专业方向课程设计说明书
题目名称：滚筒式洗衣机控制系统电路设计
学院：机械工程学院
专业年级：机械设计制造及其自动化12级
姓名：
班级学号：机电12-1-04
指导教师：
二Ｏ一五年十二月十五日
摘要
滚筒洗衣机正朝着两个方向同时发展：一是洗涤技术不断的推陈出新如蒸汽洗、超声波洗、健康杀菌，银离子等，另一个方向是控制技术。通过对整机厂规格书的分析，确定了控制系统总体方案；通过对滚筒洗衣机洗涤原理的研究，设定优化了洗衣节拍；引入了一些实用功能。如：掉电记忆功能，在停电后，电力恢复正常，洗衣机将继续没有完成的洗涤。自动关机功能，在开机无操作或洗涤结束后分钟将自动关机。童锁功能，在洗涤过程中防止随意按下按键而发生危险等。研究了单片机NEC78F0513的工作原理，以其为核心设计了电路板，包括单片机系统、人机接口电路、开关电源电路、阀的控制电路、水位检测电路和复位电路等。
目录
第一章、绪论 (1)
1.1.洗衣机的发展 (1)
1.2.滚筒洗衣机发展现状和趋势 (2)
1.3.洗衣机驱动技术综述 (2)
1.3.1.滚筒式洗衣机用驱动电机的选择 (3)
1.3.2.滚筒洗衣机的驱动方式 (4)
1.4.变频调速技术研究现状及趋势 (5)
1.5.洗衣机控制技术现状及趋势 (6)
第二章、智能控制系统总体设计 (8)
2.1.控制系统用户界面分析 (8)
2.2.控制系统总体方案 (8)
2.2.1.主要功能部件选型 (10)
2.2.2.单片机选型 (10)
2.2.3.可控硅选型 (12)
2.4.滚筒洗衣机控制策略研究 (14)
2.5.本章小结 (15)
第三章、硬件设计 (16)
3.1.总体方案 (16)
3.2.人机接口电路设计 (18)
3.3.开关电源模块 (22)
3.4.阀的控制 (24)
3.5.水位检测电路 (25)
3.6.复位电路 (26)
3.7.本章小结 (27)
第四章、系统的工作过程及其控制 (28)
设计小结 (30)
参考文献 (31)
第一章、绪论
1.1.洗衣机的发展
从人类开始穿衣遮羞以来，衣物的洗涤成为人类避无可避的劳动，这中重复性的劳作增加了人们的负担，并且为洗净衣物添加的化学试剂也对人们的皮肤造成一定伤害。所以，采用机械来代替这项重复劳作是必然的。1766年美国人Schaefer发明了第一台洗衣机，采用助板来模仿人手对衣物搓洗。经过漫长的一个世纪的发展，现代洗衣机雏形才得以出现，并得到了蓬勃发展[1-3]。1874年，手摇的木制洗衣机被另一个美国人比尔·布莱克斯发明了。现在看来结构十分简单，只是在木桶里装上了6片叶片，然后通过齿轮，用手柄带动，这样使得衣服不断翻转，就达到了洗衣效果。虽然这个装置结构非常简单，并且洗涤的效果也不是很好，但是，这个构思却很值得肯定，并且对后人有大大的启发，大大加快了洗衣机的改进过程。
随着工业技术发展的进程，蒸汽、水力、内燃机等不断的被应用到洗衣机驱动中来，使得人力得到大大的解放。但是，由于驱动装置太繁重，性价比太低，都没得到广泛推广。1910年，世界上第一台电动洗衣机被美国人菲舍尔研制成功了[4-5]。这台电动洗衣机的出现，才真正标志着人类的家务劳动真正进入了自动化时代。进入了电气化时代以后，人们日益完善了洗衣机的功能，洗衣形式也渐渐的固定为：搅拌式洗衣机、波轮洗衣机、滚筒式洗衣机。美国帮迪克斯公司，在30年代末制造出世界上第一台前装式的全自动滚筒洗衣机。整个洗衣过程都得以在一个滚筒里完成。这象征着洗衣机的型式又一个巨大的进步，现如今，在全世界，滚筒洗衣机都得到了广泛的应用。
随着社会的不断进步，人们给洗衣机提出了越来越高的要求。除满足基本洗衣功能外，开始关注它的环保性、适用性、可靠性、智能程度以及节约能耗等方面。所以，环保、节能也是洗衣机发展的一个大方向。
从改革开发开始，我国开始了对洗衣机的研究，和电视机一样作为骨干家电，洗衣机的发展还是很迅速的。它的发展历程基本可以划分为以下三个阶段：
1)初期起步阶段：可以从上世纪八十年代中期算起，到八十年代末期截止。这
一阶段主要体现为技术的集中引进。其中又一日本的波轮式洗衣机的技术和
设备为主，迅速的从无到有，也因此，奠定了波轮式洗衣机在中国市场的地
位
2)平稳发展阶段：这个阶段是从上世纪八十年代末期开始，一直到九十年代中
期截止。这个时期，我们国家各洗衣机企业，无论是质量水平还是技术水平
都稳步的在提高，生产成本也得到持续降低。市场认可度也大幅提高
3)激烈竞争阶段：这个阶段是从上世纪九十年代中期开始，由于中国市场日益
扩大，一些外资品牌开始大肆登陆抢占市场，尤其是一些欧洲家电企业。在
这一阶段，洗衣机行业的竞争是相当激烈
现如今，我国的洗衣机企业已经发展成熟，国有、外资、合资等各种企业遍布全国各大省市，我们国家逐渐的成为了全球化的洗衣机生产基地，年产量占全球各国总产量的四分之一，居世界各国之首。除了满足庞大的内需之外，还出口到欧洲、北美洲、东南亚各国等。
但是，和日韩、欧美各国家相比，我们国家的技术依然比较落后，一些技术的关键还没有完全掌握。对新洗衣机的设计、研发都还处在模仿阶段。生产线往往也是进口的，这样就使得我们国产的洗衣机，从功能上、质量上、成本上、市场占有度上都落后与外资品牌。所以，在竞争这么激烈的情况下，要想在不断增长的市场中占据一定份额，就一定要提高自主设计、开发新洗衣机的能力。在模仿的基础上，消化吸收引进的技术，掌握好洗衣机设计的关键，这样才能逐步提高我们的设计水平。
1.2.滚筒洗衣机发展现状和趋势
滚筒洗衣机是发源与欧洲大陆的，设计原理是模仿人们用棒捶打衣物，利用电动机带动洗衣机滚筒旋转，使得衣服在桶里被举起、摔下，再举起再摔下。这种重复运动，再加上水和化学试剂之间的共同作用，就能洗净衣服了。但是，由于洗衣试剂的活性对温度有要求，所以洗衣时用热水才能洗的比较干净。
比起波轮式洗衣机，滚筒进入我们国家的时间就晚的多了，所以普及率也较低，研究文献自然也偏少。但是近几年，人们的衣服质量越来约好，滚筒洗衣机的优点慢工程硕士学位论文滚筒洗衣机智能控制系统研究与设计慢的越来越得到人们的认可。省水、对衣服磨损少、自动化程度高等，这些优点受到广大消费者的青睐。
现如今，滚筒洗衣机年生产量已经占到洗衣机总产量的55%，从这一数据上看，滚筒洗衣机起步虽然较晚，但已经成为洗衣机的流行趋势。因为它和波轮洗衣机截然不同的洗衣方式，使得它具备诸多优点：洗衣过程不缠绕、对衣服损害小（约为波轮式洗衣机的1/30），这就使得它可以洗涤丝绸羊毛等高档衣物；它的使用周期大概是波轮式的2倍；而且耗水量约70升，比波轮式、搅拌式的150升，省了一半多。由于洗涤剂的效用与浓度有关，所以省了一半水也就能大大节约洗涤试剂的用量，从而可以使得生活污水的排量也大大减少。可以预见，随着人们衣物质量的提升，对环保的追求的提高，滚筒洗衣机会慢慢确立其在家用洗衣机市场中的主导地位。
1.3.洗衣机驱动技术综述
随着当今世界经济的迅猛发展，节约能源已经逐渐成了一个世界性的话题。因此，
对越来越普及的洗衣机来说，如何提高所使用驱动电动机的效率这个问题就日益突出了。同时，随着人们消费水平和生活质量的不断提高，人们对洗衣机在智能化和环保方面的要求，也越来越高。因此，选择高效节能的驱动电机，以及理想的驱动方式，配以先进的控制技术，就成了满足洗衣机发展要求的关键。
1.3.1.滚筒式洗衣机用驱动电机的选择
当前阶段，滚筒洗衣机用到的驱动电动机总的说来有以下几种：一是双速单相电容运转感应电动机，二是单相串激电动机，三是开关磁阻电动机，四是永磁无刷直流电动机。下面就各种电动机的特点进行介绍。
双速单相电容运行感应电动机：这种电动机的定子，有两套不同极对数、相对独立的电枢绕组，而且每套绕组上都有与其正交的辅绕组，运转电容和启动电容由辅绕组电路并联。当它启动时，运转电容和启动电容同时接入，所以该电动机具有电容启动的特点。等转速升高以后，启动电容的电路就会被离心开关切掉，这就使得其具备电容停止的特点。由于启动电容和运转电容分别独立选择电容容量，所以，该类电动机具有较大的启动转矩输出这种良好的工作性能。但是，这种电动机有一个最大缺点：只有两个档位的转速，并且这两个档位之间，转速的差异还比较大，所以不能实现较宽范围的调速。但是，由于其成本比较低，所以在稍低档的滚筒中，仍然使用它。
1)单相串激电动机：是指经过电刷把定子励磁绕组和电枢绕组带换向器串联起
来的单相电动机。主要特点有：体积比较小巧、转速高、启动转矩大以及调
速方便可以通过调电压调速等。但是由于使用了电刷，换向时就比较容绪论
工程硕士学位论文易产生火花，会干扰到无线通讯，也会缩短电动机的使用
