51、基于51单片机洗衣机控制系统（带水位）系统设计(程序+原理图+PCB源文件+Proteus仿真+参考论文+开题报告+任务书+流程图+元器件清单等)
摘 要
随着数字技术的快速发展，数字技术被广泛应用于智能控制的领域中。单片机以体积小、功能全、价格低廉、开发方便的优势得到了许多电子系统设计者的青睐。它适合于实时控制，可构成工业控制器、智能仪表、智能接口、智能武器装置以及通用测控单元等。
本文以51单片机为核心设计了全自动洗衣机控制系统，本系统实现了对洗衣机整个洗衣过程的控制，包括用户参数输入、洗衣、脱水和结束报警四个阶段。控制系统主要由单片机主控系统组成。单片机主控系统负责控制洗衣机的工作过程，主要由AT89C51单片机、按键、蜂鸣器、LED、电机、水位传感器等组成。
本系统的电路并不复杂，给51单片机载入软件程序后，能够实现全自动洗衣机的基本功能。虽然不能与电器市场上的洗衣机控制系统媲美，但也具有一定的实用性。
关键词：单片机；继电器；控制系统；LED
引 言
目前我国的洗衣机的种类有很多，现在农村大部分的洗衣机类型都是半自动的，既耽误时间又耗费体力；随着全自动洗衣机的问世，人们对洗衣机的关注也越来越多，现在的全自动洗衣机的功能有进水、洗涤、排水、漂洗、脱水、排水等几大功能。随着人们生活水平的提高，人们对于洗衣机的要求越来越高，这就要求设计者们设计出更人性、更方便、更快捷的洗衣机。让洗衣服这项难于逃避的家务劳动，不再成为一种负担。
随着加入世贸组织，很多的国内外强势品牌加入，研究新的技术开发新的产品，洗衣机行业将爆发新一轮的以“绿色环保”、“节水节能”为主题的大战，而技术制高点则是未来的竞争焦点。在国内，由于水资源的缺乏以及水费有所提高，因此节水型的洗衣机在国内比较畅销，而用水量较大的洗衣机则可能会被淘汰。对这种现状，我国的洗衣机生产商对于洗衣机的设计做出调整，向市场推出一批节能型全自动洗衣机。虽然全自动洗衣机有它的优势，但是对于大部分农村人来说，全自动洗衣机仍是奢侈品，所以半自动洗衣机仍然有它自己的市场，这就要求设计者考虑到更多的方面去设计洗衣机。
目前全自动洗衣机的控制功能都是由单片机实现的，单片机易于操作，体积小，价格低因此受到广泛的应用，所以此设计也是在单片机的基础上设计的，具有很强的实用性。本次设计以AT89C51单片机为核心，在此基础上增加外围电路，以确保洗衣机的正常运行。本次设计主要包括硬件设计，仿真设计，和程序编写。硬件设计包括电源电路、单片机最小系统电路、按键电路、倒计时电路、电机驱动电路、显示报警电路；仿真设计主要包括电机控制电路、蜂鸣报警电路、显示电路、按键控制电路和指示电路；程序的编写主要有洗涤程序、漂洗程序、脱水程序。与此同时还介绍了与洗衣机有关的一些常见的电子元器件的基本功能。
1.1开发背景
有人说，科技的进步是因为人类的懒造成的，是的，因为人们懒得走路，所以有了自行车、电动车、汽车；因为人们懒得烧火，所以有了各类的电饭锅；因为人们懒得洗衣服，所以有了洗衣机。人们的生活水平不断提高，科技不断进步，洗衣机的品种和功能层出不穷。现在的洗衣机已经越来越智能化，人们只需按几个键就可以将衣服晾出去了。随着科技的进步我相信在不久的将来我们一定可以发明出更先进更便捷的洗衣机。也许到时我们只需说一句话，或者一个口哨，洗衣机就可以按着制定的程序完成各种操作了，等我们一觉醒来，衣服已经挂在晾衣绳上了。
1.2 设计的目的和意义
目前我国的洗衣机的种类有很多，现在农村大部分的洗衣机类型都是半自动的，既耽误时间又耗费体力；随着全自动洗衣机的问世，人们对洗衣机的关注也越来越多，现在的全自动洗衣机的功能有进水、洗涤、排水、漂洗、脱水、排水等几大功能，另外有标准、快速、轻柔和调试四种模式选择。随着人们生活水平的提高，人们对于洗衣机的要求越来越高，这就要求设计者们设计出更人性、更方便、更快捷的洗衣机。虽然此次设计并没有将洗衣机的作用全部设计出来，但重要的是将自己在课堂上学的东西运用到实际中来，让我们看到自己所学的知识并不只是纸上谈兵。
1.3 国内外现状及水平
1. 洗衣机的分类
普通洗衣机。其洗涤、漂洗、脱水等功能均须手工转换。
半自动洗衣机。它能在洗涤、漂洗、脱水等功能之间，实现某两个功能的自动转换。
全自动洗衣机。它能自动实现洗涤、漂洗、脱水等所有功能。
