洗衣机控制器设计

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1、洗衣机控制器硬件设计洗衣机控制器硬件设计一概述 二电源线路 三，选择单片机 四复位电路 五 . 按键、显示电路按键、显示电路 六可控硅及其控制电路可控硅及其控制电路 七水位检测电路 八音乐蜂鸣电路音乐蜂鸣电路 九盖开关检测线路 十模糊检测电路模糊检测电路 十一. EEPROM 电路一概述 洗衣机控制器的作用，顾名思义，就是要实现对洗衣机的各种自动控制。如何着 手进行一台洗衣机控制器的设计，从硬件角度，需要哪些基本模块，这些模块需具备 什么功能，怎样工作的，设计时元器件参数如何选择，有哪些地方需要特别注意，这就是 本说明书将要阐述的内容。 为此目的，在开始设计控制器之前，我们需要先对洗衣机的整体

2、结构及工作流程有个 初步的了解，知道洗衣机有哪些东西需要控制？洗衣机对控制器有什么要求？ 下面我们将 以金羚洗衣机厂的 XQB60-768B 为例，对洗衣机、主要是洗衣机控制器逐一展开描 述。 洗衣机是为了减轻人们洗涤衣物这种劳动而发明的一种家用电器，为着了解洗衣机的 工作过程和基本动作，我们不妨简单地回顾一下手工洗涤的过程： 1. 首先将待洗涤的衣物放入盆中 2. 加入洗涤剂、洗衣粉等 3. 注入清水 4. 浸泡一段时间（视情况可省略此环节） 5. 用手搓洗 6. 将衣物从盆中取出、拧干 7. 倒掉污水 8. 注入清水重复 58 步，23 个循环，衣物洗净。 洗衣机的工作即是模拟手工洗涤的过

3、程： 1. 第一步还是要人来干的。将待洗涤的衣物放入洗衣机桶中。 2. 第二步也需要人预先将洗涤剂等放入洗衣机内有关的容器中，或届时直接加入洗 衣机桶内也可以。 从第三步开始，就是洗衣机要做的事了，下面逐一叙述，并顺便介绍一些专用术语， 这些术语后面会经常用到；3. 注入清水专业术语叫“进水” ，洗衣机装有一个（或两个）控制进水的开关 “进水阀” ，进水的具体实现就是将进水阀打开，让水流入桶内，水量达到要求后关闭进 水阀，停止进水。细心的读者会发现，这里有个问题：就是水量控制的问题。手工操作时， 是靠人观察水量，水够了，就停止加水。洗衣机是怎么控制的呢？自动控制的洗衣机必需 能感知水量的多少，

4、这里引入一个新的名词“水位检测” 。负责检测水位的传感器叫 “水位计” ，早期的洗衣机使用机械式水位计，现在大多使用鉴频式电子水位计，它与电控 板中的电路组合起来，构成一个振荡器，洗衣机桶内水位高低不同，产生不同的压力，通 过连接胶管，迫使水位计中的磁芯位置发生变化，因此水位计中的电感量就发生变化，导 致振荡器的振荡频率随之改变，电控板的 MCU 检测到不同的频率，就可以判定目前水位 是否满足要求，以确定是否要关闭进水阀。 4. 浸泡洗衣机根据操作者的选择和不同的洗涤程序，来确定是否需要浸泡，以及 浸泡多长时间。 5. 洗涤洗衣机通过改变洗衣桶和水流的旋转方向来模拟手工搓洗。顺时针旋转：业内通

5、称“正转”逆时针旋转：业内通称“反转” 6. 排水手工操作的第 6、7 步，在洗衣机自动运行时，其次序倒过来完成：先将 污水排除，业内通称“排水” 。通过排水电机将连接排水管的阀拉开，使污水排除机外。 （对于某些具上排水功能的机型，则是排水电机打开后，将污水泵出机外。滚筒洗衣机就 用上排水，波轮洗衣机也有某些型号是采用上排水的） 7. 脱水通过高速旋转，利用离心力，将水分从衣物中分离出来。业内通称“脱水、 甩干” 。整个脱水过程，排水电机保持开通状态。使分离出的水分继续流出机外。 8. 此后重复 38 步，循环遍数由程序确定。直至衣物洗净。从上面的描述中，我们已经知道，一台洗衣机要完成基本的洗