年限。但是，还是因为其价格低廉，依然有着广大的市场。
2)开关磁阻电机：这种电动机的转矩是磁阻性质的，会遵循“磁阻最小的原理”，
也就是说磁通总会沿着磁阻最小的路径去闭合，磁场的扭曲会产生切向的磁
拉力[7]。这种洗衣机是比较适合用在滚筒洗衣机里的，有着显著的优点：滚
筒平衡性好、低速时转矩比较大、最大速度又比较高、可以实现较低洗涤速
度等优点。但是，噪音比较大是这类洗衣机避无可避的缺点。
3)永磁无刷直流电动机：这种类型的电动机可以说是同时具备了交流电动机和
直流电动机的优点：结构简单、方便维护、运行较可靠且效率高、调速的性
能好并且没有励磁损耗等。Boliger在1917年，提出了可以用整流管来代替
直流电动机中的机械电刷，这意味着永磁无刷直流电动机的雏形的诞生。进
入二十世纪30年代后，专家们就开始研究用电子原件实现换向，用以代替
无刷直流电动机中的机械换向，取得了一些进步。只不过由于大功率电子器
件在当时发展还比较滞后，使得研制受到很大限制，没有能得到推广。一直
到1955年，美国的哈利森等人率先申请专利：电动机中的机械换向器换向，被用晶体管代替并实现换向，这意味着现代直流无刷电动机的诞生。接下来又经过人们持续的努力，霍尔元件在1962年也被用来实现换相，这掀开了无刷直流电动机量产化的新篇章。到了1978年，永磁无刷直流电动机的正式推出，意味着直流无刷电动机在真正意义上进入了实用阶段。最近几年，MAC 永磁无刷直流电动机被引入到了滚筒洗衣机的驱动中。这种电动机系统是由电动机本体加上控制驱动电路部分来组成的。它的定子与交流电机的定子结构是基本相同的转子铁心上粘上了永磁磁钢，传统电刷的机械换向被电子换相所代替。再加上我国的稀土储备比较丰富，这十分有利与永磁无刷直流电动机的发展，更有利与其成本的降低[8-9]。所以使用永磁无刷直流电动机来驱动滚筒，将会成为滚筒洗衣机的一个发展趋势。
1.3.
2. 滚筒洗衣机的驱动方式
从电动机的驱动装置来分，现
在滚筒洗衣机主要有着两种方式
的驱动装置。它的基本结构示意图如图1.1洗衣机的驱动电动机与洗衣
机内筒之间，通过皮带和皮带轮等
中间传动装置传递转矩。在洗衣机
工作时，驱动电动机输出的功率主
要传递到洗衣机内筒上，但是也有
相当一部分功率被中间传动装置之间的摩擦损耗掉了，浪费了一些能量。而且，中间传动装置的存在，也使得洗衣机噪音加大。而皮带和皮带轮之间，由于一直摩擦着，所以也使得洗衣机会出现诸如皮带断裂这类的继续故障。
为了克服间接驱动方式的种种缺点，人们渐渐的研制出直接驱动方式。简单的说就是把皮带和皮带轮等中间传动装置舍
弃，把电动机转子的轴直接连上洗衣机
的内筒。它的基本结构示意图如图1.2
所示。
采取直接驱动方式，能够非常有效
的降低洗衣过程中的振动和噪音，洗衣
机的寿命也能得到一定增加。由于电动
机的输出直接作用到内筒上，减少了中
间环节的能量消耗，节省了能量，从而可以使整个洗衣机系统的工作效率得到提高。而滚筒洗衣机无论是在洗涤状态，还是在脱水的状态下，内筒都需要转动，所以就不需要使用离合器，这就使得滚筒洗衣机更适合使用直接驱动但是，滚筒洗衣机的结构决定了负载必定是偏置的，尤其是洗涤的时候，偏置更严重，所以这种驱动方式就对电动机提出了比较高的要求。
综上所述，采用直接驱动[10]的方式，可以使得滚筒洗衣机噪声降低、使用寿命延长、更能节约能量。当今社会是追求绿色环保的社会，釆用直接驱动恰好契合了这种趋势，所以，釆用这种方式的洗衣机在未来有着广阔的发展前景。
1.4.变频调速技术研究现状及趋势
变频调速技术是在二十世纪诞生并得到发展的，尤其是二十世纪九十年代后，随着IGBT、集成门极换流晶闸管等电子器件的发展，以及ASIC和的DSP迅猛发展和各种新控制技术和理论的渐渐完善，使得变频调速有了代替直流调速的希望。在调速范围及精度、动态响应速度和运行效率等指标上，变频调速都超过了直流调速[11]。现阶段，比较有代表性的有矢量控制以及直接转矩控制。
矢量控制又可以被称为磁场定向控制，最先是于1968年，Darmstader工科大学的Hasse博士提出的，西门子公司F.Blaskchke博士等人又在1971年提出“感应电机磁场定向控制的原理”，这些与美国的A.A.Clark与P.C.Custman—起申请的专利“感应电机定子电压坐标变换的控制”等，共同打好了矢量控制的基础[12]。矢量控制技术自出现以来，就以转子磁场定向，利用矢量变换来实现交流电机转速和磁链控制的完全解耦[13]，这样可以使交流电机也有了追超直流电机的良好控制性能。
最近几年，神经网络控制、模糊控制与自适应控制以及变结构控制等优秀的控制理论，逐步的被应用到矢量控制中。各种新的控制方法不断涌现，其中，采用无速度传感器的矢量控制技术，由于运行稳定可靠、动态相应速度比较快以及优秀的动态静态性能等优点，逐步成为变频调速领域终点发展的技术之一。
不管是直流还是交流调速，不管电机是稳态、瞬态，转矩控制作为传动系统的根本问题是不会改变的。上世纪80年代中期，日本的Takahashi和德国Denpenbrock的共同提出了利用直接转矩，其主体思想是，去掉繁杂的空间坐标变换以及电机建模，通过控制定子磁链，实现直接转矩控制。转矩控制的优点体现在以下几个方面：原则上不需要转速信息；电机参数变化鲁棒性良好；易得到同步速度信息，可以不用速度传感器等。随着现代科技的不断进步，直接转矩控制技术肯定也能得到发展，进一步的消除脉动，使控制性能得到提高。软关断和空间矢量脉宽调制技术也是重点。
到目前为止，电动机采用矢量控制、直接转矩控制和无传感器控制等技术，都已经实现了实用化，人工神经网络控制、自适应控制等也都已得到广为采用。以后，随
着控制理论、电子乃至计算机技术的发展，交流电机控制技术将会围绕解决电机非解藉性和参数依赖性等方面取得一些进步。
1.5.洗衣机控制技术现状及趋势
冼衣机采用哪种控制技术，主要是由其釆用哪种程控器决定的。目前市场上较常用的洗衣机控制方式主要有：电子程控器控制和电脑程控器控制。
电子程控器要比电脑程控器简单，它主要是由微型同步电机、凸轮组、减速机构、引出线和簧片触点等组成，其中微型同步电机为程控器提供动力。微型同步电动机经过减速机构，驱动各凸轮组一圈圈的转动。各凸轮组控制的电触点，都可当作单刀双位或者单刀三位开关，这些开关会随着凸轮的转动按照一定的规律被关闭、打开。这样就使得洗衣过程被连续的进行。程控器主要控制电动机、排水电磁阀和进水用电磁阀等。
各个电触点的关闭、打开均由相对应的凸轮转动来实现。其转换的规律是由凸轮形状和凸轮转速决定的。我们把这种自动转换规律称为凸轮转换时序。采用电子程控器的洗衣机，一般会有几个程序供用户自行选择，用户通过程序选择开关选定要用的洗衣程序。电路的构成是：项线、触点、开关、触点、执行部件、零线。
安全开关在程序运转的过程中起到保护的作用，如用户不小心打开桶盖，安全开关的动断触点就会立刻断开，使得电动机电源断开停止运转。再比如，如果脱水时，内筒振动过大的话，安全开关的动断触点也会断开，电动机也会停转。当洗衣程序终了时，程控器就会把蜂鸣器的电源接通，蜂鸣器就会鸣叫提醒用户。
采用电子程控器控制的洗衣机有很多，例如XQBM15-A型小神童系列。
电脑程控器也会被称为电脑板，控制理论还是跟机械式程控器类似的，只不过是将机械凸轮和簧片触点之间的相互作用，用电子电路代替。这样把所有的程序都汇集成集成电路，之后按照编好的程序，根据安全开关、水位开关等各种检测传感器的状态，控制各执行器件，从而使洗衣机完成从洗涤到脱水的整个过程。
洗衣机厂家在单片机中存入各种程序，用户可以通过功能选择部件，选定洗衣程序，电脑板就根据输入的命令，首先从存储器中找到并取出相应程序，然后就依次在输出端输出有效电平。经过放大电路放大后，就可以控制电动机、进水阀、排水阀，这样整个洗涤漂洗过程都可以实现自动化操作。在釆用电脑程序控制器的洗衣机中，一般都是用弱电控制强电，控制电路使用低压直流电源，这样就需要降压整流滤波等电路。为了程控器可以稳定可靠的长期工作，稳压电路也是必不可少的。
对于电动机等大功率器件，电脑板的控制信号绝对是不能直接驱动的，必须经过放大电路后，由执行元器件来控制。单片机输出的控制信号，都要经过继电器或者可控硅来实现对电动机、进水及排水电磁阀的控制。
和电脑程控器控制相比，电子程控器就简单多了，但是抗干扰效果就又不如电脑程控器了，而且实现成本也较高。相比之下，电脑程控器功能齐全，而且还有一个重要特点：可以用显示器件实时显示各种洗衣功能、程序以及洗涤当前状态。这就使得洗衣机的功能得到进一步完善，还使得洗衣机的造型得到美化，更为用户的操作提供了方便。
