第一章绪论
1.1.洗衣机控制系统课题的背景和意义
在中国，目前市场上洗衣机越来越被人们所需求，中国洗衣机市场处于一种稳步上升的状态，潜力巨大，由于人们对洗衣机的需求也越来越高，就会出现许多新老洗衣机的淘汰替换情况，需要我们设计一种具有高效且不易被淘汰的洗衣机更符合人们的需求。目前市场上的洗衣机主要有强力和弱洗涤功效，自动诊断进水和出水系统故障，并暂停。不过，洗衣机仅仅具备这样的功能并不能引起人们你的亲睐，在许多方面，它们还远远不能满足人们的需求。这无形就是对人们对技术的掌握的要求越来越高，需要很高的技术才能完成设计。
洗衣机产业将研发中心转为以“绿色环保”，“节水节能”为主题的新焦点，在洗衣机市场的国内市场上，由于水资源持续减少等水费增加等因素，市场上洗衣机的销售量相对较大，导致节水洗衣机的销售受阻继续看起来不错。针对市场需求的变化，小天鹅，达克林，海尔等一些生产厂家陆续推出了多款节水自动洗衣机。在未来，洗衣机将全体变更为变频时代，变频技术将会使洗衣机行业技术推向一个新的高度，洗衣机行业的发展会有良好的势头。
目前的洗衣机并不完全兼容，许多洗衣机生产商都注重自己品牌洗衣机的优势，突出与其他洗衣机的一两种不同的个性化功能，洗衣机的功能由单片机控制，所以设计基于单片机的洗衣机控制电路系统具有很强的实用性。单片机技术的发展越来越快，技术越来越先进，单片机由于种种强而有优势的优点而被人们广泛应用于生产过程控制，智能仪表，家用电器等多重领域。总之，多种技术的飞快发展对洗衣过程的自动化都起到了积极的促进作用。
洗衣机的新老更替越来越快，主要因为人们对洗衣机功能的要求越来越高，所以才会出现许多老式洗衣机被淘汰。这就要求设计师要有较高的专业技术水平，并能提出更多的好建议和新意见。该项目将把人们的需求变得更加切合现实，我们或许能通过此次设计来探讨设计出更节能，更全面，更人性化的全自动洗衣机。洗衣机的设计也是为了满足一些用户的不同需求。而且，单片机控制技术在人们日常生活中也被应用的越来越广泛，单片机的发展越来越符合人们的生活节奏。对人们未来科技发展有良好的促进作用。我相信通过个人设计，它肯定会受益匪浅。
1.2.洗衣机控制系统国内外研究现状
普通洗衣机：普通洗衣机的功能非常具有局限性，其包含的洗涤，漂洗，脱水等功能都必须人们主动控制，很难满足人们的需求;半自动洗衣机：可实现洗涤，漂洗，脱水等功能之间的一定功能自动转换;自动洗衣机：解决了人们必须手动洗衣机的局限，能够自动实现普通洗衣机的功能。
研究现状和水平：
按结构自动洗衣机可分为波轮自动洗衣机，滚筒式自动洗衣机和全自动洗衣机三大类。
（1）波轮自动洗衣机：衣服纤维的更好软化减少了洗涤过程中衣物的损坏和变形，并且还使洗过的衣物柔软蓬松。提高洗涤温度可以使洗衣粉充分溶解，加快弱酸性物质的化学反应速率和洗衣粉中的污垢，提高洗衣粉中酶的活性，同时也是有利的用于溶解汗液，血渍，减少灰尘和油脂的附着。
（2）滚筒式自动洗衣机：由于滚筒式机器的价格远远高于波轮式机器，因此使用波轮式机器对中国人来说很方便，因此普遍受到欢迎。新推出的波轮式自动洗衣机采用单片机程序控制器。各厂家生产的各类波轮自动洗衣机有不同的控制程序。至少有几个控制，每个项目有几个不同的洗涤程序可供选择，这是足够的不同洗涤。要求，所以没有必要考虑这个问题。关于不锈钢内桶：不锈钢内桶可以有效地保护洗衣过程中对衣服的损坏，它能减少衣服与不锈钢内桶壁之间的摩擦，所以不锈钢内桶是我们优先考虑选择的。关于同心清洗：同心清洗是将电机轴直接安装到清洗缸轴上并直接驱动。这减少了洗涤和脱水过程中浴缸的振动，并降低了噪音。为达到一定的清洁效果，必须有足够的机械力量，机械力对衣服造成损害，这使得波轮式洗衣机的磨损率远高于滚筒式洗衣机。
1.3.洗衣机控制系统技术特点
可靠性高
使用灵活方便
编程简单
便于维修
第二章洗衣机控制系统的总体设计
2.1洗衣机控制系统整体方案设计思路
系统功能简介：
1.系统的数码管具备显示功能，可以用来实现我们所计划的时间显示倒计时；
