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1、1基于 AT89S51 的自动洗衣机控制系统设计11 设计目标用 51 系列单片机 89S51 控制全自动洗衣机的运行， 使其能自动地完成进水、洗涤、漂洗、脱水等功能。不同的衣物，洗涤、漂洗、脱水和洗衣电机正反转所用的时间不同，要求设计能够实现过程选择，并在LED显示屏上显示过程代码。在运行的时候能显示完成整个过程的剩余时间。为了节省单片机的IO 端口，以及使硬件连接能尽可能的简单，在LED显示过程中我们使用了动态扫描的方法。软件编程使用汇编语言， 烧录好单片机后能实现上电运行。还应该具有相当的稳定性，以保证全自动洗衣机的正常工作。以此体会单片机系统的设计、 开发过程。12 设计意义了解 51
2、 单片机。熟悉单片机控制系统开发流程。深入学习计算机汇编语言的编程方法。对计算机的工作原理有进一步的认识。增强个人动手能力。13 洗衣机的工作过程目前常用的波轮洗衣机分为全自动和双缸洗衣机， 它们都是依靠电机拖动波轮带动洗衣筒中的水来回旋转， 而使衣物洗干净的。 在双缸洗衣机中， 电机的正转和反转及洗涤时间控制是由机械定时器开关来完成的， 而全自动洗衣机是靠电路来完成，对洗涤来说，效果相同；所不同的是双缸洗衣机在完成洗涤后，需要打开排水开关排水， 拿出衣物放到脱水桶中脱水， 脱水完成后又要将衣物放回洗衣机桶中洗涤，一次洗衣要进行几次洗涤， 就要完成几次这样相同的动作， 在完成洗衣的全过程中必须
3、要有人工干预， 很不方便，而全自动洗衣机中， 洗衣过程中的进水、洗涤、排水、脱水、再进水、洗涤是自动进行的，只在洗衣前需人工放进衣物，洗衣完成后自动报警，再由人工取出衣物，中间过程不需要人工干预，使用要比双缸洗衣机简便的多。 完成这样的顺序控制功能， 也可以由数字逻辑电路来进行，但实现这样的控制比较困难，电路结构也很复杂，成本高，控制系统不能智能化，如不容易实现单独脱水、单独洗涤这样的功能选择。而使用单片机，采用软件编程的方法可以轻易实现这样的控制， 而且电路简单， 成本低，洗衣机能够智能化，容易操作。1.4 全自动洗衣机控制系统的设计原理控制系统图洗衣机要实现衣服的洗涤、漂洗和脱水，离不开进
4、水、电机正转、电机反转和排2水这四个动作。上述四个动作，是通过单片机的 P0 端口，做输出端口，去控制双向可控硅通断来实现的， 如下图所示。 同时加上输入开关的按钮、 数码管显示器、蜂鸣按警器和欠压检测保护电路等， 就可以形成完整的单片机控制系统。 通过软件编程达到对整个洗衣过程进行控制、检测以及与用户交互。单片机显示屏89C51进水电磁阀排水电磁阀蜂鸣器水位开关安全开关电机正转电机反转程序选择 / 启动 / 暂停可控硅 X 4 个220V洗衣机单片机控制系统方框图1.5 控制板电路原理 ( 附控制板整机原理图 )参阅洗衣机单片机控制系统原理图，控制板电路使用ATMEL公司的 AT89C51
5、芯片，时钟电路采用6MHZ 晶振。组成的输入信号有：安全开关（即洗衣机桶盖的打开与闭合）、水位压力开关（即水位的高低）、启动、暂停按钮，低电压检测信号; 输出控制信号包括：两个 8 位 LED 数码动态显示（剩余时间）和蜂鸣器鸣叫、进水阀、正反转洗涤电机、排水阀的控制信号。交流 220V 电压经变压、整流、滤波后，其中一路接至低电压保护电路，另一路经过CW7805 进行稳压，提供稳定的5V 电压供应给控制板各元件。当低电压保护电路检测到低电压时，将向单片机的INT0 引脚产生中断，单片机将响应该中断；关闭各输出端口，以保护执行部件如电机等设备不因欠压而损坏。341.6 控制功能及过程洗衣机动作
6、代码表动作名称进水洗涤排水脱水动作代码ABCD本次动作预设时间2 分钟1596 或2 分钟2 分秒 30 秒或是分钟 (包括 30 秒(2D+T 秒 )间隙脱水 )洗衣机功能选择代码表过程代码过程名称完成整个过程所需动作代码及时间所需时间 ( 分)01浸泡洗涤59A(B1 停 2)*5B15CD2AB2CD2AB2CD502强力洗涤42AB15CD2AB2CD2AB2CD203标准洗涤42AB15CD2AB2CD2AB2CD504轻柔洗涤34AB9CD2AB2CD2AB2CD305快速洗涤24AB5CD2AB2CD306单独洗涤17AB1507漂洗脱水25CD2AB2CD2AB2CD508单独
