全自动洗衣机控制系统设计

毕业设计（论文）材料之二（1）

安徽工程大学本科

毕业设计（论文）

专 业： 电子信息工程 题 目： 全自动洗衣机控制 系统设计

作 者 姓 名： 张 斌 导师及职称： 李炳荣（讲师） 导师所在单位： 电气工程学院

2012年6月13日

安徽工程大学

本科毕业设计（论文）任务书

2012 届 电气工程 学院

电子信息工程 专业

学生姓名： 张 斌

I 毕业设计（论文）题目

中文：全自动洗衣机控制系统设计

英文：Design Of Automatic Washing Machine Control System

II 原始资料

[1] 王守中，聂元铭.51单片机开发入门与典型实例[M].北京：人民邮电出版社，2009.

[2] 张毅刚.单片机原理及应用[M].北京：高等教育出版社，2003.

[3] 史春雷.洗衣机自动控制系统的设计[J].科技创新导报，2010，3（4）：1-8 [4] 李卫东.采用模糊控制的全自动洗衣机[J].山西电子技术，2008，1（2）：1-20 [5] 宋雪臣.传感器与检测技术[M].北京：人民邮电出版社，2009 [6] 童诗白，华成英.模拟电子技术基础[M].北京：高等教育出版社，2006 [7] 孙克军.常用传感器应用技术问答[M].北京：机械工业出版社，2009

III 毕业设计（论文）任务内容

1、课题研究的意义

全自动洗衣机是一种在家庭中应用较普遍及且不可缺少的家用电器，其发展日新月异，对多功能的要求越来越高。随着经济的发展和人民生活水平的不断提高，洗衣机向微电脑智能化是其发展方向。传统的机械式、简单的电子式控制都难以满足现代洗衣机的发展要求。本设计课题是要设计用单片机来控制洗衣机工作的控制系统，由于采用了单片机作为控制中心，克服了用传统的机械控制、普通的电子式控制等的缺点，使用方便、灵活，具有标准洗衣机程序和用户自定义洗衣程序的功能特点，使用了本控制设计的洗衣机为一款真正的微处理器智能化的全自动洗衣机。 2、本课题研究的主要内容：

（1）分析单片机在全自动洗衣机控制系统中应用的基础知识； （2）介绍模糊控制理论； （3）编写相关程序； 3、提交的成果： （1）毕业论文正文；

（2）一篇引用的外文文献及其译文；

（3）附不少于10篇主要参考文献的题录及摘要。

指导教师（签字）

教研室主任（签字）

批 准 日 期 2012年01月05日 接受任务书日期 2012年01月10日 完 成 日 期 2012年06月13日 接受任务书学生（签字）

安徽工程大学毕业设计（论文）

全自动洗衣机控制系统设计

摘 要

全自动洗衣机是一种在家庭中应用较普遍及且不可缺少的家用电器，其发展日新月异，对多功能的要求越来越高。随着经济的发展和人民生活水平的不断提高，洗衣机向微电脑智能化是其发展方向。传统的机械式、简单的电子式控制都难以满足现代洗衣机的发展要求。本设计以MCS-51系列单片机为核心，实现对全自动洗衣机的控制系统的总体控制，并阐述控制方案。本控制系统由电源、数字控制电路和机械控制电路三大模块组成，通过设计结构图、程序指令、梯形图实现洗衣机的整个洗衣过程控制。

本设计洗衣的过程控制主要包括洗涤过程、漂洗过程、脱水过程。按照全自动洗衣机的控制系统的要求和特点，来进行确定单片机的输入输出分配关系，根据洗衣过程的需求，控制程序的设计主要包括主程序、内部定时中断服务程序、外部定时中断程序、进水、排水、漂洗、脱水的设计，设计完毕并进行系统调试。

本系统的电路设计比较全面，并采用了模糊控制理论，给MCS-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：洗衣机；单片机；LED显示；控制系统

I

张斌：全自动洗衣机控制系统设计

Design Of Automatic Washing Machine Control System Abstract

Full automatic washing machine is a kind of in the family is commonly used and also the essential household appliances, the development change rapidly, the multi function of the increasingly high demand. With the development of economy and improvement of people's living standards, washing machine to the microcomputer intelligent is its development direction. The traditional mechanical type, simple electronic control are difficult to meet the requirements of the development of modern washing machine..This paper introduces the MCS-51 series microcontroller as the core,fully automatic washing machine to achieve the overall control of the control system and describes the control scheme. The control system consists of power supply, digital control circuitry and mechanical control circuit of three modules, through the design of structure, procedure instructions ladder to achieve the whole laundry washing process control.

The design of process control including laundry washing process, rinsing process and dehydration process. Automatic washing machine control system in accordance with the requirements and characteristics, to be sure the microcontroller input-output relations of distribution, according to the needs of the laundry process, the control program design includes the main program, the internal timer interrupt service routine, the external timer interrupt routine, washer, drain, rinse, dehydration of the design completed and system debugging.

The circuit design of system more comprehensive, and using the fuzzy control theroy, to the MCS-51 single-chip software loading process, to achieve the basic functions of full-automatic washing machine. Although it can not be with the electrical appliance market,comparable to the washing machine control system, but also a certain practically.

Keywords: Washing Machine;Single Chip Microcomputer; LED display; Control system

II

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目 录

引 言 .................................................................................................................................. VI 第1章 绪论 ......................................................................................................................... - 2 -

1.1课题的来源 ............................................................................................................. - 2 -

1.1.1全自动洗衣机的发展背景 .......................................................................... - 2 - 1.1.2全自动洗衣机的发展前景 .......................................................................... - 2 - 1.1.3全自动洗衣机的设计目的 .......................................................................... - 3 - 1.1.4模糊控制理论简介 ...................................................................................... - 3 - 1.2全自动洗衣机的设计方案 ..................................................................................... - 3 -

1.2.1按键 .............................................................................................................. - 3 - 1.2.2洗衣机自检 .................................................................................................. - 3 - 1.2.3洗衣程序 ...................................................................................................... - 4 - 1.2.4显示 .............................................................................................................. - 4 - 1.2.5参数处理 ...................................................................................................... - 4 -

第2章 硬件电路器件的选择 ............................................................................................. - 5 -

2.1 CPU选型 ................................................................................................................ - 5 - 2.2 A/D转换器的选择 ................................................................................................. - 6 - 2.3传感器的选择 ......................................................................................................... - 7 - 2.4显示器 ..................................................................................................................... - 8 - 第3章 硬件电路的设计 ..................................................................................................... - 9 -

3.1 总体设计方案 ...................................................................................................... - 10 - 3.2 系统组成框图 ...................................................................................................... - 10 - 3.3 主控电路的设计 ................................................................................................... - 11 - 3.4 各部分电路的设计 .............................................................................................. - 12 -

3.4.1 电机正反转控制电路 ............................................................................... - 13 - 3.4.2 水位的检测电路 ....................................................................................... - 13 - 3.4.3 衣物量检测电路 ....................................................................................... - 14 - 3.4.4 键盘输入及其显示电路的设计 ............................................................... - 14 - 3.4.5 指示灯电路 ............................................................................................... - 15 - 3.4.5 报警电路的设计 ....................................................................................... - 16 - 3.5 电磁进排水阀控制电路 ...................................................................................... - 16 - 3.6全自动洗衣机的电源电路 ................................................................................... - 17 - 第4章 控制系统的整体硬件设计 ................................................................................... - 18 - 第5章 软件设计 ............................................................................................................... - 21 -