2.系统的按键具有可用性作用，通过按键我们可以实现我们所需的功能执行相对应的程序；
3.系统的LED灯具备指示作用，我们可以用不同的灯来显示我们设计的不同含义；
4.系统的蜂鸣器可以发出声音，提示报警后到停止结束。
2.2系统总方案设计
本次设计的控制系统主芯片有4个，AT89S51单片机，L298N电机驱动芯片，74HC573锁存器两个。通过单片机为主体来精确控制L298N的工作状态，达到需求的控制电机转动的目的，控制74HC573锁存器状态以达到控制数码管的显示功能。
洗衣过程：开机后，洗衣机首先执行洗衣过程。在洗衣过程中，首先打开入口阀，并在连接后将水供应到洗衣机。当达到所需的水位时，进水阀关闭，进水完成。电机开启以驱动波轮旋转以构成洗衣水流。也可进行漂洗过程，两者区别只是洗衣时间漂洗相对洗衣时间较短。
脱水过程：洗衣(漂洗)进程完毕后，电机停止旋转，排水阀打开，排水开始。当排水完成后，电机的高速端打开，电机开始正转，使得洗衣机内桶快速，脱干衣物。脱水是洗衣机里的一个独立的进程，可以独自进行脱水操作。
2.3设计总方框图
2.4设计流程图
2.5单片机选择；
2.5.1 AT89S51单片机的优点
（1）低电压，高性能，低功耗，低价格，应用广泛;
（2）可擦除只读存储器可以重复擦除100次;
（3）采取ATMEL高密度非易失性存储器制造工艺制造，兼容产业标准MCS-51指令集和输出引脚;
（4）由SCM设计的系统可以反复测试，以确保用户的系统体系设计是最优的;
（5)芯片价格便宜；
（6）AT89S51系列单片机编写程序的基本程序。其语法结构与我们常用的计算机C语言基本相同。区分在于增添了控制特定引脚工作的语句和命令。与计算机C语言相比更加简洁明了，可以控制每个引脚。输入和输出状态。
2.5.2单片机比较
AT89C51不支持在线更新功能（IPO）
AT89S51性价比更高，支持在线更新（IPO），工作效率更高，电源关闭标志，保密性更优，乡下兼容全部51系列。
MCS-51 8位高性能单片机，性能优越，性价比高
MSP430功耗非常低，功能集成度比较高，16位低功耗
因为AT89S51单片机的功能更满足于我们的设计，所以我们选择AT89S51单片机来进行我们的设计。
第三章系统的硬件实现
3.1概括
通过分析洗衣机控制系统设计的功能来研究，硬件电路可包括以下几个部分：显示电路、采样电路、进水阀、排水阀控制电路和按键报警电路、电机控制电路、微处理器控制电路。通过对这几个部分的设计，洗衣机就能准确开始相对的操作。
本次设计以AT89S51单片机为核心，进而控制进水阀、排水阀、电机、报警器、显示器。我们可以根据不同的程序来控制设定它们所对应的工作程序和工作时间。按键控制可以用来控制手动和自动洗衣模式；发光二极管用来表示洗衣机的工作时间和正在进行的一个洗衣程序的状态；蜂鸣器用来提示程序运行；数码管用来显示不同的工作状态和剩余的运行时间；进水阀和排水阀还需要水位监测。
3.2PLC控制
3.2.1PLC概念
电脑控制器的优点是价格比较低，指令比较多。它有Flash存储器和RAM；有一定的I/O接线口和中断源；所以运用起来很方便。但是它的缺点是：自身的指令系统相对复杂；编程语言不易掌握；设计人员在编写洗涤、脱水等功能程序也较复杂；单片机驱动能力较弱，需要在硬件上加驱动电路，造成系统电路较复杂。可编程控制器由于是模块化结构，PLC体积小，安装调试方便，各个模块能够通用，使维护工作量较小。并且，PLC工作原理是采用周期扫描的工作方式，使PLC的抗干扰能力很强，可靠性很高。软件编程中PLC指令很少，语言很简单，让用户方便学习。目前，市场的种类非常多。所以我们需呀对产品的要求更高成本要低，质量要高，提高产品的竞争力。全自动洗衣机控制系统采用PLC
作为控制核心，可以达到洗衣机自动控制的效果，也能够提高洗衣机的使用寿命，减少控制器外部电路，实现洗衣机的全自动化和智能化。所以，本次设计采用PLC作为系统控制器。
3.3全自动洗衣机PLC控制系统
3.2.1PLC控制系统
