模糊洗衣機控制系統設計本科生畢業設計論文(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 斷器，切斷總電源，避免出 現安全事故。當然，洗衣機還要加接地保護，防止人身觸電。 不過上面的電源還是不能產生出穩定的 5V 電壓，要達到高精度的直流電壓，我們必須經過 穩壓電路 進行穩壓。所以在下圖我們還將加入一個穩壓芯片WS78L05。 江蘇師范大學本 科生畢業設計 模糊洗衣機（控制）系統設計 13 圖 35 穩壓芯片 WS78L05 通過整流得到的電壓 VCC，經過穩壓芯片 WS78L05 后再經過 C14 與 C13 兩個電容的再次濾波輸出的就是比較穩定的 5V 電源了。 由于用的 WS78L05 是 TO92 封裝，輸出電流最大可達 150mA。而且控制器的總功率很小，故不在穩壓芯片 WS78L05 上做任何散熱處理。 圖 36 TO92 封裝 按鍵輸入部分 本洗衣機控制器一共有 4 個按鍵，功能分別為 KEY1：“開關按鍵”； KEY2：“設置按鍵”； KEY3：“功能加”； KEY4：“功能減”。 其原理圖如下圖所示。 江蘇師范大學本 科生畢業設計 模糊洗衣機（控制）系統設計 14 圖 37 按鍵輸入部分原理圖 其中 KEY KEY KEY KEY4 分別接到芯片 STM8S105 對應的 I/O 口引腳上。 傳感器部分 傳感器介紹：傳感器是一 種檢測裝置，它將我們感受到的信息按一定規律轉換成為電信號形式輸出，以滿足信息的傳輸等要求。它是實現自動檢測和自動控制的首要環節。 我們洗衣機控制系統傳感器部分主要包括：溫度檢測部分、重力傳感器部分、水渾濁度檢測部分。下面就是對這三個傳感器部分的詳細介紹。 溫度檢測部分 由于洗衣機是用于家用電器，一般洗衣服時水溫在 0~50℃，溫度檢測只是用于模糊控制的一個計算參數，所以用到一個精度不是太高的普通的溫度傳感器即可。 在這里，我們選擇了一款“ NTC 熱敏電阻 MF52AT 10K 1%精度 ”作為我們的溫度 傳感器。首先選擇這種型號的傳感器是因為：第一，它在市場上很容易買到，是常用的溫度傳感器之一；第二，它的價格便宜，在市場上它的價格只有幾毛錢。第三，它的溫度敏感，能夠比較快速的反應水溫的變化。第四，他的精度不算低，符合本次設計控制器測量溫度所要求的精度。 下圖是 MF52AT 10K 誤差 1% 溫度特性表： 江蘇師范大學本 科生畢業設計 模糊洗衣機（控制）系統設計 15 表 31 MF52AT 10K 3950 溫度特性表 T(℃ ) R(KΩ) T(℃ ) R(KΩ) T(℃ ) R(KΩ) T(℃ ) R(KΩ) 40 27 14 1 39 26 13 0 38 25 12 1 37 24 11 2 36 23 10 3 35 22 9 4 34 21 8 5 33 20 7 6 32 19 6 7 31 18 5 8 30 17 4 9 29 16 3 10 28 15 2 11 T(℃ ) R(KΩ) T(℃ ) R(KΩ) T(℃ ) R(KΩ) T(℃ ) R(KΩ) 12 25 38 51 13 26 39 52 14 27 40 53 15 28 41 54 16 29 42 55 17 30 43 56 18 31 44 57 19 32 45 58 20 33 46 59 21 34 47 60 22 35 48 61 23 36 49 62 24 37 50 63 T(℃ ) R(KΩ) T(℃ ) R(KΩ) T(℃ ) R(KΩ) T(℃ ) R(KΩ) 64 76 88 100 65 77 89 101 66 78 90 102 67 79 91 103 68 80 92 104 69 81 93 105 70 82 94 106 71 83 95 107 72 84 96 108 73 85 97 109 74 86 98 110 75 87 99 江蘇師范大學本 科生畢業設計 模糊洗衣機（控制）系統設計 16 下圖為溫度模塊的原理圖： 圖 38 溫 度傳感器檢測原理圖 如上圖所示， NTC 熱敏電阻 P6 和測量電阻 R4（精密電阻）組成一個簡單的串聯分壓電路，參考電壓 V_ref（ +5v）經過分壓可以得到一個電壓值隨著溫度值變化而變化，這個電壓的大小將反映出 NTC 電阻的大小，也就是相應溫度值的反映。 通過歐姆定律可以得到輸出電壓值 0AINV 和 NTC 電阻值的一個關系表達式： )64/(40 RRRVV r efA IN ??? （ 31） 接下來的表達式將基于公式（ 1）推算，本控制器的單片機 STM8S105C6T6里集成了 10 位數模轉換器（ ADC）， 10242 10? ，參考電壓 VVref 5? 。各溫度點對應的 ADC 轉換后的數字量可以計算為： VVD AINadc 5/1 0 2 4 0?? （ 32） 將公式（ 1）、（ 2）結合可以得到： )64/(41 0 2 4 RRRD adc ??? （ 33） 重力傳感器部分 稱重傳感器是一種將質量信號轉換成可測量的電信號輸出的裝置。，它主要有光電 式、液壓式、電容式、電磁力式、電阻應變式、板環式、數字式等。其中以電阻應變式使用的最為廣泛。在市面上測量重量的傳感器很多，考慮到成本與江蘇師范大學本 科生畢業設計 模糊洗衣機（控制）系統設計 17 可實施性，在這里，我們主要介紹一種“電子秤專用稱重傳感器 ” ，實物見下圖所示。 圖 39 壓力傳感器實物圖 接線 :紅線輸入“電壓 +”， 黑線輸入“電壓 ” ，綠線輸出“信號 +” ，白線輸出“信號 ”。 輸出電壓信號：壓力越大輸出電壓信號越大 下圖為壓力傳感器的原理圖： 圖 310 壓力傳感器原理圖 由于本文講述的重心是控制器，壓力傳感器會連接線路，能夠使用即可，不再對其 內部做深層分析。 水渾濁度檢測部分 渾濁度檢測部分，本控制器用高亮燈作為發射光源，光敏電阻作為接收源，當一次洗滌時間結束后，在排水的時候檢測水的渾濁度，如果渾濁度比較大，就接著在洗滌一次，如果渾濁度比較小，符合干凈的標準，就結束洗滌。當然，人們日常生活的衣物有掉色的，那么也會影響水渾濁度的檢測，那么，我們就規定一個最大洗滌次數，如果大于這個洗滌次數，就停止洗滌，避免水和電的浪費，江蘇師范大學本 科生畢業設計 模糊洗衣機（控制）系統設計 18 給用戶造成不必要的花費。 在這里，我選擇 GL5528 光敏電阻，其工作原理是：當周圍光線變弱時引起光敏電阻的阻值增加。信號 方面不采用單片機 AD 轉換后處理，而是在進入單片機之前就提前處理好信號，判斷渾濁度是否符合標準。測試燈 D5 在檢測時導通發出亮光（由單片機 IO 口控制），透過要檢測的水照射到光敏電阻 R16 上， R13與 R16 分壓后與 R12（渾濁度設定值）電壓比較，如果洗滌后的水比較渾濁，那么經過運算放大器輸出的是低電平；如果洗滌后的水比較清澈，那么經過運算放大器輸出的是高電平。下圖是光敏電阻的硬件原理圖部分。 圖 311 渾濁度檢測電路原理圖 蜂鳴器部分 在洗滌衣物前，我打算機器被打開啟動時鳴叫一聲，作為工作開始標志 ，在洗滌完衣物之后，蜂鳴器鳴叫三聲作為洗衣過程結束。