基于單片機的共享洗衣機筒自潔檢測控制系統

閆家政，丁在興，孫國玉，孟繽琦，盛峻豪，楊鐵濱

基于單片機的共享洗衣機筒自潔檢測控制系統

閆家政1，丁在興1，孫國玉1，孟繽琦1，盛峻豪2，楊鐵濱1

（1.東北林業大學 工程技術學院，黑龍江 哈爾濱 150040；2.東北林業大學 機電工程學院，黑龍江 哈爾濱 150040）

基于AT89C52單片機，利用紅外線光電傳感器、語音芯片和繼電器電路，通過編寫程序，設計出共享洗衣機筒自潔檢測控制系統。系統主要由主控制器、紅外檢測模塊、電源管理模塊、語音模塊、信號發射模塊組成，紅外檢測模塊檢測共享洗衣機桶內是否有衣物，由語音模塊語音提示當前桶內情況，主控制器控制信號發射模塊發射執行筒自潔功能的信號，實現對共享洗衣機筒自潔功能的自動控制。當桶內有衣物時，共享洗衣機關閉筒自潔功能，當筒內無衣物時，開啟筒自潔功能，避免二次洗滌，并且有語音提示，從而完善共享洗衣機筒自潔功能。

AT89C52單片機；語音芯片；紅外檢測；共享洗衣機

近年來共享洗衣機在學校使用越來越廣泛，共享洗衣機洗衣省時省力，自動化程度高。由于共享洗衣機是多人使用，人們在使用時通常會進行筒自潔清洗洗衣筒。手機端下單后，在共享洗衣機功能面板按下筒自潔開關，手機端收到執行筒自潔信息并確認，共享洗衣機即可執行筒自潔功能。然而，學校共享洗衣機在進行筒自潔前不能判斷桶內是否有衣物，如果未仔細觀察洗衣桶，會造成未及時取出的衣物二次洗滌，甚至產生糾紛，因此應給共享洗衣機增加桶自潔檢測和提示功能。

紅外檢測技術在自動控制領域應用已經十分廣泛，而在實際應用中檢測控制系統的靈敏度與精度始終是衡量檢測控制過程準確度和穩定性的重要指標。本文將紅外技術與共享洗衣機設備相結合，通過紅外檢測對共享洗衣機進行自動控制，從而使其更加經濟環保。

1 總體設計方案

共享洗衣機通過GPRS模塊與云端服務器建立數據通信，從而在手機端進行在線支付、模式選擇等功能。其中GPRS模塊負責接收云端控制指令，并向微處理器發射控制指令。微處理器負責接收控制指令，控制共享洗衣機各功能模塊[1]。

共享洗衣機筒自潔檢測控制系統由電源管理模塊、紅外檢測模塊、信號發射模塊、語音模塊、主控制器組成，如圖1所示。共享洗衣機筒自潔檢測控制系統的設計方案如圖2所示。

圖1 系統組成

圖2 總體設計方案

將主控制器通過繼電器電路與筒自潔功能模塊并聯，實現筒自潔功能模塊電路通斷，進而實現信號發射控制。紅外檢測模塊檢測洗衣桶內部是否有待取出衣物，將光信號轉換為電信號，傳遞給主控制器，主控制器輸出信號，驅動語音模塊工作，進一步判斷執行筒自潔功能，并實現自動關閉。

2 系統控制流程

共享洗衣機筒自潔檢測控制系統程序由C語言程序編寫。系統控制流程如圖3所示，首先對不同模塊進行初始化操作，通過各模塊間的合理配合，利用全局變量及其狀態標志位實現數據通信[2]。通過判定全局變量或者狀態標志位數值，判斷模塊運行和停止。

圖3 系統控制流程

電源管理模塊用于給系統供電，電源開關為共享洗衣機筒自潔功能開關。當用戶啟動共享洗衣機筒自潔功能開關時，電源管理模塊給系統供電，系統正常工作。紅外檢測模塊檢測共享洗衣機桶內衣物情況，并將紅外信號轉化為電信號，傳給主控制器。若桶內有衣物，主控制器將控制指令傳給語音模塊，語音模塊進行語音提示“桶內有衣物，請取出衣物”，語音提示2次，開始3 min延時。在3 min內衣物被取出，信號發射模塊電路通電，筒自潔功能信號發射，系統斷電；3 min后衣物沒有被取出，信號發射模塊電路不通電，信號不發射，系統斷電。若桶內沒有衣物，主控制器將控制指令直接傳給信號發射模塊，信號發射模塊GPRS模塊電路通電，信號發射，系統斷電。