PLC是程序控制的中心。它将计算机的各种功能电路集成在单一芯片上，主要包括CPU，数据存储器RAM，程序存储器ROM，输入/输出接口电路，定时，扫描，分频电路，ROM已经固化了洗衣机的操作程序，单片机按照输入指令和检测信号，调出内部相应的操作程序，在经过电路处理后，输出各类电路节制信号，使洗衣机自动程序运行过程。如果微控制器本身发生故障，或者控制电路向微控制器发送不正确的信息，洗衣机将无法正常工作。
3.2.2显示电路
显示电路是用来显示洗衣机的工作状态。
3.2.3报警电路
该电路在洗衣机中用作提醒和警报。根据编程和软件设置，当洗衣结束时，洗衣机将发出嘟嘟声以提示用户完成衣物的洗涤完成。
3.2.4水位开关
在进水期间，系统进行检测，当水位达到所需水位时候便停止进水。
3.3电源设计
完整的电源系统应该包括整流-滤波-稳压最后才是输出！
在此设计中，为了突出设计的技术性，安全性和稳定性，我们不会使用变压器，而是直接使用相关的电源芯片转换。尽管我们只需要遵守一些安全法规来设计变压器，但在正常情况下使用变压器时，没有问题，但是当产品长时间堆放时，在通电时非常不安全可能受到潮湿等因素的影响。可能会出现漏电等危险情况。但是，当我们采用集成电源芯片处理时，这些问题就能有效的避免发生。这种电路采用功率数字芯片处理输出量小，使用方便，非常方便，而且这种功率芯片输出更加稳定，输出后经过滤波电路滤波，滤波使电路电压波形更加平滑，输出电压输出稳定，然后通过稳压电路稳压器使负载电源更稳定，达到负载运行的最佳效果。
如下图所示;完整电源电路。
图3-2完整电源电路
下图是220V交流输入部分，通过15A/275V熔断器通过模扼流圈实现保护电路和滤除共模干扰信号的作用，滤波器（T1）连接在主电路与负载之间，用脉动直流电压中的交流分量被滤除，并且电压敏感的VR2电阻器和电容器C2一起形成RC滤波器电路，以便为随后的整流提供稳定的AC电流。
图3-3 220V交流输入部分
如下图所示，我们可以通过这个电路将这个220V交流电转换成直流电。该图不仅是电源的整流部分，还包括电路中使用的IN4007整流二极管。
滤波整流
图3-4滤波整流电路
220V电压转换为12V是数字芯片的转换部分;如图所示，与变压器转换相比，使用芯片转换部件的优点是不需要考虑安全规定，并且可以避免因变压器引脚之间的某些原因引起的火花事件。其功能更可靠，稳定，安全。
图3-5 AP8012电源转换12V示意图
通过AP8012电源转化为12V的输出部分，使用CD4电解电容接地，使得我们要求的12V输出电源更加的稳定。
良好的电源是产品电路稳定运行的基本保证。只有当供电系统稳定时，负载电源稳定，负载才能工作得更好。我们再次对该设计的供电系统进行了相关介绍。
图3-6 5V输出电路
图为12V输出经过I形电感三极稳压器78L05后，再经过三端稳压器3脚输出5V供电，为后面单片机和L298N芯片提供电源。
3.4数码管设计
数码管介绍：数码管”是一种半导体发光器件，主要由发光二极管构成。数码管也分多种，我们在此次设计中选用共阴极数码管，对其他数码管就不详加介绍。
将发光二极管的所有阴极连在一起形成公共阴极(COM)，这样便可以形成一个共阴极数码管。共阴极数码管的应用应连接到COM上的公共极GND，当某一字段发光二极管的阳极为高电平时，相应字段被点亮，当某一字段的阳极为低电平时，相应的字段不亮。
第四章系统的软件实现
4.1数码管显示电路
当单片机发送锁存指令后，74HC573锁存器接收指令执行相应操作控制数码管的显示，当程序显示程序执行结束，数码管显示结束。
4.2按键控制操作
单片机I/O口初始化后就开始不断扫描定义的I/O口引脚电平变化状态，当按键有被按下，单片机立即检测到I/O口电平的变化并执行相应程序，直到程序结束。
4.3 LED灯显示
在单片机发送指令控制I/O口电平后，单片机输出不同的高电平和低电平，当LED正极连接到片机I/O口并且负极接GND时，单片机发送高电平，I/O口输出高电压，与LED负端共同产生压降，LED灯会亮起直到LED灯熄灭。
