本實用新型涉及一種基于單片機的全自動洗衣服控制系統(tǒng)，屬于自動控制技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

隨著社會的飛速發(fā)展，人們的生活質(zhì)量的不斷提高，洗衣機的使用量也越來大，市場上也出現(xiàn)了各類不同的洗衣機，現(xiàn)在市場上最常見的有波輪式、滾筒式、攪拌式洗衣機，其控制方式：有全自動、半自動的和手動的洗衣機，本專利針對流行至今的波輪式洗衣機進行了基于單片機的全自動控制系統(tǒng)的介紹，較現(xiàn)今市場上常見的基于單片機的控制系統(tǒng)更加靈活方便，較現(xiàn)今市場上常見的基于PLC的控制系統(tǒng)成本大大降低，讓其在使用和制造成本上更有市場競爭力。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型提供了一種基于單片機的全自動洗衣服控制系統(tǒng)，用于今市場上常見的基于單片機的控制系統(tǒng)不夠靈活方便和基于PLC的控制系統(tǒng)成本過高的問題，讓其在使用和制造成本上更有市場競爭力。

本實用新型的技術(shù)方案是：一種基于單片機的全自動洗衣服控制系統(tǒng)，包括AT89C51單片機1、6116數(shù)據(jù)存儲器2、8255芯片3、SW-4型鑒頻式水位傳感器4、矩陣鍵盤5、ULN2803驅(qū)動6、光電耦合器7、步進電機8、MAX7219驅(qū)動9、LED數(shù)碼管10、蜂鳴器模塊11；

所述6116數(shù)據(jù)存儲器2和兩片8255芯片3分別與AT89C51單片機1相連接，組成整個完整的單片機控制模塊，單片機控制模塊分別和SW-4型鑒頻式水位傳感器4、矩陣鍵盤5、ULN2803驅(qū)動6、MAX7219驅(qū)動9、蜂鳴器模塊11相連，ULN2803驅(qū)動6連接光電耦合器7，光電耦合器7和步進電機8相連，MAX7219驅(qū)動9和LED數(shù)碼管10相連；

其中，AT89C51單片機1內(nèi)部的兩個定時/計數(shù)器T1、T0，定時/計數(shù)器T1作為定時器使用，定時/計數(shù)器T0作為外部計數(shù)器使用。

還設有X25045看門狗芯片12，X25045看門狗芯片12與AT89C51單片機1相連接。

還包括暫?？刂颇K，洗衣機在洗衣過程中，人們可以根據(jù)人為意志在洗衣過程中暫停工作。

其中，AT89C51單片機1外接6116數(shù)據(jù)存儲器2作為外部數(shù)據(jù)存儲器；AT89C51單片機1本身的4個I/O口不能滿足應用需求，所以采用兩片8255芯片3擴展；采用ULN2003驅(qū)動6和光電耦合進行隔離實現(xiàn)步進電機8和AT89C51單片機1間接相連，實現(xiàn)AT89C51單片機1對步進電機運轉(zhuǎn)狀態(tài)的控制。

本系統(tǒng)是通過順序控制的方法來達到系統(tǒng)的控制要求：

（1）通過鍵盤設置預約時間、?泡時間、洗滌時間、脫水時間、漂洗次數(shù)（一次5分鐘）、水位高度。

（2）通過SW-4型鑒頻式水位傳感器4輸出的頻率信號經(jīng)過AT89C51單片機1處理得出當前的水位高度，設置水位與實際水位相比較，控制進水閥和出水閥的開關(guān)狀態(tài)。

