多，虽然目前 DALLAS 公司所推行 的高速 8051(HSM)已渐渐威胁到 ATMEL 的地位，不过它目前所推出的 51 系 列含有更高的速度和增加了更多功能，未来和 DALLAS 公司所推出的 8051 都值得消费者注意。 为了方便14让读者选购 ATMEL 公司出产的 MCS51，以下 介绍其 IC 编号所代表的意义：ATMEL 公司生产的各版本 MCS51 编号如下：组件编号程序内存(Program Memory)数据存储器容量(Data Memory Bytes)16bit 定时器(16bit timer)AT89C1051 1K Flash 64 RAM 1AT89C2051 2K Flash 128 RAM 2AT89C51 4K Flash 128 RAM 2AT89C32 8K Flash 256 RAM 3AT89C55 20K Flash 256 RAM 3AT89S8252 8K Flash256 RAM2K EEPROM3AT89S53 12K Flash 256 RAM 3由于 AT89C51/52/55 是一般较为通用的 MCU，我们就把它与 8051/8052 做功能上的比较，其所增加功能如下 ：151. 具有 4K/8K Bytes 可重复规划的快闪记忆体(Reprogrammable Flash Memory)，可写入/抹除 1000 次以上，程序可保存 10 年以上。 2. 操作频率:0MHz~24MHz(AT89C55 为高速可达 33MHz)。 3. 操作电压：5V。 4. AT89C51 具有两层优先权的 5 个中断向量结构，AT89C52/55 具两层优先权的 6 个中断向量结构。 5. 三个可规划的记忆体上锁位。 6. ALE 脚可规划为，只在执行 MOVC 和 MOVX 时才动作。 (可减少 EMI，因为方波的电磁干扰很大) 7. AT89C52/55 的计数器 2 共有四种操作模式: 1）捕获(capture)。 2）自动重载(autoreload)(往上或往下计数)。 3）鲍率产生器(baud rate generator)。 4）时钟输出(clockout)。 其中第(2)种操作模式增加了可往上或往下计数的功能(一般为上数功能)， 第(4)种操作模式为新增加的功能，利用 可以规划出 50%责任周期的 时钟输出。 而 AT89S53 增加了一个相当令人注意的功能：ISP，这个功能使得程序可经 由 ISP(InSystem Reprogrammable)接口下载，其具有 12K 可可重复规划的快 闪记忆体，可写入/抹除 1000 次以上，使得使用者更加方便使用。 Dallas 家族介绍： 16Dallas 公司所出产的 8051 家族，一般都是用在对高速有严格要求之下才会考虑使用，一般统称为高速微控器(HSM)，目前较为常用得有 DS80C310 和DS80C320，如果考虑高速动作这两颗是一般常用的微控器，而且价格和其它高速微控器来比是较为便宜的，但唯一的缺点是其内部没有 ROM，一般都是外接EPROM，但不能超过 64K 位组，由于在高速动作，所以周边的 IC 存取速度就需要相当的注意，以 74HC373 来说，就要换成 74F373，在 EPROM 的存取速度也要配合微控器的振荡器频率，一般模拟所用的 ICE 是无法做高速模拟的所以必须使用 Dallas 公司自己出产的 ICE；以往 Dallas 公司所标榜的是高速微控器，但目前华邦公司也出厂了高速微控器(40MHZ)，其速度不输于 Dallas 的产品，如果设计上对速度有严格的要求，倒也可以考虑一下华邦的 W78E51/52 /54/58，但假设你要整合性强又要高速的话 DS87C550 或许可以满足你的要求。 以下介绍其 IC 编号所代表的意义：Dallas 公司出产的各版本 MCS51 编号如下：17组件编号程序内存(Program Memory)定时器/计数器串联 I/O(Serial I/O)DS80C310 NO 3 1DS80C323 NO 3+WDT 2DS87C520 16KB EPROM 3+WDT 2DS83C530 16KB EPROM 3+WDT 2DS87C530 16KB EPROM 3+WDT 2DS87C550 8KB EPROM 3+WDT 2WDT：看门狗计时器 Serial I/O：UART 一般常用的为 DS80C310 和 DS80C320，我们就把它与 80C32 做功能上的比较，其所增加功能如下 ： DS80C310：1. 