4.4电机驱动
如图所示，当单片机发送指令来控制L298N电机芯片时，L298N执行相应程序，打开不同的端口，并控制电压的变化从而达到控制电机的目的，当程序结束时，电机停止转动。
第五章仿真调试
5.1仿真调试图
硬件和软件设计完成后，系统也会进行仿真，如图所示。这是设计模拟的电路图。这里使用的仿真软件是protues。模拟结果没有问题，可以满足设计要求。将hex文件复制到实际硬件电路上的单片机，然后执行测试设计所需的各种功能。
5.2 Keil2调试图
使用软件keil uvision2进行系统调试，如图所示。keiluvision2和protues仿真软件相结合，可以实现各种功能是否可以实现并加载到硬件中。调试过程非常重要，因为在编写代码的过程中，调试可以清楚地了解程序运行的顺序以及每个函数之间的调用。更重要的是，调试可以帮助解决程序中遇到的许多错误。经过代码的多次调试，系统的软件部分能够满足系统设计要求，使设计合理完善。
5.3程序下载图
粗略地进行了上述逐步调试和仿真，说明设计的软件部分能够满足系统设计的要求，然后对系统的硬件电路进行调试。当所有的组件都连接在protues中时，它们应该排列整齐美观。将HEX文件下载到单片机后，可以运行和调试。
结论
本次设计的主要内容为基于PLC控制的洗衣机控制系统设计，该设计体现了电子技术在我们生活中的广泛用途。从硬件和软件上实现了洗衣机的自动控制，洗衣，漂洗，脱水等全自动控制过程，真正实现了全自动化。下面具体介绍此次设计系统的特点：
（1）设计合理的洗衣设计，漂洗，脱水时间。它不仅可以保证衣物的洗涤，而且可以缩短洗涤时间，减少衣物的磨损。使洗衣机智能化，最大限度地发挥洗涤效果，节约能源和水，使洗衣机达到节能要求。
（2）本次设计还考虑到了用户的需求，用户可以根据自己的需求来设计洗衣机的工作模式，可以通过一键操作来完成自己所需求的洗衣方式，从一定程度上为人们解决了许多问题，改变了人们的生活。
（3）本系统硬件采用PLC进行控制，以及设计中其它电路元件运用，都是考虑到既经济又实用的原因。
（4）由于我们仅仅从理论上来设计洗衣机的工作模式，并不能实际生产，目前还不能解决种种问题，使我们感到很遗憾。
在科学技术的日新月异的今天，由于单片机具有良好的性能，其控制系统精度高，功能强等等特点依然能受到人们的青睐。单片机无论在提升质量还是提升数量上都相对于其他都拥有着很大的优势。正是因为单片机这些优势，为我们设计提供了方便。相信在不久的将来，便会有新一批的设计师设计出更加优秀的洗衣机来解决人们生活上的洗衣需求。
致谢
这几个月的辛勤工作可以说算是没有白费。这一次，我的论文的成功完成，在某种程度上，我要感谢我的导师，无论是论文的主题还是专业的数据收集，老师都在很大程度上给与了我很大的帮助。每次我写论文时，都会遇到我无法解决的问题。无论是简单还是复杂的问题，他总是热切地为我解释这些知识。但同时，我还要感谢在前线与我共同努力奋斗的同学们。每当我看到他们不断修改和更改论文时，我都会有信心。
对于即将走上社区的毕业生来说，这篇论文不仅会提高我的专业知识，还会锻炼我的逻辑思维能力。我会把我在大学几年里所学到的知识和理论运用到我的工作中，使学习的理论知识有更深刻的价值。
通过此次设计，我对许多专业知识有了更加深刻的理解，相信这些对自己未来的工作也会有很大的帮助。尽管我没有做过任何类似的事情，但是整个写作过程的很大一部分都是通过绘图软件进行的，也使我在电路设计过程中，不仅从理论上对内容进行了深入的研究，特别是在设计过程中，尤其是在调试程序中，电路的重叠，参数的计算和电子元件的选择非常具有挑战性。在计算过程中，不仅要计算一些计算方法，程序的设计思路，更重要的是将实践过程融入到设计中。在编写程序的过程中，编码和调制过程仍然存在一些困难，这是非常具有挑战性的，需要更多的时间。
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