（3）通過延時自減的方法當時間自減到0后自動進入下一個工序。

所述基于單片機的全自動洗衣機控制系統(tǒng)在AT89C51單片機1中沒有直接的測量頻率的模塊，本系統(tǒng)利用單片機內(nèi)部的兩個定時/計數(shù)器T1、T0來設計一個頻率檢測模塊，使用定時/計數(shù)器T1作為定時器使用，定時/計數(shù)器T0作為外部計數(shù)器使用，因此AT89C51單片機1的T0（P3.4）管腳接SW-4型鑒頻式水位傳感器4的脈沖輸入端進行計數(shù)。定時/計數(shù)器T1定時達到50ms時產(chǎn)生一個中斷請求，AT89C51單片機1的CPU通過處理定時/計數(shù)器T0在50ms內(nèi)計數(shù)的脈沖個數(shù)（N）就能夠得到SW-4型鑒頻式水位傳感器4的輸出頻率，即：f=N÷50。注意：在使用AT89C51單片機1外部計數(shù)時，計數(shù)頻率不能超過振蕩周期的二十四分之一，如采用晶振頻率為12MHz的單片機，計數(shù)頻率不得超過0.5MHz。本系統(tǒng)使用的是晶振頻率為11.952MHz的單片機1，所以計數(shù)頻率滿足設計要求。AT89C51單片機1是八位的，不能直接進行16位數(shù)據(jù)處理，因此在鑒頻設計中，將計數(shù)所的到16位數(shù)據(jù)分成高八位數(shù)據(jù)和低八位，定時/計數(shù)器T0計數(shù)的高八位數(shù)據(jù)存放在(4BH)單元中（TH0→(4BH)），將定時/計數(shù)器的低八位數(shù)據(jù)存放在（4AH）單元中（TL0→(4AH)），單片機1通過對其設置水位的理論頻率讀取進行比較就能夠得住實際水位比設置水位高還是低，從而控制進水閥和出水閥的開關(guān)狀態(tài)。將設置水位理論頻率高八位數(shù)據(jù)讀取放入（4CH）單元，將設置水位理論頻率的低八位數(shù)據(jù)放入（4DH）單元。

所述的基于單片機的全自動洗衣服控制系統(tǒng)的矩陣鍵盤5設計，在洗衣機控制系統(tǒng)的設計中，需要使用鍵盤的輸入量一共有9個，為了防止整個鍵盤所占面積過大，導致洗衣機的控制面板外形受到諸多限制，同時降低制造成本，將鍵盤設計為5×2的矩陣鍵盤，其中多出的一個空鍵可待后續(xù)開發(fā)利用。5×2的矩陣鍵盤需要7個I/O口，將第一片8255芯片的PA口和PC0 ~PC3口作為鍵盤設計使用，而PB口和PC4~PC7口作為水位輸出顯示接口和電機控制信號輸出口。根據(jù)設計需要將第一片8255的PC0~PC3口設置為輸入口，其他口為輸出口，因此，第一片8255的控制位81H。

所述的基于單片機的全自動洗衣服控制系統(tǒng)還包括LED數(shù)碼管10，在本系統(tǒng)中，將驅(qū)動顯示芯片MAX7219初始化為：譯碼方式設置為不譯碼、顯示亮度為3級、掃描范圍為8個數(shù)碼管、關(guān)閉狀態(tài)為正常狀態(tài)關(guān)閉、顯示狀態(tài)為正常狀態(tài)顯示。由于將譯碼方式設置為不譯碼，因此在發(fā)送數(shù)據(jù)時需要將數(shù)據(jù)顛倒發(fā)送。即將D15~D0依次顛倒為D0~D15之后進行串行發(fā)送。MAX7219驅(qū)動9的顯示亮度一共有0~15共16個等級，等級越高則數(shù)碼管顯示越亮。在設計中顯示亮度沒有較高的要求，將顯示亮度等級設置為3級即可正常顯示。

所述的基于單片機的全自動洗衣服控制系統(tǒng)還包括蜂鳴器模塊11，用于發(fā)出聲音直觀的提醒用戶洗滌完成。

所述的基于單片機的全自動洗衣服控制系統(tǒng)還包括暫停控制模塊，暫?？刂颇K發(fā)出的暫停信息具有最高優(yōu)先級，洗衣機在洗衣過程中，人們可以根據(jù)人為意志在洗衣過程中暫停工作，同時保證安全。當打開洗衣機蓋子時，從安全的角度出發(fā)，無論什么情況下洗衣機都需要暫停工作。在洗衣過程中，如果先改變設置參數(shù)，如：洗滌時間、脫水轉(zhuǎn)速等。都需要進入暫停程序進行操作，當操作完成之后，系統(tǒng)會等待啟動開始運行。