2. 全自动洗衣机在国内外的现状及水平
全自动洗衣机的种类有很多，根据结构不同可分为波轮式全自动洗衣机(也叫套桶式全自动洗衣机)、滚筒式全自动洗衣机和搅拌式全自动洗衣机三大类。因为滚筒式机的价格高于波轮式机，所以波轮式机仍受到普遍欢迎；搅拌式洗衣机目前还没有进入我国市场。目前我国的洗衣机仍然存在很多的缺陷，有待设计者去设计出更人性化的洗衣机。在我国，农村人口较多，而农村人使用全自动洗衣机的人数寥寥无几，不仅因为它的价格昂贵，还因为农村自来水的不方便。相信在不久的将来，全自动洗衣机一定会完全代替半自动洗衣机。
现在已经有的洗衣机厂家设计出来便携式洗衣机轻巧、体积小。还有的商家设计出远程控制的洗衣机，方便控制。怎么样？是不是眼花缭乱了呢？我相信将来的洗衣机一定会朝着更方便、更节能、更人性化的方向发展。
一、硬件方案
硬件构成：本设计采用51单片机作为主控芯片，LED显示状态，2位共阴数码管显示时间，控制按键可控制和选择功能，继电器模拟出水、进水，电机模拟洗衣机工作。
二、设计功能
1. 单片机型号：STC89C52/51、AT89C52/51、AT89S52/51等都可通用。
2、实现对洗衣机整个洗衣过程的控制，包括进水、洗涤、漂洗、排水、脱水五个阶段。
3、洗涤模式及参数
1）标准：洗涤12分钟，漂洗5分钟2次，脱水3分钟；
2）快速：洗涤4分钟，漂洗1分钟2次，脱水2分钟；
3）轻柔：洗涤3分钟，漂洗3分钟2次，脱水2分钟；
4）调试模式（方便演示）：全部过程都为1分钟；
4、洗涤和漂洗：电机先正传22秒，暂停8秒，再反转22秒，暂停8秒。洗涤、漂洗、脱水、结束四个过程运行有对应的指示灯，结束时蜂鸣器响3s，另外标准、快速、轻柔、调试模式四个模式选择也有对应的指示灯。
5、有水位控制，一个低水位检测，一个高水位检测；当进水的时候高水位检测到有水代表进水完毕进行下一步，当排水的时候，低水位检测没有水代表排水结束。
三、实物图
3.2主控模块设计
单片微型计算机是随着微型计算机的发展而产生和发展的。自从1975 年美国德克萨斯仪器公司的第一台单片微型计算机（ 简称单片机）TMS-1000 问世以来，迄今为止，单片机技术已成为计算机技术的一个独特分支，单片机的应用领域也越来越广泛，特别是在工业控制中经常遇到对某些物理量进行定时采样与控制的问题，在仪器仪表智能化中也扮演着极其重要的角色。
如果将8位单片机的推出作为起点，那么单片机的发展历史大致可以分为以下几个阶段：
第一阶段（1976—1978）：单片机的探索阶段。以Intel公司的MCS-48为代表。MCS-48的推出是在工控领域的探索，参与这一探索的公司还有Motorola、Zilog等。都取得了满意的效果。这就是SCM的诞生年代，“单片机”一词即由此而来。
第二阶段（1978—1982）：单片机的完善阶段。Intel公司在MCS-48基础上推出了完善的、典型的单片机系列MCS-51。它在以下几个方面奠定了典型的通用总线型单片机体系结构。
（1）完善的外部总线。MCS-51设置了经典的8位单片机的总线结构，包括8位数据总线、16位地址总线、控制总线及具有多机通信功能的串行通信接口。
（2）CPU外围功能单元的集中管理模式。
（3）体现工控特性的地址空间及位操作方式。
（4）指令系统趋于丰富和完善，并且增加了许多突出控制功能的指令。
第三阶段（1982—1990）：8位单片机的巩固发展及16位单片机的推出阶段，也是单片机向微控制器发展的阶段。Intel公司推出的MCS-96系列单片机，将一些用于测控系统的模数转换器、程序运行监视器、脉宽调制器等纳入片中，体现了单片机的微控制器特征。
第四阶段（1990—）：微控制器的全面发展阶段。随着单片机在各个领域全面、深入地发展和应用，出现了高速、大寻址范围、强运算能力的8位/16位/32位通用型单片机，以及小型廉价的专用型单片机。
单片机是在集成电路芯片上集成了各种元件的微型计算机，这些元件包括中央处理器CPU、数据存储器RAM、程序存储器ROM、定时/计数器、中断系统、时钟部件的集成和I/O接口电路。由于单片机具有体积小、价格低、可靠性高、开发应用方便等特点，因此在现代电子技术和工业领域应用较为广泛，在智能仪表中单片机是应用最多、最活跃的领域之一。在控制领域中,现如今人们更注意计算机的底成本、小体积、运行的可靠性和控制的灵活性。在各类仪器、仪表中引入单片机，使仪器仪表智能化，提高测试的自动化程度和精度，提高计算机的运算速度，简化仪器仪表的硬件结构，提高其性能价格比。
