小功率宿舍微洗衣機(jī)技術(shù)設(shè)計(jì)分析

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摘要：隨著智能化技術(shù)的不斷發(fā)展，人們的生活離不開智能化工具——洗衣機(jī)、冰箱、手機(jī)等。集體住宿的人員因?qū)W習(xí)緊張、工作繁忙等因素會(huì)將衣服丟給洗衣機(jī)處理。但大部分住宿的電力線路相對(duì)要求電器功率控制在一定的范圍之內(nèi)。特別是學(xué)生宿舍，因?yàn)閷W(xué)生人數(shù)較多，使用電器安全隱患大，更應(yīng)該有一款小功率的洗衣機(jī)來(lái)幫助他們洗干凈衣服。本文是為了適應(yīng)功能的需求，把AT89C52和LM298結(jié)合起來(lái)，設(shè)計(jì)出小功率宿舍微洗衣機(jī)。該產(chǎn)品可安全用于集體宿舍或者單個(gè)人使用場(chǎng)合。

關(guān)鍵詞：小功率；AD檢測(cè)；LM298電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊；單片機(jī)通信

引言

在這21世紀(jì)智能化時(shí)代，隨著工業(yè)4.0的輪廓逐漸清晰，人們的生活已經(jīng)離不開科技的發(fā)展，而電腦、電視、手機(jī)、空調(diào)、洗衣機(jī)等智能家居是不可或缺的。學(xué)校的宿舍場(chǎng)所從安全使用用電器角度，命令禁止在宿舍使用大功率的用電設(shè)備。一般情況下，集體宿舍住宿人員為4-8人?，F(xiàn)代學(xué)生們都使用洗衣機(jī)清潔衣物，然而，目前市場(chǎng)上集體宿舍用的洗衣機(jī)是小功率超聲波洗衣機(jī)和大功率的波輪式洗衣機(jī)。小功率的洗衣機(jī)洗不干凈衣服，大功率的電流過大有安全隱患。小功率宿舍微洗衣機(jī)采用小功率單片機(jī)和L298組合完成對(duì)三臺(tái)直流電機(jī)的控制，達(dá)到小電流、安全、洗衣效果好的目標(biāo)。

1系統(tǒng)組成與工作過程

鑒于以上原因，為避免宿舍安全用電及提供學(xué)生洗衣便利，筆者利用綜合使用所學(xué)的單片機(jī)技術(shù)、傳感器技術(shù)、數(shù)模轉(zhuǎn)換等技術(shù)知識(shí)，設(shè)計(jì)了“小功率宿舍微洗衣機(jī)機(jī)”，功能如下：

1.1功能設(shè)計(jì)

（1）該洗衣機(jī)是面向宿舍學(xué)生，每次清洗一個(gè)人量的衣物。具有雙模式切換的微型洗衣機(jī)，有快速模式與普通模式：快速模式：按下電源按鈕，將中間的模式切換按鈕切換為綠色，然后按下啟動(dòng)。（快速模式為15分鐘）普通模式：按下電源按鈕。將中間的模式切換按鈕切換為紅色，然后按下啟動(dòng)。（普通模式為20分鐘）（2）啟動(dòng)洗衣機(jī)后，洗衣機(jī)注水，直到水位監(jiān)測(cè)傳感器檢測(cè)到已達(dá)到水位線，關(guān)閉進(jìn)水閥門；（3）然后，旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)震動(dòng)，清潔衣物；（4）暫停震動(dòng)電動(dòng)機(jī)，讓洗衣機(jī)排水并重新注入水并換水；（5）重復(fù)震動(dòng)3次、暫停2次后，洗衣機(jī)的排水電動(dòng)機(jī)工作，開始排水，直至水位檢測(cè)傳感器斷開，關(guān)斷排水電動(dòng)機(jī)。