5.1全自动洗衣机中的模糊控制 ............................................................................... - 21 -

5.1.1模糊控制器 ................................................................................................ - 21 - 5.1.2模糊控制实现方法 .................................................................................... - 21 - 5.2软件流程图及程序 ............................................................................................... - 22 -

5.2.1各模块流程图及其程序 ............................................................................ - 22 -

结论与展望 ......................................................................................................................... - 46 - 致 谢 ............................................................................................................................. - 46 -

III

张斌：全自动洗衣机控制系统设计

参考文献 ............................................................................................................................. - 48 - 附录A 全自动洗衣机控制系统原理图 ......................................................................... - 49 - 附录B 外文文献 .................................................................................................................. 50 附录C 主要参考文献的题录及摘要或参考文献原文 ................................................. - 58 - 附录D 全自动洗衣机控制系统的总程序 ..................................................................... - 58 -

IV

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插图清单

图2-1 89C51引脚图 ................................................................................................................. 6 图2-2 MAX187引脚图 ............................................................................................................ 6 图2-3 MAX187引脚定义说明 ................................................................................................ 7 图2-4 污浊度传感器原理图 .................................................................................................... 7 图2-5 水位传感器原理图 ........................................................................................................ 8 图3-1 系统组成框图 .............................................................................................................. 10 图3-2 振荡电路图 .................................................................................................................. 12 图3-3 复位电路图 .................................................................................................................. 12 图3-4 单片机最小系统 .......................................................................................................... 12 图3-5 电机正反转控制电路 .................................................................................................. 13 图3-6 水位检测电路 .............................................................................................................. 13 图3-7 布质布量检测电路 ...................................................................................................... 14 图3-8 LED显示电路 .............................................................................................................. 15 图3-9 指示灯电路 .................................................................................................................. 16 图3-10 报警电路 .................................................................................................................... 16 图3-11 进排水控制电路 ........................................................................................................ 17 图3-12 系统电源部分电路图 ................................................................................................ 17 图4-1 8051单片机与8255芯片连接图 ................................................................................ 18 图4-2 单片机与74LS138连接图 ......................................................................................... 19 图4-3 键盘、指示灯和水位控制电路与8255A的连接图 ................................................. 19 图4-4电机正反转控制电路与单片机连接图 ..................................................................... 20 图5-1 模糊控制洗衣机控制结构 .......................................................................................... 21 图5-2 主程序流程图 .............................................................................................................. 22 图5-3 显示子程序流程图 ...................................................................................................... 23 图5-4 键盘扫描子程序 .......................................................................................................... 26 图5-5 程序设置子程序流程图 .............................................................................................. 27 图5-6 水量设置子程序流程图 .............................................................................................. 27 图5-7 时间设置子程序流程图 .............................................................................................. 28 图5-8 洗涤量、水量检测子程序流程图 .............................................................................. 29 图5-9 自检子程序流程图 ...................................................................................................... 32 图5-10 衣量检测子程序流程图 ............................................................................................ 33 图5-11 温度检测子程序流程图 ............................................................................................ 35 图5-12 时间确定子程序流程图 ............................................................................................ 36 图5-13 水位检测子程序流程图 ............................................................................................ 37 图5-14 污浊度检测子程序流程图 ........................................................................................ 37 图5-15 洗涤子程序流程图 .................................................................................................... 39 图5-16 漂洗子程序流程图 .................................................................................................... 40 图5-17 一漂和二漂子程序流程图 ........................................................................................ 40 图5-18 漂洗1子程序流程图 ................................................................................................ 41 图5-19 脱水子程序流程图 .................................................................................................... 43

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张斌：全自动洗衣机控制系统设计

图5-20 排水子程序流程图 .................................................................................................... 45

VI

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引 言

洗衣机是每个家庭中最熟悉的家用电器，在80年代作为彩电、冰箱、洗衣机三大件之一出现在家庭中，彻底改变了人们的生活方式，使人从繁重的洗涤劳动中解放出来，比较好的缓解了人们在家务劳动方面的压力，有更多的时间和精力休息和娱乐，洗衣不再是使人烦恼的家务事。

各国的技术人员不断开拓进取、研制出许多不同洗涤方式的洗衣机。这些洗衣机各具所长、各有所短，相互之间彼此竞争与融合，逐步形成当今世界的三大种类—滚筒式洗衣机、波轮式洗衣机和搅拌式洗衣机。

随着生活水平的提高，人们对洗衣机的功能要求也不断提高，早期的单缸洗衣机已经淘汰，这种洗涤后还须人工拧干水分的洗衣机早已不适应市场需求。目前市场上的洗衣机以全自动洗衣机为主，尤其在城市中占有绝对的垄断地位，半自动双筒洗衣机只能在农村市场找到。“更节水更洗净”一直是中高档洗衣机的亮点和卖点，随着国内外强势品牌的加入，研究新的技术开发新的产品，洗衣机行业将爆发新一轮以“绿色环保”、“节能排水”为主题的大战。而技术制高点则是未来竞争的焦点，全自动洗衣机自动选择进水量和洗衣程序进一步实现省水、省电，以其强大的功能、优良的性能以及操作方便对人的影响越来越大，因此全自动洗衣机将成为洗衣机市场未来发展的必然趋势，必然受到大家的青睐，其发展必将更加辉煌。本设计采用物美价廉的ATMTEI单片机AT89C51为控制核心，为保证洗衣机及人身安全设计了蜂鸣报警电路。因本设计输入按键较少，所以采用直接输入方式使电路简单化。电源采用三端集成固定稳压器7805提供+5V电源。功率驱动电路由可控硅实施对电动机进水阀排水阀的控制。本设计只设计了洗衣机的基本功能，其他的一些功能可在原有的基础上扩展升级使洗衣机更加智能化更加美。

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张斌：全自动洗衣机控制系统设计

第1章 绪论

1.1课题的来源

洗衣机是一种在家庭中不可缺少的家用电器,发展非常快,而全自动式洗衣机因使用方便更加得到大家的青睐,全自动即进水、洗涤、漂洗、甩干等一系列过程自动完成,控制器通常设有几种洗涤程序,对不同的衣物可选择不同的洗涤方式。

1.1.1全自动洗衣机的发展背景

从古到今，洗衣服都是一项难于逃避的家务劳动，而在洗衣机出现以前，对于许多人而言，它并不像田园诗描绘的那样充满乐趣，手搓、棒击、冲刷、甩打……这些不断重复的简单的体力劳动，留给人的感受常常是：辛苦劳累。 1858年，汉密尔顿·史密斯制成了世界上第一台洗衣机。1874年,“手洗时代”受到了前所未有的挑战，美国人比尔·布莱克斯发明了世界上第一台人工搅动洗衣机。1911年美国人又研制了世界上第一台电动洗衣机。1920年美国的玛依塔格公司又把洗衣机的木制桶改为铝制桶体，第二年又把铝制桶体改为外层铸铝、内层为铜板的双层结构。1936年，他们又将搪瓷用于洗衣机桶体。与此同时，世界各地也相继出现了洗衣机。欧洲国家研究成功了喷流式洗衣机和滚筒式洗衣机。1932年后，美国一家公司研制成功了第一台前装式滚筒全自动洗衣机，洗涤、漂洗和脱水都在同一个滚筒内自动完成，使洗衣机的发展跃上了一个新台阶。这种滚筒洗衣机，目前在欧洲、美洲等地得到了广泛的应用。

