郭运峰 晏长岭

摘要：

自动化与节能化是当今洗衣机发展的主流趋势。本文根据洗衣机节能指标的要求，选择AT89C52单片机作为系统电路的控制核心，并采用浊度传感器检测洗涤水的混浊程度，实施以节水为主要目标的节能洗衣机理念设计。

本文主要阐述了控制电路的总体结构设计以及部分硬件电路设计和主要工作程序流程。系统由键盘设定洗衣模式，并采用浊度传感器检测洗衣过程中的水量、洗涤水混浊程度等参数，通过单片机的处理，实现对于洗衣机自动识别水量，自动识别浊度，自动决定漂洗时间和漂洗次数等功能的控制。

关键词： 洗衣机；单片机；浊度检测；节能

中图分类号：TN402 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）06（a）-0000-00

在能源相对匮乏和环保理念流行的现代，“节能”已经成为了人们生活的主题，节能洗衣机的发展也成为了必然趋势。不可再生资源的日益减少和人类生活能源消耗量日益增大的矛盾，使得21世纪成为了一个追求节能、环保的时代。而洗衣机作为家电中的主力军，同样朝着多功能、节能、低噪音的方向发展[1，2]。

传统的洗衣机只按进水→漂洗→出水→甩干，这几个工作过程进行组合工作。如今，绝大多数洗衣机的电机驱动系统都引入了微处理器。微处理器的引入使得洗衣机的功能更加强大。洗衣机生产行业通过对微处理进行编程，实现洗涤、脱水模式的多样化，满足用户洗涤不同衣质、不同污脏程度的衣物。而用户在操作过程当中只需要按几个按键即可完成选择工作。同时，人们在原来洗衣方式的基础上，通过优化洗衣机的结构，然后与电机驱动相配合，来实现对洗衣机内部水流的控制，从而使洗涤更加彻底[3]。

1 系统电路硬件设计

1.1 总体结构设计

本系统电路采用51系列的AT89C52单片机作为主控芯片，由主控制器、按键、浊度传感器、倒计时显示、状态显示和电机水阀伺服机构等几大模块组成，通过程序控制来实现洗衣过程的节能化与自动化。系统组成结构如图1所示。

图1 系统组成结构图

1.2 主控芯片AT89C52

本系统使用的是AT89C52单片机，时钟晶振使用12MHz。AT89C52是一种带8K字节的高性能微处理器。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容[4]。

1.3 电源电路设计

电源电路采用双路输出+5V和+12V，分别作为电子电路工作电源和电磁阀驱动电源。使用交流变压器将220V市电降压至15V，经过二极管整流桥整流、电容滤波和稳压管稳压，能输出稳定的直流5V和12V电压。电源部分的电路原理图如图2所示。

图2 电源部分原理图

1.4 浊度检测模块设计

TS浊度传感器是GE公司开发的一种专门用于家电产品的低成本传感器，主要用于水的污浊程度测量，其内部结构原理图如图3所示。此种浊度传感器体积小，兼容TTL电平，使用方便[5]，故本控制电路采用TS浊度传感器。

图3 TS浊度传感器结构原理图

浊度传感器的工作原理是：当光线穿过一定量的水时，光线的透过量取决于该水的污浊程度：水越污浊，透过的光就越少。光接收端把透过的光强度转换为对应的电压大小。通过测量接收端的电压，就可以计算出水的污浊程度。

在本系统中，浊度传感器安装在洗衣机的排水管口附近，在洗衣机开始排水时启动数据采集进行水质检测，并将检测结果送单片机。

浊度值是由TS浊度传感器测得浊度数据，送ADC0804进行模数转换后所得的数值。实际应用中，应根据不同容量的洗衣机进行实验来确定更准确的浊度值与对应的洗涤时间。表1中表明了衣物浊度与洗涤参考时间的关系。

ADC0804是用CMOS集成工艺制成的逐次比较型摸数转换芯片。该芯片内有输出数据锁存器，当与控制器连接时，无须附加逻辑接口电路。逐次比较型AD由一个比较器和DA转换器通过逐次比较逻辑构成，从MSB开始，顺序地对每一位将输入电压与内置DA转换器输出进行比较，经多次比较而输出数字值。其优点是速度高、功耗低。

