滚筒式全自动洗衣机、性能设计、单片机、压力传感器分析研究 机械制造专业.docx

摘要 全自动洗衣机是近年来经过不断地摸索与改进而制造出来的更贴近人们的生活，更能满足人们生活需要的洗衣机，但是其安全性与清洁性也有待提高，还存在着这样那样的问题。本设计针对全自动洗衣机中的安全性与清洁性问题展开探讨，以滚筒式全自动洗衣机为例，在其原有的工作基础上，通过电路与单片机的控制，辅佐以传感器，以求实现全自动洗衣机更安全更清洁的工作性能。 本论文就改进滚筒式洗衣机的安全性与清洁性提出设计方案，主要内容为： 1．详细比较波轮式洗衣机与滚筒式洗衣机的工作过程与洗衣方式，通过比较，支出现代全自动洗衣机所存在的缺陷，展现选择滚筒式洗衣机的理由，表明此次设计所涉及的性能设计的方向； 2．分析滚筒式洗衣机的工作原理与软硬件设计，展现本次设计所涉及到的所有全自动洗衣机的性能设计； 3．提出本次设计的设想，包括前期准备，资料调查，展现设计内容，包括硬件、软件的设计，单片机以及传感器的选择； 4．总结经验，提出结论以及展望。 本次课题所涉及的洗衣机电路和性能并不复杂，利用STC89C52单片机，在输入软件程序后，就可以实现全自动洗衣机的功能。当然，本课题所设计的洗衣机性能并不能和市面上的洗衣机相媲美，但是也能够实现基本的功能。 关键词：滚筒式全自动洗衣机、性能设计、单片机、压力传感器 1. 引言 全自动洗衣机作为家用电器，已经走入了千家万户的生活中，成为了我们生活的必需品。目前中国的洗衣机市场需求特别大而且潜力巨大，人们对洗衣机的要求也越来越高。目前洗衣机的功能很多，但是并不能完全满足人们的需求，这就要求设计者们在进行设计以及改进是更加贴近生活，符合民意，将人们的需求变为设计的根本，创造出更节能、更安全、更干净舒适的全自动洗衣机。 目前的洗衣机市场竞争压力大，各个厂商在设计和制造时往往只能单一提现洗衣机的几个功能，体现出自己的个性化而并不能全面兼备。这就给我们带来了生活上的不便，我们需要更加智能而且全面的洗衣机。所以，本论文就全自动洗衣机的选择与性能设计进行讨论与设计。此次设计需要解决的问题有：如何选择本次设计的全自动洗衣机类型；分析此类全自动洗衣机的优缺点，提出课题设计方案方向；就全自动洗衣机的安全性与清洁性进行设想与设计；单片机与传感器的选择、安置以及各自实现的功能；电路及控制系统的设计。 1.1 课题的提出及意义 本次所选择的题目为全自动洗衣机的性能设计。在我们日常生活中，全自动洗衣机主要可以分为波轮式洗衣机和滚筒式洗衣机。在选择洗衣机的类型之前，要对两种洗衣机的应用范围、工作方式、内部结构进行了解调查。通过走访邻里和网上调查，了解相对小样本下两种洗衣机的使用情况以及在使用过程中出现的一系列问题，根据使用数量的多少和出现问题的程度，选择使用量和出现问题较多的洗衣机。选题人自行调查两种洗衣机的工作方式、工作流程、工作原理以及软硬件的构成，自行观察两种洗衣机的实际运行过程以及运行结束后水、衣服的清洁程度。通过对比两种洗衣机的运行过程以及运行模式，选择洗衣较为干净，运行更接近于手洗模式的洗衣机，选定为我们此次研究对象。通过选题人的对比和观察，此次研究对象选择为滚筒式全自动洗衣机。 本课题针对于当下全自动洗衣机的研究现状以及能够实现的功能，结合自身的生活需求和常见问题，对于本课题选择的滚筒式全自动洗衣机的性能设计，提出不同于市面上主流洗衣机的性能需求。本课题针对于洗衣机的安全性能和清洁性能的设计，提出自己的设计思路，想要能够实现主流洗衣机性能要求的同时，能够更好的符合我们生活的需求。 1.2 课题现状 在以前的生活中，人们只能通过不断重复的手动操作来洗衣服，整个过程十分劳累而且时间很长。后来，人们发明了洗衣机来大题手工洗衣，洗衣机也经历了越来越智能的蜕变。随着洗衣机越来越智能化，也越来越解放人们的双手和生活，可以说，洗衣机的一代代进步，改变了人们的生活方式。