6、涤功能，最起码要有以 下几种部件：进水阀、排水阀、能进行正、反两个方向旋转的电机，这就是洗衣机控制 器需要控制的几个基本对象。再加上水位计、还有为方便使用者而必需设置的人机 界面装置：按键、显示等，这些就构成了洗衣机控制器的总体需求的概况。下面就是金羚洗衣机厂的 XQB60-768B洗衣机控制器的总框图，其中有些模块， 前面尚未提及，后面我们将一一给以说明。电 源 YUANY YYYYY YYYYY YYYYY YYY 源驱动 MCU 排水阀/泵电机正转电机反转功能键水位传感器安全开关蜂鸣及报警显示单元电压过零检测EEPROM进水阀图 1 XQB60-768B洗衣机控制器总框图洗衣机控制器的基

7、本性能和基本参数是从用户提供的技术协议书中节录下来 的： 3 基本性能基本性能 3.1 电源:220V15%(187V253V)，50Hz/60Hz。 3.2 工作温度:050。 3.3 可完成浸泡、洗衣、漂洗、脱水多种组合程序。 3.4 具有模糊、标准、牛仔、快速、轻柔、迷你洗、毛毯和洁桶 8 种程序。 3.5 具有 10 档水位。 3.6 具有自动跳电功能。 3.7 具有脱水不平衡处理功能。 3.8 具有故障报警功能。 3.9 具有无水检查功能。 3.10 具有连续运转功能。 3.11 时间误差在1%或 0.1 秒以内。 3.12 具有模糊功能。4 基本参数基本参数 4.1 进水控制电流不

8、小于 0.5A(峰值电流 3A 以下)。 4.2 电机正/反转控制电流不小于 3A(峰值电流 8A 以下)。 4.3 牵引器控制电流不小于 1.5A(峰值电流 3A 以下)。 4.4 程控器在小于 253V的电压下工作,变压器的温升应小于 53K。二电源线路电源线路为整个控制器提供直流工作电源。进行电源线路设计时，首先要 考虑的问题就是要满足控制器的所有电压和功率需求。在尚未开始其它模块的 工程设计以前，可以根据技术协议书或客户以其它方式提出的总体要求， 对控制器需要的电源电压种类和功率需求作一个概略的估算，以作为电源线路 设计的依据。当然，先设计完其它电路，回过头来再设计电源线路，也是可以

9、的。 现在的控制器（不限于洗衣机） ，通常都以+5V 做主工作电源。以XQB60- 76XB 系列的控制器 为例，它有 35 个 LED 灯、一个两位的数码管、5 个可控硅。这些是+5V 耗能的主要器件，但它们或是以扫描方式工作，或以分时方式工作，根据经验，它们 可能同时工作需要的最大电流，加上控制器其它模块所需的+5V 电流，应 120 mA 。另 外有一个继电器，使用+12V 电源，蜂鸣器也用+12V 做电源，+12V 电流需求约 50 mA 。根据估算，我们对这款机型所需的电源要求，就有了一个基本轮廓：能提供 2 种电源：+5V 150 mA 和 +12V 60 mA.，大家看到，这里电

10、流值加大了，因为电源设计时， 通常需要留出一些余量，以防出现某些异常状况时，电源模块不致轻易损坏。 以前洗衣机控制器的电源线路大多使用线性电源，即使用变压器作降压。 这种电源的优点是性能可靠，工作稳定，但缺点也很多，如体积较大，待机功 耗太大，输入电压范围太窄等。2008 年 12 月 18 日，欧委会在其官方公报 OJ L339 公布了委员会条例 （EC）No1275/2008，就家用和办公用电子电气设备待 机和关机模式电能消耗的生态设计要求，执行欧洲议会与理事会指令 2005/32/EC，这标志着欧盟 EuP 指令的第一个实施措施正式出台。该法规 对家用和办公用电子电气设备待机和关机模式电