第二章、智能控制系统总体设计
通过对整机厂商的规格书要求的分析，将整机厂用户界面的要求作为本次计主要输入，选定了主控板加显示板的控制系统总体方案，对单片机、可控硅等关元器件进行选型。通过对滚筒洗衣机洗涤原理的研究，重新设定优化了洗衣节拍。
2.1. 控制系统用户界面分析
随着社会的进步，人们的生活水平也不断提高，大多数家庭都置办了家用电器，其中，洗衣机无疑是大多数家庭都需要的。据统计数据来看，现在我们国家城镇居民家庭中，每百户人家就拥有超过90台的洗衣机，可以说洗衣机早已成为人们生活里必不可少的成员之一。所以，洗衣机的造型，人机接口的界面设计也就非常重要。而好的界面设计可以使用户可以更方便、更实用的操作，从而享受洗衣机带来的体力劳动的解放[14]。本文根据整机厂商设计规范要求，采用显示功能强大的LCD 显示屏，使洗衣过程一目了然，更方便用户使用。控制系统整体效果图如图2.1所示。
从图2.1我们可以看出，该控制系统，我们至少需要旋钮、按键、LCD 屏、以及发声所用的蜂鸣器等。对于该控制系统，整机厂商要求：在4000次的标准洗衣流程中，在有90%的可信性的情况下达到98%的可靠性，并且必须通过可靠性寿命测试来证明这个可靠性。可动作的元器件像继电器和开关在4000次的正常流程中，必须被证明在有的可信性99%的情况下达到的可靠性。
2.2. 控制系统总体方案
全自动滚筒洗衣机经由电脑板控制后，洗涤模式更人性化，外形更美观，操作界面更友好更易接受，设计想象空间也变的更大，可以说电脑程控器式滚筒洗衣机代表了洗衣机技术的重要发展方向。
电脑程控器式滚筒洗衣机的电脑板，经由接插件、线束连通其他电气部件，通过按键、旋钮、LCD 屏、LED 指示灯、蜂鸣器等部件实现和用户的交互功能。按照用户选择的洗涤模式和洗涤参数，电脑板选择不同程序，协调其它电气部件，自动的完
成整个洗涤过程。从这种意义上看，洗衣机的电脑板就像人类的大脑，所以，它的设
图2.1 控制面板示意
计水平也就决定了洗衣机的智能化程度，是洗衣机的最关键的部件之一。
为了设计水平达到当前电脑洗衣机设计的最高水平，整机厂要求：
1)脑板必须能够根据测速电机给的反馈信号，自动的判断并纠正脱水转速及衣
物的当前状态，降低衣服的含水率，同时尽可能减小振动
2)智能化的判断外界环境的变化并能给出适当的响应，如进水、排水情况，电
网波动及停电等。在停电时要自动的记忆系统当前状态，来电后自动开始洗涤
3)要有故障自诊断及自保护功能，当电压、电流或零部件损坏的时候，要可以
自动的给出声光告警并且能自保护
4)设计要尊重消费者习惯，洗涤模式的选择及参数的调整采用简洁、易操作的
触点式旋钮及辅助铵键进行，操作旋钮的机械噪声要尽量减少，提升手感
5)运行要稳定、安全、可靠，平均无故障时间要大于100000hr
6)元件必须通过至少10年内在90%的可信性的情况下有99%的可靠性
7)所有ALT测试必须保证控制器至少10年内在的可信性的情况下有95%的可
靠性
8)系统要满足节水、节电、冼净率高的要求
为了满足以上客户要求，设计者细致的分析、计算了集成电路设计、元器件选型、以及软件设计等方面，最后在综合考虑了各方面因素后，得到如图所示的控制系统总
设计方案计划主控制
电脑板和显示部分电脑板
分开，这样做一是为了洗衣
机控制界面美观大方，满足
客户工业设计的要求，二是
满足客户多变种的需求。可
以采用同一块主控制电脑
搭配以不同的显示板[15]，以
达到区分洗衣机档次、满足
不同顾客的审美观的目的。
控制系统主要功能部件及
模块主要有：旋钮、显示屏、
蜂鸣器、可控硅、开关电源模块、人机接口电路、通讯电路、复位电路、阀的控制与检测等等。
控制系统主要功能部件及模块主要有：旋钮、显示屏、蜂鸣器、可控硅、开关电
源模块、人机接口电路、通讯电路、复位电路、阀的控制与检测等等。
2.2.1.主要功能部件选型
确定总设计方案以后，要确定所要用到的元器件，本节就计对几个关键元器件进行选型。对于元器件和材料的要求大致有以下几点：
所有元器件应符合各元器件的单项设计要求。安全器件应符合规定的安全要求和相关认证的要求。
1)用半导体元器件控制电动机等负载时，在这些元器件失控损坏后，接在控制
回路上的器件应没有燃烧危险。在程序执行的任何时间内，屏都不能有明显闪烁。
2)所有元器件的设计必须符合规定的降额使用的要求
3)组成控制器的所有电子器件都要经过测试部门测试，重要器件每年至少要重
新确认一次，以确保配套厂家的质量一直稳定在初始水平
4)按键寿命：按键开关应准确、可靠、灵活，使用性能和寿命必须满足整机要
求，控制器在专用设备上，以压力为1~3N，行程0.5mm-1mm，通断速度为每秒1次进行，控制器的按键在规定的负荷条件下，通断寿命不能低于100000次
5)印制电路板应满足GB/T4721-GB/T4725的规定，对于没有封胶盒直接安装在
面板上的电控器，应用CEM-1及以上性能的板材
6)注塑件需要采用阻燃、耐热材料；注塑件表面要平整光滑、色泽要均匀，不
能有裂痕、缩孔等缺陷
7)装配后的电控器清洗干净后，要用透明或半透明的绝缘胶灌封（波轮全自动
洗衣机）或刷胶（滚筒洗衣机电脑板）。绝缘胶应具有附着力强、防水、阻燃、耐热、无腐烛性、有弹性、无毒、无气味和耐老化等性能。并能满足ALT高温85℃高湿85%的试验要求
总设计方案确定以后，就可以确定所要用到的元器件，主要有：连接器、继电器、电容、电阻、二极管、可控硅、变压器、突波吸收器、热敏电阻、保险丝、电路板等。下面就针对几个关键元器件进行选型。
2.2.2.单片机选型
电脑板的设计中，单片机是设计的主体，和其它控制电路一起组成洗衣机的控制系统。洗衣机故障时，如果能排除机械系统和电脑板外接部件，就要首先检测判定单片机的外围的控制电路，最后再看单片机本身是否有故障。
电脑程控器根据接受到的操作面板的动作指令，给外接部件送出执行命令，使得电动机、进水电磁阀、排水牵引器等通电运行；同时，程控器还要监测洗衣机的各部
件的工作状态，判定工作正常与否，一旦有异常，就立刻送出停止的命令、蜂鸣器鸣叫报警。这些功能都是由电脑程控器和各种配合电路配合着来实现。
1)目前市场上有很多种类的洗衣机，采用的控制系统也各不相同，选用的单片
机更是五花八门。基于研究与实际的情况，本设计选用的系列的单片机来实
现洗衣机电脑程控器的各控制要求。
2)日本NEC单片机优点比较突出，其销量世界排名前三，这也从侧面体现了它
在单片机应用领域中的地位和影响力。和其它公司的单片机相比较，单片机
主要有以下优点：
3)低功耗。由于采用了先进的集成电路工艺，可以使得功耗降到很低
4)由于单片机自身芯片工艺的特点，使得在很宽的电源电压范围内，单片机都
可以正常工作。供电电压范围的放宽，使得单片机应用领域进一步拓宽，还
不必看电压曲线是否平稳，不用专门为它增加稳压电路，从而可减少功耗、
降成本
5)指令系统与8051很相近，易于使用者掌握。寻址方式比丰富，且增添了大量
的位寻址，以适应实时控制需要
6)具有64K的地址空间。分为通用寄存器、内部ROM、专用寄存器、内部高
速RAM和外部存储器，这些都采用统一编址。I/O口和存储器也均是统一编
址。
7)有主系统时钟和副系统时钟，振荡电路在片内，只需要外接晶振即可。当应
用系统不工作时，主时钟可停振，这样可以降低功耗。时钟信号可以输出，
可以供其它芯片使用
另外，从开发环境上讲，单片机可以用汇编语言，也可以用结构汇编或者语言编译器，并且均有对应的开发调试工具。开发调试工具除了硬件开发系统仿真器以外，还能提供软件仿真，用户只需台个人电脑，就可以完成系统仿真，仿真软件还可以免费提供。
所以无论是从成本上，还是适合大批量工业生产等各方面，综合考虑，最后选定NEC78F0513它主要特征有：
1)指令的最短执行时间，可以在高速(0.1us)和超低速(122us)之间改变。
2)通用寄存器：8位个32位寄存器。
3)内部高速RAM；1KB、Flash存储器：32KB
4)内置单电源Flash存储器
5)自编程(有启动交换功能)
6)内置上电清零POC电路；低电压LVI检测器
7)内置使用内置的低速振荡时钟来进行操作的看门狗定时器
8)内置按键中断功能
9)时钟输出控制器内置
10)IO端口：44引脚产品、48引脚产品
11)7通道定时器
12)3通道串行接口
13)10位分辨率转换通道
14)电源电压：VDD=1.8-5.5V
15)工作环境的温度：TA=-40~85℃
2.2.