3 系統主要模塊結構

3.1 主控制器

系統的主控制器選用的是AT89C52單片機，該單片機是一種低電壓、高性能CMOS8位微控制器。在單芯片上，擁有8位CPU和在線系統可編程Flash，并采用工業標準的C51內核，在內部功能及管腳排布上與8xc52相同，方便紅外遙控信號IR的接收解碼及與主板CPU通信等功能控制。

本系統中AT89C52單片機引腳電路如圖4所示，其中P0.3引腳用于控制信號發射模塊，實現與GPRS模塊連接。P0.4引腳用于語音模塊，P0.5用于連接電源管理模塊，RXD引腳用于控制紅外檢測模塊[3]。

圖4 主控制器電路圖

3.2 語音模塊

語音模塊電路如圖5所示，該模塊使用ISD1820專用語音錄放芯片，支持錄制8～20 s的語音。為提升洗衣機筒自潔檢測控制系統的實際應用性，通過外接音頻功率放大器LM386，對音頻信號實施放大處理。通過編寫程序，實現單片機接收其他模塊傳送的信號，通過繼電器電路控制通斷，實現語音播報自動控制。

圖5 語音模塊電路圖

3.3 紅外檢測模塊

光電傳感器通過把變化的光強度信號轉換成變化的電信號實現探測。光電傳感器由發射器、接收器和檢測電路這三部分構成[4]。發射器（半導體光源）通過對準目標發射連續或變光脈沖寬度的光束，給接收器傳輸持續或間斷的光信號。接收端（半導體接收器）接收發射器發送的光信號，并將光信號轉換為相應的電信號。

鑒于共享洗衣機內筒表面較為光亮、反射率高，同時衣物放置較為松散，采用一種集發射與接收于一體的擴散反射型E18-D50NK光電傳感器，檢測距離可以通過調節滑動變阻器的電位信號進行調節。將光電傳感器安裝在洗衣機外筒壁上端，當檢測到洗衣機內筒有衣物時，由檢測電路的OUT端輸出一個低電平信號單片機，當內筒無衣物時輸出一個高電平信號，單片機通過判斷電平信號進而完成下一步功能。

3.4 信號發射模塊

共享洗衣機的微處理器接收控制指令，調整共享洗衣機筒自潔功能模塊狀態，同時通過云端處理器傳遞洗衣機筒自潔狀態信息。筒自潔檢測控制系統是外接入式，將繼電器電路與筒自潔功能開關相連，通過單片機控制繼電器電路，實現對筒自潔功能模塊的控制。微處理器感測洗衣機筒自潔功能模塊信息，進而實現控制云端處理器信號的發射。

圖6 信號發射模塊電路圖

3.5 電源管理模塊

電源管理模塊如圖7所示，系統電源是由繼電器觸電和按鍵并聯控制的，繼電器驅動電路采用PNP三極管實現。當單片機P0.5口為低電平時，T38500三極管導通，繼電器J1上電吸合；當單片機的P0.5口為高電平時，T38500三極管斷開，繼電器J1斷電，二極管D5IN4007起到保護作用。將單片機與繼電器并聯，按下啟動按鍵S2，單片機給電，復位后輸出自鎖信號，按鍵抬起后，由自鎖繼電器供電。當單片機P0.5輸出高電平，J1斷電，系統關閉。將單片機與各模塊電路封裝，并用電子防水膠做防水處理。光電傳感器的檢測頭透過共享洗衣機外筒密封層，用防水膠和固定支架固定。電源通過變壓器與洗衣機主電源連接，實現5 V供電。

圖7 電源管理模塊電路圖

4 結束語

基于AT89C52單片機的筒自潔檢測控制系統將嵌入式應用技術與物聯網理論相結合，實現了系統自動檢測筒內是否有衣物進而控制筒自潔功能的運行，進一步完善共享洗衣機的功能，為共享生活提供更多便利。

［1］陳添威，韓磊，胡建鵬，等.基于物聯網的共享洗衣機平臺設計與實現［J］.上海工程技術大學學報，2018，32（2）：179-183.

［2］馮喬.基于STC89C52單片機的模塊化結構設計智能藥盒實現［J］.電子測試，2019（16）：27-28，26.

［3］吳祥飛，何恩節，鄭磊，等.基于光電傳感器的智能車尋跡系統［J］.現代計算機（專業版），2018（22）：71-74.

［4］李虹靜，李升輝.基于STC8系列單片機的繼電器控制電路設計［J］.科技與創新，2019（13）：37-38.

F724

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2020.13.061

2095－6835（2020）13－0146－02

閆家政（1997—），男，在校本科生。

〔編輯：王霞〕