所述的基于單片機的全自動洗衣服控制系統(tǒng)還包括看門狗存儲數(shù)據(jù)保護模塊，使用X25045看門狗芯片，提高系統(tǒng)的抗干擾能力。WIP位表示X25045芯片是否忙于向E2PROM寫數(shù)據(jù)，“0”表示沒有寫操作，可以向E2PROM寫數(shù)據(jù)，“1”表示正在進行寫操作，不能向E2PROM寫數(shù)據(jù)。WEL表示寫使能鎖存器狀態(tài)，WRSR指令可以對狀態(tài)寄存器中非易失型為BL1、BL0、WD1、WD0進行設置。BL1位和BL0位確定E2PROM的快保護范圍。

本實用新型的工作原理是：

AT89C51單片機1根據(jù)矩陣鍵盤5上獲取到的人的操作指令信息：?泡時間、洗滌時間、脫水時間、漂洗次數(shù)、選擇的洗滌程序、脫水轉(zhuǎn)速選擇。單片機1作出相應的判斷，讀取和執(zhí)行相應程序操作，完成整個洗滌工作。

在人為設置好所洗衣物的信息后，關(guān)上蓋子，暫停控制模塊停止暫停指令，并進行后續(xù)操作，水位高度檢測使用SW-4型鑒頻式水位傳感器4，不同的水位高度產(chǎn)生的壓力不同，鑒頻式水位傳感器受到的壓力不同輸出不同的頻率，單片機通過檢測到的頻率來確定水位高度，并控制進水閥和出水閥的開關(guān)狀態(tài)。鑒頻式數(shù)位傳感器通過不同的水位高度產(chǎn)生的壓力不同，壓力的改變會導致鑒頻式水位傳感器輸出的頻率信號不同?；趩纹瑱C的全自動洗衣機控制系統(tǒng)所使用的AT89C51單片機1中沒有直接的測量頻率的模塊，本系統(tǒng)利用單片機內(nèi)部的兩個定時/計數(shù)器T1、T0來設計一個頻率檢測模塊，使用定時/計數(shù)器T1作為定時器使用，定時/計數(shù)器T0作為外部計數(shù)器使用，因此AT89C51單片機1的T0（P3.4）管腳接SW-4型鑒頻式水位傳感器4的脈沖輸入端進行計數(shù)。定時/計數(shù)器T1定時達到50ms時產(chǎn)生一個中斷請求，AT89C51單片機1的CPU通過處理定時/計數(shù)器T0在50ms內(nèi)計數(shù)的脈沖個數(shù)（N）就能夠得到SW-4型鑒頻式水位傳感器4的輸出頻率，即：f=N÷50。注意：在使用AT89C51單片機1外部計數(shù)時，計數(shù)頻率不能超過振蕩周期的二十四分之一，如采用晶振頻率為12MHz的單片機，計數(shù)頻率不得超過0.5MHz。本系統(tǒng)使用的是晶振頻率為11.952MHz的單片機1，所以計數(shù)頻率滿足設計要求。AT89C51單片機1是八位的，不能直接進行16位數(shù)據(jù)處理，因此在鑒頻設計中，將計數(shù)所的到16位數(shù)據(jù)分成高八位數(shù)據(jù)和低八位，定時/計數(shù)器T0計數(shù)的高八位數(shù)據(jù)存放在(4BH)單元中（TH0→(4BH)），將定時/計數(shù)器的低八位數(shù)據(jù)存放在（4AH）單元中（TL0→(4AH)），單片機1通過對其設置水位的理論頻率讀取進行比較就能夠得住實際水位比設置水位高還是低，從而控制進水閥和出水閥的開關(guān)狀態(tài)。將設置水位理論頻率高八位數(shù)據(jù)讀取放入（4CH）單元，將設置水位理論頻率的低八位數(shù)據(jù)放入（4DH）單元。利用這種方法，即可將性能和占用空間較浮球法等其他傳感器更好的SW-4型鑒頻式水位傳感器應用在整個單片機系統(tǒng)中。