在本系统中，浊度信号转换为0V～5V的电压信号，浊度传感器连接ADC0804的输入接口进行采样处理，然后将电压信号转换为8位数值0x00～0xff送入单片机P1口。TS浊度传感器及其数据AD采样电路如图4所示。

图4 TS浊度传感器及其数据AD采样电路

2 系统软件设计

2.1 系统主程序

根据硬件设计要求，控制主程序流程如图5所示。洗衣机通电后，单片机上电进行程序的初始化操作，默认洗衣机工作模式为“厚物洗涤”，并显示此工作模式下的预设时间，然后扫描键盘，等待用户命令。当按下“开始”键后，系统就开始倒计时，并进入相应的工作模式程序开始洗涤。

主程序设定采用死循环的工作模式，在系统初始化后就一直按次序反复执行各个功能模块的子程序，检查各标志位的状态。这样即使系统长时间地处在暂停或停止状态下，依然能够及时响应用户的操作，快速恢复到正常的工作状态中，有效避免程序跑飞使控制器死机的情况。

2.2 浊度数据AD转换及漂洗控制子程序

ADC程序主要用于处理来自TS浊度传感器的模拟数据，将浊度信号转换成8位的二进制信号，送单片机处理判断。当本子程序被调用时，会先启动AD转换并读取数据，若转换结果允许显示，则调用显示AD结果的子程序，否则其数据就仅仅用于给单片机判断浊度，这样避免了不必要的显示，提高程序效率。本部分是实现节水目标的核心环节，其程序流程图如图6所示。

图5 主程序流程图 图6 ADC子程序流程图

3 系统调试与分析

在完成本控制电路的设计之后，通过Proteus软件来对整个电路进行仿真调试。

（1）系统上电后，会进入默认的“厚物洗涤”模式并等待操作。通过模式选择按键可切换至“薄物洗涤”模式。这时只要按下“开始”键，洗衣机就会按照程序设定开始工作。

（2）在选定洗涤模式之后按下开始键，系统开始倒计时，并打开进水阀进水。在预定水位达到后，控制器关闭进水阀，主电机在程序的控制下间歇正反转，带动波轮和洗衣桶转动进行洗涤。

（3）洗衣机完成漂洗后进入历时2分钟的脱水模式工作。脱水状态指示灯点亮，排水阀打开，电机在高速档运作。若此时在时间剩余1分钟内水位降至最低，则洗衣机直接跳出脱水程序，完成洗涤，进入停机等待状态。

（4）在系统的正常工作中，若有异常情况出现，系统会立刻中断当前工作任务，进入“报警”状态：使电机停车等待，蜂鸣器发出告警音响。当处理异常情况后，按下“开始”键洗衣机就会恢复到原来的工作状态，继续洗涤工作。

经过仿真验证，本系统除具备洗衣机的基本功能外，还具有智能判断浊度，自动确定漂洗时间，根据水位情况制定洗涤任务等功能，本设计基本实现了节能洗衣机的预期功能。

4 结束语

本设计基于AT89C52单片机对家用洗衣机进行智能控制，整个洗衣机控制电路充分应用了浊度检测技术，通过硬件设计与软件编程，实现了洗衣机的节能控制，一个按钮就能完成洗衣的全过程，且将洗衣机水耗降至最低。本控制电路的特点主要有：

（1）由TS浊度传感器和水位传感器检测衣物的污浊度与洗涤用水量，既能保证洗净衣物，又使洗涤时间大大缩短，最大限度地提高了洗涤效果，节约了能源和用水量，达到了本设计所设定的节水这一主要目的。

（2）本设计还考虑到半自动时的情况，用户可以根据自己的需求自由选择洗衣机的工作方式与洗涤时间。在洗衣机工作的任一过程中，用户可根据需要随时暂停洗衣机，机盖检测和过载保护能有效保证用户安全与洗衣机稳定工作，延长使用寿命。

参 考 文 献

[1] 蔡瑞雄.替代效应的滚筒洗衣机市场提升对策研究[D].电子学报，2010：6～7.

[2] 鲁建国.洗衣机的消费现状和发展趋势[J].家用电器，2009：5～28.

[3] 余永权.嵌入式智能家电的发展现状及趋势[J].电子世界，2009：4～7.

[4] 王琰.基于MCS-51单片机的洗衣机控制系统设计[J].家电科技，2009：16～17.

[5] 扈刚.全自动洗衣机混浊度智能测试仪的设计[D].家电世界，2007：56～57.