进入21世纪以来，各大厂商研制出了各类智能全自动洗衣机，可以根据不同的洗衣情况，以及不同的水温、水位，从而选择出最佳的洗涤程序。此外，现代的全自动洗衣机还被研发出了更加接近人类手洗程度的功能，或者是更加贴近人们生活的智能洗涤程序，而这些功能都可以通过一个小小的按键来实现操作。另外还有专门针对婴儿、妇女等特殊群体的洗衣机，以及定位不同档次的洗衣机。随着现在智能家居的概念普及开来，很多厂商在研发产品的时候都着力于更加智能化，力求通过自己的产品为人们带来“智慧”的洗衣体验。现代的全自动洗衣机大致可以分为以下几种： 按自动化程度分为： 1、普通型洗衣机： 各功能的转换都需要手动操作； 2、半自动型洗衣机：在使用过程中，任意两个功能能够实现自动转换； 3、全自动型洗衣机：各功能间的转换全部自动完成。 按结构原理分类来分为： 1、波轮式洗衣机：通过波轮旋转，洗涤液在波轮带动衣物旋转翻动的同时清洗衣物； 2、滚筒式洗衣机：具有套筒装置，滚筒绕轴心旋转并带动衣物翻滚，模拟手洗时的重复摔打过程，洗涤液在摔打过程中进入衣物从而进行清洗； 3、搅拌式洗衣机：采用立式洗衣桶，在桶的中央置有一根装有搅拌桨的垂直立轴。轴在旋转时就爱那个洗涤液搅拌进入衣物，实现清洗功能； 4、喷流式洗衣机：在立桶的侧壁装有波轮。电动机起动带动侧壁波轮旋转，利用具有清理冲击力的水流将衣物在洗涤液中甩打、抛掷、揉搓、冲刷，实现清洗功能。 1.3本课题的研究内容和预定目标 本课题选取了两种市面上主流的全自动洗衣机作为选择对象进行对比选择，分别是波轮式洗衣机和滚筒式洗衣机。在课题开始前，我们将这两种洗衣机的性能和问题进行了详细的对比。 1.3.1 波轮式洗衣机 波轮洗衣机在立桶的底部安装有一个圆形的波轮，上面有突出的立棱。在洗衣机启动后，电机带动波轮的旋转，通过电机的正反转，桶内形成同向旋转的漩涡，衣物在桶内的水中进行摩擦，在洗涤剂的作用下实现去污清洗。 波轮式洗衣机的特点： 1、波轮转动带动的水流对衣物的损伤较小；2、利用单片机进行控制，简单易操作；3、内桶材质为不锈钢； 4、洗衣使用同心洗功能； 5、如果型号为变频波轮式洗衣机，就可以对针对不同衣质的衣物选择不同的电机转速，从而选择出最佳的洗涤条件，既能保证洗净衣物，又能最大程度的降低对衣物的磨损。 优点：单片机控制省时省力，洗衣速度较快； 缺点：相比较其他类型的洗衣机耗电、耗水，衣服容易出现缠绕，打结的情况。 1.3.2 滚筒式洗衣机 滚筒洗衣机和波轮洗衣机一样具有不锈钢内桶结构，普遍也通过单片机进行控制，具有质地较好的外壳和内置平衡装置一同来平衡滚筒旋转时产生的巨大离心力，重复的洗衣运动加上洗涤液和水进行共同作用使衣物洗涤干净。 滚筒式洗衣机具有如下性能： 1、水温的平衡可以更好地软化衣物纤维，减小洗涤过程中衣物的损伤和变形程度，并且还可以使洗后的衣物柔软而蓬松；2、洗涤过程中加热的水温可充分溶解洗涤液，加快洗涤液中弱酸性物质与污物的化学反应速度，提高洗衣粉中酶的活性；3、温度高有利于污物在水中的扩散；4、高温能有效的杀死一些细菌。 优点：单片机的控制可以使得所有程序自行运转、衣物无缠绕，是最大程度地减小损耗衣物的洗衣方式。 缺点：洗衣时间普遍较长。滚筒洗衣机在运行洗衣程序时机盖无法打开，添加衣物不方便。 1.3.3 选取标准 1、从洗衣时间来看：波轮时间更短； 2、从省水省电来看：波轮耗水滚筒耗电； 3、从衣物的磨损度来看，滚筒洗衣机模拟手搓，洗净度均匀、磨损率低，衣服不易缠绕； 4、从洗净度方面来看，用常温水洗的话，波轮洗的更干净；而滚筒的则需要加热洗才能洗干净（但有的衣服一加热就变形）。滚筒的洗净比都是1.03。 综合以上的对比，滚筒洗衣机更能模拟人的手洗过程，更符合人们的生活需求，性能方面更加全面只能。本次课题选取滚筒全自动洗衣机进行性能设计。 