AT89C51單片機1更具設定好的程序信息指導ULN2003驅(qū)動6并通過光電耦合器7間接控制步進電機8轉(zhuǎn)停比和轉(zhuǎn)速控制。并通過AT89C51單片機1提供的信號給MAX7219驅(qū)動9，驅(qū)動LED數(shù)碼管10完成工作狀態(tài)的顯示工作。

其中：轉(zhuǎn)停比指：為更好保證洗滌質(zhì)量和電機的使用壽命，電機的轉(zhuǎn)動時轉(zhuǎn)動幾秒后，停止幾秒后在進行洗一步的反轉(zhuǎn)。

系統(tǒng)設計的矩陣鍵盤的工作原理：矩陣鍵盤將列口上接入高電平，行口輸出低電平，點有鍵按下時，矩陣鍵盤的列口就會被行口的低電平拉成低電平，通過查詢列口是否有低電平判斷是否有鍵被按下。如果有鍵按下，將行口的第一行輸出口輸出低電平，在查詢列口輸入的高電平被拉成低電平，如果有低電平出現(xiàn)，則同過列號加上行號就得出鍵碼，從而得出按下的是那個鍵。如果沒有檢測到低電平，則下一行的行口輸出低電平，在檢測列口是否有低電平出現(xiàn)，如果沒有則繼續(xù)下一行進行查詢，直到查詢到列口有低電平出現(xiàn)結(jié)束。

顯示模塊工作原理：顯示數(shù)據(jù)一共使用到8個數(shù)碼管，因此MAX7219掃描范圍設置為0~7八個數(shù)碼管。顯示的數(shù)據(jù)0~9通過查詢的方式進行顯示，通過讀取輸入緩存區(qū)的數(shù)據(jù)，微處理器通過查詢數(shù)據(jù)存儲器6116中830H~839H（單元對應數(shù)據(jù)0~9）讀取輸入緩存區(qū)數(shù)據(jù)對應的顯示數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)對應的顛倒后的數(shù)據(jù)放入相應的顯示緩存區(qū)發(fā)送至MAX7219中進行顯示。

在單片機內(nèi)部可以供用戶自行使用的空間為30H~7FH，通過外接6116數(shù)據(jù)存儲器2，有接線圖可知，6116數(shù)據(jù)存儲器2的地址空間為800H~0FFFH總共2K的存儲空間。

本實用新型的工作步驟如下：

Step1、通電開機，系統(tǒng)開始運行；

Step2、初始化MAX7219、8255芯片：

其中：據(jù)系統(tǒng)要求，將MAX7219初始化設計為譯碼方式選擇不譯碼、亮度為3級掃描范圍為8個數(shù)碼管。

Step3、AT89C51單片機1矩陣鍵盤鍵4鍵碼查詢從而獲取用戶的操作信息：

其中：矩陣鍵盤將列口上接入高電平，行口輸出低電平，點有鍵按下時，矩陣鍵盤的列口就會被行口的低電平拉成低電平，通過查詢列口是否有低電平判斷是否有鍵被按下。如果有鍵按下，將行口的第一行輸出口輸出低電平，在查詢列口輸入的高電平被拉成低電平，如果有低電平出現(xiàn)，則同過列號加上行號就得出鍵碼，從而得出按下的是那個鍵。如果沒有檢測到低電平，則下一行的行口輸出低電平，在檢測列口是否有低電平出現(xiàn)，如果沒有則繼續(xù)下一行進行查詢，直到查詢到列口有低電平出現(xiàn)結(jié)束。

Step4、判斷是否啟動；

若是，則顯示模塊打開一直打開，直到關(guān)閉整個系統(tǒng)結(jié)束，同時進入Step5判斷預約時間是否為0；

若否，則系統(tǒng)從新跳轉(zhuǎn)到步驟Step4的開始位置、從新判斷是否啟動；

Step5、判斷預約時間是否為0；

若是，則進入Step6判斷浸泡時間是否為0；

若否，系統(tǒng)保持預約狀態(tài)，且預約時間自減，系統(tǒng)從新跳轉(zhuǎn)到Step5開始位置執(zhí)行Step5；

Step6、判斷浸泡時間是否為0；

若是，則進入Step7判斷洗滌時間是否為0；

若否，系統(tǒng)保持浸泡狀態(tài)，且浸泡時間自減，系統(tǒng)從新跳轉(zhuǎn)到Step6開始位置執(zhí)行Step6；

Step7、判斷洗滌次數(shù)是否為0；

若是，則進入Step8判斷脫水時間是否為0；

若否，則執(zhí)行Step7.1、進行一次漂洗，且漂洗次數(shù)自減1，此次漂洗完成后系統(tǒng)跳轉(zhuǎn)到Step8判斷脫水時間是否為0；

