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摘要洗衣机是现代家庭必备电器之一。
随着科学技术的发展，人工智能技术逐渐应用于家用电器中。
人们对洗衣机的要求在不断地提高，传统的全自动洗衣机已经不能完全满足人们的需求。
智能洗衣机应运而生。
本设计为基于模糊控制理论的微电脑程控式的智能洗衣机设计。
应用模糊控制可以实现对洗涤过程中的水位和洗涤时间的合理控制。
洗涤过程中，洗衣机能自动检测出布量和布质，自动地确定水位和洗涤时间，使衣物能够达到最佳的洗涤效果。
系统的硬件主要包括主控芯片，电源电路，驱动电路，传感器电路，显示电路，键盘输入电路等。
由于本次设计采用了功能强大的AT89C52单片机为主控制芯片，因此系统具有控制能力强，硬件简单，工作可靠等优点。
关键词：AT89C52单片机；智能洗衣机；模糊控制AbstractThe washing machine is one of the essential electrical appliances of the modern family. With the development of science and technology，artificial intelligence technology is gradually applied in household appliances.As the requirements for washing machine is constantly improving，the traditional automatic washing machine can not meet the needs of people. Intelligent washing machines came to being.This paper describes the system design of microcomputer programmed intelligent washing machines based on the fuzzy control theory. The application of fuzzy control can reasonably control the water level and washing time in washing process. In the process of washing，Intelligent washing machine can automatically detect the amount of cloth and the type of fabric，automatically make sure water level and washing time，make clothings reach the best cleaning effect.System hardware mainly includes the main control chip，the power supply circuit，drive circuit，sensor circuit，display circuit，the keyboard input circuit，etc. Because it equipped with the powerful single chip micro-computer named AT89C52，this washing machine has many advantages over its strong controlling ability，simple hardware structure and so on.Key words : AT89C52 single chip; Intelligent washing machine;fuzzy control目录摘要 (I)Abstract (II)1 绪论 (1)1.1 洗衣机的发展状况概述 (1)1.2 模糊控制理论简述 (2)1.3 智能洗衣机的设计方案 (3)2 系统概述 (5)2.1 系统结构介绍 (5)2.2 主要芯片及元器件介绍 (6)3 系统硬件电路设计 (15)3.1 系统电源电路 (15)3.2 温度检测电路 (15)3.3 水位检测电路 (15)3.4 浊度检测电路 (16)3.5 液晶显示电路 (16)3.6 迅响电路 (17)3.7 键盘输入电路 (17)3.8 驱动电路 (18)3.9 负载检测电路 (18)4 系统软件设计 (20)4.1 智能洗衣机实现的关键技术 (20)4.2 系统主要流程图 (24)4.3 系统程序代码 (29)5 结论 (36)参考文献 (37)附录： (38)致谢 (39)1 绪论1.1 洗衣机的发展状况概述1．洗衣机的发展史洗衣服是每个家庭都无法逃避的家庭劳动。
基于单片机的全自动洗衣机控制系统设计摘要随着数字技术的快速发展，洗衣机成为家庭中不可或缺的家用电器。
因此，设计了基于单片机的全自动洗衣机控制系统。
