基于51單片機的自動離心脫水裝置設計

李偉偉，張俊杰，鐘靜杰

（河南理工大學電氣工程與自動化學院，河南焦作454000）

基于51單片機的自動離心脫水裝置設計

李偉偉，張俊杰，鐘靜杰

（河南理工大學電氣工程與自動化學院，河南焦作454000）

洗衣機已成為居民日常生活中不可缺少的電器設備，但是目前的洗衣機大多采用脫水定時旋鈕來進行衣物的脫水控制，用戶往往靠經驗設定脫水時間，既不方便又浪費電能。自動離心脫水裝置以STC12C5A60S2單片機為控制核心，在離心脫水桶的排水管道內安裝水流量傳感器，利用其檢測單位時間內脫水的水量大小，從而檢測衣物的排水程度。當單位時間內的排水量低于單片機設定的閾值時，通過繼電器控制電機停止工作并用蜂鳴器報警通知用戶。該方案不僅有效避免了人為設定脫水時間過長的問題，而且有助于節約電能。

單片機；自動離心脫水；流量傳感器；繼電器

0 引言

洗衣機作為一種家用電器已走進千家萬戶，但是目前的洗衣機在脫水裝置方面仍然存在不少問題，憑經驗設定脫水時間導致了電能的浪費。基于51單片機的自動離心脫水裝置[1]通過水流量傳感器實時檢測衣物單位時間內的脫水量，從而實現了自動化脫水。該方案有效改善了洗衣機的脫水功能，使洗衣機更加人性化、智能化的同時，還節約了電能，符合國家提倡的節能減排方針。

1 系統方案設計

當洗衣機通電后，主控模塊同時啟動，通過編程進入掉電模式。當脫水按鍵按下后，觸發外部中斷，退出掉電模式，開始正常工作。水流量傳感器對脫水量進行實時檢測，并將數據傳送給主控模塊。當水流量小于單片機所設定的閾值時，單片機通過繼電器模塊斷開電機電源，使其停止工作，同時控制蜂鳴器報警通知用戶。總體的硬件電路框圖如圖1所示。

圖1 總體硬件框圖

1.1 單片機芯片的選擇

本方案采用STC12C5A60S2為主控芯片[2]。STC12C5A60S2是STC生產的單時鐘/機器周期（1T）的單片機，是高速、功耗低、超強抗干擾的新一代8051單片機，指令代碼完全兼容傳統8051，但速度快8～12倍。其具有功耗低、功能強、價格低廉、運算速度快、抗干擾能力強、可靠性高等許多優點。

1.2 繼電器模塊

繼電器[3]是一種電子控制器件，通常應用于自動控制電路中，它實際上是用較小的電流去控制較大電流的一種“自動開關”。故在電路中起著自動調節、安全保護、轉換電路等作用。

在本系統中，其主要用于控制電機的工作狀態。單片機輸出信號控制繼電器斷開或閉合，從而控制電機回路的導通或者斷開，實現對電機運行與否的控制。同時，為了防止倒流，電路中加入了光電耦合器4N25，對輸入、輸出電信號進行隔離。繼電器模塊原理圖如圖2所示。

圖2 繼電器模塊

1.3 啟動按鍵

本脫水裝置的啟動按鍵僅僅占用一個I/O口，單片機通過檢測輸入的電平狀態可以很容易地判斷按鍵是否被按下。

1.4 水流量傳感器

水流量傳感器[4]是一種利用霍爾效應來測量磁性物理量的元件。在霍爾元件的正極串入負載電阻，同時通上5 V的直流電壓并使電流方向與磁場方向正交。當水通過渦輪開關殼推動磁性轉子轉動時，產生不同磁極的旋轉磁場，切割磁感應線，產生高低脈沖電平。霍爾元件的輸出脈沖信號頻率與磁性轉子的轉速成正比，轉子的轉速又與水流量成正比。因此控制器可通過水流量傳感器的反饋信號判斷水流量的值。

1.5 蜂鳴器模塊

蜂鳴器采用價格便宜的三極管驅動。低電平觸發蜂鳴器發聲。當主控模塊檢測到單位時間脫水流量小于設定的閾值時驅動蜂鳴器報警，通知用戶盡快來取衣物。其原理圖如圖3。

圖3 蜂鳴器模塊

1.6 電源模塊

單片機和繼電器需要5 V供電，為了使產品機構更簡單，使用更方便，本設計直接利用接到插座里的市電，通過開關電源將市電轉化為5 V的直流電。開關電源具有體積小、效率高、輸出電壓穩定、輸出功率大等優點。電源模塊原理圖如圖4。