3.可控硅选型
可控硅整流元件，又简称可控硅，也被叫做晶闸管，它是具有四层结构，三个PN结的大功率的半导体器件。它体积比较小、结构相对比较简单、功能又比较强，所以是一种比较常用的半导体器件。各种电子设备和电子产品中都广泛使用可控硅，它主要被用在可控整流、变频、逆变、调压和无触点开关等方面。家用电器中，调光台灯、变速风扇、空调、电视、电冰箱、照相机等都离不开可控硅器件。工业控制领域更是需要广泛的使用可控硅器件。
可控硅整流器件可以说是一种很重要的功率器件，它可以用来控制高电流、高电压。可控硅的作用主要体现在开关方面，使器件在阻断或是关闭的状态，与导通或是开启的状态之间反复转换。可控硅还与双极型晶体管之间有密切的关系，它们的传导过程都牵扯到电子、空穴。但是，从开关机制上来说，它们又是不同的。由于器件结构的不同，和双极晶体管相比，可控硅控制的电流、电压范围更宽。目前，可控硅的额定电流从几到以上，它的额定电压可以超过。
可控硅有几种分类方法：
1)从关断、导通及控制方式上分，分为普通可控硅、双向可控硅、逆导可控硅、
可控硅、门极关断可控硅、温控可控硅、光控可控硅等
2)从引脚、极性来分，分为：二极、三极可控硅和四极可控硅
3)从封装形式上，主要分为金属封装型、塑封型和陶瓷封装可控硅三种类型。
然后，金属封装可控硅又可以分为螺栓形、圆壳形和平板形等；塑封可控硅
又分为带散热片型，如图所示，和不带散热片型两种类型
4)从电流容量来分，可以分成小功率型、中功率型和大功率型三种。一般情况
下，大功率可控硅的封装采用金属壳，中小功率型采用塑封或者陶瓷
5)其关断速度上来分，主要分为普通型可控硅和高频（快速）可控硅
本设计选用ST公司的，T405Q-600B/Z0109MN。意法半导体(STMicroelectronics)简称ST，世界上最大的半导体公司之一。于1987年公司成立，是法国汤姆逊半导体公司和意大利半导体SGS公司良家公司合并而成的新企业，目前整个集团中，共有
目录 1. 智能洗衣机的设计方案 0 2. 单元模块设计 0 2.1 主控制器简介 0 2.1.1 STC89C52单片机特点 (1) 2.1.2 STC89C52最小系统电路设计 (2) 2.2洗衣机电机驱动电路设计 (4) 2.3 显示电路设计 (4) 2.3.1 数码管简介 (4) 2.3.2 数码管显示电路设计 (6) 2.4 水位检测模块设计 (7) 2.5 按键控制模块设计 (8) 2.6蜂鸣器模块设计 (10) 3.系统软件设计 (10) 3.1 系统软件结构 (10) 3.2 主程序流程图 (10) 3.3 控制程序流程图 (12) 4.系统调试 (13)
4.1 测试环境及工具 (13) 4.2 硬件调试 (13) 4.3 软件调试 (13) 5.设计总结 (15) 6.参考文献 (15) 附录1：作品实物图 (17) 附录2：作品原理图 (19) 附录3：作品PCB图 (20) 附录4：作品仿真图 (19) 附录5：作品程序 (22)
1. 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程控制芯片STC89C52。STC89C52一类具有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：
目录 一、设计课题： 全自动洗衣机控制电路设计。 二、课题内容： 全自动洗衣机运行框图及梯形图控制程序的编制，并进行硬件接线。 三、设计目的： 1．进一步掌握和巩固PLC控制的基本知识； 2.掌握PLC程序的设计及调试方法； 3. 熟练掌握PLC的硬件接线； 3．学会查阅有关专业资料及设计手册； 四、程序设计任务及要求 1．控制要求 （1）按下启动按钮及水位选择开关，开始进水直到高（中、低）水位，关水；（2）2秒后开始洗涤； （3）洗涤时，正转30秒，停2秒，然后反转30秒，停2秒； （4）如此循环5次，总共320秒后开始排水，排空后脱水30秒； （5）开始清洗，重复（1）-（4），清洗两遍； （6）清洗完成，报警3秒并自动停机；
（7）若按下停车按钮，可手动排水（不脱水）和手动脱水（不计数）。五、PLC机型 日本三凌公司的F系列PLC:FX1N系列。 六、控制全自动洗衣机的课题思路 按下电源开关，选择水位高低，当水位到达固定液位后洗衣机开始洗涤衣服。要使用P LC来实现洗衣机的全自动，它的输入设备主要有电源按钮，启动按钮，水位选择按钮（高、中、低），排水和脱水按钮等。输出设备主要有电源指示灯，水位选择按钮信号灯（高、中、低），进水、排水指示灯，洗涤电动机由控制要求，首先打开电源，用户根据衣服的多少和大小进行水位的选择，当水位达到固定液位，电动机开始正转、反转进行洗衣，第一遍洗衣 完成后自动排水、脱水开始再次洗涤，洗衣结束后蜂鸣器报警。七、全自动洗衣机控制程序流程图 全自动洗衣机控制流程图 八、全自动洗衣机I/O分配图
I/O地址分配表 九、PLC端子接线图 PLC外部接线图 十、全自动洗衣机控制梯形图 十一、程序运行功能简要分析 1.按下X1启动按钮，洗衣机开始运行； 2.如果按下X1,X2,X3其中下一个进水感应开关，选择高中低水位由行程开关X7、X10、X11控制水位高低，当水位到达开关快关闭合进入下一步骤。
《电气控制与可编程控制器》课程设计说明书 题目：自动洗衣机控制系统
目录 1.1 系统的工艺及要求 (2) 1.1.1 系统的运行工艺 (2) 1.1.2 系统的功能要求 (2) 1.2 PLC控制系统的硬件设计 (3) 1.2.1 PLC的选型 (3) 1.2.2 I/O扩展模块的选择 (4) 1.2.3 硬件选取 (5) 1.2.4 PLC控制系统的I/O资源分配表 (6) 1.2.5 PLC控制系统的电气接线图与说明 (7) 1.3 PLC控制系统的软件设计 (8) 1.3.1 控制系统的编程程序框图 (8) 1.3.2 控制系统的PLC软件程序 (8) 1.4 课程设计小结 (13) 1.5 参考文献 (14)
1.1系统的工艺及要求 1.1.1系统的运行工艺 1.1.2系统的功能要求 起动时，首先进水，到高水位时停止进水，开始洗涤。正转洗涤15s，暂停3s 后反转洗涤15s，暂停3s后再正转洗涤，如此反复30次。洗涤结束后，开始排水，当水位下降到低水位时，进行脱水（同时排水），脱水时间为10s。这样完成依次从进水到脱水的大循环过程。 经过3次大循环后（第2、3次为漂洗），进行洗衣完成报警，报警10s后结束全过程，自动停机。
在洗涤过程中，按下停止按钮。洗衣机停止工作。 在洗衣机停止工作时，按下排水按钮，洗衣机排水电磁阀得电排水，当水位下降到低水位开关时，排水电磁阀失电停止排水。 1.2PLC控制系统的硬件设计 1.2.1PLC的选型 I/O点数是PLC的一项重要指标。合理选择I/O点数既可使系统满足控制要求，又可使系统总投资最低。PLC的输入输出总点数和种类应根据被控对象所需控制的模拟量、开关量、输入输出设备情况来确定，一般一个输入输出元件要占用一个输入输出点。PLC常用的内存有EPROM、EEPROM和带锂电池供电的RAM。一般微型和小型PLC的存储容量是固定的，介于1—2KB之间。用户应用程序占用多少内存与许多因素有关，如I/O点数、控制要求、运算处理量、程序结构等。因此在程序设计之前只能粗略地估算。 PLC的功能日益强大，一般PLC都具有开关量逻辑运算、定时、计数、数据处理等基本功能，有些PLC还可扩展各种特殊功能模块，如通信模块、位置控制模块等，选型时可考虑以下几点：功能与任务相适应，PLC的处理速度应满足实时控制的要求、PLC结构合理、机型统一、在线编程和离线编程的选择。 全自动洗衣机控制所要求的控制功能简单，小型PLC就能满足要求了。由于技术的不断发展，控制系统的要求也将会不断地提高，设计时要适当考虑到今后控制系统发展和完善的需要。这就要求在选择PLC、输入/输出模块、I/O点数和内存容量时，要适当留有裕量，以满足今后生产的发展和工艺的改进。 综上所述此次设计选用西门子S7-200型PLC。
山西职业技术学院电气工程与自动化系 毕业设计（论文）任务书 题目名称：基于PLC的全自动洗衣机 学生学号：1012100317 指导教师：****** 学生姓名：王堃学生专业：电气自动化 山西职业技术学院电气工程与自动化系 2012年12月 1日
