智能洗衣机系统的设计与实现

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1、目录1. 智能洗衣机的设计方案 12. 单元模块设计 12.1 主控制器简介 12.1.1 STC89C52 单片机特点 12.1.2 STC89C52 最小系统电路设计 22.2 洗衣机电机驱动电路设计42.3 显示电路设计 42.3.1 数码管简介42.3.2 数码管显示电路设计62.4 水位检测模块设计 72.5 按键控制模块设计 72.6 蜂鸣器模块设计93. 系统软件设计 103.1 系统软件结构 103.2 主程序流程图 103.3 控制程序流程图 114. 系统调试 124.1 测试环境及工具 124.2 硬件调试 124.3 软件调试 125. 设计总结 146. 参考文献 1

2、5附录1：作品实物图 16附录2：作品原理图 17附录 3：作品 PCB 图 18附录4：作品仿真图 19附录5：作品程序 201. 智能洗衣机的设计方案智能洗衣机系统主要由水位采集模块、驱动模块、显示模块、控制模块四部分组 成。控制模块由按键控制组成，用于实时时间的设置，洗衣机根据控制模块的输入值 选择不同的工作状态。显示模块用于人机信息交换，显示当前工作时间和工作状态。水位采集模块用于采 集当前洗衣机水的深度。智能洗衣机系统的设计方案图如图 1 所示。图 1 智能洗衣机系统的设计方案图2. 单元模块设计2.1 主控制器简介本设计主控制器采用软件编程自由度大，外围模块丰富，硬件电路简单的可编

3、程 控制芯片STC89C52。STC89C52 类具有8位总线的单片机，由于其性价比和集成度高, 受到广大技术开发人员的青睐。2.1.1 STC89C52 单片机特点STC89C52 芯片具有如下特点： STC89C52 是一种低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系统可编程 Flash 存储器。 低 8k 字节 Flash，512 字节 RAM， 32 位 I/O 口线，看门狗定时器，内置 4KB EEPROM，MAX810 复位电路，三个 16 位 定时器/计数器，一个 6 向量 2 级中断结构， 全双工串行口。另外 STC89X52 可降至 0Hz 静态逻辑操作，支持 2

4、 种软件可选择节电 模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工 作。掉电保护方式下， RAM 内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下 一个中断或硬件复位为止。最高运作频率 35Mhz ， 6T/12T 可选。和 atmel 的对比 STC89C52RC 单片机: 8K 字节程序存储空间； 512 字节数据存储空间；内带 4K 字节 EEPROM 存储空间; 可直接使用串口下载； AT89S52 单片机: 8K 字节程序存储空间； 256字节数据存储空间；没有内带EEPROM存储空间； 具有串行在线编程能力； 强大的中断功能； 抗干扰力强；运行环

5、境温度范围为-4 0+85C，适合于工业环境。STC98C52 单片机的所有外围模块的控制都是通过特殊寄存器来实现的，故其程序 的编写相对简单。图 2 STC89C522.1.2 STC89C52 最小系统电路设计 电源电路该电源电路采用直接由电源适配器提供 +5V 电压,经过稳压电路后供 STC98C52 工 作。并且将数字电源与模拟电源通过电感隔离。通过发光二极管指明电源电路工作正 常。电源电路图如图 3 所示。图3电源电路图晶振电路STC89C52RC内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，引脚RXD和TXD 分别是此放大器的输入端和输出端。时钟可以由内部方式产生或外部方式产生。在R

6、XD 和TXD引脚上外接定时元件，内部振荡器就产生自激振荡。定时元件通常采用石英晶 体和电容组成的并联谐振回路。晶体振荡频率可以在1.212MHz之间选择，电容值在 530pF之间选择，电容值的大小可对频率起微调的作用。外部方式的时钟电路如图4所示，RXD接地，TXD接外部振荡器。对外部振荡信号 无特殊要求，只要求保证脉冲宽度，一般采用频率低于12MHz的方波信号。片内时钟 发生器把振荡频率两分频，产生一个两相时钟P1和P2，供单片机使用。RXD接地，TXD接外部振荡器。对外部振荡信号无特殊要求，只要求保证脉冲宽 度，一般采用频率低于12MHz的方波信号。片内时钟发生器把振荡频率两分频，产生

7、一个两相时钟P1和P2，供单片机使用。图 4 晶振电路图2.2洗衣机电机驱动电路设计在本设计中电机驱动电路采用了 H 桥驱动电路，电机驱动电路图如图 5所示。当p26接高电平，p27接低电平时；Q7导通，Q6截止。Q5为NPN,此时Q5基极的 电平高于发射极导通；Q4为PNP，此时Q4基极的电平低于发射极导通。Q3、Q8截止， 电流经Q4到电机，电机到Q5，再经Q5到地，此时电机正转。当p27接高电平，p26 接低电平时；Q6导通，Q7截止。Q8为NPN，此时Q8基极的电平高于发射极导通；Q4 为PNP，此时Q4基极的电平低于发射极导通。Q5、Q4截止，电流经Q3到电机，电机 到Q8,再经Q8

8、到地，此时电机正转。在设计中为了避免电机的反电动势的危害，我们在晶体管的两端接了开关二极管 1N4148，因为电机线圈在电机开闭瞬间的反电动势通过会高过电源，这样对晶体管电 路会有很大影响甚至烧毁。II1IA树11 .II1Dk2R2只|图 5 电风扇驱动电路图2.3 显示电路设计2.3.1 数码管简介LED数码管(LED Segment Displays)是由多个发光二极管封装在一起组成“ 8” 字型的器件，引线已在内部连接完成，只需引出它们的各个笔划，公共电极。LED数码 管常用段数一般为 7 段有的另加一个小数点，还有一种是类似于 3 位“+1”型。位数 有半位，1, 2, 3, 4,