7、脱水8CD509留水停机34AB15CD2AB2CD2AB2(大写字母后的数字为动作所需的时间)洗衣机的三大功能是实现衣服的洗涤、漂洗和脱水， 加上进水， 我们把这四个洗衣机动作编排成4 个代码，而这四个动作的组合可形成9 个过程（或更多） ，见动作代码表。选择哪一个过程来执行洗衣程序是在进入洗衣前由用户通过开始、暂停按钮来选择的，如：单独进行脱水可选择过程08。打开电源开关，洗衣机将进入洗衣过程选择状态，此时数码管显示 00，用户按启动、暂停键可以显示不同的过程代码（在01 09 之间循环显示以指示选择不同的洗衣过程） 。 3 秒内若无按键动作，蜂鸣器开始鸣叫6 下（时间长度共3 秒）以提醒
8、用户；开始进入相应过程的洗衣程序，此后启动暂停按钮只起暂停或继续洗衣程序执行作用，数码管显示完成本次洗衣的剩余时间。三大功能中的漂洗实际上是由洗涤和脱水功能组成的,如一次标准洗涤过程（过程代码）中，漂洗功能包括了时间均为2 分钟的脱水、洗涤、脱水、洗涤。因此，在编写控制程序实现三大功能时只需编写洗涤和脱水功能的代码，然后作为子程序调用即可。完成一次洗衣过程所需的动作有：（1）进水动作进行洗涤时， 盛水桶内的水量必须到水位设定要求。而水位的高低可以通过调节水位开关来实现。洗衣机的进水和水位判断是由水位开关和进水阀的开合来进行控制的。 当桶内没有水或水量达不到设定水位时，单片机程序将控制进水阀闭合
9、，开始注水；当桶内的水位达到设定水位时。水位开关受压闭合；程序就可进入下一步（洗涤） 处理。若打开进水阀后20 分钟内不能进水，则将出错报警，用户只能关闭洗衣机电源进行相关检查后方能重新开机。（2）排水动作进入脱水动作前应先排水。为了避免空排水造成时间浪费以及排水不5完而带水脱水造成对电机的损害，洗衣机能够根据实际水量（由水位开关决定）对排水时间进行动态控制。设排水开始至水位压力开关断开时所需的时间为D，则总的排水时间为2DT （ T 取 60 秒，总的排水时间不应大于190 秒）。因此，在开始排水时，控制程序将同时启动计时器，在D 秒后若收到水位压力开关断开的信号，则再排水D T 时间后，就
10、可以结束排水进入脱水动作。若D 大于 65 秒，说明排水系统有故障；洗衣机将停止动作并蜂鸣报警， 提醒用户排除故障 （安全开关打开又闭合认为是一次故障詯处理）后再继续。需要注意的是：排水结束后排水开关还是打开的。(3)洗涤动作洗涤动作指的是电机周期性的“正转停止反转停止”。不同的洗衣过程，控制电机执行“正转停止反转停止”的时间是不同的，标准洗涤过程可取：正转 1.6 秒 0.56 秒反转1.6 秒停止0.56 秒。对于轻柔洗涤和强力洗涤过程，这个时间要作相应调整。洗涤过程中若遇水位开关断开或用户要求补水（重新选择水位），则要停止洗涤动作并打开进水阀进水直至水位满足要求再继续。此外，洗涤动作的最
11、后15 秒，电机还要进行快速的停止正转停止反转停止处理，以避衣服拧成一团。程序流程见洗涤子程序（ 4）脱水动作排水结束后进入脱水动作，脱水是通过电机的正转来实现的，同时要求排水阀一直打开，也正是由于排水阀的打开，才使脱水时的电机正转速度不同于洗涤时的电机正转速度。 （通过机械装置实现） 。脱水分间隙脱水和长脱水，间隙脱水时间为30 秒，电机按“正转停止”的周期循环动作，时间为“正转4 秒停止3 秒”。长脱水时电机将一直调整正转， 所需时间由用户选择的过程决定，一般有 3 分钟和 5 分钟的长脱水时间。进入脱水前若洗衣机桶盖是打开的，则进行鸣叫、显示告警，直至用户合上桶盖后，才继续进行脱水。脱水
