课程设计报告洗衣机洗涤程序控制.doc

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1、 第1章 绪 论1.1自动洗衣机洗涤程序控制发展现状现在的洗衣机真的是多种多样，随着人们经济能力的不断提高，普通的衣机购买的人已经是越来越少了，全自动的滚筒洗衣机和波轮洗衣机将成为市场的主流，使用洗衣机就是图个方便省力，现在的全自动洗衣机都符合人们的要求。那么洗衣机目前以发展到什么程度了呢？将来还会向那些趋势发展呢？ 高度自动化：现在洗衣机越来越高度自动化，只要衣服放入洗衣机，简单的按两个键，就会自动注水，一些先进的电脑控制洗衣机，还能自动的感觉衣物的重量，自动的添加适合的水量和洗涤剂，自动的设置洗涤的时间和洗涤的力度，洗涤完以后自动的漂洗甩干，更有些滚筒洗衣机还会将衣物烘干，整个洗衣的过程完

2、成以后还会用动听的音乐声提醒用户，用户可以在洗衣的过程做其它的事，节省了不少的时间。总之，每一项技术的进步部极大地推动了洗衣过程自动化程度的提高。 另外：健康化、节能、大容量和微型化、品种多样化等也都是目前洗衣机所呈现的趋势和发展方向。现在已经有厂家开发出了不需要使用洗涤剂的洗衣机，还有的厂家开发出了更迷你的旅行洗衣机，小到可以在出外旅行的时候随身携带，为了更方便的操作有的厂家还开发出了可以远程控制的洗衣机，怎么样？是不是看的眼花缭乱，将来的洗衣机会朝着使用更方便、更加节能、更加个性化的方向发展。1.2 自动洗衣机洗涤程序控制技术的现状市场上出售的全自动洗衣机按程控器分类，可分为机电式程控器和

3、微电脑式程控器两大类。机电式程控器的特点是利用同步电机的旋转来带动控制系统工作，此类洗衣机具有工作可靠，抗干扰能力强，成本低、寿命长、价格低等优点。微电脑程控器由单片微型计算机和电子元件组成，程控器根据选定的程序发出指令，控制各个有关部件工作，无需手动即可完成全部的洗衣过程。电子程控器具有结构紧凑、外形美观、操作简便、精度高、寿命更长等优点，但是价格比机电式程控器的机子贵了很多，目前，机电式全自动洗衣机已逐步被微电脑全自动洗衣机所取代。1.3 选题意义除了上面所提到的机电式程控器和微电脑式程控器，从理论上来分析能够构成全自动洗衣机的控制部件还可以用全数字逻辑电路、FPGA、单片机、PLC、以及

4、ARM（应该就是微电脑吧！）等多种方式来实现，而后面所列举的方式很难实现一个完整的全自动洗衣机控制电路，我们的选题也仅仅是用数字电路来实现洗衣机简单的正转、反转以及暂停，想要将此电路用于实际产品中几乎是不可能，或者说这还远远没能达到一个全自动洗衣机的功能要求，选这题的真正意义在于综合以前学过的数字电路，熟悉工具软件的使用，解决设计遇到的问题，焊接技术的培养，调试能力的锻炼，甚至是去买元件时和经销商来还价的能力，还能培养团队精神，而当你回过头来时你学到的远不止这些，从题目的给出到有产生些思路，再到动手设计原理图直至焊接元件以及调试电路板，每一步都很辛苦但很有成就感，而这些都无法用言语来形容，只有

5、自己动过手的人才能真正体会到。1.4 本设计的工作对于我们来说，设计一个这样的电路算是比较复杂的，那么想整体原理图一次性的想出来还是有一定的难度，那么我是从以下几个步骤慢慢来设计的。 形成电路模型，给出整体设计框图； 找资料，确定和分析各个模型的实现电路； 设计各单元电路，并给出具体设计思路、电路器件； 连接各个单元电路，设计出总原理电路； 反复仿真分析，做出合理的可行的原理电路； 优化原理电路，画简逻辑电路，均衡设计做最优方案； 换算元件价格，比较贵的元件看是否能找到较便宜的元件来代替； 购买元件进行安装，整体布局以及焊接； 通电调试，环境测试，及抗疲劳测试； 故障分析与电路改进 完成本次设