本系统实现了对洗衣机整个洗衣过程的控制,包括用户参数输入,洗衣,脱水和结束报警四个阶段.控制系统主要由电源电路，单片机控制系统和外部硬件三大模块组成。
通过单片机的控制，外部硬件随着用户参数的输入，洗衣机按照用户的选择要求进行运作。
本系统给AT89S52单片机载入软件程序后,能够实现全自动洗衣机的基本功能.使得洗涤、漂洗、排水、脱水等各种功能的操作都不需要手动。
并可以通过选择洗涤方式来选择时间，还可以选择洗涤的强弱等多种方式。
控制器通常设有强洗、弱洗两种洗涤程序，对不同的衣物可提供用户选择。
本设计实现了多种洗衣功能，能够满足现代家庭的基本洗涤要求，具有一定的实用性。
关键词：单片机89S52；洗涤；全自动洗衣机；控制器IIIDesign of control system of automatic washing machine basedon the microcontrollerAbstractWith the rapid development of digital technology, washing machine has become indispensable household appliances. Therefore, the design of the control system of automatic washing machine based on single chip microcomputer. This system realizes the control of the washing machine and the whole washing process, including user input parameters, washing, dehydration and end alarm four stages. The control system is mainly composed of a power supply circuit, SCM control system and the external hardware three modules. Through the MCU control, external hardware with user input parameters, washing machine according to the user's choice for operation.This system downloading the program to AT89S52 microcontroller, to achieve the basic functions of automatic washing machine washing, rinsing, drainage. So, dehydration and other various functional operation does not need manual. And can choose the washing way to choose the time, can also choose the washing strength etc.. The controller usually provided with a strong, the weak wash wash two kinds of washing procedures, for different clothing can provide user selection. Design and implementation of the various washing function, can satisfy the basic washing the requirements of the modern family, has a certain practicality.Key Words: Singlechip 89S52; washing; full automatic washing machine; controllIIIIV目录摘要 (I)Abstract ......................................................................................................................................... I II 第1章绪论.. (1)1.1课题的目的和意义 (1)1.2洗衣机的发展全景及待解决的问题 (1)1.3课题设计任务与要求 (3)第2章全自动洗衣机的设计方案 (5)2.1系统方案选择 (5)2.2具体设计方案 (7)2.2.1按键 (7)2.2.2洗衣机自检 (7)2.2.3洗衣程序 (8)2.2.4显示 (8)2.3控制系统的功能 (8)第3章系统硬件设计 (9)3.1系统硬件总体设计 (9)3.2各单元电路设计 (15)3.2.1电源电路 (15)3.2.2控制电路 (15)3.2.3检测电路 (17)3.2.4执行电路 (17)3.2.5显示电路 (19)3.2.6蜂鸣器报警电路 (20)3.3电路设计及本章小结 (21)第四章系统软件设计 (23)4.1软件主程序设计 (23)4.2软件子程序设计 (23)4.2.1洗衣程序设计 (27)V4.2.2洗涤程序的设计 (27)4.2.3漂洗程序的设计 (28)4.2.4脱水程序的设计 (28)第五章系统调试 (31)5.1硬件调试 (31)5.2软件调试 (32)5.3整体调试 (33)总结 (37)参考文献 (39)致谢 (41)附录 (43)VI第1章绪论1.1课题的目的和意义目前中国洗衣机市场正进入更新换代期，市场潜力巨大，人们对于洗衣机的要求也越来越高，目前的洗衣机主要有强弱洗涤功能、进排水系统故障自动诊断功能、暂停等几大功能，在许多方面还不能达到人们的需求。
山东协和学院工学院，山东济南 250109【摘要】采用了STC89C52单片机进行设计控制系统,控制系统主要是四个部分构成:用户参数输入、洗涤、脱水、最后报警。
以单片计算机为主体构成的主要控制系统，主要控制系统是以STC89C52单片机为内核，使用键盘、蜂鸣器、电源、水位传感器等为核心，完成对洗衣机内各步骤的管理。
【关键词】STC89C52单片机洗衣机控制系统1总体方案设计1.1设计任务1.研究内容：利用单片机实现了一种新型的洗衣机控制装置。
利用MCU作为主机，通过对所需的外部电路进行扩充，实现了对全自动洗衣机的控制。
2.主要功能：（1）标准：12 min的浸洗、2 min的冲洗、3 min的脱水；（2）快速：4 min的浸洗，2 min的冲洗，2 min的脱水；（3）轻柔：3 min的浸洗，3 min的冲洗，2 min的脱水；（4）调试模式：整个的处理时间为1分钟；（5）有开机/停机按键的操作：先按下菜单，然后再按下选单，选好要做的工作，当工作完成后，再按下停止。
（6）具有脱水功能。
（7）具有指示功能：入水时显示，洗净时显示，排干时显示，漂洗时显示，脱水时显示。
1.2洗衣机的设计方案本控制系统由按钮输入、浸洗、洗涤、漂洗、排气、再洗涤等五个环节构成的。
本控制系统由主回路和单片机系统,外围硬件回路构成[8]。
用STC89C52单片机控制器为基础,以二个共阳数码管,键盘,蜂鸣器,水位传感器,以及发光二极管等为中心元件;由继电器,充气三极管,发电机,以及步进马达驱动器等组成的外围硬件。
1.2.1 按键在洗衣机的控制器上有四个按键，分别是K1、K2、K3、K4K1是单选按键，使用K4前先将K1按下，避免出现错误。
K2是开机按键、K3是停止按键、K4是菜单。
1.2.2 洗衣程序（1）水洗工序接通电源后，如果没有选择清洗时间，那么洗衣机将从清洗程序启动。
进入清洗程序，先加水，当加水指示灯点亮，启动加水，达到所需的时间后，加水停止；马达 M开启，推动水轮转动，产生洗涤水。
基于人工智能的新型洗衣机控制系统设计第一章：绪论洗衣机是现代家庭必备家电之一，其控制系统一直都是电气控制系统，但随着人工智能技术的发展，基于人工智能的新型洗衣机控制系统已经成为可能。
这种新型系统可以利用各种传感器采集洗涤过程中的数据，并根据数据做出相应的控制。
本文就基于人工智能的新型洗衣机控制系统进行了深入研究，并提出相应的设计方案。
第二章：传统洗衣机控制系统传统洗衣机控制系统通常采用电气控制技术，通过启动电机来驱动洗衣桶进行旋转，并通过电磁阀控制进水和排水操作。
传统洗衣机控制系统的缺点在于其控制方式的单一性和精度的不够高，尤其是在一些特殊情况下，例如大量脏衣服、强劲的污垢等，其控制效果并不理想。
第三章：基于人工智能的新型洗衣机控制系统设计3.1 传感器系统设计基于人工智能的新型洗衣机控制系统的关键在于传感器系统的设计。
传感器系统需要采集一系列的数据，例如衣服的重量、衣服的材质、水温、洗涤剂的种类等等。
在制定设计方案时，应该考虑传感器的灵敏度、采集频率、采集区域等方面的问题。
3.2 数据处理系统设计传感器采集到的数据需要进行处理并输出相应的结果，这个过程就需要数据处理系统的帮助。
数据处理系统的核心在于设计相应的算法，例如通过衣服的重量和水温来识别衣服的种类，从而选择相应的洗涤模式和洗涤剂类型。
此外，数据处理系统还可以根据当前水温、水位和洗涤时间等数据，自动调整转速、冲洗次数和水量等参数。
3.3 控制系统设计在数据处理系统处理完数据后，需要将结果输出到控制系统中，实现对洗衣机的控制。
控制系统的关键在于设计相应的控制策略，并采用高精度控制器实现。
控制系统应该能够根据处理过的数据，实现对洗涤过程中各个参数的精确控制，以达到最佳的洗涤效果。
3.4 人机交互界面设计最后的设计环节是人机交互界面的设计。
这个界面应该能够让用户轻松地选择洗涤模式、洗涤剂类型等参数，同时也应该提供实时监控和故障报警等功能。
在设计人机交互界面时，应该注重用户体验，考虑到用户的使用习惯和操作习惯，使界面更加易用易懂。
基于单片机的智能洗衣机控制系统设计一、本文概述随着科技的快速发展和人们生活水平的提高，家电产品逐渐向着智能化、自动化的方向发展。