12、结束后，再经过30 秒延迟后关闭排水阀。脱水时若遇暂停，则重启时需延时5 秒后再进行电机动作，目的是用于同步机械动作的滞后。程序流程见脱水子程序流程图。（ 5）脱水不平衡修正进行脱水处理，电机要进行高速单向正转，若此时衣物偏向于一边， 脱水会因为离心力作用，在很短时间内碰撞安全形状装置，使安全形状产生瞬时的关闭和断开， 此时要进行脱水不平衡修正。进行脱水不平衡修正，洗衣机将停止脱水，并自动插入“进水洗涤分钟排水”动作。通过这一插入动作，衣服将调整到洗衣桶中心位置。在同一脱水过程中如果连续修正3 次仍达不到脱水平衡，则进行报警， 待用户人工打开洗衣机将衣物放置均匀再盖上桶盖，方可继续进行脱水 （
13、即安全开关打开安全开关闭合动作）在漂洗功能的第一次脱水动作时不进行脱水不平衡修正，在第二次脱水动作时则要进行脱水不平衡修正。(6) LED的显示89S51 对可以分为静态和动态两种。静态显示的特点是各LED 管能稳定地同时显示各自的字形； 动态显示是指各LED 轮流地一遍一遍显示各自字符，人们由于视觉器官的惰性，从而版的是各LED 似乎在同时显示不同字形。为了减少硬件开销，提高系统可靠性，并降低成本，我们在这里采用动态扫描的方法进行代码的显示。在这里由之P2 口推动 LED 的 a、 b、c、 d、 e、 f 、g、 SP，称为字形口，由 P3.0、P3.1 选择所显示的字位，称为字位口，动态
14、显示采用软件法把欲显示的代码符号转换为相应的字形码，故它通常需要在RAM区建立一个显示缓冲区。显示缓冲区内包含的存储单元个数常和系统中LED 显示器的个数相等。显示缓冲区的起始地址很重要，它决定了显示缓冲区在RAM 中的位置。6显示缓冲区中的每个存储单元用于存放相应LED 显示管欲显示字符的字形码地址偏移量，故 CPU 可以根据这个地址偏移量通过查字形码表的方法找出所需显示字符的字形码，以便送到字形口显示。 （字形码表见下表）在这里我选用了2 位共阳 LED 数码显示器LED 数码显示器的字形（段）码表显示字形字形码（共阳极）字形码（共阴极）0C0H3FH1F9H06H2A4H5BH3B0H4
15、FH499H66H592H6DH682H7DH7F8H07H880H7FH990H6FHA88H77HB83H7CHCC6H39HDA1H5EHE86H79HF8EH71H熄灭FFH00H（ 7）其它动作为了有更好的人机交互，进行洗衣时数码管要显示剩余时间（单位为分钟），并且以1 秒的频率不停地闪烁。此时如果按下暂停按钮，则时间显示不闪烁。随着洗衣过程的进行， 显示时间将不断减少直至洗衣程序完成后显示“ 0”。剩余时间的获得可以通过如下方法：根据用户所选的过程代码可以获得包含这一过程的所有动作（9 个过程所包含的动作需要的时间见功能选择代码表），由于相应的动作有预设的时间（动作对应的代码和预设
16、时间见表动作代码表） ，因此，根据本次过程余下的动作可以通过查表的方式获取剩余时间。洗衣过程中的各种出错报警的显示代码见出错代码表，在显示的同时蜂鸣器将鸣叫6下用以提醒。 洗衣过程结束后， 蜂鸣器将鸣叫 6 下用以提醒用户可以取走衣服并关掉洗衣机的电源。故障名称显示值不能排水E1不能进入脱水E2不能平衡修正E3不能进水E4实现一次洗衣过程的控制流程图以标准洗涤（代码03）为例，洗衣机是按以下动作进行的：开始进水洗涤排水脱水进水洗涤排水脱水进水洗涤排水脱7水结束。 在此过程中， 三大功能中的洗涤功能是指：进水洗涤动作；漂洗功能是指排水脱水进水洗涤排水脱水进水洗涤（两次洗涤和两次时间均为2 分钟的
17、脱水）动作；脱水功能是指：排水脱水动作。1.7 洗衣机控制系统的软件系统主程序及子程序流程图(见下图 )开始用户选择洗衣过程是否洗涤进水洗涤置注水漂洗标志排水 2D 7 秒置注水漂洗标志中间长脱水进水洗涤是否为注水漂洗是否漂洗是否脱水置最后脱水标志间歇脱水是否为最后脱水最后长脱水结束鸣响结束8洗涤动作子程序流程图开始根据过程代码获取电机正转-停止 -反转 -停止的时间周期电机动作进水处理是设定快速洗时间和是否进水电机正转停止反转停止周期否清标志否是否暂停是暂停处理重启否否是否时间到否？是是快速洗标志？否结束9脱水子程序流程图开安全开关是否断开电 机 动延 时5安 全 开是显 示 鸣 叫否否安