1.2工作流程如圖1所示。

1.3控制電路原理

電源部分采用大容量直流可充電電池，10000mA與適配器組成.使用鋰材質(zhì)的12V電池，標(biāo)稱電壓：11.1V，放電電壓：11.1V-12.6V常規(guī)放電電流為是0-2A，標(biāo)準(zhǔn)持續(xù)放電電流是0.2C，最大持續(xù)放電電流是1C，工作溫度（充電時(shí)）是0~45℃，工作溫度（放電時(shí)）是-20~60℃。既耐用，又安全。檢測(cè)部分具有水位監(jiān)測(cè)傳感器，溫度傳感以及電池電量監(jiān)控等。洗衣桶內(nèi)的水位傳感器，將感受到的水位信號(hào)傳送到控制器，控制器內(nèi)的計(jì)算機(jī)將實(shí)測(cè)的水位信號(hào)與設(shè)定信號(hào)進(jìn)行比較，得出偏差，然后根據(jù)偏差的性質(zhì)，向給水電動(dòng)閥發(fā)出“開”“關(guān)”的指令，保證容器達(dá)到設(shè)定水位。進(jìn)水程序完成后，溫控部份的計(jì)算機(jī)向供給熱媒的電動(dòng)閥發(fā)出“開”的指令，于是系統(tǒng)開始對(duì)容器內(nèi)的水進(jìn)行加熱。到設(shè)定溫度時(shí)?？刂破鞑虐l(fā)出關(guān)閥的命令、切斷熱源?？刂撇糠种饕捎眯」β蕟纹瑱C(jī)AT89C52和電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片L298進(jìn)行控制。（1）電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片L298是一款可以驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，直流電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)都可以驅(qū)動(dòng)。一片驅(qū)動(dòng)芯片可同時(shí)控制兩個(gè)直流減速電機(jī)做不同動(dòng)作，在6V~46V的電壓范圍內(nèi)，提供2安培的電流，并且具有過熱自斷和反饋檢測(cè)功能。L298可對(duì)電機(jī)進(jìn)行直接控制，通過I/O輸入對(duì)其控制電平進(jìn)行設(shè)定，就可為電機(jī)進(jìn)行正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)，操作簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好，可以滿足直流電機(jī)的大電流驅(qū)動(dòng)條件?？梢愿鶕?jù)實(shí)際情況選擇其他類型的低功耗單片機(jī)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片，具體的連接方式按照實(shí)際選擇的器件決定。該芯片帶著2臺(tái)直流電動(dòng)機(jī)—抽水泵和主軸電動(dòng)機(jī)、1個(gè)電磁閥。主軸電動(dòng)機(jī)主要負(fù)責(zé)衣物的正反轉(zhuǎn)，防止衣服打結(jié)；而抽水泵負(fù)責(zé)洗完衣物的排水，并且與電磁閥結(jié)合工作。（2）小功耗單片機(jī)AT89C52是一個(gè)低電壓，高性能CMOS（ComplementaryMetalOxideSemiconductor，互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體）8位單片機(jī)，片內(nèi)含8kbytes的可反復(fù)擦寫的Flash只讀程序存儲(chǔ)器和256bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM，RandomAccessMemory），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲(chǔ)單元。其中，AT89C52有40個(gè)引腳，32個(gè)外部雙向輸入/輸出（I/O）端口，同時(shí)內(nèi)含2個(gè)外中斷口，3個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器，2個(gè)全雙工串行通信口，2個(gè)讀寫口線，AT89C52可以按照常規(guī)方法進(jìn)行編程，也可以在線編程。能滿足本案中對(duì)三臺(tái)直流電動(dòng)機(jī)的低電流電動(dòng)機(jī)的要求。本文中，9V震動(dòng)電動(dòng)機(jī)與單片機(jī)P1.4相連接。當(dāng)水位檢測(cè)傳感器得電后，P1.4輸出信號(hào)，從而控制震動(dòng)電動(dòng)機(jī)單方向震動(dòng)，達(dá)到清潔衣物的作用；L298芯片的5（IN1)、7（IN2)、10（IN3)、12（IN4)腳與單片機(jī)的P1.0、P1.1、P1.2、P1.3相連接。當(dāng)震動(dòng)旋轉(zhuǎn)電動(dòng)8分鐘或10分鐘清洗完畢，單片機(jī)P1.4、P1.3輸出信號(hào)，L298的10、17驅(qū)動(dòng)抽水泵往洗衣桶抽水。當(dāng)水位監(jiān)測(cè)傳感器失電，入水閥門打開，再往桶里注水，完成換水過程，然后，旋轉(zhuǎn)震動(dòng)電機(jī)繼續(xù)工作。以上過程重復(fù)2次；（3）定時(shí)控制快速清洗模式和普通清洗模式是通過單片機(jī)的定時(shí)器功能區(qū)分。按鈕控制雙模式。