1.3.4 预定目标 1、单片机控制，模拟洗衣机运转过程； 2、四位共阳数码管显示当前洗衣或者脱水时间； 3、利用电动机模拟洗衣机洗衣过程，包括洗衣和脱水，洗衣过程为正转5秒反转5秒，正转7秒反转7秒，脱水为同一方向高速运转； 4、自锁开关模拟洗衣板打开，当洗衣机启动开始运行时，启动自锁开关； 5、利用压力传感器量化压力值，当压力值到达后自定停止电机运转。 2、 课题总体设计方案和工作原理 2.1 单片机的选择 在本次课题的设计中，主要的涉及的内容是单片机，我们需要用单片机和控制电路一起运行来控制我们所设计的洗衣机。当洗衣机发生损坏或出现故障的时候，如果不是外部机械系统的问题，就要从我们所设计的单片机控制系统和与其一起运行的控制电路入手检查。洗衣机内的单片机根据按键系统接受到的操作面板的动作指令，给其他元器件发出执行命令，使得电动机、进水阀、排水阀等通电运行；同时，单片机微控器还要监测洗衣机的各部件的工作状态，判定工作正常与否，一旦有异常，就立刻送出停止的命令。这些功能都是由电单片机微控器配合各种电路控制来实现。 本次课题选择的是STC89C52单片机。 STC89C52是一种低耗能、高性能CMOS8微小型控制芯片，具有8K个字节在系统可编程Flash 存储器。使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造。单片机上Flash允许程序存储器在系统上进行编程，同样可以用于其他普通编程器。在单片机控制芯片上，具有更加便利的8 位CPU 和在普通系统可编程的Flash，这样使STC89C52可以为其他多种控制系统的设计上提供更加灵活、更加可行的解决方案。STC89C52具有如下标准功能： 8k字节的Flash，256字节的RAM，32 位的I/O 端口线。引脚图如图2.1.2所示： STC89C52 显示 进水控制 排水控制 电机控制 按键 图2.1 STC89C52引脚图 2.2 电机部分 电机部分电路设计如图2.2所示。电机为洗衣机的转动提供动力，它的转动带动套筒立轴的转动从而使得滚筒随之运转，对共同内衣物进行摔打，实现对衣物的洗涤。电机有正转.反转及停止3种状态。电机工作就是根据洗衣需求在这三种状态中不断地转换，从而实现洗涤。但只在脱水时处于高速旋转状态。电机电路如图2.2所示： 图2.2 电机电路 2.3 电源电路 生活用电为220V，变压器T经过变压后形成12V交流电，再通过4只二极管全桥整流，电容C4、C6滤波后得到直流电压，经过三端稳压管稳压得到稳定的+5V电压给各器件供电。电源电路如图2.3所示 图2.3电源电路 2.4 显示电路 本次课题选用四位共阳数码管，用来显示洗衣机在运行过程中所需要的洗衣时间，脱水时间。显示电路如图2.4所示： 图2.4显示电路 2.5 水位检测电路 水位检测模块通过水位传感器实现对桶内水位的检测。水位传感器可以见检测桶内水的位置，内置振荡电路，可以控制水位到达的位置，当水位满足需求时，关闭进水阀，停止进水。如图2.5所示： 图2.5 水位检测电路 2.6 电机正反转电路 正反转电路控制洗衣进程，洗涤动作根据电机周期性的正反转运动来进行。在洗衣、脱水过程中，控制电机执行“ 正转一停止一反转一停止”的运动。电机正反转电路如图2.6所示： 图2.6 电机正反转电路 2.7 单片机的复位与震荡电路 在应用到单片机时，为了达到一个稳定的复位效果，需要复位电路。复位操作一般包含上电复位和开关复位。电容在两端通电后相当于短路情况，于是在RST引脚上形成高电平，然后电源通过电阻对电容充电，RST端电压下降到一定程度，即为低电平，单片机开始正常工作。上电复位的时间常数要在10ms以上，才能保证上电，一般可以取电容的大小为10μF，电阻为8.8KΩ。如图2.7所示： 图2.7 复位与振荡电路 2.8 报警电路 在洗衣机完成脱