18、全 开关 是 否关是 否 暂停是是安全开关断开否暂 停 处是 否 暂是脱水时间到否是否瞬间否是不平衡修脱 水 不 平 衡否次正 3否是不 平 衡 修 正重 置 修 正延时 30 秒，关闭排水是结101.8 全自动洗衣机控制系统汇编语言源程序ORG 0000HLJMP MAINORG 0030H;延迟 10ms 程序;使用 R0, R1DELAY10MS:MOV R0, #100D;DELAY10MS02:MOV R1, #23DDELAY10MS01:DJNZ R1, DELAY10MS01DJNZ R0, DELAY10MS02RET;显示子程序;20H.0 闪烁标志位： =0 不闪烁， =
19、1 在 1s 内亮灭一次;20H.1 程序开始标志 :=1 开始 , =0 选择;显示缓冲： 50H;经过的时间： 53H ，52H，51H= 分钟，秒， 20ms 的次数;总时间： TOTALTIME=40HTOTALTIME EQU 40HDISPLAY:PUSH ACCPUSH PSWSETB RS0JNB 20H.1, DISPLAY01MOV A, 50H;高位是否为零CJNE A, #0AH, DISPLAY05DISPLAY05:JNC DISPLAY06XRL A, #0F0H;高位为零不显示MOV 50H, ADISPLAY06:JNB 20H.0, DISPLAY01;是否
20、需闪烁MOV A, 51HCJNE A, #25D, DISPLAY02;DISPLAY02:JC DISPLAY01MOV 50H, #0FFH;暗显示 ( 不亮)DISPLAY01:MOV A, 50H;显示低位ANL A, #0FH;MOV DPTR, #DISPLAYTAB;MOVC A, A+DPTR;MOV P2, A;SETB P0.6CLR P0.7LCALL DELAY10MSMOV A, 50H;显示高位SWAP AMOV P2, A;CLR P0.6SETB P0.7LCALL DELAY10MSINC 51H;累计时间MOV A, #50D;XRL A, 51H;JNZ
21、 DISPLAY03;50 次的 20ms 未到MOV 51H, A;INC 52H;1s11MOV A, #60D;XRL A, 52H;JNZ DISPLAY03MOV 52H, A;INC 53H;1minDISPLAY03:JNB 20H.0, DISPLAY04;MOV A, TOTALTIME;计算剩余时间CLR CSUBB A, 53H;MOV B, #10D;16 进制转换到 10 进制DIV ABSWAP AXRL A, B;MOV 50H, A;DISPLAY04:POP PSWPOP ACCRETDISPLAYTAB:;共阳数码管反向编码DB 03H, 9FH, 25H,
22、 0DH, 99H;01234DB 49H, 41H, 1FH, 01H, 09H;56789DB 11H, 0C1H, 63H, 85H, 61H;ABCDEDB 0FFH;暗;重算时间;入口数据：总时间（分）CALUTIME:MOV TOTALTIME, ACLR AMOV 52H, A;秒MOV 53H, A;经过的分钟RET;鸣叫一下,时长120msPLAY:SETB P1.6MOV R0, #12D;PLAY1:LCALL DISPLAYDJNZ R0, PLAY1CLR P1.6RET;鸣叫六下 , 时长 240ms*12ALARM:SETB P1.6MOV R1, #11D;AL
23、ARM2:MOV R0, #12D;ALARM3:LCALL DISPLAYDJNZ R0, ALARM3CPL P1.6DJNZ R1, ALARM2RET;洗涤用子程序;洗涤时暂停按键XDPAUSE:JB P0.0, XDPS01LCALL DISPLAYJB P0.0, XDPS01PUSH 52HPUSH 53HCLR 20H.0;不闪烁MOV A, P1PUSH ACCMOV P1, #00H12LCALL PLAYXDPS02:LCALL DISPLAYJNB P0.0, XDPS02 ;等待按键释放XDPS03:LCALL DISPLAYJB P0.0, XDPS03LCALL