圖4 開關電源電路圖

2 系統軟件設計

主控模塊通過計數水流量傳感器在每秒鐘發出的脈沖數，來實現對流量的計算。并且由定時器提供時間的參考。當單位時間內水流量低于設定閾值時，將繼電器斷開，使電機停止工作。

整個系統的軟件設計流程圖如圖5。

圖5 主控程序流程圖

最終的主函數部分程序如下[5-6]：

#include＜stc12c5.h＞

#define uchar unsigned char

sbit BEEP=P3^1；//蜂鳴器

sbit RELAY=P3^0；//繼電器

sbit START=P3^3；//啟動按鍵

uchar n，num=0；

void init（）；

/*主函數*/

int main（）

{

EA=1；//開總中斷

EX0=1；//開外部中斷0

PCON=0X02；//開機進入掉電模式

init（）；

RELAY=0；

if（num==20）

{

EA=0；num=0；

n=TH0*256+TL0；

if（n＜=5）

{

BEEP=0；

RELAY=1；

}

}

init（）；

return 0；

}

void init（）

{

TMOD=0x15；//設置定時/計數方式

TH0=0；//計數初值

TH1=0；

TH1=（65536-50000）/256；//定時初值TL1=（65536-50000）%256；

EA=1；//開總中斷

IT0=1；//INT0邊沿觸發

ET0=1；//開定時器/計數器0中斷允許

ET1=1；//開定時器/計數器1中斷允許

TR0=1；//啟動計數器

TR1=1；//啟動定時器

}

void start（）interrupt 0

{

PCON=0X00；//退出掉電模式

}

void time（）interrupt 3

{

TH1=（65536-50000）/256；//重裝初值

TL1=（65536-50000）%256；

num++；

}

3 結論

本文提出了一種基于51單片機的離心脫水裝置，能實時、準確地監控和檢測離心脫水桶排水管道內的水流量大小，當水流量小于設定閾值時自動斷電，使電機停止運行，從而大大減少了電能的浪費。本裝置一方面可以減少用戶的用電費用，另一方面也積極響應了國家“節能減排”的號召。

[1]葉小舟.洗衣機離心脫水裝置設計[J].家用電器科技，2001（8）：68-70.

[2]李華.MCS-51系列單片機實用接口技術[M].北京：北京航空航天大學出版社，1993.

[3]劉軍凱，蒲乃科.如何保證和提高電磁繼電器的使用可靠性[J].現代電子技術，2009，32（7）：174-176，180.

[4]陳吉圣，莫德舉，陳曉銘，等.基于節流原理的新型流量傳感器的特性分析[J].自動化儀表，2007，28（4）：5-8.

[5]譚浩強.C語言程序設計（第三版）[M].北京：清華大學出版社，2005.

[6]郭天祥.新概念51單片機C語言教程——入門、提高、開發、拓展全攻略[M].北京：電子工業出版社，2009.

Design of automatic spin-drier based on MCU

Li Weiwei，Zhang Junjie，Zhong Jingjie
（Department of Electrical Engineering and Automation，Henan Polytechnic University，Jiaozuo 454000，China）

Washing machine is indispensable appliance in people′s daily life，but the current machine dehydration timing knob which is used mostly for dehydration control of clothing，is not convenient and wasteelectricity.This design is based on STC12C5A60S2 single chip microcomputer as control core，and a water flow sensor is installed in the drainage pipe of centrifugal dewatering barrel to detect the clothing dryness through water volume within specified time.When the drainage flow is lower than the threshold value set by MCU，the relay will be signalled to control the motor to stop working and buzzer alarms to notify the user. This scheme not only effectively avoid the problem of manually setting time，but also save electricity.

MCU；automatic spin-drier；flow sensor；relay

TP23

A

1674-7720（2015）11-0093-03

2015-01-12）

李偉偉（1982-），男，碩士研究生，講師，主要研究方向：電力電子與電力傳動，嵌入式系統。

張俊杰（1993-），男，本科在讀，主要研究方向：電氣工程及其自動化。

鐘靜杰（1995-），男，本科在讀，主要研究方向：電氣工程及其自動化。