基于單片機的洗衣機控制電路

郭運峰 晏長嶺

摘要：

自動化與節能化是當今洗衣機發展的主流趨勢。本文根據洗衣機節能指標的要求，選擇AT89C52單片機作為系統電路的控制核心，并采用濁度傳感器檢測洗滌水的混濁程度，實施以節水為主要目標的節能洗衣機理念設計。

本文主要闡述了控制電路的總體結構設計以及部分硬件電路設計和主要工作程序流程。系統由鍵盤設定洗衣模式，并采用濁度傳感器檢測洗衣過程中的水量、洗滌水混濁程度等參數，通過單片機的處理，實現對于洗衣機自動識別水量，自動識別濁度，自動決定漂洗時間和漂洗次數等功能的控制。

關鍵詞： 洗衣機；單片機；濁度檢測；節能

中圖分類號：TN402 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）06（a）-0000-00

在能源相對匱乏和環保理念流行的現代，“節能”已經成為了人們生活的主題，節能洗衣機的發展也成為了必然趨勢。不可再生資源的日益減少和人類生活能源消耗量日益增大的矛盾，使得21世紀成為了一個追求節能、環保的時代。而洗衣機作為家電中的主力軍，同樣朝著多功能、節能、低噪音的方向發展[1，2]。

傳統的洗衣機只按進水→漂洗→出水→甩干，這幾個工作過程進行組合工作。如今，絕大多數洗衣機的電機驅動系統都引入了微處理器。微處理器的引入使得洗衣機的功能更加強大。洗衣機生產行業通過對微處理進行編程，實現洗滌、脫水模式的多樣化，滿足用戶洗滌不同衣質、不同污臟程度的衣物。而用戶在操作過程當中只需要按幾個按鍵即可完成選擇工作。同時，人們在原來洗衣方式的基礎上，通過優化洗衣機的結構，然后與電機驅動相配合，來實現對洗衣機內部水流的控制，從而使洗滌更加徹底[3]。

1 系統電路硬件設計

1.1 總體結構設計

本系統電路采用51系列的AT89C52單片機作為主控芯片，由主控制器、按鍵、濁度傳感器、倒計時顯示、狀態顯示和電機水閥伺服機構等幾大模塊組成，通過程序控制來實現洗衣過程的節能化與自動化。系統組成結構如圖1所示。

圖1 系統組成結構圖

1.2 主控芯片AT89C52

本系統使用的是AT89C52單片機，時鐘晶振使用12MHz。AT89C52是一種帶8K字節的高性能微處理器。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術制造，與工業標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容[4]。

1.3 電源電路設計

電源電路采用雙路輸出+5V和+12V，分別作為電子電路工作電源和電磁閥驅動電源。使用交流變壓器將220V市電降壓至15V，經過二極管整流橋整流、電容濾波和穩壓管穩壓，能輸出穩定的直流5V和12V電壓。電源部分的電路原理圖如圖2所示。

圖2 電源部分原理圖

1.4 濁度檢測模塊設計

TS濁度傳感器是GE公司開發的一種專門用于家電產品的低成本傳感器，主要用于水的污濁程度測量，其內部結構原理圖如圖3所示。此種濁度傳感器體積小，兼容TTL電平，使用方便[5]，故本控制電路采用TS濁度傳感器。

圖3 TS濁度傳感器結構原理圖

濁度傳感器的工作原理是：當光線穿過一定量的水時，光線的透過量取決于該水的污濁程度：水越污濁，透過的光就越少。光接收端把透過的光強度轉換為對應的電壓大小。通過測量接收端的電壓，就可以計算出水的污濁程度。

在本系統中，濁度傳感器安裝在洗衣機的排水管口附近，在洗衣機開始排水時啟動數據采集進行水質檢測，并將檢測結果送單片機。

濁度值是由TS濁度傳感器測得濁度數據，送ADC0804進行模數轉換后所得的數值。實際應用中，應根據不同容量的洗衣機進行實驗來確定更準確的濁度值與對應的洗滌時間。表1中表明了衣物濁度與洗滌參考時間的關系。

ADC0804是用CMOS集成工藝制成的逐次比較型摸數轉換芯片。該芯片內有輸出數據鎖存器，當與控制器連接時，無須附加邏輯接口電路。逐次比較型AD由一個比較器和DA轉換器通過逐次比較邏輯構成，從MSB開始，順序地對每一位將輸入電壓與內置DA轉換器輸出進行比較，經多次比較而輸出數字值。其優點是速度高、功耗低。