单片机引脚介绍
单片机主要特点：
（1）有优异的性能价格比。
（2）集成度高、体积小、有很高的可靠性。单片机把各功能部件集成在一块芯片上，内部采用总线结构，减少了各芯片之间的连线，大大提高了单片机的可靠性和抗干扰能力。另外，其体积小，对于强磁场环境易于采取屏蔽措施，适合在恶劣环境下工作。
（3）控制功能强。为了满足工业控制的要求，一般单片机的指令系统中均有极丰富的转移指令、I/O口的逻辑操作以及位处理功能。单片机的逻辑控制功能及运行速度均高于同一档次的微机。
（4）低功耗、低电压，便于生产便携式产品。
（5）外部总线增加了I2C（Inter-Integrated Circuit）及SPI(Serial Peripheral Interface)等串行总线方式，进一步缩小了体积，简化了结构。
（6）单片机的系统扩展和系统配置较典型、规范，容易构成各种规模的应用系统。
优异的性能价格比。
1）集成度高、体积小、有很高的可靠性。
单片机把各功能部件集成在一块芯片上，内部采用总线结构，减少了各芯片之间的连线，大大提高了单片机的可靠性与抗干扰能力。另外，其体积小，对于强磁场环境易于采取屏蔽措施，适合于在恶劣环境下工作。
此外，程序多采取固化形式也可以提高可靠性。
2）控制功能强。
为了满足工业控制要求，一般单片机的指令系统中均有极丰富的转移指令、I/O口的逻辑操作以及位处理功能。单片机的逻辑控制功能及运行速度均高于同一档次的微机。
单片机的系统扩展、系统配置较典型、规范，容易构成各种规模的应用系统。
VCC：STC89C52电源正端输入，接+5V。
GND：电源地端。
XTAL1: 单芯片系统时钟的反相放大器输入端。
XTAL2： 系统时钟的反相放大器输出端，一般在设计上只要在 XTAL1 和 XTAL2 上接上一只石英振荡晶体系统就可以动作了，此外可以在两引脚与地之间加入一 20PF 的小电容，可以使系统更稳定，避免噪声干扰而死机。
RESET：STC89C52的重置引脚，高电平动作，当要对晶片重置时，只要对此引脚电平提升至高电平并保持两个机器周期以上的时间，AT89S51便能完成系统重置的各项动作，使得内部特殊功能寄存器之内容均被设成已知状态，并且至地址0000H处开始读入程序代码而执行程序。
EA/Vpp："EA"为英文"External Access"的缩写，表示存取外部程序代码之意，低电平动作，也就是说当此引脚接低电平后，系统会取用外部的程序代码（存于外部EPROM中）来执行程序。因此在8031及8032中，EA引脚必须接低电平，因为其内部无程序存储器空间。如果是使用 8751 内部程序空间时，此引脚要接成高电平。此外，在将程序代码烧录至8751内部EPROM时，可以利用此引脚来输入21V的烧录高压（Vpp）。
ALE/PROG：ALE是英文"Address Latch Enable"的缩写，表示地址锁存器启用信号。STC89C52可以利用这支引脚来触发外部的8位锁存器（如74LS373），将端口0的地址总线（A0～A7）锁进锁存器中，因为STC89C52是以多工的方式送出地址及数据。平时在程序执行时ALE引脚的输出频率约是系统工作频率的1/6，因此可以用来驱动其他周边晶片的时基输入。此外在烧录8751程序代码时，此引脚会被当成程序规划的特殊功能来使用。
PSEN：此为"Program Store Enable"的缩写，其意为程序储存启用，当8051被设成为读取外部程序代码工作模式时（EA=0），会送出此信号以便取得程序代码，通常这支脚是接到EPROM的OE脚。STC89C52可以利用PSEN及RD引脚分别启用存在外部的RAM与EPROM，使得数据存储器与程序存储器可以合并在一起而共用64K的定址范围。
PORT0（P0.0～P0.7）：端口0是一个8位宽的开路汲极（Open Drain）双向输出入端口，共有8个位，P0.0表示位0，P0.1表示位1，依此类推。其他三个I/O端口（P1、P2、P3）则不具有此电路组态，而是内部有一提升电路，P0在当做I/O用时可以推动8个LS的TTL负载。
