全自动洗衣机控制系统

合肥学院

计算机科学与技术系

微机原理与接口技术

课程设计

课程设计科目	全自动洗衣机控制系统
学生姓名
学号
班级
指导教师	高玲玲、肖连军

1、题意分析与解决方案

1.1 题意需求分析

根据以上题目所给的提示，我们对其进行解析：首先，刚开始的时候系统处于初始状态，准备好启动，然后一声蜂鸣表明洗衣机已经进入工作状态。当按下暂停键之后，9s的放衣服时间，然后选择洗衣周期，然后我们进入了洗衣状态。在洗涤的过程时，打开进水阀（此过程就是注水的过程），当到达预定水位时，按下水位开关，然后电机MO转动，在洗涤的过程中电机正反转三次后停止转动。然后进入脱水的过程，此时我们要打开排水阀，然后使电机正转，脱水结束后，电机停止转动。漂洗过程和洗涤的过程相似，只是在漂洗的时候，是把电机转动的次数改成正反转两次。甩干的过程和脱水的过程相似，只是电机转动的时间比脱水过程长一些。

从题意需求分析本课程设计需要解决的问题如下：

（1）怎样用程序实现电机的正转反转；

（2）我们怎么样在全速运行的条件下知道程序已经进入到哪一个步骤；

（3）怎样分配按键，使程序尽可能的全自动化。

1.2 解决问题方法及思路

1.2.1硬件部分

    本课程设计具体要求如下：

（1）进水阀由继电器模拟；

（2）洗衣流程进展过程由LED等指示；

（3）预设水位由按键控制；

（4）波轮旋转由电机控制。

此次课程设计中，我们在程序运行时，需要用到按键，所以对按键的分配如下：

表1-1 按键分配表

K1	暂停开关	0  关闭	1  开启
K2	洗衣程序选择	0 标准洗衣	1 经济洗衣
K3	水位开关	0 低水位	1 高水位

本实验中我们要用到的硬件主要是8255A、LED指示灯、继电器、八路二进制开关、步进电机、蜂鸣器。

我们将LED指示灯接在8255A的PA口，而LED指示灯在此次实验过程中的作用就是指示洗衣流程进展（第5个灯亮表示在洗涤的过程，第6个灯亮表示在脱水的过程，在第7个灯亮表示在漂洗的过程，第8个灯亮表示在甩干的过程）和提示我们下一步应该怎样按键。将八路二进制开关接在8255A的PB口上，八路二进制开关在本实验中的作用是模拟洗衣机面板上的按键和水位开关的作用。将步进电机的A、B、C、D四相分别按顺序接到PC口的PC0~PC3上，本次实验过程中采用的是四相八拍的步进电机。将蜂鸣器接在PC口的PC4上，蜂鸣器的作用主要是提示我们洗衣机已经启动和洗衣结束。将继电器接入到PC口的PC5上，继电器在本次实验过程中的主要作用是模拟进水阀。

1.2.2软件部分

   8255A是一个可编程芯片，我们可以通过程序对8255A芯片进行编程来实现本次课程设计所要求实现的所有功能。在本次实验中我们需要在程序中实现对电机的转动。为了能实现洗涤过程（此过程要求电机正转和反转），所以我们采用的是步进电机，实际应用中步进电机的类型有很多种，然而我们的实验箱上是四相的步进电机，在实验中我采用的是四相八拍的控制，当我们使其从A→AB→B→BC→C→CD→D→DA,这样可以实现电机的正转，当使他从DA→D→CD→C→BC→B→AB→A，这样就可以实现电机的反转，这个过程就是通过程序对PC口的PC0~PC3进行设置的。排水阀我们是用继电器来模拟的，实验箱上的继电器是低电平工作，所以如果我们要用到继电器即要打开进水阀时，我们只要对PC口的PC5进行设置。在本实验中，我们要使用蜂鸣器来提示洗衣机工作和洗衣结束，这个过程也是通过程序来实现的，我们只要将PC4设置成低电平，蜂鸣器就开始工作了。