6、计报告； 其中还有一条没提到，那就是在整个实验中要随时记录自己的工作过程，设计过程中遇到的问题，甚至在解决问题后的愉快心情。并总结好实验后的经验及感想。第2章 硬件部分简介2.1 具体方案论证与设计 设计的总思路：要实现这样一个功能有很多种方法，如果在熟悉程序编写的基础上单片机是最简单的，用数字逻辑来合成也比较的简单，再次还可以用到ARM的嵌入式系统来实现，但似乎有点自己给自己找麻烦，由于我们本次实验规定了只能用数字电路来实现那么就不用多想了，要实现具有置数（加法）和运行（减法）的功能那么具有加减发功能的块子是少不了的，正传、反转、暂停，可用三个LED灯的状态来表示，控制电路可以通过真值表来获

7、得，报警电路可以用蜂鸣器来代替比较简单，至于超声波来检测水位，目前就用一个开关来代替了。想起来比较简单，方框图如下，接下来就是各电路具体设计了： 主电路设计部分：正式的设计开始了，我首先选择了设计电路的主体部分，就是它的运转部分，老师要求的运转方式如下：从上面的图看来，要求实现电机的正传、反转、暂停，可用三个LED灯的状态来表示即可，当显示时间前20秒正传、暂停10秒、反转20秒、再暂停10秒，如此一来，周期恰好是60秒，这让我马上想到了秒到分的进位脉冲就很好解决了，如此我就构想了采用两个秒位，两个分位就可以了。其中秒的个位与分的两位都是十进制的（因为只用到了分位所以分钟可以定到99分钟），它

8、们的进位就很简单，就一个秒的十位部分是6进制的，联想到在做数电实验时我们用到了一个74LS161似乎可以解决这个问题，好象是输入一个脉冲它就加一个数，要为6进制就可以先对其置数即可，高兴的打开网业看看，才发现这根本不行，这个电路中必须要求块子具备加法和减法的功能才行，因为按照工作过程需要用户先对其置数后才开始运行，如此以来的置数还正常的工作就是一个加法一个减法了。怎么办呢？有没有这样的块子呢？通过在google中输入“74LS 加减功能”字样后，寻找了我需要的块子74LS192它是一个TTL 可预置BCD双时钟可逆计数器，完全具备了我所需要的功能，凭借着我在数字电路实验上学到的基本知识以及比较

9、熟练的Multisim使用，很快主要的运行电路就出现在我的屏幕上。当然还用到了74LS48译码电路，详细的就不说了下面是这一部分的电路图：上示电路中74LS192有加减的功能，巧妙的运用了它的UP和DOWN端口实现了置数时加发和运做时减法的需要，电路比较的简单可行性也比较的高，下面就要设计其他的辅助电路了。 秒脉冲发生器我们所需要的秒脉冲发生器可以由一个集成的555定时器构成，当电源接通后，VCC通过对R1、R2向电容充电。电容上得到电压按指数规律上升，当电容上的电压上身到2/3VCC时，输电压VO为零，电容放电。当电压下降到1/3VCC时，输出电平为高电平，电容放电结束。这样周而复始便形成了

10、振荡。我们要的周期是1秒，频率是1赫兹。周期T可以由下面的公式可知：TW=1.1RC根据计算可以得出理论数据为R1=68K、R2=15K、C=10uF下面就是振荡电路的实际电路图了：其实这里还有个小小的插曲，由于没有单独的给这个电路进行仿真，我是最后一起仿真的，给我后面的调试带来了很大的不便，经验不足啊！ 正传、反转、暂停显示根据要求来看当显示时间前20秒正传、暂停10秒、反转20秒、再暂停10秒，如此一来，周期恰好是60秒，很简单可以从秒的十位来取控制信号，利马列出了真值表如下：显示DCBA功能50101左转40100左转30011暂停20010右转10001右转00000暂停从真值表上可以