11、能消耗的生态设计作了具体要 求,第一阶段：实施措施生效1年后 （即2010年-01-07）投入市场的产品，在 关机模式或待机/重新启动模式下功耗不得超过1W，而具有显示功能的待机或重 新启动模式功耗不得超过2W；第二阶段：在实施措施生效 4 年后（即 2013 年-01-07）投入市场的产品， 关机模式或待机/重新启动模式功耗不得超过 0.5W，而具有显示功能的产品待 机或重新启动模式功耗不得超过 1W。这样对电源的设计要求就提高了，一般的线性电源很难达到这个要求。 所以本控制器采用了开关电源的设计，85-265V 交流输入， 1 路+5V 输出， 1 路+12V 输出， 下面就是电源模块的电

12、路图：C 1032.2nF/1KVC 1024.7uF /400VC 104100ND 107U F 4007 D O -41FB4D5BP3S1S2S7S8U 105LN K 364P N D IP -8BR 103200K 1/4WC 101 4.7uF /400VL101 1m HLND101 M7D104M7D102M7 D103 M71243U109PC817CL310uH 位位L910uH 位位D 6U F 4007 D O -41D 7U F 4007 D O -41C 1322200uF /16V 低低低低C 5330uF /25V 低低低低C 7220uF /25VZ D 1

13、3.9V 2% 1/2W D O -35C 1341000uF /10VC 133100NC 99 100NC 135100NC 98100N+12V+5VR 156330 R 101511567109T1TRF-6C105100N 275V X2Z N R 106 14D 561KNR15333R 1W1 2CN101图 2 电源模块电路采用隔离式结构，这种结构输入输出之间交互影响较小，参见其它同类线路， 大家可以看到，我们省掉了一个三端稳压器 7805 。这既节省了成本，又简化了结构，方 便 PCB 排版。 集成开关电源选用 LNK364 这种芯片： 使用外围元件较少，输入电压适应范围宽：

14、85V 265V 功率大，在开放式环境下可达 6W 空载能耗低： Vebo 三极管导通V分 100，所以基极电阻用 2.2K 已足以 使其进入饱和。 按照规格书，点亮 LED 的电流 IF 20 mA，但根据经验和实际测试效果，IF在 7-8 mA 就完全能点亮 LED，在满足亮度要求的前提下，限流电阻 R142R149 可选为 200 300， 本机用 220。 R157、R158、R159、R160 的作用是当列选三极管被关断时，为其发射极关联的电路 提供一个电荷释放通道。这些电阻在以往的设计里是没有的，那样，有的控制器在使用某 些厂家的 LED 时，有可能出现 LED 不该亮时，而呈现微

15、亮（或称暗亮）的现象。R157R160 取值 100K，对电路的正常显示工作无影响。仅增加了 40.05mA 的负载。按键与行选共用同一个 I/O 口，以 SW1 为例：与 LED1、LED10、LED19、LED28 共用 RD1 口，其间用 R126 隔离，R126 = 10K，在显示状态下， 因 R126 的存在，由于它远大于 显示支路在 RD1 输出为“0”时的阻抗，所以不会妨碍显示；而在读键期间，按键的通断 状态则可以通过 R126 送达 RD1。 R180 的作用是在按键不动作时，为端口提供一个高电平，以示按键未按下。如果使 用的是具有内部上拉的端口 ，此电阻可省略。取值 10K，

16、起限流作用。六可控硅及其控制电路可控硅及其控制电路SCR106 SANREXTMG8C80FR135 51 1/2WC121 10N/1250VC122 100N位位12CN103CWB(位位)/HEADER TJC46-2A 位AR110120R109120R108220R111220R112220D105LL4148R114220IN11IN22IN33IN44IN55IN66IN77COM8VCC9OUT710OUT611OUT512OUT413OUT314OUT215OUT116U102ULN2003RD42RD53RD64RD75VSS6VDD7RB0/AN128RB1/AN109RB2/AN810RB3/A