24、DISPLAYJB P0.0, XDPS03LCALL PLAYXDPS04:LCALL DISPLAYJNB P0.0, XDPS04 ;等待按键释放POP ACCMOV P1, ACCSETB 20H.0POP 53HPOP 52HXDPS01:RET;洗涤时延迟0.32sDELAY320MS:MOV R2, #14D;SJMP XDELAY01;洗涤时延迟 0.56sXDELAY560MS:MOV R2, #28DSJMP XDELAY01;洗涤时延迟 1sXDELAY1S:MOV R2, #50DSJMP XDELAY01;洗涤时延迟 1.6sDELAY1600MS:MOV R2, #
25、80DXDELAY01:LCALL DISPLAYLCALL XDPAUSELCALL IFINWATERDJNZ R2, XDELAY01RET;暂停按键;水位开关;洗涤前进水子程序INWATER:JNB P0.2, PI1;SETB P1.2MOV A, 53H;ADD A, #20D;MOV 59H, A;PI3:MOV A, 53H;XRL A, 59H;JNZ PI2LCALL ERRORE4SJMP INWATERPI2:JNB P0.2, PI4;LCALL DISPLAYLCALL XDPAUSESJMP PI3PI4:CLR P1.2PI1:RET;洗涤时是否再进水IFINW
26、ATER:JNB P0.2, IF1;MOV A, P1;PUSH ACC13MOV P1, #00H;LCALL INWATER;进水POP ACCMOV P1, A;IF1:RET;不能进水报警ERRORE4:PUSH 52HPUSH 53HCLR 20H.0MOV A, P1;PUSH ACCMOV P1, #00H;MOV 50H, #0E4HLCALL ALARME4PK2:LCALL DISPLAYJNB P0.1, E4PK2;LCALL DISPLAYJNB P0.1, E4PK2E4PK3:LCALL DISPLAYJB P0.1, E4PK3LCALL DISPLAYJB
27、P0.1, E4PK3SETB 20H.0POP ACCMOV P1, ACC;POP 53HPOP 52HRET;排水时延迟 1sDELAY1000MS:MOV R2, #50D;DLY51:LCALL DISPLAYLCALL XDPAUSE;暂停按键DJNZ R2, DLY51;RET;排水子程序OUTWATER:CLR ASETB P1.3JB P0.2, OUTW1MOV R7, #60DOUTW2:LCALL DELAY1000MSJB P0.2, OUTW4DJNZ R7, OUTW2LCALL ERRORE1SJMP OUTWATEROUTW4:CLR CMOV A, #60D
28、SUBB A, R7OUTW1:ADD A, #60DMOV R7, AOUTW3:LCALL DELAY1000MSDJNZ R7, OUTW3RET;不能排水报警ERRORE1:PUSH 52H14PUSH 53HCLR 20H.0MOV A, P1;PUSH ACCMOV P1, #00H;MOV 50H, #0E1HLCALL ALARME1PK2:LCALL DISPLAYJNB P0.1, E1PK2;LCALL DISPLAYJNB P0.1, E1PK2E1PK3:LCALL DISPLAYJB P0.1, E1PK3LCALL DISPLAYJB P0.1, E1PK3SET