洗衣机作为家庭日常生活中不可或缺的家电设备，其性能的优化和智能化升级显得尤为重要。
本文将详细介绍一种基于单片机的智能洗衣机控制系统设计，旨在提高洗衣机的自动化程度，改善用户体验，并实现节能环保的目标。
该控制系统以单片机为核心，结合传感器技术、电机控制技术、人机交互技术等多个领域的知识，实现洗衣机的智能控制。
通过传感器实时监测洗衣过程中的水量、温度、衣物重量等参数，单片机根据这些参数自动调节洗涤程序，以达到最佳的洗涤效果。
同时，系统还具备人机交互功能，用户可以通过简单的操作界面选择洗涤程序、设定洗涤参数，实现个性化洗涤。
本文首先将对智能洗衣机控制系统的总体设计方案进行介绍，包括硬件和软件的设计思路。
然后，详细阐述各个功能模块的实现方法，包括传感器模块、电机控制模块、人机交互模块等。
接着，对系统的硬件和软件进行集成和调试，确保系统的稳定性和可靠性。
对智能洗衣机控制系统进行性能测试和实验验证，以评估其实际应用效果。
通过本文的研究和设计，期望能够推动洗衣机行业的智能化升级，为用户提供更加便捷、高效、节能的洗涤体验。
也希望本文的研究方法和成果能够为相关领域的研究人员和技术人员提供有益的参考和借鉴。
二、单片机基础知识单片机（Microcontroller Unit，MCU）是一种集成电路芯片，采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计数器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的微型计算机系统。
单片机也被称为微控制器，它的应用领域非常广泛，包括智能家居、医疗设备、工业控制、航空航天等。
单片机的主要特点包括：集成度高，体积小，功耗低，可靠性高，控制功能强，扩展灵活，以及易于实现智能化控制等。
毕业设计专业：电子信息工程二○一○年六月基于51单片机的洗衣机控制器设计Based on 51serial single chip computer Controller designfor dishwasher machine系别：电子工程学院2010 年 6 月摘要洗碗机又称洗碟机或餐具清洗机，是一种代替人工洗涤碗、碟、杯、盘和勺等餐具的家用电器。
家用洗碗机在我国具有巨大的市场潜力，随着洗碗机性能的不断改善及消费者认识的不断提高，家用洗碗机必将成为我国“21世纪厨房新亮点"。
基于模糊控制的全自动洗碗机自动控制系统,以单片机AT89S52为核心,可以实现洗碗机的智能控制,提高洗碗质量,节约能源。
硬件结构框图及软件流程图是该系统的重要组成部分,在整个控制过程中,模糊控制软件起了决定性的作用基于51单片机的洗碗控制系统，控制面板由按键、指示灯和LCD 显示器组成。
按键选择洗衣机工作方式，指示灯配合按键工作，LCD 显示器则显示洗碗机洗涤和排水时间。
洗碗机的整体电路模块包括键盘矩阵、指示灯、电动机控制及电源电路。
控制程序设计包括定时中断服务程序、外中断服务程序及主程序。
关键词：模糊控制；洗衣机；全自动；洗衣控制系统；51单片机；控制程序ABSTRACTDishwasher is also known as dining utensils cleaning machine，is an artificial substitute for washing bowls，plates，cups，plates，spoons or other utensils of household appliances．With the improving of household dishwasher and the rising of consumer awareness，household dishwasher has a huge market in china，household dishwasher is boundto become a”new hi9111ight ofthe 21st century kitchen”．Based on fuzzy control, completely automatic washing machine control system has AT89C51single chip computer as a core, can realize intelligent control to save energy and enhance quality. The hardware diagram and software flow chart are important part of the system. The fuzzy control software play a decisive role in the whole control process.Based on 51 serial single chip computer, control system of washing machine consists of a control panel which