第二次世界大战结束后，洗衣机得到了迅速的发展，研制出具有独特风格的波轮式洗衣机。这种洗衣机由于其波轮安装在洗衣桶底，又称涡卷式洗衣机。

近几十年，在工业发达国家，全自动洗衣机制造技术又得到迅速发展，其年总产量及社会普及率均以达到相当高得水平。

1.1.2全自动洗衣机的发展前景

全自动洗衣机的发展首先表现在洗涤方式发生巨大变化。原先大多侧重于水流的改变、动力的加大。现在，超音波、电解水、臭氧和蒸汽洗涤的运用，使洗衣机的去污能力从单纯依靠洗衣粉、洗涤剂的化学作用和强弱变化的水流机械作用，向更高层次的健康、环保洗涤方式转变，特别是电解水、超音波技术在洗衣机行业的运用几乎改变了洗衣机的历史——洗衣不用或少用洗衣粉、洗涤剂，减少化学品对皮肤的损害和对环境的污染。电解水、臭氧、蒸汽的杀菌除味及消毒功能倍受青睐，引发了洗衣机消费健康潮。 另一变化就是高度自动化、智能化、人性化。从半自动、全自动到现在流行的人工智能、模糊控制，只需按一下按钮一切搞定！同时，用户可以按照自己的洗衣习惯，自主选择时间和方式，自编和记忆程序让用户真正做到随心所欲。人性化还表现在使用的方便和舒适，如子母分洗洗衣机可以做到不同衣物分开洗；斜桶和顶开滚筒可以做到取放衣物方便不需深弯腰；蒸汽烘干功能使得晾晒更加方便，DD直驱电机在节能降噪方面效果更加突出，等等。

另外，大容量成为不变的消费趋势。前几年，洗衣机容量多为4-5公斤，6公斤的大容量尚很少见。现在，7公斤的容量已经很普遍，8公斤也正常。现代人居空间不断扩大，对宽敞、舒适、方便要求更多，大能容小，大容量洗衣机一台可顶一套。

业内人士表示，尖端洗涤技术的革新，所表现出的洗衣方式更加注重健康和个性化，已在市场发展中倍受欢迎。

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1.1.3全自动洗衣机的设计目的

目前中国洗衣机市场正进入更新换代期，市场潜力巨大，人们对于洗衣机的要求也越来越高，目前的洗衣机主要有强弱洗涤功能、进排水系统故障自动诊断功能、暂停等七大功能，在许多方面还不能达到人们的需求。这就要求设计者们有更高的专业和技术水平，能够提出更多好的建议和新的课题，将人们的需要变成现实，设计出更节能、功能更全面、更人性化的全自动洗衣机。目前的洗衣机都没有实现全方面的兼容，大多洗衣的厂家都注重各自品牌的洗衣机的特长，突出一两个与别的洗衣机不同的个性化的功能，洗衣机的各项功能是由单片机控制实现的，单片机的体积小，控制功能灵活，因此，设计出基于单片机的全自动洗衣机控制电路系统具有很强的实用性。

【】

1.1.4模糊控制理论简介14

模糊控制是近代控制理论中建立在模糊集合轮上基础上的一种基于语言规则与模糊推理的控制理论，它是智能控制的一个重要分支。

与传统控制理论相比，模糊控制有两大不可比拟的优点：第一，模糊控制在许多应用中可以有效且便捷的实现人的控制策略和经验，这一优点自从模糊控制诞生以来就一直受到人们密切的关注；第二，模糊控制不需要被控对象的数学模型即可实现较好的控制，这是因为被控对象的动态特性已隐含在模糊控制器输入、输出模糊集及模糊规则中。所以模糊控制被越来越多的应用各个领域，尤其是被广泛应用于家电系列中，基于模糊控制的洗衣机就是其中的一个典型实例。

1.2全自动洗衣机的设计方案[13]

本设计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、漂洗、排水和脱水等阶段。控制系统主要由电源电路、数字控制电路和机械控制电路三大模块构成。电源采用三端集成固定稳压器7805提供+5V电源，数字控制电路负责控制洗衣机的工作过程，主要由89051单片机、三位共阴数码管、按键、蜂鸣器、LED指示灯组成；机械控制电路实现传感器检测、电机驱动、进水、排水等功能，主要由水位检测器、电动机、传动系统部件、进水排水电磁阀组成。

1.2.1按键

洗衣机面板上有6个按钮K1、K2、K3、K4、K5和K6 K1为电源开关。

K2为启动／暂停键：按奇数次视为启动，偶数次视为暂停。

K3用于洗衣程序选择：按一下选择洗涤，按两下选择漂洗，按三下选择脱水。 K4用于洗衣方式选择：按一下选择标准洗方式，按两下选择快速洗方式，按三下选择轻柔洗方式。

K5用于水位选择：按一下进水至低水位，按两下进水至中水位，按三下进水至高水位。

K6用于时间选择：按一下洗衣时间短，按两下洗衣时间适中，按三下洗衣时间长。

1.2.2洗衣机自检

洗衣机上电后，先进行自检，包括检查安全开关，排水阀状态，进水阀工作过程，电机的运转等，若发现异常现象则蜂鸣器响，报警灯亮。

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张斌：全自动洗衣机控制系统设计

1.2.3洗衣程序 （1）洗涤过程

通电后，若不选择洗衣周期，则洗衣机从洗涤过程开始。进入洗涤过程，首先进水阀接通，开始向洗衣机供水，当到达要求水位时，进水阀断电关闭，停止进水；电机M接通，带动波轮旋转，形成洗衣水流。电机M是一个正反转电机，可以形成往返水流，有利于洗涤衣物。 （2）漂洗过程

与洗涤过程操作相同，只是时间短一些。 （3）脱水过程

洗涤或漂洗过程结束后，电机M停止转动，排水阀M接通，开始排水。排水阀动作的同时，电机M也接通，使电机可以带动内桶转动。当水位低到一定值，再经过一段时间后，电机开始正转，带动内桶高速旋转，甩干衣物。

1.2.4显示

洗涤、漂洗及脱水时间都通过倒计时的方式显示在2个LED上，依次为分十位和分个位，此外，还有发现异常现象时错误信息的显示。

1.2.5参数处理

要对洗衣机进行控制，首先要用各种传感器不断地检测相关的状态，以作为控制的依据。其中，污浊度传感器，温度传感器和负载传感器是模拟信号，需要经过A/D转换变成数字信号，而水位传感器本身就是数字信号，单片机接受到这些传感器的信号以后，经过一系列处理作出反应，从而控制洗衣机的工作。

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第2章 硬件电路器件的选择

针对上文的功能，硬件电路应包括七个部分：微处理器控制电路、显示电路、采样电路、电机控制电路、进水阀控制电路、排水阀控制电路和按键报警电路。通过这几个部分电路的协调工作，洗衣机能模拟人脑进行操作。