2、硬件设计

2.1选择芯片8255A

2.1.1芯片8255A在本设计中的作用

    本次实验主要是通过对8255A的编程来实现的。8255A是可编程芯片，主要是用作数据的输入和输出接口，将逻辑开关的所输入的值接收进来，并且可以将数值进行输出，电源为+5V。具体就是通过对8255A的端口的编程来模拟和控制洗衣机运行时候的各个流程，以及其间的状态显示和以及洗衣结束时的报警。

2.1.2 8255A的功能分析

8255A采用40脚双列直插式封装单一+5V电源，全部输入/输出均与TTL电平兼容，为可编程通用并行接口芯片。它有24条可编程的I/O引脚，与Intel系列微处理器完全兼容，直接的位清0或置1功能，简化了接口控制。8255A在本设计中起并行传输接口作用，负责将从逻辑开关得到的数据送到LED显示器上显示出来。本实验中将8255设置为方式0。PC口作为输入口，与继电器，电机，蜂鸣器等部件相连。而PA口作为输出连接LED小灯显示洗衣机运行的各个状态，PB口作为输入端口连接逻辑开关。

8255A是一种通用的可编程并行I/O接口芯片，又称“可编程外设接口芯片”。它是为8086/8088而设计的可以通过程序来改变其功能。本设计中8255A设置为方式0，在方式0下，CPU可以采用无条件读/写方式与8255A交换数据。PA口的八位作为LED小灯的连接位.

方式0的工作特点:

这种方式通常不用联络信号，不使用中断，三个通道中的每一个都有可以由程序选定作为输入或输出。其功能为：

①两个8位通道：通道A、B。两个四位通道：通道C高4位和低四位；

②任何一个通道可以作输入/输出；

③输出是锁存的；

④输入是不锁存的；

⑤在方式0时各个通道的输入/输出可有16种不同的组合。

2.1.3 8255A的技术参数

表2-1 8255A的技术参数

参数名称	符号	测试条件	最大规范值	最小规范值
输入低电平电压	VIL		0.8V	-0.5V
输入高电平电压	VIH		Vcc	2.0V
输入低电平电压 （数据总线）	VOL	IOL=2.5MA	0.45V
输入低电平电压 （外部端口）	VOL	IOL=1.7MA	0.45V
输入高电平电压 （数据总线）	VOH	IOH=-400MA		2.4V
输入高电平电压 （外部端口）	VOH	IOH=-200MA		2.4V
达林顿驱动电流	IDAR	REXT=750 VEXT=1.5V	-0.4MA	1.0MA
电源电流	ICC		120MA
输入负载电流	IIL	I=Vcc—0V	+10MA	-10MA
输出浮动电流	IOFL	Vout=Vcc--0	+10MA	-10MA

8255A主要参数分析：8255A的达林顿驱动电流最大为4.0 mA, 当电流超过达林顿驱动电流是芯片就有可能会被损坏，而LED的驱动电流要比它高的多发光，在保证8255Ａ芯片安全的同时又能让LED管显示就会需要外加器件。

2.2选择继电器

2.2.1 继电器在本设计中的作用

主要是用来模拟进水阀。

2.2.2 继电器的功能分析

继电器的继电特性继电器的输入信号x从零连续增加达到衔铁开始吸合时的动作值xx,继电器的输出信号立刻从y=0跳跃到y=ym,即常开触点从断到通。一旦触点闭合，输入量x继续增大，输出信号y将不再起变化。当输入量x从某一大于xx值下降到xf,继电器开始释放，常开触点断开。