29、B 20H.0POP ACCMOV P1, ACC;POP 53HPOP 52HRET;脱水时暂停按键TPKEY:JB P0.0, TPK1;LCALL DISPLAYJB P0.0, TPK1;PUSH 52HPUSH 53HCLR 20H.0LCALL PLAYMOV A, P1;PUSH ACCJNB ACC.0, TPK6CLR P1.0MOV R0, #250;延迟秒TPK5:LCALL DISPLAYDJNZ R0, TPK5TPK6:MOV P1, #00H;TPK2:LCALL DISPLAYJNB P0.0, TPK2;TPK3:LCALL DISPLAYJB P0.0, T
30、PK3LCALL DISPLAYJB P0.0, TPK3LCALL PLAYSETB 20H.0SETB P1.3MOV R0, #250;延迟秒TPK4:LCALL DISPLAYDJNZ R0, TPK4POP ACCMOV P1, ACC;POP 53HPOP 52HTPK1:RET;脱水时开盖 , 脱水时安全报警IFOPEN:ERRORE2:JNB P0.1, TTPK1;15LCALL DISPLAYJNB P0.1, TTPK1;PUSH 52HPUSH 53HCLR 20H.0MOV A, P1;PUSH ACC; LCALL ALARM JNB ACC.0, TTPK6 CL
31、R P1.0MOV R0, #250TTPK5:LCALL DISPLAYDJNZ R0, TTPK5TTPK6:MOV P1, #00H;MOV 50H, #0E2HTTPK2:LCALL DISPLAYJB P0.1, TTPK2;TTPK3:LCALL DISPLAYJB P0.1, TTPK2LCALL DISPLAY;JB P0.1, TTPK3SETB 20H.0SETB P1.3MOV R0, #250TTPK4:LCALL DISPLAYDJNZ R0, TPK4POP ACCMOV P1, ACC;POP 53HPOP 52HTTPK1:RET;延迟秒;延迟秒;脱水时延迟 4
32、sDELAY4S:MOV R2, #200D;DLY431:LCALL DISPLAYLCALL TPKEYLCALL IFOPENDJNZ R2, DLY431;RET;暂停按键;安全开关;脱水时延迟 3sDELAY3S:MOV R2, #150D;DLY321:LCALL DISPLAYLCALL TPKEYLCALL IFOPENDJNZ R2, DLY321;RET;暂停按键;安全开关;主程序开始;选择程序： 30H, 程序开始 20H.1=1MAIN:MOV SP, #60H;CLR 20H.0CLR 20H.1MOV A, #00H;MOV P1, A;MOV 50H, A;16M
33、OV 51H, A;MOV 52H, A;MOV 53H, A;MOV 30H, A;LP1:;有无按键LCALL DISPLAYJB P0.0, LP1;LCALL DISPLAYJB P0.0, LP1;按键去抖动LP3:INC 30HMOV A, #0AHXRL A, 30H;JNZ LP2MOV 30H, #01H;共有九种可选择LP2:LCALL PLAYMOV 50H, 30H;LP4:LCALL DISPLAYJNB P0.0, LP4CLR AMOV 52H, A;等待按键释放LP5:LCALL DISPLAYMOV A, 52H;XRL A, #03H;3 秒延迟到否JZ S
34、TART;开始洗衣JB P0.0, LP5;SJMP LP3;重选洗衣程序;START:LCALL ALARMSETB 20H.1CLR AMOV 52H, A;MOV A, 30H;DEC AMOV B, #03H;MUL ABMOV DPTR, #PROCTAB;JMP A+DPTRPROCTAB:LJMP PROC1;洗衣程序LJMP PROC2;洗衣程序LJMP PROC3;洗衣程序LJMP PROC4;洗衣程序LJMP PROC5;洗衣程序LJMP PROC6;洗衣程序LJMP PROC7;洗衣程序LJMP PROC8;洗衣程序LJMP PROC9;洗衣程序PROC1:MOV A, #59DLCALL CALUTIME