2.1 CPU选型[1]

本设计选择51系列单片机。51系列优点之一是它从内部的硬件到软件有一套完整的按位操作系统，称作位处理器，或布尔处理器。它的处理对象不是字或字节而是位。它不仅能对片内某些特殊功能寄存器的某位进行处理，如传送、置位、清零、测试等，还能进行位的逻辑运算，其功能十分完备，使用起来得心应手。虽然其他种类的单片机也具有位处理功能，但能进行位逻辑运算的实属少见。51系列在片内RAM区间还特别开辟了一个双重功能的地址区间，十六个字节，单元地址20H～2FH，它既可作字节处理，也可作位处理（作位处理时，合128个位，相应位地址为00H～7FH），使用极为灵活。这一功能无疑给使用者提供了极大的方便，因为一个较复杂的程序在运行过程中会遇到很多分支，因而需建立很多标志位，在运行过程中，需要对有关的标志位进行置位、清零或检测，以确定程序的运行方向。而实施这一处理（包括前面所有的位功能），只需用一条位操作指令即可。

有的单片机并不能直接对RAM单元中的位进行操作，如AVR系列单片机中，若想对RAM中的某位置位时，必须通过状态寄存器SREG的T位进行中转。

51系列的另一个优点是乘法和除法指令，这给编程也带来了便利。八位除以八位的除法指令，商为八位，精度嫌不够，用得不多。而八位乘八位的乘法指令，其积为十六位，精度还是能满足要求的，用的较多。作乘法时，只需一条指令就行了，即 MULAB(两个乘数分别在累加器A和寄存器B中。积的低位字节在累加器A中，高位字节在寄存器B中)。很多的八位单片机都不具备乘法功能，作乘法时还得编上一段子程序调用，十分不便。

51系列的I/O脚的设置和使用非常简单，当该脚作输入脚使用时，只须将该脚设置为高电平（复位时，各I/O口均置高电平）。当该脚作输出脚使用时，则为高电平或低电平均可。低电平时，吸入电流可达20mA，具有一定的驱动能力；而为高电平时，输出电流仅数十μA甚至更小（电流实际上是由脚的上拉电流形成的），基本上没有驱动能力。其原因是高电平时该脚也同时作输入脚使用，而输入脚必须具有高的输入阻抗，因而上拉的电流必须很小才行。作输出脚使用，欲进行高电平驱动时，得利用外电路来实现，I/O脚不通，电流经R驱动LED发光；低电平时，I/O脚导通，电流由该脚入地，LED灭（I/O脚导通时对地的电压降小于1V，LED的域值1.5～1.8V）。

综上所述，我们本次设计采用51系列，而51系列的典型产品是8051。8051是一种40引脚双列直播式芯片。它含有4KB可反复烧录及擦除内存和128字节的RAM，有32条可编程控制的I/O线，5个中断源，指令与MCS-51系列完全兼容。选用它作为核心控制新片，可使电路极大地简化，而且程序的编写及固化也相当方便、灵活。选用它设计制作全自动洗衣机控制电路，该电路的组成相对简单，工作原理清晰，易于理解。 8051引脚图如图2-1所示。

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张斌：全自动洗衣机控制系统设计

图2-1 8051引脚图

2.2 A/D转换器的选择

A/D转换器种类很多，按及接口方案来分，可分为并行接口和串行接口两类。串行接口又分为三线式接口和两线式接口两种。由于8051串行口有限，而本此设计也用到了很多串口，而且我们需要一个多通道的转换器，而MAX187正是满足这种要求，其转换精度也高，所以本次设计我们采用MAX187。

MAX187用采样/保持电路和逐位比较寄存器将输入的模拟信号转换为12位的数字信号，其采样/保持电路不需要外接电容。MAX187串行12位模数转换器可以在单5V电源下工作，接受0～5V的模拟输入。MAX187转换速度为75Ksps，通过一个外部时钟从内部读取数据，并可省而与绝大多数的数字信号处理器或控制器通讯。接口与SPI，QSPI和Microwire兼容。MAX有内部基准，并且采用节约空间的8脚DIP和16脚封装。电源消耗为7.5mW，在关断模式下可以减少至10uW。优异的AC特性和极低的电源消耗，同时及其容易的使用和较小的封装尺寸使MAX187能理想的应用于远程DSP 和传感器，或者应用于对电源消耗和空间极为苛刻的地方。综上，本次设计A/D转换选用MAX187。

MAX187引脚如图2-2所示。

图2-2 MAX187引脚图

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图 2-3 MAX187引脚定义说明 引脚 名称 功能 1 CS 片选

2 SCLK 时钟，最高为5MHz 3 Dout 数据输出 4 GND 地

5 VDD +5V电源

6 SHDN 操作模式选择，低电平为休眠模式， 正常操作模式为高电平或悬空，高电平 时使用内部参考，悬空时禁止内部参考 7 AIN 模拟量输入，范围0～Vref

8 Vref 参考电压，内部参考为4.096V，使用 内部参考时此引脚对地接一个4.7uF 电容，使用外参考时，接2.5V～VDD 基准电压

2.3传感器的选择[9]

本次设计中用到4个传感器，分别为：TS污浊度传感器、温度传感器、负载传感器和水位传感器。其中污浊度、温度和负载传感器输出的都是模拟信号，需要通过A/D转换才能作为单片机的控制信号，而水位传感器本身输出的就是数字信号，所以不需要通过A/D转换，直接可用做单片机的控制信号。

（1）TS污浊度传感器内部原理图如图2-4所示。 浑浊度检测传感器的主要原理是光电耦合器，而普通的光电耦合器不能有效的检测洗衣机水的浑浊度。光电耦合器的光源必须是红外光才能准确的检测浑浊度。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，主要用于洗衣机、洗碗机等产品的水污浊程度的测量。

图2-4 浊度传感器内部原理图 （2）温度传感器[7]

我们常用温度传感器有DS18B20、AD590等，它们都是集成温度传感器。DS18B20输出是数字信号可以直接和单片机相连，而且硬件连接电路少，但需要对其进行复杂的软件编程。

AD590是美国模拟器件公司生产的单片集成两端感温电流源。它的主要特性如下： ?流过器件的电流（mA）等于器件所处环境的热力学温度（开尔文）度数。

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张斌：全自动洗衣机控制系统设计

?AD590的测温范围为-55℃～+150℃。

?AD590的电源电压范围为4V～30V。电源电压可在4V~6V范围变化，电流变化1mA，相当于温度变化1K。AD590可以承受44V正向电压和20V反向电压，因而器件反接也不会被损坏。

?精度高。AD590共有I、J、K、L、M五档，其中M档精度最高，在-55℃～+150℃范围内，非线性误差为±0.3℃。

本设计我们选用AD590作为温度传感器。AD590比DS18B20精度更高、线性度误差小，且不需要温度报警和复杂的程序编程，非常适合用于洗衣机的温度检测传感器。 （3）负载传感器

根据模糊控制要求，负载检测时通过检测电动机的反电动势来实现的，而电动机的反电动势比单片机所用电压大的多，不能直接采样，必须经过隔离。采用线性光电耦合器既能隔离高电压和干扰，又能得到满意的检测信号。 （4）水位传感器原理图如图2-5所示。

谐振式水位传感器,采用了新型的传感原理 ,把水位的高低 ,通过水位传感器直接变成水位与频率的对应关系。衣物的洗净度、水流强度、洗涤时间等参数的检测 ,对模糊控制洗衣机在节水、节能、减少洗涤时间方面起决定性的作用。