Step8、判斷脫水時間是否為0；

若是，則進入Step9從新判斷洗滌次數(shù)是否為0；

若否，進行脫水處理，且脫水時間自減，系統(tǒng)跳轉(zhuǎn)到Step8開始位置執(zhí)行Step8；

Step9、從新判斷洗滌次數(shù)是否為0；

若是，則進入Step10蜂鳴器提醒用戶完成工作任務；

若否，系統(tǒng)跳轉(zhuǎn)到Step7.1繼續(xù)從Step7.1開始向下執(zhí)行；

Step10、蜂鳴器提醒用戶完成工作任務。

在本系統(tǒng)中，Step4判斷是否啟動的結(jié)果是啟動時，顯示模塊打開一直打開實時運行，直到關(guān)閉整個系統(tǒng)結(jié)束；

單片機鑒頻控制進/出水閥門流程：

StepWater1、讀取設置數(shù)位理論頻率數(shù)據(jù)高八位存放（4DH），低八位存放（4AH）；

StepWater2、讀取實際水位頻率數(shù)據(jù)高八位存放（4BH），低八位存放（4AH）；

StepWater3、判斷（4DH）中的數(shù)據(jù)是否等于（4BH）中的數(shù)據(jù)

如果是等于，則執(zhí)行步驟StepWater4.1；

如果不等于，則執(zhí)行步驟StepWater4.2；

StepWater4.1、判斷（4AH）是否等于（4CH）；

如果等于，則執(zhí)行步驟StepWater5；

如果不等于，則執(zhí)行步驟StepWater4.1.1；

StepWater4.1.1判斷（4AH）是否大于（4CH）；

如果大于，則跳轉(zhuǎn)執(zhí)行步驟StepWater4.2.1；

如果小于，則跳轉(zhuǎn)執(zhí)行步驟StepWater4.2.2；

StepWater4.2、判斷（4BH）中的數(shù)據(jù)是否大于（4DH）中的數(shù)據(jù)；

如果大于，執(zhí)行步驟StepWater4.2.1；

如果小于，執(zhí)行步驟StepWater4.2.2；

StepWater4.2.1、如果結(jié)果大于，則進水閥打開，出水閥關(guān)閉，后執(zhí)行步驟StepWater5.2；

StepWater4.2.2、如果結(jié)果小于，則進水閥關(guān)閉，出水閥打開，后執(zhí)行步驟StepWater5.2；；

StepWater5.2、等待水位達到設定值后轉(zhuǎn)去執(zhí)行步驟StepWater5.1；

StepWater5.1、進水閥和出水閥都關(guān)閉；

StepWater6、結(jié)束返回單片機。

暫停模塊工作流程：

StepStop1、洗衣機通電暫停模塊開始運行；

StepStop2、判斷洗衣機蓋子是否打開或者是否按下暫停鍵；

如果是，則進入執(zhí)行StepStop3；

如果否，則進入執(zhí)行停止發(fā)送暫停指令給單片機；

StepStop3、進/出水閥門關(guān)閉，電機停轉(zhuǎn)，動作指令完成后跳轉(zhuǎn)到StepStop2。循環(huán)執(zhí)行，直到判斷結(jié)果為否；