基于PLC的全自动洗衣机控制 摘要 随着科学技术不断进步和社会飞速发展，洗衣机成为人民日常生活息息相关的家用电器产品。 传统洗衣机基于电器的控制，已经不能满足人们对其自动化程度的要求了。洗衣机要更好地满足人们的需求，必须借助于自动化技术的发展。自动化技术的飞速发展，使得洗衣机由最初的半自动式发展到现在的全自动式，并正在向智能化洗衣机方向发展。 洗衣机的全自动化、多功能化、智能化是其发展方向。基于全自动洗衣机的应用日益广泛，本次设计利用西门子公司生产的PLC控制全自动洗衣机，与传统的继电器逻辑控制系统相比较，洗衣机可靠性、节能性得到了提高。PLC控制不需要大量的活动部件和电子元器件，它的接线也大大减少，与此同时系统维修简单、维修时间缩短。 本文首先介绍了洗衣机的发展，然后重点介绍了洗衣机的设计，对程序流程图及编程软件进行了说明，最后对系统进行了仿真。PLC采样按钮及限位开关外部输入信号的变化，执行相应的程序，然后输出控制电机正反转及脱水处理，控制方式灵活多样。 最后就本课题所做的工作进行了总结，并对进一步的研究提出了自己的看法。本次设计的全自动洗衣机工艺要求有待改善，不可以单独脱水及洗衣时间的设置；由于时间有限，没做进一步的改善。基于全自动洗衣机在日常生活中广泛运用，本设计具有广泛的推广价值。 关键词：全自动洗衣机, PLC, 控制
全自动洗衣机电路原理图 全自动洗衣机就是将洗衣的全过程(泡浸-洗涤-漂洗-脱水)预先设定好N个程序,洗衣时选择其中一个程序,打开水龙头和启动洗衣机开关后洗衣的全过程就会自动完成,洗衣完成时由蜂鸣器发出响声。 全自动洗衣机由洗衣系统和控制电路组成。其控制电路分为机械和电脑型，电脑型控制电路是以单片机作为控制电路的核心。图1给出单片机Z86C09组成的全自动洗衣机的控制电路。 Ⅰ.自动洗衣机的洗衣程序 洗衣机面板上有4个按钮K1、K2、K5和K6。 K1用于水流选择，分两档：普通水流与柔和水流； K2用于洗衣周期选择，可以选择洗涤、漂洗和脱水三个过程； K5是暂停开关； K6是洗衣程序选择键。洗衣程序分为标准程序和经济程序。 洗衣机的标准洗衣程序是：洗涤——脱水——脱水——漂洗——脱水——漂洗——脱水。经济洗衣程序少一次漂洗和脱水过程。 1．涤过程 通电后，洗衣机进入暂停状态，以便放好衣物。若不选择洗衣周期，则洗衣机从洗涤过程开始。当按暂停开关键K5时，进入洗涤过程。首先进水阀FV通电，打开进水开关，向洗衣杨供水；当到达预定水位时，水位开关K4接通，进水阀断电关闭，停止进水；电机MO接通电源，带动波轮旋转，形成洗衣水流。电机MO是一个正反转电机，可以形成往返水流，有利于洗涤衣物。 2．脱水过程 洗涤或漂洗过程结束后，电机MO停止转动，排水阀MG通电，开始排水。排水阀动作时，带动离合器动作，使电机可以带动内桶转动。当水位低到一定值时，水位开关K4断开，再经过一段时间后，电机开始正转，带动内桶高速旋转，甩干衣物。 3．漂洗过程 与洗涤过程操作相同，只是时间短一些。 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。 Ⅱ.洗衣机控制器的硬件组成原理 洗衣机控制器由单片机Z86C09作为控制器的核心所构成，该控制器具有以下特点： （1）具有较强的抗干扰能力，当受到外部强干扰，程序出错时，可以自动使系统复位重新执行程序。 （2）采用无噪声、无电磁干扰的双向晶闸管作为控制元件，控制电磁阀和电机。 （3）具有欠压和过压保护，欠压时，控制器不工作；超压时，保护电路起作用。 （4）具有瞬间掉电保护功能，电源短时间停电后，电压恢复时，能够维持原运行程序的工作状态并继续完成洗衣程序。
洗衣机洗涤控制电路设计 姓名： 学号： 专业：集成电路工程 2010年11月17日
洗衣机洗涤控制电路设计 一、洗衣机洗涤控制电路的性能要求 1．强洗、标准、轻柔三种洗涤模式 强洗周期水流控制：正向电机接通5秒后，停2秒；再反向电机接通5秒，停2秒；然后又正向电机接通5秒。如此循环控制电机，直到洗涤定时结束。 标准洗周期水流控制：其过程与强洗周期水流控制相同，不同的是正向接通时间为3.5秒，停止时间为1.5秒，反向接通时间为3.5秒。 轻柔洗周期水流控制：正向接通时间为2.5秒，停止时间为1.5秒，反向接通时间为2.5秒。 2．三种洗涤定时 洗衣机洗涤定时可有三种选择：5分钟、10分钟、15分钟。 3．上电复位后的初始设定 初始设定为标准模式，定时时间为15分钟。如需修改可按模式选择按键和定时选择按键。每按一次按键转换一次，可多次进行循环选择。当某一次洗涤过程结束后，自动返回初始状态，等待下一次洗涤过程开始。 4．启/停控制 洗涤过程由启/停键控制。每按一次启/停键，状态转换一次。 5．洗涤定时精度 洗涤定时误差要求不大于0.1秒。 为简化设计洗衣机洗涤控制电路，只要求输出正向和反向的电机控制信号。 二、洗衣机洗涤控制电路的结构 根据上述对洗衣机洗涤控制电路的性能要求，可以画出如图1所示的结构框图。 该控制器由四大部分组成：主分频器、主控制器、洗涤定时器和水流控制器。
图1 洗衣机洗涤控制电路的结构框图 1．主分频器 主分频器用来产生1秒和0.1秒的时钟供主控制器使用。因DE2开发板上只有27MHz和50MHz时钟，故本设计为简单起见采用开发板自带的50MHz晶振，50000000分频后得到1HZ的时钟和5000000分频后得到10Hz的时钟。 图2 主分频器的结构 2．主控制器 主控制器的输入信号和输出信号如图1所示，分别叙述如下。 (1) 输入信号: reset：上电复位； start_stop：启/停按键输入； mode_sel：洗涤模式选择按键输入； 系统时钟输入(sysclk)：50MHz主时钟； time_sel：洗涤定时选择按键输入； timer_down：定时到输入。 (2) 输出信号： s5min_out：5分钟定时控制； s10min_out：10分钟定时控制；
全自动洗衣机控制系统的设计 1. 论文（设计）选题的目的和意义 洗衣机是人们日常生活中常见的一种家电，已经成为人们生活中不可缺少的家用电器。在工业生产中应用也十分广泛。但是传统的基于继电器的控制，已经不能满足人们对洗衣机的自动化程度的要求了。洗衣机需要更好地满足人们的需求，必须借助于自动化技术的发展。而随着单片机技术的发展，用单片机来作为控制器，就能很好地满足洗衣机对自动化的要求，并且控制方式灵活多样，控制模式可以根据不同场合的应用而有所不同。自动化技术的飞速发展使得洗衣机由初始的半自动式洗衣机发展到现在的全自动洗衣机，又正在向智能化洗衣机方向发展。 单片机又称微控制器,或称嵌入式控制器。而现在的智能家电无一例外是采用微控制器来实现的，所以家用电器是单片机应用最多的领域之一。它是家用电器实现智能化的心脏和大脑。由于家用电器体积小，故要求其控制器体积更小以便能嵌入其结构之中。而家用电器品种多，功能差异也大,所以又要求其控制器有灵活的控制功能。单片机以微小的体积和编程的灵活性而产生多种控制功能，完全可以满足家用电器的需求。 2. 国内洗衣机现状及其发展趋势 洗衣智能化 相对于传统洗衣机而言，智能洗衣机可以模仿人的感觉，包括思维和判断能力。在您投入衣物后的几秒钟之内，智能洗衣机即可自动判断出衣物的重量，并结合衣物的衣质，为您选择最适合的水位。还可以根据水位和衣物的脏污程度，决定洗涤剂的用量、洗涤时间的长短和洗涤方式。另外，智能洗衣机通过模糊控制电脑操作智能波轮与内桶，产生各种不同方向的水流，像无数只手一样，对污垢、进行分解和扭曲，从而达到洗净衣物、减少缠绕、降低磨损、节约时间和水量的功能，水流方式多样化 目前时常上洗衣机的水流方式也是多样化，如“悬浮”。悬浮即使是改变传统的喷水方向，水流是从桶的底部喷出，巨大的立体水流力量能将衣物“托起”，使
合肥学院 计算机科学与技术系 微机原理与接口技术 课程设计 课程设计科目全自动洗衣机控制系统 学生姓名 学号 班级 指导教师高玲玲、肖连军
1、题意分析与解决方案 1.1 题意需求分析 根据以上题目所给的提示，我们对其进行解析：首先，刚开始的时候系统处于初始状态，准备好启动，然后一声蜂鸣表明洗衣机已经进入工作状态。当按下暂停键之后，9s的放衣服时间，然后选择洗衣周期，然后我们进入了洗衣状态。在洗涤的过程时，打开进水阀（此过程就是注水的过程），当到达预定水位时，按下水位开关，然后电机MO转动，在洗涤的过程中电机正反转三次后停止转动。然后进入脱水的过程，此时我们要打开排水阀，然后使电机正转，脱水结束后，电机停止转动。漂洗过程和洗涤的过程相似，只是在漂洗的时候，是把电机转动的次数改成正反转两次。甩干的过程和脱水的过程相似，只是电机转动的时间比脱水过程长一些。 从题意需求分析本课程设计需要解决的问题如下： （1）怎样用程序实现电机的正转反转； （2）我们怎么样在全速运行的条件下知道程序已经进入到哪一个步骤； （3）怎样分配按键，使程序尽可能的全自动化。 1.2 解决问题方法及思路 1.2.1硬件部分 本课程设计具体要求如下： （1）进水阀由继电器模拟； （2）洗衣流程进展过程由LED等指示； （3）预设水位由按键控制； （4）波轮旋转由电机控制。 此次课程设计中，我们在程序运行时，需要用到按键，所以对按键的分配如下：
