基于單片機的智能全自動洗衣機模擬控制系統設計

?殷爽 邵金俠 趙全友 潘學文

[摘? ? 要]采用STC89C51單片機作為主要控制芯片，按鍵可控制和選擇功能，繼電器模擬出水、進水，水位傳感器檢測高低水位，由L298N芯片組成的電機控制模塊模擬洗衣機工作，LED顯示狀態，2位共陽數碼管顯示時間。使用C51語言進行編程，完成了洗衣的基本功能。洗衣機包括標準、輕柔、快速三大洗衣模式，并且實現了一鍵暫停和一鍵脫水功能，用于日常生活中，能夠滿足日常洗衣的需求，具有效率高、操作方便等特點。

[關鍵詞]STC89C51單片機;洗衣機模擬控制系統;全自動

[中圖分類號]TN911-4;G434 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2021）04–00–03

Design of Intelligent Automatic Washing Machine Simulation Control

System Based on Single Chip Microcomputer

Yin Shuang? Shao Jin-xia? Zhao Quan-you? Pan Xue-wen

[Abstract]This design adopts STC89C51 single-chip microcomputer as the main control chip， the button can control and select the function， the relay simulates the water and water， the water level sensor detects the high and low water level， the motor control module composed of L298N chip simulates the washing machine work， the LED display status， 2 total The digital tube shows the time. Programming in C51 language completes the basic functions of laundry. The design includes standard， gentle and fast three laundry modes， and achieves one-button pause and one-button dehydration. This system is designed for daily life and can easily meet the needs of daily laundry. It has high efficiency and convenient operation.

[Keywords]STC89C51 microcontroller;washing machine analog control system system;fully automatic

隨著通信電子技術及計算機技術的發展，人民的生活水平不斷提高，單片機技術在各個領域的應用越來越廣泛，同時用單片機設計的各種家用電器也被人們所關注，家電市場上涌現出大量各式各樣的新型電器[1]。

以往的家電市場中，大部分洗衣機的功能比較單一、固定，一般來說洗滌、漂洗和排水都要通過按鍵來分別進行操作，操作特別繁瑣且浪費時間[2]。隨著經濟的高速發展，智能全自動洗衣機越來越受到廣大消費者的喜愛。智能全自動洗衣機的便捷性、易操作性為繁瑣的家庭勞動節省了時間，緩解了家庭勞動壓力，成就了高速有效的生活工作效率[3-4]。

本系統根據人們的實際需求設計出以單片機為主要控制中心，功能全面、人性化的全自動洗衣機。簡化了以往傳統洗衣機的復雜操作，并且還具有體積小、價格便宜、控制靈活和方便操作等優點。

1 系統總體方案

本次設計以STC89C51單片機為主要控制模塊，主要控制進水閥、出水閥、電機、蜂鳴報警器、顯示系統。本次設計共有三種洗衣模式，模式不同，工作狀態以及運行的時間也不同。洗衣過程主要包括洗滌過程、漂洗過程、一鍵脫水過程。系統主要由STC89C51單片機、步進電機驅動芯片L298N組成的電機模擬控制洗衣機工作、LED顯示狀態，2位共陽數碼管顯示時間，控制按鍵可控制和選擇功能，繼電器模擬出水、進水組成。

全自動洗衣機的模擬控制系統的設計方框圖如圖1所示，主要由六大模塊組成，即單片機主控系統、電機控制電路、蜂鳴器報警電路、進水與排水電路、按鍵控制電路和顯示電路組成。單片機主控系統由STC89C51組成，選用它作為核心控制芯片，可使電路極大簡化，且程序的編寫及固化也相當方便、靈活。電機控制電路主要由L298N芯片和電機組成，模擬了洗衣機的工作。顯示電路清楚地展示了洗滌模式以及洗滌時長，主要由兩個共陽極數碼管、發光二極管組成，74LS04芯片作為顯示驅動電路。蜂鳴器報警電路表示著洗滌的結束以及洗滌暫停。進水與排水電路中由兩個繼電器控制進水閥和出水閥，由LM339芯片組成的集成電路是水位傳感器的主要模塊，用于檢測高低水位。

2 系統硬件設計

2.1 電動機控制電路

電機控制模塊主要由L298N芯片組成。該芯片是雙H橋電機驅動芯片，雙H橋的設計可以讓此芯片同時控制兩個電機的運轉，它具有工作電壓大，輸出功率強的優點。其輸入端可以直接連接到單片機上，方便單片機的控制。當電機驅動時，可以直接控制電機，從而實現電機的正反轉。圖2為電機控制電路，電機連接驅動L298N芯片的OUT1和OUT2。

2.2 顯示電路

本次系統設計中采用了發光二極管來顯示洗衣機的各個工作狀態。5個發光二極管分別跟單片機P1口的5個I/O口連接，分別接在P0.1、P0.2、P0.3、P0.5、P0.6端口上。從左至右分別代表標準、輕柔、快速、脫水和結束五種運行方式的指示燈，洗衣機運行時，五盞燈分別閃爍。圖3為發光二極管的電路圖，當發光二極管的負極所對應的P1口為低電平時，發光二極管導通