如下，表1為頻率比較控制進/出閥門狀態(tài)信息；表2為鍵盤輸入緩存區(qū)地址分配信息；表3為顯示緩存區(qū)地址分配信息；表4為串行發(fā)送數(shù)據(jù)地址存儲空間分配信息；表5為6116數(shù)據(jù)存儲器中LED碼表地址空間分配信息；表6為SW-4鑒頻式水位傳感器頻率表地址空間分配信息；表7為保護地址范圍和看門狗定時器超時周期；表1中，X代表任意狀態(tài)，可以是大、小、相等任意狀態(tài)；表5中，串行發(fā)送數(shù)據(jù)用芯片MAX7219譯碼方式選擇：不譯碼，因此地址數(shù)據(jù)先顛倒發(fā)送；表6中，堆棧指針地址為：60H~7FH。

表1

表2

表3

表4

表5

表6

表7

本實用新型的有益效果是：采用成本更低的AT89C51單片機完成整個系統(tǒng)的自動控制，較現(xiàn)今市場上常見的基于單片機的控制系統(tǒng)更加靈活方便，較現(xiàn)今市場上常見的基于PLC的控制系統(tǒng)成本大大降低，讓其在使用和制造成本上更有市場競爭力。

附圖說明

圖1為本實用新型的系統(tǒng)構(gòu)成原理圖；

圖中各標號：1-AT89C51單片機、2-6116數(shù)據(jù)存儲器、3-8255芯片、4-SW-4型鑒頻式水位傳感器、5-矩陣鍵盤、6-ULN2803驅(qū)動、7-光電耦合器、8-步進電機、9-MAX7219驅(qū)動、10-LED數(shù)碼管、11-蜂鳴器模塊、12-X25045看門狗芯片。

具體實施方式

實施例1：如圖1所示，一種基于單片機的全自動洗衣服控制系統(tǒng)，包括AT89C51單片機1、6116數(shù)據(jù)存儲器2、8255芯片3、SW-4型鑒頻式水位傳感器4、矩陣鍵盤5、ULN2803驅(qū)動6、光電耦合器7、步進電機8、MAX7219驅(qū)動9、LED數(shù)碼管10、蜂鳴器模塊11；

所述6116數(shù)據(jù)存儲器2和兩片8255芯片3分別與AT89C51單片機1相連接，組成整個完整的單片機控制模塊，單片機控制模塊分別和SW-4型鑒頻式水位傳感器4、矩陣鍵盤5、ULN2803驅(qū)動6、MAX7219驅(qū)動9、蜂鳴器模塊11相連，ULN2803驅(qū)動6連接光電耦合器7，光電耦合器7和步進電機8相連，MAX7219驅(qū)動9和LED數(shù)碼管10相連；

其中，AT89C51單片機1內(nèi)部的兩個定時/計數(shù)器T1、T0，定時/計數(shù)器T1作為定時器使用，定時/計數(shù)器T0作為外部計數(shù)器使用。

還設有X25045看門狗芯片12，X25045看門狗芯片12與AT89C51單片機1相連接。

實施例2：如圖1所示，一種基于單片機的全自動洗衣服控制系統(tǒng)，包括AT89C51單片機1、6116數(shù)據(jù)存儲器2、8255芯片3、SW-4型鑒頻式水位傳感器4、矩陣鍵盤5、ULN2803驅(qū)動6、光電耦合器7、步進電機8、MAX7219驅(qū)動9、LED數(shù)碼管10、蜂鳴器模塊11；

所述6116數(shù)據(jù)存儲器2和兩片8255芯片3分別與AT89C51單片機1相連接，組成整個完整的單片機控制模塊，單片機控制模塊分別和SW-4型鑒頻式水位傳感器4、矩陣鍵盤5、ULN2803驅(qū)動6、MAX7219驅(qū)動9、蜂鳴器模塊11相連，ULN2803驅(qū)動6連接光電耦合器7，光電耦合器7和步進電機8相連，MAX7219驅(qū)動9和LED數(shù)碼管10相連；

其中，AT89C51單片機1內(nèi)部的兩個定時/計數(shù)器T1、T0，定時/計數(shù)器T1作為定時器使用，定時/計數(shù)器T0作為外部計數(shù)器使用。

上面結(jié)合附圖對本實用新型的具體實施方式作了詳細說明，但是本實用新型并不限于上述實施方式，在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所具備的知識范圍內(nèi)，還可以在不脫離本實用新型宗旨的前提下作出各種變化。