图2-5水位传感器原理图

2.4显示器

显示器有LED和LCD两种。

LCD(Liquid crystal Display)是液晶显示器英文名称的缩写，液晶显示器是一种被动式的显示器，即液晶本身并不发光，而是利用液晶经过处理后能改变光线通过方向的特征，达到白底黑字或黑底白字显示的目的。

LED（Light Emiting Diode）是发光二极管英文名称的缩写。LED显示器是由发光二极管构成的，所以在显示器前面冠以“LED”。本次设计只是显示时间，所以采用LED就可以达到目的了。

（1）LED显示器的结构LED

常用的LED为8段或7段。每一个段对应一个发光二极管。这种显示器有共阳极和共阴极2种。共阴极LED显示器的发光二极管的阴极连在一起，通常此公共阴极接地。当某个发光二极管的阳极为高电平时，发光二极管点亮，相应的段被显示。同样，共阳极LED显示器的发光二极管的阳极连接在一起，通常此公共阳极接正电压，当某个发光二极管接低电平时，发光二极管被点亮，相应的段被显示。

为了使LED显示器显示不同的符号或数字，就要把不同段的发光二极管点亮，这样就要为LED显示器提供代码，因为这些代码可使LED相应的段发光，从而显示不同字型，因此该代码称之为段码（或称为字型码）。

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（2）LED显示器工作原理

LED显示器有静态显示和动态显示2种方式。 LED显示器工作于静态显示方式时，各位的共阴极（共阳极）连接在一起并接地（或+5V）；每位的段码线（a-dp）分别与一个8位的锁存器输出相连。之所以称之为静态显示，是因为各个LED的显示字符一经确定，相应锁存器锁存的段码输出将维持不变，直到送入另一个的段码为止。正因为如此，静态显示器的亮度都较高，但静态现实的缺点是占用口线太多，如果显示器的位数太多，则需要加锁存器，因此一般情况下采用动态显示。

在多位LED显示时，为简化硬件电路，通常将所有位的段码线相应段并联在一起，由1个8位I/O口控制，形成段码线的多路复用，而各位的共阴极或共阳极分别由相应的I/O线控制，形成各位的分时选通。

本次设计中我们采用的是2位共阴极数码管，其中段码线占用1个8位I/O口，而位选占用2位I/O口。由于各位的段码线并联，8位I/O口输出的段码对各个显示位来说都是相同的。因此，在同一时刻，如果各位位选都处于选通状态的话，2位LED将显示相同的字符。若要各位LED能够显示出与本位相应的显示字符，就必须采用动态显示，即在某一时刻，只让一位的位选线处于选通状态，而其他各位的位选处于关闭状态，同时，段码线上输出相应位要显示的字符段码。这样，在同一时刻，2位LED中只有选通的那位显示字符，而其他2位则是熄灭的。同样，在下一时刻，只让下一位的位选处于选通状态，而其他各位的位选线处于关闭状态，在段码线上输出将要显示字符的段码，则同一时刻，只有选通位显示出相应的字符，而其他各位都是熄灭的。如此循环下去，就可以使各位显示出将要显示的字符。虽然这些字符是在不同时刻出现的，而在同一时刻，只有一位显示，其他各位熄灭，但由于LED显示器的余辉和人眼的视觉暂留作用，只要每位显示间隔足够短，则可以造成多位 同时亮的假象，达到同时显示的效果。LED不同位显示的时间间隔应根据实际情况而定。发光二极管从导通到发光有一定的延时，导通时间太短，则发光太弱，人眼无法看清，但也不能太长，因为要受限于临界闪烁频率，而且时间越长，占用CPU时间也越多，本次设计我们采用1ms延时。

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第3章 硬件电路的设计

3.1 总体设计方案[15]

本次设计以MCS-51单片机为核心，其控制的对象包括：进水阀、排水阀、电机、报警器、显示器。我们根据不同的洗衣程序来设定这些对象他们不同的工作状态和工作时间，进水阀和排水阀的控制还需要水位监测，同时需要数码管显示不同的工作状态及运行剩余时间。按键用来控制程序的运行和设置洗涤模式；发光二极管用来指示洗衣机的运行状态；蜂鸣器用来进行程序运行提示及故障报警。设计又电源电路、机械控制电路和数字控制电路三大模块构成的控制系统，实现整个洗衣过程的控制。洗衣过程主要包括洗涤过程、漂洗过程、脱水过程。根据洗衣过程的要求，控制程序设计主要包括主程序、内部定时中断服务程序、外部服务中断程序的设计。

3.2 系统组成框图

采用51系列单片机作为控制核心，主要包括电源部分、功能参数设置及控制电路、洗衣机状态显示及输出控制电路。主要组成部分有：单片机、译码器、指示灯、电动机、LED显示、蜂鸣器、电磁阀以及按键等。根据洗衣机的基本功能，硬件电路设计需要考虑洗衣机的进水、洗涤、漂洗、排水、脱水等问题，及时间设定长短、工作时间或剩余时间的显示、工作过程中的暂停、启动、复位、洗完后的报警等问题。设计出系统组成框图3-1。

整流 滤波 稳压 变压

器

洗衣机状态显 LED显示 示指示灯 电路

双电机正转 水位监测

向触 MCS-51 电机反转晶发

闸电 进水阀

管 读取键盘 路

排水阀

启动键 蜂鸣器

图3-1 系统组成框图 各框图作用

（1）单片机电路

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单片机电路是程序控制的中心，它把计算机的各种功能电路都集成在一块芯片上，主要包括中央处理器CPU、数据存储器RAM、程序存储器ROM、输入/输出接口电路及计时、扫描、分频、定时、时间设定等电路，ROM内已固化了洗衣机操作程序，单片机根据输入指令和检测信号，调出内部相应的操作程序，通过电路处理后，输出各种电路控制信号，使洗衣机自动完成程序操作过程。如果单片机自身出故障，或控制电路传给单片机的信息不正确，洗衣机就不能正常工作。 （2）直流电源电路

这是为单片机及其外围控制电路提供直流电源的电路，它将输入的220V交流电经过变压、整流、滤波、稳压后，变为稳定的低压直流电，送给单片机、可控触发电路、显示电路等。

（3）时钟电路

由晶振元件与单片机内部电路组成，产生的振荡频率为单片机提供时钟信号，供单片机信号定时和计时。 （4）显示电路

显示电路来显示洗衣机的工作状态。74LS138译码器为3-8译码器，选用它可以解决I/O口线数量不足的问题。 （5）负载驱动电路

该电路多由双向可控硅及触发电路组成。双向可控硅作为无触点开关控制电机等负载的通断及运行。单片机根据按键输入指令或接受到的监测信号，输出相应的控制信号，控制可控硅触发电路的导通，使电机等负载得电运转。 （6）报警电路

此电路在洗衣机中起提示和报警的作用.根据程序设计和软件设置，当洗衣结束后，洗衣机将发出蜂鸣声以提示用户洗衣完成。 （7）水位开关和安全开关电路

水位选择开关，用户根据需要选择水位，在进水期间，系统不断监测，当达到设定水位时就停止进水。水位电路和安全开关电路由传感器检测，其通断状态由电路输送给单片机，由单片机进行指令指控。