有两组 DPTR，一般只有一组。 2. 振荡器频率范围：0~33MHZ，一个机械周期需 4 个振荡周期，一般为 12 个振荡周期。 3. 可变机械周期的 MOVX 指令，用来配合 ROM 或周边组件的读取速度。 4. 有 6 个外部中断，一般只有/INT0 和/INT1。 5. 有两层优先权的 10 个中断，因为外部中断多了 4 个。 DS80C320 除了具有 DS80C310 外，还增加了一些功能： 1. 有 13 个中断源，其中包含了 6 个外部中断。 182. 有看门狗计时器(Watchdog timer)的功能。 3. 提早警告电源失效中断。 4. 电源下降自动重置(Rest)功能。 目前 Dallas 公司所出产的微控器除了以上介绍的功能外，更添加了其它的功能，而且是百分之百和 8051 兼容，这使得使用者在设计时更加的方便，现就以 DS87C520 为例： 1. 有 OTP(只能烧录一次)和 EPROM(可多次烧录)版本，增加使用的弹性。 2. 可用软体规划特殊功能暂存器(SFR)，控制 ALE 脚对 EMI 干扰。 3. 可用软体规划特殊功能暂存器(SFR)，控制指令周期速度为247。 64 或是247。 1024，一般内定247。 4(8051 为247。 12)。 4. 可用 MOVX 指令读取内部 1K Bytes 的 SRAM(一般只有 256 Bytes 的资料记忆体)。 5. 内部的 16K Bytes 的 ROM，可用软体规划特殊功能暂存器(SFR)，成为从 0到 16Kbytes 的 ROM 使用。 由于 Dallas 的微控器增加了许多的功能，如果使用者有需要使用的话，就必须事先在程序中定义特殊功能暂存器(SFR)，否则在组译时会产生错误的讯息，但如果你没有使用到这些特殊功能，就不需去定义，这是在使用 Dallas 微控器时必须注意的事情。 目前在 8 位微控器的市场，有 Microchip 公司出产的 PIC16CXX，其特色为省电、低功率，而且对于周边的电路整合性比 8051 强，因为其内部有些已内建A/D、PWM、I2C、LCD 控制功能，这让使用者有更多选择的空间，如果读者有兴趣也可上网()查看该公司的资料，而且也可向该公司索取资料；另外还有 Motrola 公司所出产 68HC05，该公司所出产的微控器在工业界更是占有一席之地，其使用者和 8051 相比是不相上下；ATMEL 公司目前也相当积19极在推动 AVR 微控器，而且它还提供整套发展工具给学校做实验，未来的发展值得注意。 综合考虑系统扩展方便性、系统工作可靠性、性价比等因素，系统主机芯片采用 ATMEL 公司所出产的 ATC89C51。 全自动洗衣机的控制逻辑电路如图 2 所示。 它由单片机 AT89C2051 为核心加上有关集成电路及元器件组成。 从图中看出，这个全自动洗衣机控制逻辑电路相当简单。 全自动洗衣机的工作部件有 3 个。 电机是洗衣机的动力源，它的转动带动洗衣桶和波轮的转动，从而时现对衣物的洗涤。 进水阀用于控制洗衣机的进水量。 排水阀用于控制排水。 电机在脱水时还高速旋转带动衣物脱水。 电机的状态有 3 种。 电机一般工作在这三种状态的不断转换之中，从而实现洗涤。 但在脱水时，只工作在正转高速状态。 进水。 从图 2 的控制电路中可以看出：AT89C2051 的 P1 端口中的 ~ 共四条 I/O 线通过 4 块 SP111O 新型固态继电器分别直接驱动洗衣机的这些工作部件。 SP1110 是一种固态继电器，内有发光二极管及光触发双向可控硅，10~50mA 输入电流即可使双向可控硅完全导通，输出端通态电流为 3A（平均值），浪通电流 15A（不重复）。 之所以选用这个器件，是因为它一方面可使电路进一部简化，保证主板的安全。 74LSO5 为六反相器，用其作为中间反相器，其中的 4 个反相器可分别驱动4 个 SP1110 继电器，剩余两反相器用于驱动 LED5 和 LED6。 20 图 22174LS139 为双 24 线译码器，选用它可解决 CPU I/O 线数量的不足。 从控制要求可知，洗衣机有 4 种不同的显示来加以区别。 