includes the pressing keys, displaying lamps and LED device. The pressing keys select washing operation mode, the displaying lamps cooperate with the pressing keys. LED device displays time span for washing and dehydration. The circuit module includes key matrix, lamp, motor control and power supply. The software includes interruption program and main program.Key Words：Fuzzy control; washing machine; completely automation; control system for washing; 51serial single chip computer; control program目录1引言 (1)1.1 问题的提出 (1)1.2 课题研究的意义 (1)2设计任务 (2)2.1设计的主要内容 (2)2.2主要技术指标 (2)3方案论证 (3)3.1选用单片机AT89S52 (3)3.2选用电机驱动模块L298N (4)4硬件电路设计 (5)4.1系统整体框图 (5)4.2人机交互硬件 (5)4.2.1 液晶显示屏 (5)4.2.2 键盘 (12)4.2.3LED及蜂鸣器 (12)4.3 电机驱动模块L298N (13)4.3.1功能特性 (13)4.3.2引脚定义 (13)4.4单片机AT89S52 (14)4.4.1 AT89S52功能特性 (14)4.4.2 芯片结构 (15)4.4.3 引脚功能 (16)5软件设计 (19)5.1主程序流程图 (19)5.2液晶显示子程序流程图 (20)5.3 键盘驱动程序 (21)5.3.1 初始化子程序 (21)5.3.2 按下判断子程序 (21)5.3.3 等待抬起子程序 (21)5.3.4 键盘扫描子程序 (22)5.4 键盘子程序流程图 (23)6测试结果及分析 (24)6.1 硬件电路测试 (24)6.2 系统测试 (24)6.2.1 测试方法 (24)6.2.2 功能测试及分析 (24)结论 (25)致谢语 (26)参考文献 (27)附录1原理图 (28)附录2程序 (29)附录3英文原文 (51)附录4中文译文 (59)天津工程师范学院2009届本科生毕业设计1引言1.1问题的提出电子技术和微型计算机的迅速发展，促进了微型计算机测量和控制技术的迅速发展和广泛应用。
基于单片机全自动洗衣机控制器设计与仿真随着科技的发展，越来越多的家电产品逐渐实现了智能化和自动化。
其中，全自动洗衣机的普及程度也越来越高。
为了更好地提供用户体验，许多厂家开始采用基于单片机的全自动洗衣机控制器，来实现对洗衣机的智能控制。
本文主要介绍基于单片机全自动洗衣机控制器设计与仿真的过程。
一、控制器硬件设计控制器的硬件设计主要包括单片机的选型与连接，外设的选型与连接，以及电源部分的设计等方面。
一般来说，单片机控制器主要使用 8 位单片机，比如 AT89C52。
同时，为了更好的扩展性和稳定性，还需要添加与单片机相应连接的晶振、电容等元器件。
此外，还需要选用和连接相应的外设，如数码管、按键、继电器、红外遥控模块等元件。
最后，需要设计一套合适的电源系统，以保证整个控制器的稳定运行。
二、控制器软件设计控制器的软件设计包括程序逻辑的设计和编写。
程序的逻辑设计需要考虑到洗衣机的具体使用场景和功能，如水位控制、转速控制、洗涤时间控制等等。
在编写代码时，需要充分利用单片机的控制能力，使其能够对各个功能进行更好的掌控。
此外，需要注意代码的可读性以及可维护性，以便在后期的调试和修复过程中更加方便地操作。
三、仿真调试为了保证控制器的正确性和可靠性，需要进行一系列的仿真调试。
首先，可以通过仿真软件搭建出一组合适的测试平台，并通过数据的模拟来测试程序的正确性。
接下来，还需要对各个外设元件的功能进行测试，以保证其与单片机之间的通讯正常。
最后，在完成模拟测试后，还需要真实地将控制器连接到洗衣机上，并进行实际的功能测试，以检验其实际的使用效果。
综上所述，基于单片机的全自动洗衣机控制器设计与仿真是一个需要考虑到硬件、软件、仿真等多个方面的问题。
其中，摸索合适的软件逻辑和外部设备之间的连接，对实验的测试成果更为重要。
唯有确保整个控制器的正确性和可靠性，才能为消费者带来更好的使用体验和权益。
分类号密级U D C 编号学士学位论文题目：智能洗衣机控制系统的设计院（系）：电子信息工程学院专业：电气工程及其自动化年级：学生姓名：学号：指导教师：二O一六年五月汉口学院学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文是本人在导师指导下独立进行研究工作所取得的研究成果。