3.3 主控电路的设计[15]

8051外围辅助电路设计 （1）振荡电路

单片机中振荡电路就像一个大时钟，指挥着什么时候时针动，什么时候分针动，都有严格的规定。单片机工作时一条一条的读取指令，然后一步一步的执行。

单片机内部有一个用于构成片内振荡器的高增益反相放大器，引脚XTAL1和XTAL2分别是该放大器的输入端和输出端。如果在MCS-51单片机的XTAL1和XTAL2引脚之间接晶体谐振器，便会产生自激振荡，即可在内部产生与外加晶体用频率的振荡时钟，以XTAL2输出时钟信号。8051的最高工作频率为24MHz。振荡频率越高便是单片机的运行速度越快，但同时对存储器的速度和印刷电路板的要求也就越高。一般情况下，选用频率6～12MHz的晶振。一般情况下对电容的大小没有严格的要求，但是其大小也会影响振荡器的稳定、振荡频率的高低、起振快速性和稳定性。一般外接石英晶体时，C1和C2一般取30pF±10pF.本文采用12MHz的晶振，电容取30pF。

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图3-2 振荡电路图

（2）复位电路

单片机的复位是使CPU和系统的其它功能部件处于一个初试状态。任何单片机工作之前都要有个复位的过程，在单片机复位期间，程序还没有开始执行，是在做准备工作。

复位操作有按键手动复位和上电复位两种方式。上电复位是外部的复位电路在系统通上电源后直接使单片机工作，单片机的起停通过电源控制。手动复位是在复位电路中设计按键开关触发复位电平，控制单片机复位。一般都用上电复位电路。

上电自动复位原理：通电时，电容两端相当于短路，于是RST引脚上为高电平，然后电源通过电阻对电容充电，RST端电压慢慢下降，降到一定程度即为低电平，单片机开始正常工作，如图3-3所示：

图3-3 复位电路

（3）单片机最小系统图如图3-4所示。

图3-4 单片机最小系统

3.4 各部分电路的设计

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3.4.1 电机正反转控制电路

洗衣机在洗衣过程中电机的正反转起着决定性的作用，在洗涤和漂洗中电机循环间歇的正反转，以使衣物来回翻滚进行洗涤，此时电机的转速不可过快，在脱水过程中电机需朝某一方向快速进行旋转，使衣物甩干。

其电路由电机、固态继电器SP1110、六反相器74S05和电阻电容等器件组成，两个六反相器74S05作为中间缓冲器，分别驱动两个固态继电器SP1110。SP1110是一种交流固态继电器，内有发光二极管及触发双向可控硅，10～15ml输入电流即可使双向可控硅完全导通，输出端通态电流为3A（平均值），浪涌电流15A（不重复）。选用这个器件，是因为它一方面可以使电路进一步简化，另一方面还可使强、弱两类电完全隔离，保证主板的安全。电路如图3-5所示。

图3-5 电机正反转控制电路 3.4.2 水位的检测电路

水位检测的精度直接影响洗净度、水流强度、洗涤时间等参数。对于模糊控制的洗衣机，要求水位的检测必须是连续的，故常采用谐振式水位传感器。谐振式水位传感器是利用电磁谐振电路LC作为传感器的敏感元件，将被测物体的变化转变为LC参数的变化，最终以频率参数输出。其工作原理是：将水位的高低通过导管转换成一个测试内腔气体变化的压力，驱动内腔上方的一块隔膜移动，带动隔膜中心的磁芯在某线圈内移动，从而线圈电感发生变化，由此引起谐振电路的固有频率随水位变化。水位测量电路如图3-6所示，为了便于与单片机接口，水位传感器采用数字振荡电路，电感与电容组成的三点式振荡电路经C2耦合接入数字式谐振放大器A1，随着水位变化，谐振频率作相应变化，放大器在a点输出，经A2整形，由c点输出，此时即可将数字量接到单片机。

图3-6 水位检测电路

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3.4.3 衣物量检测电路

布质和布量的检测是在洗涤之前进行的。在水位一定时，不同的布质和布量产生的布阻抗不同。具体检测布质和布量时，首先注入一定的水位，然后启动主电机旋转，接着断电，让主电机以惯性继续运转直到停止。在主电机断电惯性旋转时间内主电机处于发电状态，会产生感应电动势输出。显然，随着布阻抗大小的不同，主电机处于发电机状态的时间长短也不同。因此，只要检测出主电机处于发电机状态的时间长短，就可以反过来推理出布阻抗的大小。主电机发电时间越长，布阻抗就越小；反之布阻抗就越高。

主电机发电时间可直接通过检测起动电容两端输出电势，并将此电势半波整流后，由光电隔离后放大整形为一矩形脉冲系列的脉冲数而定。脉冲个数反映布阻抗的大小，脉冲个数越多，布阻抗越小，反之亦然。布质布量检测电路如3-7图所示。

图3-7布质布量检测电路

3.4.4 键盘输入及其显示电路的设计

显示电路主要由2个8位数码管、三极管、电阻以及I/O扩展芯片8255组成。 （1）可编程I/O接口芯片8255 8255内部结构

8255具有3个可编程并行I/O端口，A口、B口和C口。这个8位I/O端口的功能完全由编程决定，但每个口都有自己的特点。A口有三种工作方式：方式0、方式1、方式2。B口有两种工作方式：方式0、方式1。 8255引脚结构及功能

1）数据总线：D0-D7、PA0-PA7、PB0-PB7、PC0-PC7，此32条数据线均为三态双向，其中D0-D7用于传送CPU与8255数据传送的通道，进行的命令与数据传递，PA0-PA7、PB0-PB7、PC0-PC7分别与A、B、C3个接口对应，用于8255与外设之间数据的传递。

2）控制线：RD、WR、RESET

RD:读信号线，输入信号线，低电平有效。当这个引脚为低电平时（即WR=0且CS=0），允许8255通过数据总线向CPU发送数据或状态信息，即CPU对8255进行读取信息或数据。

WR：写入信号，输入信号线，输入端低电平有效。当这个引脚为低电平时（即WR=0且CS=0），允许CPU将数据或控制写入8255，即CPU对8255进行写操作。

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RESET:复位信号，当该输入端处于高电平时，所有内部寄存器（包括控制寄存器）均被清除，所有I/O口均被置成输入方式，24条I/O引脚为高阻状态。

3)寻址线：CS、A0、A1

CS：芯片选择信号线，当这个输入脚为低电平时（CS=0），允许8255与CPU进行通讯，表示芯片被选中，当CS=1时，8255无法与CPU做数据传输。

A0、A1：这是两条输入信号线，通常一一对应接到地址总线的最低两位A0和A1上。当CS有效时，这两位的4种组合00、01、10、11分别用来选择A、B、C口和控制寄存器，所以一片8255共有4个地址单元。 （2）显示电路设计

LED显示电路用来显示洗衣机的洗涤和脱水时间，其有两个八位的数码管显示器以及三极管和电阻组成。DS1显示高位，DS2显示低位,可显示洗衣机的某过程的剩余时间。如图3-8所示。