图2-1 继电器结构图

2.2.3继电器参数

5A/120VAC 

10A/80A/240VAC~ 

5A/24VDC- 

COIL:5VDC 

AC交流电,DC直流电,A安,COIL线圈

这个继电器的触电容量是工作在交流120V是5A交流240V是10A/80A,直流24V是5A,电磁继电器工作电压(线圈工作电压)是5V直流电。

2.3选择蜂鸣器

2.3.1蜂鸣器在本设计中作用

在全部洗衣工作完成后，由蜂鸣器发出声响，表示衣物已洗干净。

2.3.2蜂鸣器功能分析

在本设计中用8255的PC4接蜂鸣器。在洗衣过程结束后，程序会给蜂鸣器一个脉冲，促使蜂鸣器发出声响。

2.3.3蜂鸣器参数

额定电压                 1.5

工作电压范围             1.0~1.7V

最大电流                  80MA

电阻                     6.0~10欧

DBA                      70~100频率：                   3000

图2-2 蜂鸣器电路图

2.4 选择逻辑开关

2.4.1逻辑开关在本设计中的作用

      设计时用到六个个逻辑开关。按键分配如下：

K1：暂停开关（0，暂停；1启动）

K2：洗衣程序选择开关（0，经济洗衣；1标准洗衣）

K3：预设水位的开关（0，低水位；1高水位）

K4：排水开关（0，关；1，开）

2.4.2逻辑开关的功能分析

     如图所示,开关未合时,与5V 电压相连,输入1,当合上之后,开关就将A口接地,也就输入为0,4位开关可以置0~15的数。

2.4.3逻辑开关的技术参数

表2-2逻辑开关及其编码

编   码	数  字	编   码	数  字
0000	0	1000	8
0001	1	1001	9
0010	2	1010	A
0011	3	1011	B
0100	4	1100	C
0101	5	1101	D
0110	6	1110	E
0111	7	1111	F

                                                                                                        

                                                                                                           

图2-3 八路二进制开关

开关高电平：+5V、低电平：0V

2.5 选择LED发光二极管

2.5.1发光二极管在本设计中的作用

即显示作用，标示洗衣机运行时候的各个状态，分别为洗涤、脱水、漂洗、甩干。

2.5.2发光二极管的功能分析

发光二极管参数

发光二极管的压降一般为1.5~2.0 V，其工作电流一般取10~20 mA为宜。

LED显示器有共阳极和共阴极两类。我选用的是共阴极，它的原理图如下：

图2—4 LED原理图

2.6 选择步进电机

2.6.1步进电机在本设计中的作用

在洗衣过程在由步进电机模拟涡轮旋转，由于洗衣的四个过程洗涤、脱水、漂洗、甩干都有涡轮旋转，所以在程序中四个过程的涡轮旋转有所不同。在洗涤过程中步进电机正反转3次，脱水过程中正转一次，漂洗过程中正反转2次，最后甩干正转，但时间长一些。

2.6.2 步进电机的功能分析

在本设计中用8255的PC0~PC3接步进电机的A、B、C、D四个口。

步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。步进电机有二、三、四、五相等，本次实验采用的步进电机是四相八拍运行方式即 A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A. 步距角. 当电机绕组通电时序为AB-BC-CD-DA或()时为正转，通电时序为DA-CD-BC-AB或()时为反转。步进电机的步进角度为7.5 度，一圈360 度，需要48 个脉冲完成

2.6.3 步进电机的一些基本参数：

电机固有步距角： 

　　它表示控制系统每发一个步进脉冲信号，电机所转动的角度。电机出厂时给出了一个步距角的值，如86BYG250A型电机给出的值为0.9°/1.8°（表示半步工作时为0.9°、整步工作时为1.8°），这个步距角可以称之为‘电机固有步距角’，它不一定是电机实际工作时的真正步距角，真正的步距角和驱动器有关。

步进电机的相数： 

　　是指电机内部的线圈组数，目前常用的有二相、三相、四相、五相步进电机。电机相数不同，其步距角也不同，一般二相电机的步距角为0.9°/1.8°、三相的为0.75°/1.5°、五相的为0.36°/0.72° 。在没有细分驱动器时，用户主要靠选择不同相数的步进电机来满足自己步距角的要求。如果使用细分驱动器，则‘相数’将变得没有意义，用户只需在驱动器上改变细分数，就可以改变步距角。

保持转矩（HOLDING TORQUE）：

　　是指步进电机通电但没有转动时，定子锁住转子的力矩。它是步进电机最重要的参数之一，通常步进电机在低速时的力矩接近保持转矩。由于步进电机的输出力矩随速度的增大而不断衰减，输出功率也随速度的增大而变化，所以保持转矩就成为了衡量步进电机最重要的参数之一。比如，当人们说2N.m的步进电机，在没有特殊说明的情况下是指保持转矩为2N.m的步进电机。