表1-1 按键分配表 K1 暂停开关0 关闭 1 开启 K2 洗衣程序选择0 标准洗衣 1 经济洗衣 K3 水位开关0 低水位 1 高水位 本实验中我们要用到的硬件主要是8255A、LED指示灯、继电器、八路二进制开关、步进电机、蜂鸣器。 我们将LED指示灯接在8255A的PA口，而LED指示灯在此次实验过程中的作用就是指示洗衣流程进展（第5个灯亮表示在洗涤的过程，第6个灯亮表示在脱水的过程，在第7个灯亮表示在漂洗的过程，第8个灯亮表示在甩干的过程）和提示我们下一步应该怎样按键。将八路二进制开关接在8255A的PB口上，八路二进制开关在本实验中的作用是模拟洗衣机面板上的按键和水位开关的作用。将步进电机的A、B、C、D四相分别按顺序接到PC口的PC0~PC3上，本次实验过程中采用的是四相八拍的步进电机。将蜂鸣器接在PC口的PC4上，蜂鸣器的作用主要是提示我们洗衣机已经启动和洗衣结束。将继电器接入到PC口的PC5上，继电器在本次实验过程中的主要作用是模拟进水阀。 1.2.2软件部分 8255A是一个可编程芯片，我们可以通过程序对8255A芯片进行编程来实现本次课程设计所要求实现的所有功能。在本次实验中我们需要在程序中实现对电机的转动。为了能实现洗涤过程（此过程要求电机正转和反转），所以我们采用的是步进电机，实际应用中步进电机的类型有很多种，然而我们的实验箱上是四相的步进电机，在实验中我采用的是四相八拍的控制，当我们使其从A→AB→B →BC→C→CD→D→DA,这样可以实现电机的正转，当使他从DA→D→CD→C →BC→B→AB→A，这样就可以实现电机的反转，这个过程就是通过程序对PC 口的PC0~PC3进行设置的。排水阀我们是用继电器来模拟的，实验箱上的继电器是低电平工作，所以如果我们要用到继电器即要打开进水阀时，我们只要对PC口的PC5进行设置。在本实验中，我们要使用蜂鸣器来提示洗衣机工作和洗衣结束，这个过程也是通过程序来实现的，我们只要将PC4设置成低电平，蜂鸣器就开始工作了。
洗衣机设计平台 一、产品概述 随着人们的生活水平的日益提高, 洗衣机的使用也越来越普及, 当前全国的洗衣机的年产量已超过1000万台。洗衣机的分类较多, 根据不同的角度大致可分如下几类: 洗衣机从不同洗衣的原理来说可分为波轮洗衣机、滚筒洗衣机、以及搅拌式洗衣机。 洗衣机从结构上又可分为: 单缸和双缸洗衣机; 洗衣机从水流方式上又可分为: 瀑布水流、手搓水流、悬浮水流等; 洗衣机从电机的驱动方式上又可分为: 间接驱动和直接驱动( DD型洗衣机) ; 从洗衣机的电机的驱动电源的不同可分为: 普通洗衣机和变频洗衣机, 其中变频洗衣机又可分为: 直流变频洗衣机和交流变频洗衣机; 从洗衣机的显示方式来分有: LED灯显示、数码管显示、 LCD显示、以及VFD显示。 当前在国内波轮洗衣机占洗衣机用量的大部分, 滚筒洗衣机和搅拌式洗衣机在国内很少, 主要在欧美的家庭大量使用。但近几年滚筒洗衣机洗衣机在国内的市场呈快速增长。 二、主要功能 波轮洗衣机主要功能完成洗衣过程中的进水、排水、洗涤、漂洗、脱水、自动跳电、故障自检等功能。当前市场推出的健康型洗衣机还要完成消毒、杀菌功能。 滚筒洗衣机的主要功能除上面提到的波轮洗衣机的主要功能外, 还有给水加热和温控, 以及烘干衣物等功能。 三、产品硬件
1. 结构图及功能划分 1.电脑程控器的基本电路框图 交流11V+12V+5V 2．硬件功能模块 全自动洗衣机的电路包含220V交流负载驱动电路, IC和蜂鸣器工作用的低压直流电路及高低压共路的电路。电脑程控器一般由下列九部分电路组成: (1)单片机程控器控制中心 单片机IC是程控器的控制中心, IC的ROM中固化了预定程序, 一般均采用8位微处理器( CPU) 的IC, 它由算术逻辑单元ALU、可掩膜程序存储器ROM、数据存储器RAM、输入输出接口以及控制计时、定时逻辑单元等组成。IC工作时, 对各功能键进行扫描处理, 根据功能键设置情况输出响应的控制信号。 (2) 直流电源电路 电气控制系统一般需两种直流电源: +5V和+12V, 其中+5V作为IC、 LED
一．设计总体思路，基本原理和框图 1.设计总体思路 课程设计要求实现电机的正传、反转、暂停，用两个LED灯的三种状态来表示，当显示时间前20秒正传、暂停10秒、反转20秒、再暂停10秒，如此一来，周期恰好是60秒，正好一个60秒减计数器可以构成一个循环结构。循环的总时间可以用一个外围100进制减计数器解决，并用两个数码管显示时间。这样一个电路的主体电路就构造出来了，然后一步步实现其具体的功能。用一个74LS74触发器控制整个电路的停止和清零以及连接蜂鸣器计构成报警模块。信号发生器仿真时就直接用方波信号代替，安装电路的时候就直接用脉冲信号。设置两个开关以控制电路的启动和随时停止。现在大体上就这样计划，下面说说基本原理。 2.基本原理 首先，从秒脉冲出来的信号，经过一个控制电路后进入秒计数器进行秒计数，进行清零，这时用户置入洗涤时间，并按开始按钮，洗衣机开始工作。当秒计数器变为零的时候，去分钟计数器上面借数；与此同时，从十秒位转化出来的信号进入移位寄存器后，LED灯表示出电机运转状态；当用户设定的洗涤时间结束后，电路报警并清零；同时电机指示灯熄灭。 3.系统设计框图
二．仿真设计： （一）.单元电路的设计 1.分、秒计数器模块 一百进制分计数器和六十秒计数器的原理是一样的，不同的只是它们的输入脉冲和进制不同而已，我们用四片74LS192来实现分计数和秒计数功能，我们要的只是减计数，所以我们把它的UP端接到高电平上去,DOWN端接到秒脉冲上；十分秒位上的输入端B、C端接到高电平上，即从输入端置入0110（十进制的6），秒十位的LD端和借位端BO联在一起，再把秒位的BO端和十秒位的DOWN 联在一起。当秒脉冲从秒位的DOWN端输入的时候秒计数的192开始从9减到0；这时，它的借位端BO 会发出一个低电平到秒十位的输入端DOWN，秒十位的计数从6变到5，一直到变为0；当高低位全为零的时候，秒十位的BO发出一个低电平信号，DOWN为零时，置数端LD等于零，秒十位完成并行置数，下一个DOWN脉冲来到时，计数器进入下一个循环减计数工作中。 对于分计数来说，道理也是一样的；只是要求，当秒计数完成了，分可以自动减少，需要把秒十位的借位端BO端接到分计数的DOWN端作为分计数的输入信号来实现秒从分计数上的借位。当然，这些计数器工作，其中的清零端CR 要处于低电平，置数端不置数时要处于高电平。这是一个独立工作的最高可以显示101分钟的计时器。把四个192的QA/QB/QC/QD都接到外部的显示电路上就可以看到时间的显示了。作为洗衣机控制器的一个模块，它还得有一定的接口来和其他的模块连接在一起协调工作，分计数的清零端LD是接在一起的；秒的清零端LD又是接在一起的，所以当要从外部把它们强制清零时，可以用一个三极管（NPN）或者两个或门就可以实现该功能。还有我们可以利用分计数的UP 端来进行外部置数，当把它们各接到一个低触发（平时保持高电平，外部给一个力就输入一个低电平）的脉冲上就可以实现从0－9的数字输入。
摘要 中文摘要： 该毕业设计介绍了可编程序控制器（PLC）和PLC控制系统的基本知识，包括PLC的定义、特点、分类、技术指标、基本结构、工作原理、硬件知 识及PLC控制系统等相关知识。采用三菱公司的FX2N系列的PLC，设计了 一个简单的全自动洗衣机控制系统。全自动洗衣机通过了可编程序控制 器来实现洗涤过程，省时省力。 英文摘要： Abstract The graduation design introduces the programmable logic controller( PLC) and PLC to control the basic knowledge of the system, include PLC definition ,characteristics, arrange ,the technique target, basic structure, the work principle, the hardware knowledge and control of PLC the system related knowledge. The design adopt the PLC of the series of FX2N of the San Ling company, design an in brief control system of full-automatic washing machine .The full-automatic washing machine passes the programmable logic controller to carry out the wash process, save time labor-saving.