图3-8 LED显示电路

（3）8255与单片机接口电路设计

由单片机送出要显示的信息到8255的PB口（PB口的端口地址为0FF7DH），通过PB0和PB1送出字符信息和时钟。其2位显示器都受到字符信息，具体哪一位亮就取决于共极信号。这时就要由PA口（PA口的端口地址为0FF7CH）送出的共极信号来决定哪一位有效。

3.4.5 指示灯电路

该控制电路由74LS138译码器、7只发光二极管及电阻组成，由于单片机PI口有限，故用一个译码器来扩展其口。74LS138的输入端C、B、A分别接单片机的PI口，输出端Y0、Y1、Y2、Y3、Y4、Y5、Y6分别与7个发光二极管的阴极相连，发光二极管的阳极接电源。74LS138的输出端Y0控制“洗衣剩余时间”指示灯，Y1控制“脱水剩余时间”指示灯，Y2控制“强洗”指示灯，Y3控制“弱洗”指示灯，Y4控制“洗涤次数”指示灯，Y5控制“洗衣定时”指示灯，Y6控制“脱水定时”指示灯。电路图如图3-9所示。

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图3-9 指示灯电路

3.4.5 报警电路的设计

在洗衣机运行过程中起提示和报警的作用。根据程序安排和软件设置，当洗衣机遇到故障时，洗衣机会发出间断的蜂鸣声提示用户，当洗衣完成后，洗衣机将发出5秒蜂鸣声以提示用户洗衣完成，具体电路如图3-10所示。

图3-10 报警电路

3.5 电磁进排水阀控制电路

如图3-11所示，进排水控制电路有固态继电器SP1110、六反向器74S05、二极管整流电路、电阻、发光二极管等组成。六反相器的作用与正反转控制电路中的六反相器相同，用来驱动固态继电器SP1110，固态继电器导通之后再经过电容器C1、C2的滤波，形成比较稳定的电流。进水阀的控制电流须经过二极管整流器的整流，而排水阀不需要。进排水阀是否导通由单片机进行控制，导通期间发光二极管呈闪亮状态。

洗衣机在进水或排水洗衣过程中，若在一定的时间范围内进水或排水未能达到预定的水位，说明进排水系统出现故障，此故障由测控系统进行检测，通过警告系统发出警告，提醒操作者对故障进行排除。

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图3-11 进排水控制电路

3.6全自动洗衣机的电源电路

系统电源部分电气原理图如图4-4所示。市电220V经过变压器T变压为12V交流电压，通过4只二极管1N4004全桥整流，再经过电容C滤波后得到光滑的直流电压，经过三端稳压器7805稳压后得到稳定的+5V电压给各器件供电。

1VCC37805GNDD?Vin1430uF10uF2T1AC220VVoutC40.047uFC3100u212V

图3-12 系统电源部分电路图

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第4章 控制系统的整体硬件设计

本设计所设计的全自动洗衣机控制系统主要由电源电路、数字控制电路和机械控制电路三大模块组成。电源电路为数字控制电路供稳定的5V直流电压，为电动机提供220V市电；数字控制电路负责控制洗衣机的工作过程，主要由MCS-51单片机、8255扩展芯片、555定时器、两位共阴数码管、按键、蜂鸣器、LED指示灯组成；机械控制电路实现水位检测、电机驱动、进水、排水等功能；主要由水位检测器、电动机、传动系统部件、进水排水电磁阀组成。结合电路理论知识和控制要求对于各部分电路与单片机的连接情况如下：

（1）8051单片机与8255芯片的连接。MCS-51单片机具有四个并行8位I/O，原理上这四个I/O口均可用做双向并行I/O接口，但在实际应用中，P0口常被用做数据总线和低8位地址总线，P2口常被用做高8位地址总线，P3口又常用它的第二功能，所以，只有对片内有程序存储器而又不再需外部扩展的单片机系统，即在单片机的最小应用系统下才允许这4个I/O口作为用户的I/O口使用。MCS-51单片机需要进行外部扩展时，可提供给用户使用的I/O口只有P1口和部分P3口线及数据总线用的P0口。在大多数MCS-51单片机应用系统设计中都不可避免地进行并行I/O的扩展。本系统采用8255A芯片作为它的外扩I/O芯片，利用它可扩展多个I/O口，大大增强MCS-51单片机的使用功能。8255A具有3个8位并行口PA、PB和PC，双向三态数据总线D0~D7通常与CPU数据总线相连。具体连接图如图4-1所示。

图4-1 8051单片机与8255芯片的连接图

（2）单片机与74LS138译码器及指示灯的连接。该控制电路由74LS138译码器，7只发光二极管及电阻组成，由于单片机的I/O口有限，故用一个译码器来扩展其口。74LS138的输入端C、B、A分别接单片机的P1.2、P1.1、P1.0引脚，输出端Y0、Y1、Y2、Y3、Y4、Y5、Y6分别与7个发光二极管的阴极相连，发光二极管的阳极接电源。连接图如图4-2所示。

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图4-2 单片机与74LS138连接图

（3）键盘、指示灯和水位控制电路与8255A的连接。单片机系统需要安排较多的按键时，为节约微处理器的I/O接口资源，通常把键排列成矩阵式，这样可以更合理地利用硬件资源。本系统采用2行5列矩阵式键盘，可占用6个I/O口，可与8255A的PI口相连。LED显示电路有两个八位的数码管显示器以及三极管和电阻组成，用来显示洗衣机的洗涤和脱水时间，可与8255A的PI口相连，由单片机进行综合控制。

水位传感器采用数字振荡电路，电感与电容组成的三点式振荡电路经C2耦合接入数字式谐振放大器A1，随着水位变化，谐振频率作相应变化，放大器在a点输出，经A2整形，由c点输出，此时即可将数字量接到单片机。连接图如图4-3所示。

+5VS10S21S32100S65S76S871001KU?343332313029282753698356D0D1D2D3D4D5D6D7RDWRA0A1RESETCSPA0PA1PA2PA3PA4PA5PA6PA7PB0PB1PB2PB3PB4PB5PB6PB7PC0PC1PC2PC3PC4PC5PC6PC78255432140393837181920212223242514151617131211101K1K1K1K1K1K1K1K1K+5VPNPPNPDS?12345678abcdefgdpDPYafegdbcdpDS?12345678abcdefgdpDPYafegdbcdpDPY_7-SEG_DPDPY_7-SEG_DP2KA1b2+5VU?1234CSSCLKDoutGNDMAX187VDDSHDNAINVref5678c1K1KL110uFC3A21a2130uF30uFC230uFC1

图4-3 键盘、指示灯和水位控制电路与8255A的连接图

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（4）电动机正反转控制电路由电机、固态继电器SP1110、六反相器74S05和电阻电容等器件组成，两个六反相器用作为中间缓冲器，可分别驱动两个固态继电器。电动机的正反转由8051单片机P1.5和P1.4口进行控制，用P1.4、P1.5两线能够实现对电动机这三种状态的控制。其逻辑关系是：P1.5、P1.4为“00”时电机间歇，为“01”时正转，为“10”时为反转。连接图如图4-4所示。 -

图4-4 电动机正反转控制电路与单片机连接图

本控制系统对传统控制系统进行了一些改进，包括对单片机电源系统的一些改进和进水阀电路的一些改进。

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第5章 软件设计

本次设计是基于模糊控制理论上的全自动洗衣机，用户只需要将衣物放进洗衣机，按下启动键，洗衣机就能自动完成洗涤--漂洗--脱水等一系列操作，当然本次设计中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将要进行什么工作，这一点是通过按键来实现的。