在本系統中，濁度信號轉換為0V～5V的電壓信號，濁度傳感器連接ADC0804的輸入接口進行采樣處理，然后將電壓信號轉換為8位數值0x00～0xff送入單片機P1口。TS濁度傳感器及其數據AD采樣電路如圖4所示。

圖4 TS濁度傳感器及其數據AD采樣電路

2 系統軟件設計

2.1 系統主程序

根據硬件設計要求，控制主程序流程如圖5所示。洗衣機通電后，單片機上電進行程序的初始化操作，默認洗衣機工作模式為“厚物洗滌”，并顯示此工作模式下的預設時間，然后掃描鍵盤，等待用戶命令。當按下“開始”鍵后，系統就開始倒計時，并進入相應的工作模式程序開始洗滌。

主程序設定采用死循環的工作模式，在系統初始化后就一直按次序反復執行各個功能模塊的子程序，檢查各標志位的狀態。這樣即使系統長時間地處在暫?；蛲Ｖ範顟B下，依然能夠及時響應用戶的操作，快速恢復到正常的工作狀態中，有效避免程序跑飛使控制器死機的情況。

2.2 濁度數據AD轉換及漂洗控制子程序

ADC程序主要用于處理來自TS濁度傳感器的模擬數據，將濁度信號轉換成8位的二進制信號，送單片機處理判斷。當本子程序被調用時，會先啟動AD轉換并讀取數據，若轉換結果允許顯示，則調用顯示AD結果的子程序，否則其數據就僅僅用于給單片機判斷濁度，這樣避免了不必要的顯示，提高程序效率。本部分是實現節水目標的核心環節，其程序流程圖如圖6所示。

圖5 主程序流程圖 圖6 ADC子程序流程圖

3 系統調試與分析

在完成本控制電路的設計之后，通過Proteus軟件來對整個電路進行仿真調試。

（1）系統上電后，會進入默認的“厚物洗滌”模式并等待操作。通過模式選擇按鍵可切換至“薄物洗滌”模式。這時只要按下“開始”鍵，洗衣機就會按照程序設定開始工作。

（2）在選定洗滌模式之后按下開始鍵，系統開始倒計時，并打開進水閥進水。在預定水位達到后，控制器關閉進水閥，主電機在程序的控制下間歇正反轉，帶動波輪和洗衣桶轉動進行洗滌。

（3）洗衣機完成漂洗后進入歷時2分鐘的脫水模式工作。脫水狀態指示燈點亮，排水閥打開，電機在高速檔運作。若此時在時間剩余1分鐘內水位降至最低，則洗衣機直接跳出脫水程序，完成洗滌，進入停機等待狀態。

（4）在系統的正常工作中，若有異常情況出現，系統會立刻中斷當前工作任務，進入“報警”狀態：使電機停車等待，蜂鳴器發出告警音響。當處理異常情況后，按下“開始”鍵洗衣機就會恢復到原來的工作狀態，繼續洗滌工作。

經過仿真驗證，本系統除具備洗衣機的基本功能外，還具有智能判斷濁度，自動確定漂洗時間，根據水位情況制定洗滌任務等功能，本設計基本實現了節能洗衣機的預期功能。

4 結束語

本設計基于AT89C52單片機對家用洗衣機進行智能控制，整個洗衣機控制電路充分應用了濁度檢測技術，通過硬件設計與軟件編程，實現了洗衣機的節能控制，一個按鈕就能完成洗衣的全過程，且將洗衣機水耗降至最低。本控制電路的特點主要有：

（1）由TS濁度傳感器和水位傳感器檢測衣物的污濁度與洗滌用水量，既能保證洗凈衣物，又使洗滌時間大大縮短，最大限度地提高了洗滌效果，節約了能源和用水量，達到了本設計所設定的節水這一主要目的。

（2）本設計還考慮到半自動時的情況，用戶可以根據自己的需求自由選擇洗衣機的工作方式與洗滌時間。在洗衣機工作的任一過程中，用戶可根據需要隨時暫停洗衣機，機蓋檢測和過載保護能有效保證用戶安全與洗衣機穩定工作，延長使用壽命。

參 考 文 獻

[1] 蔡瑞雄.替代效應的滾筒洗衣機市場提升對策研究[D].電子學報，2010：6～7.

[2] 魯建國.洗衣機的消費現狀和發展趨勢[J].家用電器，2009：5～28.

[3] 余永權.嵌入式智能家電的發展現狀及趨勢[J].電子世界，2009：4～7.

[4] 王琰.基于MCS-51單片機的洗衣機控制系統設計[J].家電科技，2009：16～17.

[5] 扈剛.全自動洗衣機混濁度智能測試儀的設計[D].家電世界，2007：56～57.