除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。
本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。
学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保障、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关学位论文管理部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。
本人授权省级优秀学士学位论文评选机构将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。
本学位论文属于1、保密□，在_____年解密后适用本授权书。
2、不保密□。
（请在以上相应方框内打“√”）学位论文作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日摘要：系统是智能洗衣机控制系统的设计，主要的核心器件是STC89C52单片机，可以实现智能洗衣机控制系统的设计功能。
分析了智能洗衣机控制系统的设计的基本功能，将各个功能有机的联系在一起，设计初系统整体设计方案，完成系统结构设计。
确定各个功能的具体方案，明确所有设计细节、器件选型。
根据选择的器件型号，设计初系统各部分电路图，将各个功能的电路图连接在一起，绘制出系统整体电路图。
按照连接关系设计软件，软件设计通过C语言进行编程，完成各个功能代码开发，进行模块化设计，最终组合在一起，并且按照逻辑流程设计初软件设计流程图。
最终对系统进行调试，对代码的逻辑功能进行优化，判断代码是否可行，对设计缺陷不短进行改进，最后完成系统功能。
实现远程对洗衣机的控制，电机正反转、倒计时显示等功能，可通过手机实现洗衣程序的个性化设置。
按键可以设置洗涤以及脱水的时间和次数参数，按键功能分别为：设置键、增加键、减小键，启动键。
基于 RC522的公寓智能洗衣机控制器设计湛晓雪;郭献章;高茂菊;冯秀霞;赵明强;雷志强【摘要】Using high‐speed MCU C8051F500 microcontroller and Philips RC522 RF chip ,an in‐telligent washing machine controller was designed .The controller could realize the timing of the use of a washing machine card ,and could facilitate the users to view their balance .The controller could determine the working condition of the machine through current sensing device and power off the ma‐chine when needed .The controller could also be slightly modified to achieve a variety of functions ac‐cording to customer’s demand .%利用高速MCU C8051F500单片机作为微处理器，并以philips公司的RC522射频芯片为核心设计了控制器。
该控制器能实现对洗衣机的刷卡定时使用，并能方便用户随时查看帐户余额。
控制器通过检测设备工作的电流判断设备的工作情况，从而根据需要切断设备的电源，也可以根据客户需求进行少许改动以实现多种需求。
通过实例展示，说明了该控制器的实用性与可靠性。
【期刊名称】《物理实验》【年(卷),期】2016(036)005【总页数】5页(P34-38)【关键词】RC522;智能洗衣机;电流检测;M ifare卡【作者】湛晓雪;郭献章;高茂菊;冯秀霞;赵明强;雷志强【作者单位】东北大学秦皇岛分校资源与材料学院，河北秦皇岛066004;东北大学秦皇岛分校实验教育中心，河北秦皇岛066004;东北大学秦皇岛分校资源与材料学院，河北秦皇岛066004;东北大学秦皇岛分校资源与材料学院，河北秦皇岛066004;东北大学秦皇岛分校控制工程学院，河北秦皇岛066004;东北大学秦皇岛分校控制工程学院，河北秦皇岛066004【正文语种】中文【中图分类】TP368.2;TM925.33在大学物理实验教学中，根据学生的不同专业及不同的专业知贮备水平，利用物理实验室的基础条件，因势利导，使低年级的本科生也能发挥自己的特长，用所学致所用，不但培养了良好的科研动手能力和科研素养，而且增进了学习兴趣. 东北大学秦皇岛分校实验教育中心在物理实验教学中，为激发学生学习热情成立了多个学生科研兴趣小组，3年来做出发明专利2项，实用新型专利12项，以下是自控小组的成果之一，展示了这种教学模式的活力与成功之处.