2.7硬件总逻辑图及其说明

硬件原理图：

图2-5 硬件原理图

表2-3  连线说明

B4区：PB口	G6区：JP80
B4区：PC0-PC3	E1区：A,B,C,D
B4区：PC5	E3区：CTRL
B4区：PC4	D1区：CTRL
B4区：CS(8255)	A3区：CS1
B4区：A0，A1	ES-PCI：A0，A1
B4区：PA口	G6区：JP65

硬件说明：

8255是该程序实现的重要的芯片，通过继电器模拟进水阀，蜂鸣器模拟洗衣机开始洗涤时和结束时的蜂鸣，PA口接Led指示灯只是我们洗衣进入哪个阶段，PB口接八路二进制开关主要是模拟洗衣面板上的按键，步进电机模拟洗衣机里面的电机。

3．控制程序设计

3.1控制程序设计思路说明

系统处于初始状态，准备好启动。按下中断键后，绿灯亮，9s衣服放置时间。放置完，进水阀通电，开始注水；当水满（高水位）是进水阀停止进水。此时开始洗涤，洗涤时间为5S，5S后洗涤完成，指示灯亮，洗衣程序运行过程中，LED的绿灯一直是亮的，此时红灯亮起，显示洗涤流程结束。同样的，漂洗时间相对洗涤只是时间短些，设置为3S。脱水过程：脱水前，电机停止，然后打开排水阀，延时5S后进行脱水，电机转动。再5S后脱水结束。红灯亮3S后，灭掉。提示脱水过程结束。甩干就是时间较脱水长。

3.2 程序流程图

 

                           

                                   

                                                          N

                                          Y

        K2=0 标准洗衣                           K2=1 经济洗衣

 

图3-1  总流程图

 

正

反

转

3

次

                                                                                                                                             

图3-2 洗涤过程流程图

正

反

转

2                                                                                                                                             

   次

    

图3-3 漂洗过程流程图

图3-4 脱水过程流程图

图3-5 甩干过程流程图

3.3 控制程序

    略

4、上机调试过程

4.1硬件调试

在开始的预审设计中，采用的是直流电机来实现洗衣机中电机的转动，但是这样做不符合实验任务书的要求，它不能完成电机的正转反转，这样就不能实现漂洗过程和洗涤过程。然后在预审的时候并没有用LED指示灯来指示洗衣的过程，在具体的上机测试时加上了这一功能。

4.2 软件调试

初步实现功能后，由于程序过于复杂，太多没有必要的跳转，所以对程序进行了简化，将多个部分写入了子程序中，然后在主程序中进行调用。在洗衣结束之后的警报过程中发现本来是蜂鸣3次，但是始终没有实现，经过调试发现是少哦一个延时子程序，加上之后程序就完成了。

4.3联机调试

联机调试，通过单步测试和断点调试，根据led指示灯的数据判断程序的问题：

1）打开电源开关，进入调试状态，按全速运行后，LED灯全亮后灭了四个灯，多次运行后任然如此，经过测试才知道是8255芯片坏了。

2）继续调试，进行单步调试，程序运行还有一些细节问题，就是LED小灯开始时刻不亮，而且开始时候的蜂鸣器也不响，后来通过调用延时子程序，解决了这一个问题。

3）程序运行中，蜂鸣器总是响起来，检查后才发现在编写启动电机时，也将蜂鸣器启动了，之后将程序改了一下，运行很好，程序通过。

                         

5、设计结果分析及问题讨论

5.1 课程设计结果及分析

    根据实验任务及要求，我研究了上述方案来解决这个实际问题，通过上机调试，确定它能完成实验所规定的全部功能。我们可以通过控制程序及控制实验电路箱上的按键，实现了全自动洗衣机控制系统的功能。在实验时，我们通过控制实验电路箱上的八路二进制开关来模拟洗衣机面板上的按钮，然后通过按动按钮，来实现我们所要求的功能。我们最初按动的键是K1，它的功能是暂停，用来模拟在洗衣机启动时的暂停开关，方便用户随时放衣服；K2键是洗衣周期的选择，用户可以根据衣服的质地及用户自己的要求来选择所需要的洗衣周期；K3键是水位开关，当注水过程达到预定水位时，注水过程就完成，就进入洗衣过程，当然这个过程我们可以程序来实现它，但是实验任务书要求我们通过电路箱上的八路二进制开关来实现它。