1.4系統(tǒng)模型

經(jīng)過硬件制作與軟件編程及結(jié)構(gòu)組裝，最終制作系統(tǒng)模型如圖2所示。上端①區(qū)為洗衣機(jī)的按鍵和顯示區(qū)。其中有3個(gè)帶燈按鍵，分別是開始鍵、停止鍵和模式選擇鍵?？焖傧匆履Ｊ绞?5分鐘完成，而普通洗衣模式是20分鐘完成。顯示區(qū)主要由1602LCD液晶組成，能夠顯示洗衣模式和目前洗衣次數(shù)。②區(qū)為電源安裝區(qū)。12V鋰電池安裝于此，且鋰電池內(nèi)部集成了電池保護(hù)板，可防止電池的過充過放過載。③區(qū)是帶扇頁(yè)白色滾軸，由主軸電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，可以實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)（防止衣物打結(jié)）。④區(qū)的是兩個(gè)拍子，由震動(dòng)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。啟動(dòng)洗衣完成入水后，由L298驅(qū)動(dòng)的震動(dòng)電動(dòng)機(jī)一直拍打衣物。隨著主軸電動(dòng)機(jī)的推動(dòng)，衣物只要經(jīng)過震動(dòng)電動(dòng)機(jī)面前，震動(dòng)電動(dòng)機(jī)就會(huì)拍打衣物，達(dá)到清洗目的。PCB電路板嵌套于盒子當(dāng)中，驅(qū)動(dòng)外面的電機(jī)、顯示等。經(jīng)過試驗(yàn)，能達(dá)到各項(xiàng)預(yù)期設(shè)計(jì)功能，并且系統(tǒng)的穩(wěn)定性好，滿足少量洗衣要求。

1.5電路設(shè)計(jì)

本文綜合考慮洗衣機(jī)的功能和使用場(chǎng)所、使用壽命和用戶的購(gòu)買能力，將洗衣機(jī)的電路設(shè)計(jì)圖如圖3所示。

2系統(tǒng)亮點(diǎn)

（1）安全環(huán)保12V低電壓鋰電池進(jìn)行供電，且鋰電池內(nèi)部集成了電池保護(hù)板，可防止電池的過充過放過載。電機(jī)驅(qū)動(dòng)使用5V、9V或12V驅(qū)動(dòng)，功率低，電流小，安全性能好。（2）制作宿舍微洗衣機(jī)的過程中，使用的元件價(jià)格便宜及數(shù)量較少，因而，本洗衣機(jī)的價(jià)格較便宜，住宿人員較能接受。（3）市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)強(qiáng)。經(jīng)過市場(chǎng)調(diào)研，本品的價(jià)格適中，洗衣效果適中，如表2所示（宿舍微洗衣為本品）。

3結(jié)語(yǔ)

由于市場(chǎng)上有的集體宿舍小功率超聲波洗衣機(jī)和大功率的波輪式洗衣機(jī)洗衣效果差或者功率過高存在安全隱患等問題。本文參考了市面上的洗衣機(jī)后，設(shè)計(jì)了一種用小功率AT89C52和L298芯片為主控單元的小功率宿舍微洗衣機(jī)。通過模式選擇，讓洗衣機(jī)快速執(zhí)行不同時(shí)長(zhǎng)的洗衣程序。小功率主電動(dòng)機(jī)與震動(dòng)電動(dòng)機(jī)相互配合，深度清潔衣物。各項(xiàng)安全保護(hù)措施，讓用戶放心使用該洗衣機(jī)。

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作者：陳玉 單位：廣州市公用事業(yè)高級(jí)技工學(xué)校