11、很轻松的得到左转显示就等于C位为“1”的状态既左转=C，暂停和右转就得老老实实的化简了，通过化简得到：左转=C；暂停=ABC+ABC=（AB+AB）C+C）；右转=ABC+ABC=（AB+AB）C；在这里我做了最优化的设计，例如：暂停=ABC+ABC与右转=ABC+ABC在电路时很复杂，尤其是两个电路要分开连接，块子很多连接导线很多，但是化成暂停=（AB+AB）C+C）右转=（AB+AB）C时不仅块子少了很多，最主要的是它们有公共部分（AB+AB）C这样在很大的程度上节省了元件，也给电路的焊接带来很大的方便。一共才四个逻辑模块，下面是控制电路的实际电路图： 控制电路对于一个完整的自动洗衣机控制

12、电路，控制电路是必不可少的，仔细分析在开机时要实现用户对时间的预置，按开始按钮开始工作，时间用完后还要发出声音来提示用户，同时在工作过程中由于特殊原因可能会要用到暂停/开始按钮，结合上面的需要设计实际电路如上图所示，由于在Multisim里面是以毫秒级的仿真，所以实际的555震荡电路无法进行仿真，既使用了一个250HZ的方波发生器来代替，当开机时通过JK触发器的端输出的底电平，通过与门电路起到锁住脉冲的作用，用户在置数后通过按S4键即可改变的电平，打开与门电路开始工作，时间到了后，通过最高位的益处端口给另一个JK触发器脉冲，该变端原有的电平状态，使蜂铃器发出声响提醒用户预置时间已到。 去抖动电

13、路说实话这部分电路是我做完了整个实验电路板后才补上了，由于当时在设计中没有考虑按键抖动的问题，以至于在电路做出来后按键抖动问题很严重，基本上预置时间就是乱搞了，运行还是基本正常的也算是安慰了自己一下，在网上搜索了半天得到的几乎都是如何用软件来克服按键的抖动，另外找到了一个专门用于消除抖动的块子MAX6816,6817,6818连接电路如下：马上托同学到了好几个商店购买但是都没买到，看来只能另想其他的办法了，回想起高中那学过的555块子好像还可以做成单稳态电路的，找到书一看果然有，按书上的连接电路如下：其中R7取51K，C6取2.2uF是根据=1/RC公式计算的，放电的过程认为68个就结束，而且

14、抖动的经验值为20mS，那么代入数值后为20 mS=1/8RC。算出来的数值都不是电阻和电容有的精确数值，即取最相近的阻值和容值代替。2.2 主控芯片的简介在本设计中所用到的主控制芯片为74LS192系列，市场上常见的有MOTOROLA和TEXAS生产的居多，块子由16脚组成，其中16脚和8脚分别为电源、地，15、1、10、9脚分别为四个输入置数端口对应着P0、P1、P2、P3，3、2、6、7脚分别为四个输出端口对应着Q0、Q1、Q2、Q3，4、5脚分别对应着减法和加法的脉冲输入端口，13脚为减法溢出端底电平有效，12脚为加法溢出端底电平有效，11脚为置数控制端底电平有效，14脚为清零端高电平

15、，其块子俯视图如下：总电路如下:电路元件清单如下:第3章 自动洗衣机控制原理上面对各个单元电路进行了初步设计，接下来我将对几个重要的电路进行详细的分析其工作原理及工作过程。3.1主电路的分析：既然是对单元电路进行分析那么分析主电路是必不可少的，主电路采用的芯片是74LS192，它是一个TTL 可预置BCD双时钟可逆计数器，在理论上它是完全可以满足此设计需要，结果也正如此，所设计的电路如下：此电路为图纸的简便省略了74LS48译码电路，图中依次从左至右为：分的十位、分的个位、秒的十位、秒的个位，而在此电路中分钟可以用99分钟，秒依然是采用60进位的原则，所以需要处理的就是秒的十位了，由于熟练的做