5.2 问题讨论

由于开始编写程序和画接线图不是同步进行，所以将继电器接错了位置。仔细想后，将继电器接在了8255的PC5上，继电器开始正常工作。在接LED 灯时，并没有十分注意接口是否对齐，致使出现与程序不同的灯亮。在重新接好排线后，效果很好。开始编写程序时并没有太注意对步进电机的操作会不会对蜂鸣器也有影响，但试验证明它们都接在C口，会有一些影响，即在步进电机旋转时，蜂鸣器就会响，后来改了一点程序，将洗涤和漂洗中的20H改为0F0H，这样既能保证步进电机正常工作，也不会影响蜂鸣器。蜂鸣器结束时的报警，虽然我设置了高电平让它停止响，但由于没有写延时，蜂鸣器的暂停几乎可以忽略，在增加了延时，并且设置循环次数为3后，效果很好。接触继电器时对它的原理并不了解，只接了开关端CTRL，了解后将常闭端接电源和地。在运行程序时，LED灯长亮不灭，问过老师后才明白是机器台上的8255芯片坏了，换了一个新芯片后运行正常。由于选择洗衣程序时选经济程序一直按错了键，所以运行的都是标准程序。在按键正确后，运行程序效果很好。

5.3 收获、体会和建议

通过做本次课程设计我对8255芯片、继电器、蜂鸣器和步进电机有了更深入的了解和认识。以前在学习8255时，只是知道作为数据的输入和输出接口，对其内部原理和数据传输并不太懂。在做本次实验过程 ，我对8255有了更多的认识。8255是可编程并行接口，内部有3个相互的8位数据端口，即A口、Ｂ口和Ｃ口。三个端口都可以作为输入端口或输出端口。Ａ口有三种工作方式：即方式０、方式１和方式２，而Ｂ口只能工作在方式０或方式１下，而Ｃ口通常作为联络信号使用。8255的工作只有当片选CS有效时才能进行。而控制逻辑端口实现对其他端口的控制。步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。分为二相电机、三相电机、四相电机、五相电机等。继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路），通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。本实验用的是电磁式继电器，一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。蜂鸣器的作用  蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，采用直流电压供电，广泛应用于计算机、打印机、复印机、报警器、电子玩具、汽车电子设备、电话机、定时器等电子产品中作发声器件。蜂鸣器主要分为压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器两种类型。

以前用洗衣机洗衣时,只知道把衣服放进去按下键就可以了。但自己做这个课程设计，才知道设计出来要考虑好多东西，有多麻烦。在开始设计时，根据要求自定义了四个键分别表示暂停、流程、水位和排水阀开关。接下来是画硬件接线图。开始我用8255芯片和直流电机以及DAC0832来模拟涡轮旋转。一直认为可以，但直到进入实验室才发现直流电机不可以实现正反转，一度很迷茫。这意味着必须用步进电机，那么接线图要改，而写好的程序更要改，又是很大的工程。在和同学讨论之后终于将接线图搞定。接下来就的改程序。在网上查了很多步进电机的资料，但还是不太会写电机旋转那一段，这时很是受挫。后来有个同学也是做步进电机的，在参考了他的程序之后，才终于将程序完成。再后来在调试过程中也出现了很多问题，但这时我已经不像先前那样急躁了，我相信慢慢调试，我会完成的。当然最后在老师和同学的帮助下，完成了课程设计。虽然在实验中我也有过迷茫，有过灰心，有过不知所措，但更多的是设计过程带来的充实以及实验成功时的激动和喜悦。

总之，这次课程设计对我的帮助很大，学到了不少东西，不论是知识上，还是自己的学习能力都得到了一定的提高。学会了用所学理论知识作指导来实现一些计算机方面的小设计，增强了自己的思考与动手能力。