2.3 蜂鳴器報警

報警電路用來提醒用戶洗衣工作結束后要及時取出洗滌完畢的衣物，報警指示電路可以提高洗衣工作效率，同時洗衣過程中出現中斷也會給出提示。本次系統的設計采用的是蜂鳴器，蜂鳴器工作電壓的范圍為4～12 V。通過單片機的P0.6輸出高電平來控制蜂鳴器報警。蜂鳴器報警電路圖如圖4所示。

2.4 進水、排水電路

進排水電路電路如圖5所示，進水閥受J1的控制，出水閥受J2的控制。當控制端J1為“0”時，Kj1得到指令將進水閥打開，進水指示燈D5亮起。當控制端J2為“0”時，Kj2得到指令出水閥打開，出水指示燈D7亮。

一個低水位檢測，一個高水位檢測;當進水時高水位檢測到有水，代表進水完畢進行下一步，當排水時，低水位檢測沒有水，代表排水結束。高水位傳感器與P1.4相連，低水位傳感器與P1.7相連。水位傳感器的作用是用于檢測高低水位，包括比較器模塊和自制的水導電萬能板。其中比較器模塊由LM339芯片集成電路組成。水導電萬能板是利用水的導電性形成回路，形成電壓檢測水位。比較器模塊則是通過比較兩個輸入電壓，高于參考電壓則輸出高電平，水位實現了檢測，每個比較器都有兩個輸入端和一個輸出端。

2.5 按鍵控制電路

洗衣機面板上有六個按鈕S1、S2、S3、S4、S5、S6。

S1為電源啟動鍵，按一下系統啟動;S2為菜單鍵，按一下可以選擇菜單;S3為洗衣模式啟動鍵，按一下啟動對應的洗衣模式;S4為停止鍵，按一下洗衣機進入停止狀態，控制系統停止工作;S5為菜單模式選擇鍵，按一下選擇標準洗方式，按兩下選擇輕柔洗方式，按三下選擇快速洗方式，按四下選擇脫水方式;S6為暫停鍵，實現了一鍵暫停功能。不管洗衣機工作在什么狀態，當按下暫停鍵時洗衣機暫停工作，蜂鳴器響，再按一次時洗衣機恢復工作。

S2與P3.4口相連，S3與P3.5口相連，S6與P3.6口相連，S5口與P3.7口相連，S6與P3.0口相連。按鍵按下時，輸入端I/0口的電平狀態為低電平。

系統整體硬件電路如圖6所示，主要包括STC89C51單片機主要控制模塊，步進電機驅動芯片L298N控制模塊，顯示電路模塊，按鍵控制模塊，出水、進水電路模塊，蜂鳴器報警電路模塊幾個部分。

3 系統軟件設計

主程序設計流程如圖7所示。當電源接通時，開始初始化程序，單片機開始運行。在按鍵沒有被按下時，首先應該判斷水位的高低，根據水位的高低決定是否進水，接下來掃描數碼管，數碼管顯示時間，按鍵可以選擇需要的洗滌模式。洗滌模式的作用是能使全自動洗衣機有多個洗滌模式的選擇，這樣既能節省家庭勞動的時間又能避免過多水資源的浪費。然后按下程序的啟動鍵后，洗衣程序開始運行，來完成洗衣周期的循環。系統設置的洗滌、漂洗、脫水程序均為一次。在主程序運行過程中，如果按下暫停鍵，那么整個洗衣程序暫停蜂鳴器發出報警聲。恢復按鍵時，洗衣程序將繼續運行。當所有程序運行完畢后，蜂鳴器響，報警電路在系統程序的尾端進行。程序結束對應的指示燈亮起，表示整個洗衣程序已經結束，實現了洗衣的功能。

系統有三種洗滌程序，即標準模式、輕柔模式和快速模式。

標準模式洗滌90 s，漂洗90 s，脫水60 s;輕柔模式洗滌60 s，漂洗60 s，脫水60 s;快速模式洗滌30 s，漂洗30 s，脫水60 s。當按下菜單選擇鍵，選擇其中的一鍵脫水功能，脫水程序開始運行。首先，把排水閥打開，出水的指示燈亮起，電機開始脫水。當水位傳感器的低水位檢測到沒有水時，開始進行脫水工作，電機正轉60 s。當到達設定的60 s時間后，電機停止轉動，排水閥關閉，出水的指示燈關閉。蜂鳴器發出聲音，程序運行結束的指示燈亮起，脫水工作完成。

4 結論

針對智能全自動洗衣機模擬控制系統進行了分析和研究，設計出一種簡易的模擬控制系統，最終實現基本功能。借助Keil軟件編程及Proteus硬件電路設計，并進行了仿真測試，最終通過焊接電路，進行多次調試后做出硬件電路實物，實現了本次設計的要求。

參考文獻

[1] 張海波.全自動洗衣機控制器的設計[D].南京：南京理工大學，2012.

[2] 張繼東.自動控制技術在全自動洗衣機的應用[J].中國設備工程，2017（5）：110-111.

[3] 劉德兵.全自動洗衣機控制系統的PLC設計[D].成都：電子科技大學，2011.

[4] 楊威，陽泳，江世明.基于單片機全自動洗衣機控制器設計與仿真[J].數字技術與應用，2015（11）：8.