基于单片机的智能全自动洗衣机模拟控制系统设计

?殷爽 邵金侠 赵全友 潘学文

[摘    要]采用STC89C51单片机作为主要控制芯片，按键可控制和选择功能，继电器模拟出水、进水，水位传感器检测高低水位，由L298N芯片组成的电机控制模块模拟洗衣机工作，LED显示状态，2位共阳数码管显示时间。使用C51语言进行编程，完成了洗衣的基本功能。洗衣机包括标准、轻柔、快速三大洗衣模式，并且实现了一键暂停和一键脱水功能，用于日常生活中，能够满足日常洗衣的需求，具有效率高、操作方便等特点。

[关键词]STC89C51单片机;洗衣机模拟控制系统;全自动

[中图分类号]TN911-4;G434 [文献标志码]A [文章编号]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

隨着通信电子技术及计算机技术的发展，人民的生活水平不断提高，单片机技术在各个领域的应用越来越广泛，同时用单片机设计的各种家用电器也被人们所关注，家电市场上涌现出大量各式各样的新型电器[1]。

以往的家电市场中，大部分洗衣机的功能比较单一、固定，一般来说洗涤、漂洗和排水都要通过按键来分别进行操作，操作特别繁琐且浪费时间[2]。随着经济的高速发展，智能全自动洗衣机越来越受到广大消费者的喜爱。智能全自动洗衣机的便捷性、易操作性为繁琐的家庭劳动节省了时间，缓解了家庭劳动压力，成就了高速有效的生活工作效率[3-4]。

本系统根据人们的实际需求设计出以单片机为主要控制中心，功能全面、人性化的全自动洗衣机。简化了以往传统洗衣机的复杂操作，并且还具有体积小、价格便宜、控制灵活和方便操作等优点。

1 系统总体方案

本次设计以STC89C51单片机为主要控制模块，主要控制进水阀、出水阀、电机、蜂鸣报警器、显示系统。本次设计共有三种洗衣模式，模式不同，工作状态以及运行的时间也不同。洗衣过程主要包括洗涤过程、漂洗过程、一键脱水过程。系统主要由STC89C51单片机、步进电机驱动芯片L298N组成的电机模拟控制洗衣机工作、LED显示状态，2位共阳数码管显示时间，控制按键可控制和选择功能，继电器模拟出水、进水组成。

全自动洗衣机的模拟控制系统的设计方框图如图1所示，主要由六大模块组成，即单片机主控系统、电机控制电路、蜂鸣器报警电路、进水与排水电路、按键控制电路和显示电路组成。单片机主控系统由STC89C51组成，选用它作为核心控制芯片，可使电路极大简化，且程序的编写及固化也相当方便、灵活。电机控制电路主要由L298N芯片和电机组成，模拟了洗衣机的工作。显示电路清楚地展示了洗涤模式以及洗涤时长，主要由两个共阳极数码管、发光二极管组成，74LS04芯片作为显示驱动电路。蜂鸣器报警电路表示着洗涤的结束以及洗涤暂停。进水与排水电路中由两个继电器控制进水阀和出水阀，由LM339芯片组成的集成电路是水位传感器的主要模块，用于检测高低水位。

2 系统硬件设计

2.1 电动机控制电路

电机控制模块主要由L298N芯片组成。该芯片是双H桥电机驱动芯片，双H桥的设计可以让此芯片同时控制两个电机的运转，它具有工作电压大，输出功率强的优点。其输入端可以直接连接到单片机上，方便单片机的控制。当电机驱动时，可以直接控制电机，从而实现电机的正反转。图2为电机控制电路，电机连接驱动L298N芯片的OUT1和OUT2。

2.2 显示电路

本次系统设计中采用了发光二极管来显示洗衣机的各个工作状态。5个发光二极管分别跟单片机P1口的5个I/O口连接，分别接在P0.1、P0.2、P0.3、P0.5、P0.6端口上。從左至右分别代表标准、轻柔、快速、脱水和结束五种运行方式的指示灯，洗衣机运行时，五盏灯分别闪烁。图3为发光二极管的电路图，当发光二极管的负极所对应的P1口为低电平时，发光二极管导通

2.3 蜂鸣器报警

报警电路用来提醒用户洗衣工作结束后要及时取出洗涤完毕的衣物，报警指示电路可以提高洗衣工作效率，同时洗衣过程中出现中断也会给出提示。本次系统的设计采用的是蜂鸣器，蜂鸣器工作电压的范围为4～12 V。通过单片机的P0.6输出高电平来控制蜂鸣器报警。蜂鸣器报警电路图如图4所示。