原理圖如下。 江蘇師范大學本 科生畢業設計 模糊洗衣機（控制）系統設計 19 圖 312 蜂鳴器驅動原理圖 由于不需要有多種聲音的發出，所以本控制器設計 LS1 用的是普通的 5v 有源蜂鳴器，正常工作電流在 20mA~30mA 左右， STM8S105C6T6 手冊上說，“本控制器芯片任意 I/O 和控制管腳上的輸出灌電流最大值是 20mA”，所以蜂鳴器正常工作時，普通 IO 口很難驅動起來。所以本系統設計加個 NPN 三極管增大輸出電流，通過置高低電平控制 Q2S（ s8050)的導通，來驅動蜂鳴器的工作。 顯示部分 本控制器設計顯示 可以有很多種方式，指示燈、數碼管、黑白液晶、彩屏液晶等等。 指示燈：指示燈價格低廉，但是顯示效果不好，一般用戶很難理解顯示的含義，而且根本沒有界面可言，所以不適合使用，故舍棄。 數碼管：數碼管價格比較便宜，可以顯示簡單的數字及字母，但是線路復雜，要加入很多的限流電阻，而且數碼管占用芯片引腳很多，在實際產品應用上給用戶的感覺不符合智能洗衣機應有的現代審美，故綜合考慮后，舍棄。 彩屏顯示器：彩屏顯示器顯示效果很好，可以顯示漢字、圖片、數字等，但是其價格比較昂貴，目前不推薦使用，故舍棄。 黑白液晶：可以顯示數字、 字母、圖標等，價格中等，硬件電路連接簡單。 綜合以上因素分析，本控制器設計選擇黑白液晶 1602 作為控制器的顯示器。 江蘇師范大學本 科生畢業設計 模糊洗衣機（控制）系統設計 20 1602 介紹： 1602 是一塊工業字符型液晶，能夠同時顯示 16*02 即 32 個字符（ 16 列 2 行）。它是一種專門用來顯示字母、數字、符號等的點陣型液晶模塊。由于內部集成好電路，對比度可調節，提供各種控制命令，故軟件編程時較為容易。 下圖是液晶屏 1602 的硬件原理圖： 圖 313 1602 液晶顯示原理圖 其中 Vee（引腳 3）是液晶顯示對比度調節端，通過可調電阻 R8 調節顯示屏對比度； RS（引腳 4） 是數據 /命令選擇端（ H/L）； 江蘇師范大學本 科生畢業設計 模糊洗衣機（控制）系統設計 21 R/W（引腳 5）是讀寫選擇端（ H/L）； E（引腳 6）是使能信號； DB0~DB7（引腳 7~引腳 14）是數據口； A（引腳 15）是背光電源正極； K（引腳 16）是背光電源負極。 因為本控制器功能的開關由按鍵控制，故液晶屏的背光燈也需要控制開關，所以通過三極管 Q3 驅動。 主電機部分 電機，是洗衣機控制的最終對象，洗衣的轉速、力矩和噪音等很多問題都直接和電機相關。下面就將介紹電機部分了。 電機選型時注意點： 一、功率： 洗衣機，一般功率在 100W~400W 之間，所以電機選型 時要注意功率在這范圍內即可。 二、 轉速： pfn /60? （ 34） n:電機轉速，轉 /分鐘； f:電源頻率，在我國為 50Hz； p:電機磁極對數； 考慮到性價比，電機一般磁極對數比較小，由于單相異步電機轉速較大，而洗衣機電機洗滌時不需要太高轉速，脫水時需要較為高一些的轉速。所以在電機選型時需要考慮轉速這方面。或者加相應的調速器來改變轉速，增大力矩。 由于本設計主要介紹模糊洗衣機控制系統，故電機方面不再做深層次介紹，下面是主電機控制部分原理圖： 江蘇師范大學本 科生畢業設計 模糊洗衣機（控制）系統設計 22 圖 314 主 電機驅動控制部分原理圖 由于電機是直接接交流電源 220V，功率較大，需要采取措施進行隔離，保護控制器。 ：又稱光電