全自动洗衣机控制系统 设计 集团文件版本号：（M928-T898-M248-WU2669-I2896-DQ586-M1988）
东北大学秦皇岛分校自动化工程系自动控制系统课程设计 全自动洗衣机控制系统的设计 专业名称自动化 班级学号 学生姓名 指导教师 设计时间2011.6.27~2011.7.8 东北大学秦皇岛分校自动化工程系 《自动控制系统》课程设计任务书 专业:自动化班级: 姓名: 设计题目：全自动洗衣机控制系统的设计 一、设计实验条件 装有单片机仿真软件的电脑。 二、设计任务 全自动洗衣机控制系统的要求是能实现“正常运行”和“强制停止”两种控制方式。 1．正常运行 “正常运行”方式具体控制要求如下： （1）将水位通过水位选择开关设在合适的位置（高、中、低），按下“启动”按扭，开
始进水，达到设定的水位（高、中、低）后，停止进水； （2）进水停止 2s 后开始洗衣； （3）洗衣时，正转 20s，停 2s，然后反转 20s，停 2s； （4）如此循环共 5 次，总共 220s 后开始排水，排空后脱水 30s；（5）然后再进水，重复（1）～（4）步，如此循环共 3 次； （6）洗衣过程完成，报警 3s 并自动停机。 2．强制停止 “强制停止”方式具体控制要求如下： （1）若按下“停止”按扭，洗衣过程停止，即洗涤电机和脱水桶转、进水电磁阀和排水 电磁阀全部闭合； （2）可用手动排水开关和手动脱水开关进行手动排水和脱水。 三、设计说明书的内容 1、设计题目与设计任务（设计任务书） 2、前言（绪论）(设计的目的、意义等) 3、主体设计部分 4、参考文献 5、结束语 目录
全自动洗衣机控制电路 摘要自19世纪中叶，美国人史密斯研制出世界上首台洗衣机至今，洗衣机的发展已经历了一个多世纪。1910年世界上第一台电动洗衣机问世，标志着人类家务劳动自动化的开始。在数字技术风行的今天，大多数的家用电器实现了数字化控制。1922年世界上第一台搅拌式洗衣机在美国诞生。1937年世界上第一台全自动滚筒式洗衣机投放市场。1957年三洋公司推出世界上第一台涡流式波轮洗衣机。从此，确立了搅拌式、滚筒式和波轮式三种工作方式洗衣机三足鼎立天下的局面。 关键词全自动洗衣机定时器 1 引言洗衣机是一种在家庭中不可缺少的家用电器，发展非常快，全自动式洗衣机因使用方便得到大家的青睐，全自动即进水、洗涤、漂洗、甩干等一系列过程自动完成。它的发明和应用使人们的洗衣工作变得省时又省力，很好地缓解了人们在家务劳动方面的压力。而在家电市场竞争日益激烈和利润下降的今天，各大家电生产厂商均致力于开发出能满足用户各种要求的智能家电产品，并努力降低生产成本以增强竞争力。 2 方案设计 洗衣机的主要控制电路是一个定时器,它按照一定制洗涤程序控制电动机 作正向和反向转动.定时器可以采用机械式,也可采用电子式.这里采用电 子定时器来控制洗衣机的运转（图A）。
图A 定时器来控制洗衣机的运转 2.1 设电动机用k 1和k 2两个继电器控制，继电器驱动电路如下图B 所示。洗涤定时间在0~10min 内由用户任意设定。 2.2 用两位数码管显示洗涤的预置时间，按倒计时方式对洗涤过程作计时显示，直至时间到而停机。 如果定时时间到，则停机并发出音响信号。 2.3 当定时时间到达终点时，一方面使电动机停转，同时发出音响信号提醒用户注意。 2.4 洗涤过程在送入预置时间后开始运转。 图B 洗衣机电动机驱动电路 3 总体方案与工作原理 3.1 本定时器实际上包含两级定时的概念，一是总洗涤过程的定时，二是在总洗涤过程中又包含电机的正转、反转和暂停三种定时，并且这三种定时是反复循环直至所设定的总定时时间到为止；依据上述要求，可画出总定时T 和电动机驱动信号Z1、Z2的工作波形如下图C 所示。 正转(10S) 暂停(10S) 反转(10S) 暂停(10S) 停止 定时未到 定时启动 定时到 Z 111Z 2 R b1 R b2 VT 1 3DG12 VT 2 3DG12 VD 1 VD 2 K 2 ~220 K 1 正转 反转
分数： 华南理工大学广州学院 课程设计任务书 题目：全自动洗衣机的PLC控制系统设计 课程：PLC技能培训课程设计 专业：自动化 班级： 姓名： 学号：
第一部分任务书
《PLC技能培训》课程设计任务书 一、课程设计目的 编程序控制器（PLC）于20世纪60年代在美国诞生，在我国的发展与应用已有30多年的历史，现在它已经广泛应用于国民经济的各个工业生产领域，成为提高工业装备电气自动化水平的重要设备和强大支柱。因此，PLC技术已成为电气自动化专业技能型人才必不可少的重要技能,《PLC技能培训》课程是《电气设备与PLC》课程实践教学环节，通过实践，可以帮助学生加深对理论知识消化吸收，提高PLC编程技能。 该课程设计的主要目的是通过运用三菱FX3U 系列PLC设计一控制系统，掌握PLC控制系统设计原则、方法、过程和具体设计步骤。通过设计还有助于复习、巩固以往所学的知识，达到灵活应用的目的。电气设计必须满足生产设备和生产工艺的要求，因此，设计之前必须了解设备及控制系统的用途、结构、操作要求和工艺过程，在此过程中培养从事设计工作的整体观念。 课程设计应强调能力培养为主，在独立完成设计任务的同时，还要注意其他几方面能力的培养与提高，如独立工作能力与创造力；综合运用专业及基础知识的能力，解决实际工程技术问题的能力；查阅图书资料、产品手册和各种工具书的能力；工程绘图的能力；书写技术报告和编制技术资料的能力。 二、PLC应用系统设计的内容和步骤 1．设计原则 （1）系统应最大限度地满足被控设备或生产过程的控制要求。 （2）在满足控制要求的前提下，应力求使系统简单、经济，操作方便。 （3）保证控制系统工作安全可靠。 （4）考虑到生产发展和生产工艺改进，在确定PLC容量时，应适当留有裕量，使系统有扩展余地。 2．设计内容 ）拟定控制系统设计的技术条件。1（． （2）确定电气传动控制方案和电动机、电磁阀等执行机构。 （3）选择PLC的型号。 （4）编制PLC输入、输出端子分配表。 （5）绘制输入、输出端子接线图。 （6）根据系统控制要求，用相应的编程语言（常用梯形图）设计程序。 （7）设计操作台、电气柜及非标准电气元件。 （8）编写设计说明书和使用操作说明书。 3．设计主要步骤 （1）分析被控对象的控制要求，确定控制任务. （2）选择和确定用户I/O设备. （3）选择PLC的型号.