16、过数字电路实验，利马就想到了用置数的办法，根据BCD的原则将BC接高电平，AD接底电平就构成了0110即十进制的6，块子的13脚为减法的溢出端，那么依次从右到左就可以用溢出脉冲来控制前一位的脉冲输入了，还有一个功能要实现那就是在洗衣机正常工作之前，要实现用户可以随意的确定洗衣时间，也就是电路要有可以置数的功能，而块子的三脚就是加法控制脉冲的输入端（这块子好就好在这），我可以用一按键发出脉冲来达到置数的目的，综上要求就可以轻松的得出电路了。接下来就说说它的工作过程，接通电源，按用户的洗衣时间要求按S1按键实现对分十位置数，按S2对分个为置数，据次本设计可以实现00-99分种的任意定时，即可开始工

17、作，秒脉冲加到第四个块子（从左至右数）的减法控制端，依次从9减到0时13脚发出溢出脉冲，取此脉冲加到前级的减法控制端，并同时接好第11脚置数端，前面说过DCBA已设置成了0110，脉冲来后就显示6，达到了60秒进位为一分种的目的，按照同样的接法接好两个分位，主电路就可以正常工作了。3.2控制电路的分析所用到的逻辑门电路为74LS76双JK触发器，分别将CLR端PTR端以及J，K端都接为高电平，在CLK端输入脉冲信号即可改变Q端输出的电平，74LS76实现的逻辑真值表如下；另外一个用到的逻辑电路为74LS08与门电路，其真值表如右边所示：从真值表得出与门的一个输入端接高电平时输出端伴随着另一输入

18、脚的电平变化而变化，而当一脚为底电平时，无论另一脚怎么变化输出也维持底电平而不变，从而达到了一个锁的目的，正是基于如此理论将555振荡器的输出端接到与门的一脚，那么另一脚的电平就起到了控制作用，用与电路时就可实现开始和暂停的功能，而74LS76是一个JK触发器并且有个翻转的功能，用一按键产生脉冲即可实现输出端电平的变化，而变化的点平就可以控制与门的开启与关闭了，按照上面的设计思想所得到的电路图如下：其中后一个与门用于实现整机时间记完后整机停止工作。第4章 结论由于本设计采用了数字电路设计，放弃了单片机，EDA等设计方案，所以在本设计中使用了大量的逻辑电路集成块，其最大的优点在于设计简单，无须任

19、何的程序编写提高了电路的可靠性，而且也提高了抗干扰能力，很适用于多变和复杂的环境中。本设计中的不足与改进建议：（1）本设计存在的缺点是控制时间精度不高，由于采用了555振荡电路振荡出1HZ的脉冲，其误差比较大，因此在实际应用时可采用振荡比较高的频率，然后分频来得到比较精确的脉冲信号，提高整个电路的性能。（2）全数字电路设计的本实验，采用了16个集成块，体积比较大，电路板也就很大，给实际洗衣机的安装带来不便，同时过多的集成块所带来的功耗也不能忽视。.（3）虽然在本实际中考虑到了干扰问题，在各个脉冲输出端都接有小电容，电源和开机电路都有抗干扰措施，但在实际使用中如果用手接触电路的脉冲输出脚，有时会

20、产生错误响应，联想到如果洗衣服时有水弄上面了，有可能产生误操作。（4）水位检测几乎没有实用价值，本设计中用了湿敏电阻检测水位，但在洗衣机中考虑到水桶的搅拌等原因，用湿敏电阻检测水位很不理想，用超声波、红外线等技术才可用于实际洗衣机控制中。参考文献1 John M,Yarbrough. 数字逻辑应用与设计M. 北京. 机械工业出版社. 1999 2 谢嘉圭.电子线路（非线性部分）M. 北京: 高等教育出版社. 20003 康华光.电子技术基础（模拟部分）M . 北京:高等教育出版社20064 张龙兴.电子技术基础（第二版）M. 北京：高等教育出版社200013 忽略此处:/忽略14 忽略此处:/忽略15 忽略此处:/忽略16 忽略此处:/忽略17 忽略此处:/忽略致谢 本设计到最后能够调试成功，与我的指导老师兰浩老师、杨小钨老师、陈素纯老师、彭士忠老师的精心辅导是离不开的，在此感谢兰浩老师、杨小钨老师、陈素纯老师、彭士忠老师四位导师对我的细心栽培。还有我要感谢我的合作伙伴郑道宝、李文斌两位同学的的积极配合，以及班上向我提供技术帮助的同学。 .