随着射频技术及非接触式IC卡的发展，非接触式IC卡[1]已经广泛应用于洗衣机、门禁系统、医疗、企业、校园一卡通、公路交通费管理系统等领域. 目前有些公寓和学生宿舍洗衣房仍用人工管理，使用的是普通非刷卡洗衣机，学生需先去洗衣房交费并由宿管人员启动非刷卡冼衣机进行清冼. 一段时间后宿管人员会定期与财务进行结算. 该过程需要人工登记，效率低而且不易实现对宿管人员的监督. 非刷卡洗衣机价格虽然便宜，但是已经不能满足这种需求了. 市面流通的可刷卡洗衣机价格较贵，而且当该刷卡洗衣机报废后，其刷卡系统也就跟着报废，不可再次利用. 针对上述情况，本文设计了基于MFRC522芯片和C8051F500单片机的可多次利用的刷卡控制器，并以伊莱克斯洗衣机为例，通过控制洗衣机的电源实现对洗衣机的控制. 控制器检测通过洗衣机电源的电流即可获知洗衣机工作与否，进而控制洗衣机的电源. 每次刷卡控制器会设定50 min倒计时，倒计时为零，控制器也会控制继电器断开洗衣机的电源，实现对洗衣机的有效控制. 采用12232液晶显示洗衣机每次刷卡后的剩余使用时间和相应中文信息，人机界面更直观方便；选用ACS712霍尔电流传感器可以有效检测各种波形的电流(包括电隔离的)，降低成本，提高控制器的灵敏度和可靠性.如图1所示，控制器整体结构主要包括：电源模块、微控制器模块、射频基站模块、电流检测模块、继电器模块、液晶显示模块、报警提示模块. 控制器电路板采用双层PCB板，PCB板的主要功能是提供机械上的支撑以及对封装好的固态器件、电阻器、电容器和电感等进行多电平连接[3]. 采用双层板可合理地在正反面放置器件，便于器件之间的导线连接，增加系统的稳定性和可靠性.1.1 电源模块电源模块为控制器各模块提供电源. 其中，MTW3-S5H AC/DC转换模块为控制器的单片机、继电器、电流检测模块、液晶报警提示模块提供电源. AC/DC模块得到的5 V再经稳压芯片LM1117-3.3输出，变为3.3 V电压，为RC522射频模块供电.1.2 微控制器模块C8051F系列单片机具有高速流水线结构、大多数指令执行时间为1～2时钟周期、高性能模拟外设、MCU时基选择多样化等优点[4-5]，因此选用带SPI总线的8位单片机C8051F500作为主控芯片. 该单片机工作电压为1.8～5.25 V，采用流水线指令结构，速度可达50 MIPS(时钟频率为50 MHz时). 内部有可编程速率高达200 kb/s的12位ADC转换器. 不用外接AD转换器就能进行AD转换. 内部含有4 352字节RAM(256+4096 XRAM)，64 kB Flash满足编程需要. C8051F500有4个16位定时器，支持UART、SMBBus和高速SPI接口. 内部振荡器为24 MHz，精度为±0.5%. 使用内部晶振时，处理速度及精度均能达到控制器的要求.MFRC522是Philips公司针对“三表”应用推出的一款低电压、低功率、低成本、体积小的非接触读写芯片[6]. 它支持ISO/IEC 14443A/Mifare[7]协议，无需额外的有源电路，MFRC522[5]的内部发射机就能够驱动读写器/写入器天线与ISO/IEC 14443A/Mifare协议卡通信. MFRC522射频电路如图2所示，其中TX和RX接PCB天线. RC522的工作频率为13.56 MHz，它可以在有效的发射空间内形成13.56 MHz的交变电磁场，为处于发射区域内的非接触式IC卡提供能量[7].射频芯片工作频率为13.56 MHz，该频率的波长大约为22 m，除了金属材料外，该频率的波长可以穿过大多数的材料[8]，考虑到安全性及可靠性，将控制器放置在塑料壳里. IC卡贴在控制器外壳表面即可实现与控制器的无线通信，进而实现对IC卡的读写及信息显示等功能.1.4 电流检测模块本控制器选用ACS712霍尔电流传感器作为电流检测传感器. ACS712霍尔传感器是利用霍尔原理制成的检测电流的装置，它的突出优点是能检测各种波形的电流，而且是电隔离的，输出为电压信号，非常适合检测工频电[9].根据洗衣机的工作特性，其工作电流小于4 A，所以选择量程为-5 A≤Ip≤+5 A的ACS712电流传感器. ACS712能检测交流电流和直流电流，输出信号反映输入信号的真实波形，灵敏度为185 mV/A，满足本控制器的使用要求.ACS712的典型应用电路如图3所示，输入信号是50 Hz的交流电，ACS712输出端为以2.5 V为基准的正余弦电压信号，且Vout=2.5+0.185Ip. 考虑输入信号的频率以及采集数据的准确性，设定单片机每20 ms采集100个数据，根据算法找出1个周期采集数据的最大值Vmax. 再根据Vout=2.5+0.185Imax即可算出洗衣机工作电流的最大值Imax，以此来判断设备的工作情况.继电器用来控制洗衣机电源的接通与断开. 在洗衣机停止使用或达到刷卡设定的最长时间后，控制器会及时关闭洗衣机的电源. 以此来实现对洗衣机的有效控制.1.6 液晶显示模块本控制器使用12232液晶作界面显示，如图4所示，该液晶内置8 192个16×16点汉字库和128个16×8点ASCII字符集图形点阵，方便显示汉字，人机界面更直观. 