2.4 进水、排水电路

进排水电路电路如图5所示，进水阀受J1的控制，出水阀受J2的控制。当控制端J1为“0”时，Kj1得到指令将进水阀打开，进水指示灯D5亮起。当控制端J2为“0”时，Kj2得到指令出水阀打开，出水指示灯D7亮。

一个低水位检测，一个高水位检测;当进水时高水位检测到有水，代表进水完毕进行下一步，当排水时，低水位检测没有水，代表排水结束。高水位传感器与P1.4相连，低水位传感器与P1.7相连。水位传感器的作用是用于检测高低水位，包括比较器模块和自制的水导电万能板。其中比较器模块由LM339芯片集成电路组成。水导电万能板是利用水的导电性形成回路，形成电压检测水位。比较器模块则是通过比较两个输入电压，高于参考电压则输出高电平，水位实现了检测，每个比较器都有两个输入端和一个输出端。

2.5 按键控制电路

洗衣机面板上有六个按钮S1、S2、S3、S4、S5、S6。

S1为电源启动键，按一下系统启动;S2为菜单键，按一下可以选择菜单;S3为洗衣模式启动键，按一下启动对应的洗衣模式;S4为停止键，按一下洗衣机进入停止状态，控制系统停止工作;S5为菜单模式选择键，按一下选择标准洗方式，按两下选择轻柔洗方式，按三下选择快速洗方式，按四下选择脱水方式;S6为暂停键，实现了一键暂停功能。不管洗衣机工作在什么状态，当按下暂停键时洗衣机暂停工作，蜂鸣器响，再按一次时洗衣机恢复工作。

S2与P3.4口相连，S3与P3.5口相连，S6与P3.6口相连，S5口与P3.7口相连，S6与P3.0口相连。按键按下时，输入端I/0口的电平状态为低电平。

系统整体硬件电路如图6所示，主要包括STC89C51单片机主要控制模块，步进电机驱动芯片L298N控制模块，显示电路模块，按键控制模块，出水、进水电路模块，蜂鸣器报警电路模块几个部分。

3 系统软件设计

主程序设计流程如图7所示。当电源接通时，开始初始化程序，单片机开始运行。在按键没有被按下时，首先应该判断水位的高低，根据水位的高低决定是否进水，接下来扫描数码管，数码管显示时间，按键可以选择需要的洗涤模式。洗涤模式的作用是能使全自动洗衣机有多个洗涤模式的选择，这样既能节省家庭劳动的时间又能避免过多水资源的浪费。然后按下程序的启动键后，洗衣程序开始运行，来完成洗衣周期的循环。系统设置的洗涤、漂洗、脱水程序均为一次。在主程序运行过程中，如果按下暂停键，那么整个洗衣程序暂停蜂鸣器发出报警声。恢复按键时，洗衣程序将继续运行。当所有程序运行完毕后，蜂鸣器响，报警电路在系统程序的尾端进行。程序结束对应的指示灯亮起，表示整个洗衣程序已经结束，实现了洗衣的功能。

系统有三种洗涤程序，即标准模式、轻柔模式和快速模式。

标准模式洗涤90 s，漂洗90 s，脱水60 s;轻柔模式洗涤60 s，漂洗60 s，脱水60 s;快速模式洗涤30 s，漂洗30 s，脱水60 s。当按下菜单选择键，选择其中的一键脱水功能，脱水程序开始运行。首先，把排水阀打开，出水的指示灯亮起，电机开始脱水。当水位传感器的低水位检测到没有水时，开始进行脱水工作，电机正转60 s。当到达设定的60 s时间后，电机停止转动，排水阀关闭，出水的指示灯关闭。蜂鸣器发出声音，程序运行结束的指示灯亮起，脱水工作完成。

4 结论

针对智能全自动洗衣机模拟控制系统进行了分析和研究，设计出一种简易的模拟控制系统，最终实现基本功能。借助Keil软件编程及Proteus硬件电路设计，并进行了仿真测试，最终通过焊接电路，进行多次调试后做出硬件电路实物，实现了本次设计的要求。

参考文献

[1] 张海波.全自动洗衣机控制器的设计[D].南京：南京理工大学，2012.

[2] 张继东.自动控制技术在全自动洗衣机的应用[J].中国设备工程，2017（5）：110-111.

[3] 刘德兵.全自动洗衣机控制系统的PLC设计[D].成都：电子科技大学，2011.

[4] 杨威，阳泳，江世明.基于单片机全自动洗衣机控制器设计与仿真[J].数字技术与应用，2015（11）：8.