武汉理工大学《数字电子技术基础》课程设计 课程设计任务书 学生姓名：杜炳谦专业班级：通信1006 指导教师：付琴工作单位：信息工程学院 题目: 洗衣机自动控制电路设计与实现 初始条件： 通过学到的知识，利用定时器、数码管、LED等数字电路器实现系统设计。要求完成的主要任务: 1.电路原理说明以及原理图的设计 2.设计电路的仿真，并给出仿真结果及分析 3.设计报告的撰写 时间安排： 指导教师签名： 2012年 6月 7 日系主任（或责任教师）签名： 2012年 6月 7 日
目录 目录........................................................................................................................ I 摘要.................................................................................................................... I Abstract ................................................................................................................. I I 1.引言 (1) 2.设计要求和实现的功能 (2) 3.设计原理与方案 (3) 3.1 方案选择 (4) 4.单元电路的设计 (5) 4.1秒脉冲发生器 (5) 4.2 分秒计数器 (6) 4.3 控制电路部分 (10) 4.4循环电路 (11) 4.5 总电路图 (13) 5.电路仿真结果 (14) 5.1 秒脉冲发生器 (14) 5.2 显示电路仿真结果 (15) 6心得体会 (19) 参考文献 (19) 附录 (21)
本科生毕业设计（论文）题目基于PLC的全自动洗衣机控制系统
基于PLC的全自动洗衣机控制系统 摘要：随着社会经济的发展和科学技术水平的提高，家庭电器全自动化成为必然的发展趋势。全自动洗衣机的产生极大的方便了人们的生活。洗衣机是国家电业唯一不打价格战的行业，经过几年的平稳发展，国产洗衣机无论在质量上还是功能上都和世界领先水平同步。纵观洗衣机市场，高效节能、省水、省电、环保型洗衣机一直在市场上占主导地位。 根据全自动洗衣机的工作原理,利用可编程控制器PLC实现控制,说明了PLC控制的原理方法,特点及控制洗衣机的特色。PLC的优点是：可靠性高，耗电少，适应性强，运行速度快，寿命长等，为了进一步提高全自动洗衣机的功能和性能，避免传统控制的一些弊端，就提出了用PLC来控制全自动洗衣机这个课题。全自动洗衣机控制系统利用了西门子S7-200系列PLC的特点,对按鈕,电磁阀,开关等其他一些输入/输出点进行控制,实现了洗衣机洗衣过程的自动化。由于每遍的洗涤,排水,脱水的时间由PLC计数器控制,所以只要改变计数器参数就可以改变时间。可以把上面设定的程序时间定下来,作为固定程序使用,也可以根据衣物的质地,数量及油污的程度来编程。该论文就怎样利用PLC来控制全自动洗衣机进行了调查，对其中软件设计、硬件设计等问题进行了分析和研究，实现了全自动洗衣机的正常运行和强制性停止功能。 关键词：PLC；自动；定时；控制
Entire automatic washer control system design Undergraduate：Qiu Yun qiao Supervisor：Yuan Liang Abstract:Along with the social economy development and the science and technology level enhancement, the family electric appliance entire automation becomes the inevitable development tendency. Entire automatic washer production enormous convenience people's life. The washer is the domestic electrical appliances industry does not only hit the profession which the price fights, passes through several year steady development, the domestically produced washer regardless of in quality or in function all with world leading horizontal synchronization. Looks over the washer market, the highly effective energy conservation, the province water, the province electricity, the environmental protection washer continuously occupy the dominant position in the market. How does this paper study controls the entire automatic washer using PLC, to question and so on software design, hardware design has carried on the analysis and the discussion, has realized the entire automatic washer normal operation and compulsory stops the function. Keywords: PLC; control; delay;entire automatic
芜湖职业技术学院 毕业论文 题目：基于单片机的智能洗衣机控制系统设计 院系名称：芜湖职业技术学院信息工程系 专业班级：嵌入式技术与应用 学生姓名： XXXX 学号： XXX 指导教师： XXXX 2012 年 5 月 6 日
摘要 本设计是利用89C51单片机微处理器来实现对智能洗衣机的控制，利用主程序选择按钮、启动按键和增减按键作为输入参数，通过Keil 软件编程来控制电机旋转、LED数码管显示等主要动作。在实现具体的洗衣程序时通过洗涤和脱水子程序代码来完成整个过程的控制。本设计可以实现洗衣代码选择显示、洗衣倒计时显示、进水指示、排水指示、电机旋转等主要显示过程。 关键词 89C51单片机智能洗衣机电机旋转
目录 第一章绪论 (5) 1.1 研究目的 (5) 1.2研究意义 (6) 1.3研究价值与应用 (6) 第二章系统总体设计 (8) 2.1功能需求分析 (8) 2.2硬件设计方案 (8) 2.3软件设计方案 (9) 第三章硬件电路设计 (11) 3.1 基于AT89C51单片机控制的智能洗衣机原理 (11) 3.2 原理图的说明 (11) 3.2.1.主芯片电路 (11) 3.2.2.LED数码管显示电路 (12) 3.2.3.按键电路部分 (12) 3.2.4蜂鸣电路和电机控制电路 (13) 3.2.5指示灯电路 (14) 第四章系统软件设计 (15) 4.1 Keil c51集成开发环境 (15) 4.2 仿真软件Proteus介绍 (19) 4.3 Keil与Proteus的在线联合仿真 (20) 4.4 主程序设计及各子程序模块 (20) 4.4.1.主程序 (20) 4.4.2. INT0中断模块 (22) 4.4.3. 进入待机状态 (22) 4.4.4. 设置洗涤次数模块 (23) 4.4.5 设置洗涤时间模块 (23) 4.4.6.设置脱水时间模块 (24) 4.4.7. 开始脱水模块 (25) 4.4.8. 开始洗涤模块 (25) 第五章系统调试 (27) 5.1硬件调试 (27) 5.2 程序加载 (28) 5.3系统调试结果 (28)
一、概述 本设计要求完成洗衣机控制电路的设计。控制洗衣机按定时启动、正转20秒、暂停10秒、反转20秒、暂停10秒的洗涤模式不停的循环，到达定时时间后停止。并要求有数码管显示时间，LED显示状态，声音报警。 通过以上要求，洗衣机洗涤模式是以60秒钟即一分钟作为循环。计时方式是通过预置时间定时，因而初步设想使用一个六十进制倒计时电路作为核心控制。预置时间以分为单位，则还需要分计时器，并且要能预置时间。同时，时间的计时按秒来进行，则需要用一个妙信号发生器。最后，用两位数码管作为时间显示电路，三个LED灯作为状态显示电路，蜂鸣器作为报警电路。根据以上分析，设计电路基本框图入下： 二、方案论证 计时器芯片选择 采用74LS192芯片实现 中规模集成电路74LS192进行设计较为简便，74LS192是十进制可编程同步加减计数器，它采用8421码二·十进制编码，并具有直接清零、置数。加/减计数功能，为双时钟芯片，计数采用DOWN时钟，而置数可以采用UP时钟，因而置数显得十分简单，是很好的选择。
显示电路选择 显示电路用单位的数码管和相适应的显示译码器，这儿采用共阴极的单位数码管，应用十分简单。 状态显示电路 使用三个不同颜色的数码管来表示不同的洗涤状态，通过74LS138作为译码器，来实现该功能。 经过以上分析，计时电路采用四片74LS192实现，两片组成六十进制计数器实现秒信号计数，当计满六十秒后向前借位。另外两片构成一百进制计数器，来计数秒的借位信号，同时实现预置数功能。数码管、报警电路和LED灯分别与逻辑电路进行组合，接到74LS192的输出，以完成时间显示、报警和状态显示，洗衣机控制则使用74LS138作为译码输出进行不同的组合，完成控制。 其中显示电路实际连接为： 图1 显示电路具体图 三、电路设计 计时电路 我们用四片74LS192来实现分计数和秒计数功能，对于秒信号，我们要的只是减计数，所以我们把两片秒计数的74LS192芯片的UP端接到高电平上去,DOWN端接到秒脉冲上；十分秒位上的输入端B、C端接到高电平上，即从输入端置入0110（十进制的6），秒十位的LD端和借位端BO联在一起，再把秒位的BO端和十秒位的DOWN联在一起。由图3.2.3可知，LD低电平有效，产生借位信号时，BO也是低电平有效。当秒脉冲从秒位的DOWN端输入的时候秒计数的74LS192开始从9减到0；这时，它的借位端BO 会发出一个低电平到秒十位的输入端DOWN，秒十位的计数从6变到5，一直到变为0；当高低位全为零的时候，