PORT2（P2.0～P2.7）：端口2是具有内部提升电路的双向I/O端口，每一个引脚可以推动4个LS的TTL负载，若将端口2的输出设为高电平时，此端口便能当成输入端口来使用。P2除了当做一般I/O端口使用外，若是在STC89C52扩充外接程序存储器或数据存储器时，也提供地址总线的高字节A8～A15，这个时候P2便不能当做I/O来使用了。
PORT1（P1.0～P1.7）：端口1也是具有内部提升电路的双向I/O端口，其输出缓冲器可以推动4个LS TTL负载，同样地若将端口1的输出设为高电平，便是由此端口来输入数据。如果是使用8052或是8032的话，P1.0又当做定时器2的外部脉冲输入脚，而P1.1可以有T2EX功能，可以做外部中断输入的触发脚位。
PORT3（P3.0～P3.7）：端口3也具有内部提升电路的双向I/O端口，其输出缓冲器可以推动4个TTL负载，同时还多工具有其他的额外特殊功能，包括串行通信、外部中断控制、计时计数控制及外部数据存储器内容的读取或写入控制等功能。
其引脚分配如下：
P3.0：RXD，串行通信输入。
P3.1：TXD，串行通信输出。
P3.2：INT0，外部中断0输入。
P3.3：INT1，外部中断1输入。
P3.4：T0，计时计数器0输入。
P3.5：T1，计时计数器1输入。
P3.6：WR：外部数据存储器的写入信号。
P3.7：RD，外部数据存储器的读取信号。
RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。
ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。
PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。
EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。
四、原理图
在本设计做的过程中，硬件和软件方面都遇到了许多问题，但是相比于软件，在硬件方面还是比较快解决的方面，因为硬件是比较容易检查出来错误的，软件比较晦涩难懂，还是有一定难度。
在硬件调试问题上，首先焊接好了元器件实物板后，先用万用表测量这个工业板子的电源方面，电源方面是最重要的问题，应该是特别需要检查的地方，以防止电源的短路和正负极的错误。然后在仔细检查电路的连接是否有问题，或者有没有虚焊或者没有焊接到的地方，然后核对一下元器件的安装是否有问题，安装上去是否符合规定，由于已经是大学四年都是做过了很多实训过来了，对于这些还是游刃有余的，但是在上机调试后还是发现了很多的问题。
五、PCB图
在本设计做的过程中，硬件和软件方面都遇到了许多问题，但是相比于软件，在硬件方面还是比较快解决的方面，因为硬件是比较容易检查出来错误的，软件比较晦涩难懂，还是有一定难度。
在硬件调试问题上，首先焊接好了元器件实物板后，先用万用表测量这个工业板子的电源方面，电源方面是最重要的问题，应该是特别需要检查的地方，以防止电源的短路和正负极的错误。然后在仔细检查电路的连接是否有问题，或者有没有虚焊或者没有焊接到的地方，然后核对一下元器件的安装是否有问题，安装上去是否符合规定，由于已经是大学四年都是做过了很多实训过来了，对于这些还是游刃有余的，但是在上机调试后还是发现了很多的问题。
六、Proteus仿真
七、程序源码
Keil C51是美国Keil Software公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统，与汇编相比，C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用。Keil提供了包括C编译器、宏汇编、链接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境（μVision）将这些部分组合在一起。运行Keil软件需要WIN98、NT、WIN2000、WINXP等操作系统。如果你使用C语言编程，那么Keil几乎就是你的不二之选，即使不使用C语言而仅用汇编语言编程，其方便易用的集成环境、强大的软件仿真调试工具也会令你事半功倍。
资料包括：