74LSW139 双 24 线译码器仅占用 CPU 的 和 两口线即可提供 4 种不同显示的驱动， 其逻辑关系是：， 为“11”时 LED1 亮，指示标准程序；为“10”时 LED2 亮，指示经济程序；为“01”时 LED3 亮，指示单独程序；为“00”时 LED4 亮，指示排水程序。 洗衣机的暂停功能和安全保护及防震动功能采用中断处理方式。 这两个中断分别对应于 CPU 的外部中断“0”和外部中断“1”。 中断信号通过 TC4013BP双 D 触发器 的两个 Q/分别加到 CPU 和 口线由触发器锁存直到 CPU响应中断为止。 开盖（安全保护）或不平衡（防振动）中断信号通过由BG1，BG2 组成的反相器送至 TC4013BP 的 11 脚 CP 端，经触发器的第 12 脚（Q/）加到。 本系统对开盖和不平衡中断采取相同的处理方法，因此，共享外部中断“1”。 为了充分利用（CPU 的 I/O 口线， 和 采用分时复用技术，每线具有两个功能。 在洗衣机未进入工作状态或洗衣机处于暂停状态期间， 为输入线，用于监测启动键的状态，当启动键按下时，洗衣机即进入工作状态或从暂停状态恢复到原来的工作状态；在洗衣机暂停中断响应期间， 为输出线，用于撤消暂停中断请求。 在洗衣机进水或排水期间， 被用作输入线，用于监测水位开关状态，为 CPU 提供洗衣机的水位信息；在洗衣机高速脱水期间，当发生开盖和不平衡中断时， 为输出线，用于撤消中断请求信号。 CPU 的 线用于驱动蜂鸣器发出各种告警信号。 4 ,5 脚外接 6MHz 的晶振。 1 脚通过10uF 电容接到+5v 电源，可实现上电自动复位。 K7 为强制复位键。 洗可通过 K1 键进行循环选择。 K1 还具有第二功能，即当洗衣机发生故障转入报警程序后，按下 K1 键可使洗衣机退出报警状态回到处始待命状态。 洗衣机工作程序可通过 K2 键循环选择。 洗衣机的工作状态可通过 LED7~LED9 进行显示。 脱水期间系统在响应开盖或不平衡终止后，CPU 采取软件查询的方式方式通过 线对盖开关进行监测以确定洗衣机是否继续进行脱水操作。 22 工作控制程序设计由 AT89C2051 控制的全自动洗衣机的工作程序框图如图 3 所示。 从程序框图可以看出，这个控制程序也较为简单，所以，占用的存储器容量不大。 上电复位初始化 ，：1，1 ：1扫描K1，K2，K4NY判断 57H相应工作程序序工作时间限制之内Y结束 故障处理程序人工解除从程序框图中可以看出程序的基本流程，系统上电复位后，首先进行初始化，默认标准洗衣工作程序和强洗方式，然后扫描 K1，K2 和启动键 K4，这时23洗衣机处于待命状态。 通过 K1，K2 可分别修改强/弱洗方式和洗衣工作程序。 扫描过程中当发现启动键 K4 按下时，洗衣机即从待命状态进入工作状态。 洗衣机进入工作程序后，系统首先根据 RAM 中 57H 单元的特征字判断洗衣机的洗衣工作程序，若特征字为：01H 为标准程序，02H 为经济程序。 进水操作 置位驱动进水阀开启。 进水期间系统不断检测水位开关 K5 的状态，当检测到 K5 闭合时，说明进水以达到预定水位。 若在规定的 4min 极限内为检测到K5 闭合，说明进水系统发生故障，此时洗衣机退出工作状态，程序跳转到 FW为标号地址的故障处理程序段进行报警，其处理方法是：将 ~ 位全部置“0”，中止洗衣机的各中操作，然后洗衣机以响 1s`停 2s 的规律不断地发出报警信号，直到人工干预即按下 K1 键后为止（按下 K1 后，程序跳转回主程起始地址，洗衣机又回到待命的初始状态）。 在正常情况下，进水期间检测到 K5 闭合时，说明进水以达预定水位，这时洗衣机进入下一程序即洗涤工作。 因为电机在洗涤或漂洗工作时有正、反转和间歇三种状态，所以用 ， 两线才能实现对惦记这三种状态的控制。 其逻辑关系是：， 为“00”时电机间歇，为“01”时正转，为“10”时反转。 洗涤时间为 ，系统通过一条判断指令，判断是否排水。 由控制要求可知，若不排水则为单独程序，这时程序直接跳到结束，否则进入排水进程。 排水时间采用动态时间法确定，其原理是；根据常用的空气压力水位开关的特性（即在进水中当水位达到预定水位时水位开关就接通；在排水中当桶内水位下降 11cm 后，水位开关才断开），在排水过程中若从开始到开关断开所需时间为 D，则整个排水所用时间为 2D+50S（经验值）。 若在规定的 1min 极限时间内，系统检测不到水位开关 K5 断开。