在洗衣机运行过程中，液晶显示洗衣机每次刷卡后卡的剩余次数和卡号，以及倒计时时间等.1.7 报警提示模块报警提示电路图如图5所示. 本报警不需要语音提示，用蜂鸣器发音提示即可. 在查询卡的剩余次数时，蜂鸣器发出2声短促的响声，在刷卡洗衣时，蜂鸣器发出长响1声. 在洗衣机正常洗完衣服后，蜂鸣器会发出长响响声. 该控制器选择有源蜂鸣器，配合简单有效的三极管驱动电路，通过单片机I/O口就能控制其发声.2.1 主程序功能设计本控制器的程序开发环境为Uvision 3 IDE，它是基于Windows系统的开发平台，支持所有的Keil 8051工具，很适合作为C8051f500的开发环境[10]. 控制器的主程序流程图如图6所示：首先系统进行I/O口、定时器、AD转换、全局变量等的初始化，之后一直处于寻卡和电流检测状态.第一次刷卡时，控制器为验卡状态，此时液晶显示IC卡的剩余次数(IC卡的使用次数不会减1)，显示过IC卡的剩余次数后，由验卡状态变成刷卡状态，如果卡片在设定时间(3 s)内离开刷卡区，卡片会由刷卡状态变成验卡状态；如果卡片在设定时间(3 s)内没有离开，程序进入第二次寻卡，此时控制器变为刷卡状态，IC卡的次数会减1，同时液晶显示IC卡的剩余次数，之后由刷卡状态变成验卡状态. 刷卡后，液晶显示本次使用洗衣机的剩余时间，并且开始倒计时. 另外控制器在洗衣机工作时也可随时查看IC卡的剩余使用次数，即控制器可以在任意时刻查看IC卡的信息，方便管理人员随时查看.控制器工作时，控制器实时检测洗衣机电源线经过电流i，该电流值i小于设定阈值(0.8 A)便启动定时器计时，计时期间若电流值i大于设定阈值，则定时器清零，重新计时. 计时时间大于4.5 min(该时间参量是根据伊莱克斯洗衣机的工作特性得出的)，断开继电器，切断洗衣机的电源. 若洗衣机剩余使用时间倒计时为零，则控制器控制继电器断开洗衣机的电源.2.2 对IC卡的操作如图7所示，相关的操作流程为：1)复位请求. 卡上电复位后，读写器向卡片发出请求命令.2)防冲撞. 在同一时刻读写器天线有效范围以内可能存在多张非接触式IC卡，防冲突机制会从其中选择1张进行操作，未选中的则处于空闲模式，该过程会返回被选卡的序列号.3)选择卡片. 选择被选中的卡的序列号，并同时返回卡的容量代码.4)三重秘钥验证. 选定卡片后，读写器就确定要访问的扇区号，并对该扇区密码进行密码校验，在3次秘钥验证之后才可以对卡片进行读写等操作(在选择另一区时，必须进行另一区秘钥的验证).5)读写操作. 读写1个块，加减值操作.6)恢复. 将存储器段内容移到数据寄存器.7)传送. 将内部数据寄存器的内容写到值存储器段.从方案设计到产品试制，再进行系统调试最后完成具有便于管理和监控的智能洗衣机控制器，产品功能效果如图8所示.1)采用基于MFRC522芯片和C8051F500单片机的控制器实现电源集中管理，电源通过控制器连接到洗衣机，检测洗衣机的工作电流即可获知洗衣机与否工作，可在洗衣机不工作时及时切断电源，刷卡设定50 min倒计时也能对洗衣机进行有效的控制.2)利用12232液晶显示洗衣机每次刷卡后的剩余使用时间，方便快捷；另外选用ACS712霍尔电流传感器可以有效检测各种波形的电流(包括电隔离的)，可在洗衣机不工作时及时切断电源，提高了可靠性和工作效率.物理实验是大学物理教学中的重要一环，但如果不能结合新技术的发展、学生的兴趣点及学生的能力水平进行实验模式与内容的探索与创新，则很难利用学生早在中学时就已经熟知的内容提起学生的兴趣. 而学生在通过自己设计与动手做出能够解决生活中小难题的创新产品的过程中，对大学物理中的相关章节内容有了新的兴趣和认识，学习态度就会十分努力(如本文所述控制器所涉及到的电学部分)，同时也会关注规范操作和基本能力的训练，其学习效率也会更高.【相关文献】[1] 李裕华，李舫，孙明. 自装IC智能卡机[M]. 西安：西安交通大学出版社，2005:5.[2] 杨振野. IC卡技术及其应用[M]. 北京：科学出版社，2006:144-147.[3] 文光俊，谢甫珍，李建. 无线通信射频电路技术与设计[M]. 北京：电子工业出版社，2010:378.[4] 张培仁，孙力. C8051F系列单片机原理与应用[M]. 北京：清华大学出版社，2013:11-15.[5] 陈阳，陈中华，张海涛，等. 基于C8051微控制器的光电信号自动扫描与采集系统[J]. 物理实验，2009,29(3):21.[6] 陆永宁. 非接触IC卡原理与应用[M]. 北京：电子工业出版社，2006:230-239，427-472.[7] 韩爱丽，李亚. 基站芯片RC522的1443A读卡器设计[J]. 新器件新技术，2006(12):35.[8] 郑和喜，陈湘国，郭泽荣，等. 物联网原理与应用[M]. 北京：电子工业出版社，2010:10.[9] 黄玉兰. 物联网射频识别(RFID)核心技术详解[M]. 2版. 北京：人民邮电出版社，2002:172.[10] 张天凡. 51单片机C语言开发详解[M]. 北京：电子工业出版社，2008:95-96.。