9、5, 6, 8, 10位等等，led数码管根据LED的接法不同分为共阴 和共阳两类， LED 的这些特性，对编程是很重要的，因为不同类型的数码管，除了它们 的硬件电路有差异外,编程方法也是不同的。共阴和共阳极数码管,它们的发光原理 是一样的,只是它们的电源极性不同而已。颜色有红,绿,蓝,黄等几种。led 数码管广泛用于仪表,时钟,车站,家电等场合。选用时要注意产品尺寸颜 色,功耗,亮度,波长等。下面将介绍常用 LED 数码管内部引脚图片 图 6 这是一个 7 段两位带小数点 10 引脚的 LED 数码管 图 6 引脚定义每一笔划都是对应一个字母表示DP 是小数点。1 DIG. 1 DI： 3

10、DIG. 4;E ch *耳1二11,117- 21 J0 5 3图 6 数码管内部结构数码管要正常显示,就要用驱动电路来驱动数码管的各个段码,从而显示出我们 要的数字,因此根据数码管的驱动方式的不同,可以分为静态式和动态式两类。 静态显示驱动静态驱动也称直流驱动。静态驱动是指每个数码管的每一个段码都由一个单片机 的 I/O 端口进行驱动,或者使用如 BCD 码二-十进制译码器译码进行驱动。静态驱动的 优点是编程简单,显示亮度高,缺点是占用 I/O 端口多,如驱动 5 个数码管静态显示 则需要5X8=40根I/O端口来驱动，要知道一个89S51单片机可用的I/O端口才32个 呢：）,实际应用时

11、必须增加译码驱动器进行驱动,增加了硬件电路的复杂性。数码管动态显示接口是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一,动态驱动是 将所有数码管的8个显示笔划a,b,c,d,e,f,g,dp的同名端连在一起，另外为每个数 码管的公共极 COM 增加位选通控制电路，位选通由各自独立的 I/O 线控制，当单片机 输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，但究竟是那个数码管会显示出字 形，取决于单片机对位选通 COM 端电路的控制，所以我们只要将需要显示的数码管的 选通控制打开，该位就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。通过分时轮流控制 各个数码管的的 COM 端，就使各个数码管轮流受控显示，这就是动

12、态驱动。在轮流显 示过程中，每位数码管的点亮时间为12ms，由于人的视觉暂留现象及发光二极管的 余辉效应，尽管实际上各位数码管并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的 印象就是一组稳定的显示数据，不会有闪烁感，动态显示的效果和静态显示是一样 的，能够节省大量的 I/O 端口，而且功耗更低。2.3.2 数码管显示电路设计数码管显示电路由三极管驱动。显示电路图如图7所示。 数码管显示电路中发光二极管用于指示该模块供电是否正常。4位数码管显示电路中12位并入并出芯片，数码管的a,b,c,d,e,f,g,dp为数据 串行输入引脚，与单片机的数据输出引脚相连。S1，S2, S3, S4为位先，由单片

13、机控 制。为了减少占用单片机 I/O 口，在设计电路时使用动态扫描。但在显示电路中也占 用12个I/O 口，有效地减少占用单片机I/O 口，在I/O 口较少的单片机中比较实用。图 7 数码管显示电路图2.4水位检测模块设计水位检测模块通过水位传感器实现对桶内水位的检测。水位传感器内部存在 LC 振 荡电路，当水压改变后电容值也会随之改变，从而影响水位传感器的输出频率，不同 的水位对应一个吲定的频率值。本课题采用 sw 1 型水位传感器，在零水位时输出频率 为26. 8kHz，随着水位的升高水位传感器输出的频率会之减小，当达到本课题设计的 最高水位390mm时输出频率为22 57kHz。将水位传

14、感器的输出连接到水位检测电路如 图8所示：2.5 按键控制模块设计本设计按键控制由 4 个小按键组成。通过按键编址电路把按键的开关信息转化为逻 辑电平“0”或“1”，接收电路接收此脉冲信号，然后送入单片机，并且根据信号完 成对控制电路的控制。按键电路按键电路主要由4个按键电路组成。电路图如图9所示。图 9 无线遥控发射电路图4 个小按键有 4 个输出端 RES ， p32,p24,p25 ，输出均是低电平有效。并且带有一个 外部中断电路。当没有按键按下时，输出端为高电平。 单片机复位电路RST 引脚是复位信号的输入端。复位信号是高电平有效，其有效时间应持续 24 个 振荡周期（即二个机器周期）

15、以上。若使用颇率为 6MHz 的晶振，则复位信号持续时间应 超过 4us 才能完成复位操作。产生复位信号的电路逻辑如图 10 所示：整个复位电路包括芯片内、外两部分。外部电路产生的复位信号（RST）送至施密特 触发器，再由片内复位电路在每个机器周期的 S5P2 时刻对施密特触发器的输出进行采 样，然后才得到内部复位操作所需要的信号。复位操作有上电自动复位相按键手动复 位两种方式。上电自动复位是通过外部复位电路的电容充电来实现的，其电路如图 11 所示。这佯，只要电源Vcc的上升时间不超过1ms，就可以实现自动上电复位，即接通电源就成 了系统的复位初始化。按键手动复位有电平方式和脉冲方式两种。其中，按键电平复位是通过使复位端 经电阻与 Vcc 电源接通而实现的，其电路如图 11 所示；而按键脉冲复位则是利用 RC 微分电路产生的正脉冲来实现的，其电路如图 11 所示：图11复位电路2.6 蜂鸣器