5.1全自动洗衣机中的模糊控制 5.1.1模糊控制器

洗衣机控制器是洗衣机的大脑，洗衣机的洗涤、漂洗、脱水等动作均由控制器加以控制，目前的全自动洗衣机采用控制器有模糊控制器和普通控制器两种，二者之间既有共同之处，又存在着差别。洗衣机模糊控制器与普通控制器的相同点就在于二者均采用微电脑技术，各自根据洗衣机的控制原理编制出程序，对洗衣机实施控制。

洗衣机模糊控制器与普通控制器的主要区别在于二者控制思想不同。普通程序控制器虽然使洗衣机在功能较普通洗衣机增强许多，但就其控制思想而言，仍谈不上“先进”它只是根据时间原则去设定洗衣机的洗涤、漂洗和脱水的运行时间，然后连续运行，完全不考虑其他因素。例如：洗衣服的多少、面料的软硬、衣服的肮脏程度等，均未加以考虑。而模糊控制器则是根据衣量的多少确定洗涤水量；根据面料软硬和肮脏程度确定洗涤时间等，这些都是控制规则，这些规则是人工经验的积累。一般的说，模糊控制器是利用人工智能方式，建立一组控制规则，编织成程序由微电脑执行。这样，就形成了人工智能控制模式。因此，在控制思想上大大优于普通程序控制器的控制思想。

5.1.2模糊控制实现方法

（一）基本结构和控制过程

模糊控制是利用负载、衣质、浊度、水温等检测所得到信息，进行分段评估计算使其模糊化，再根据模糊规则进行推理，最后根据所激活的规则进行解模糊判决，以决定最适当和明确的水位、洗涤时间、洗涤方式以及脱水时间等。模糊控制洗衣机控制结构如图5-１所示。 执行器（U1） E1 温度传感器（ ） TS污浊度传感器（E2） 模 执行器（U2） 糊 推 执行器（U3） 负载传感器（E3） 理 水位传感器（E4） 执行器（U4） 图5-1模糊控制洗衣机控制结构

（二）模糊规则

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张斌：全自动洗衣机控制系统设计

（1）洗涤量和水量的确定： ①如果检测到衣物量很多，则洗涤量多，水位高；

②如果检测到衣物量较多，则洗涤量较多，水位适中； ③如果检测到衣物量很少，则洗涤量少，水位低。 （2）脱水时间的确定：

① 如果检测到衣物很多，则脱水时间长； ② 如果检测到衣物较多，则脱水时间适中； ③ 如果检测到衣物很少，则脱水时间短。 （3）洗涤时间的确定：

① 如果检测到衣物很多，布质以棉布偏多且水温低，则洗衣时间长； ② 如果检测到衣物较多，布质以化纤偏多且水温偏高，则洗衣时间适中； ③ 如果检测到衣物较少，布质以棉布偏多且水温偏高，则洗衣时间适中； ④ 如果检测到衣物很少，布质以化纤偏多且水温高，则洗衣时间短。 （4）漂洗时间的确定：

① 如果检测到洗涤水很脏，则漂洗时间长； ② 如果检测到洗涤水较脏，则漂洗时间适中； ③ 如果检测到洗涤水不脏，则漂洗时间短。

5.2软件流程图及程序

5.2.1各模块流程图及其程序 1.主程序流程图如图5-2所示。

开始 程序：

MAIN: MOV SP,#60

LCALL ChiShi ；调初始化程序

设置堆栈指针针 SETB EA ；CPU允许中断 MOV TMOD,#10H ；设置定时器1方式 调洗衣机初始化程序 MOV 28H,#0AH ；装入定时中断次数 LOOP: LCALL XianShi ；调显示子程序 LCALL JianPan ；调键盘扫描子程序

允许定时器中断 SJMP LOOP

自检

调键盘扫描子程序

图5-2 主程序流程图

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调显示子程序 安徽工程大学毕业设计（论文）

2.显示子程序流程图如图5-3所示。 入口

显示内容送缓

冲区 设显示缓冲区指针 40H->R0 扫描模式置初值->R2

R2->8255C口

取显示数据段码送 8255A口 延时1ms 显示缓冲器R0加1 显示到最后一 位吗 Y R3 左移一位 N

返回 图5-3 显示子程序流程图 程序：

XianShi: MOV R0,40H ；置缓冲器指针初值

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张斌：全自动洗衣机控制系统设计

MOV R2,#01H ；置位选初值 MOV A,R2

LD0: MOV DPTR,#7F03H ；位选送8155C口 MOV @DPTR,A DEC DPTR DEC DPTR

MOV A,@R0

ADD A,#0DH ；加偏移量 MOVC A,@A+PC

DIR1: MOVX @DPTR,A ；段码送8155A口

ACALL DL1ms ；调1ms延时 INC R0 MOV A,R2

JB ACC.2,LD1 ；三位都显示完了吗 RL A ；没完，显示位右移 MOV A,R2 AJMP LD0 LD0: RET

DSEG: DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH DB 7DH,07H,7FH,6FH,77H,7CH DB 39H,5EH,79H,71H,73H,3EH DB 31H,6EH,1CH,23H,40H,03H DB 18H,00 DL1ms: MOV R7,02H DL: MOV R6,#0FFH DL6: DJNZ R6,DL6 DJNZ R7,DL LD1: RET

3.键盘扫描子程序流程图如图5-4所示。 程序：

Jianpan: JB P1.0,K2 ；判断是K1键按下吗，不是则转K2 LCALL DL10ms ；调10ms延时消抖

JB P1.0,K2 ；再次读P1.0状态，若仍为0，则K1键确实按下 LCALL PK1 ；调 PK1处理

K2: JB P1.1,K3 ；判断是K2键按下吗，不是则转K3 LCALL DL10ms ；调10ms延时消抖

JB P1.1,K3 ；再次读P1.0状态，若仍为0，则K2键确实按下 LACLL PK2 ；调 PK2处理

K3: JB P1.2,K4 ；判断是K3键按下吗，不是则转K4 LCALL DL10ms ；调10ms延时消抖

JB P1.2,K4 ；再次读P1.2状态，若仍为0，则K3键确实按 下

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安徽工程大学毕业设计（论文）

LCALL,PK3 ；调PK3处理

K4: JB P1.3,K5 ；判断是K4键按下吗，不是则转K5 LCALL DL10ms ；调10ms延时消抖

JB P1.3,K5 ；再次读P1.3状态，若仍为0，则K4键确实按下 LCALL PK4 ；调PK4处理

K5: JB P1.4,RETURN ；判断是K5键按下吗，不是则转K6 LCALL DL10ms ；调10ms延时消抖

JB P1.4,RETURN ；在此读P1.4状态，若仍为0，则K4键确实按下 LCALL PK5 RETURN: RET

PK1: INC 50H MOV A,50H MOV B,#2 DIV AB MOV A,B

JZ A,zaiting LCALL YunZhuan Zanting: INC 50H MOV A,50H MOV B,#2 DIV AB MOV A,B

JZ A,ZanTing LCALL YunZhuan RETURN: RET

；调PK5处理 ；按键次数加1

；判断是奇数次按下吗 ；若为偶数次按下，则转暂停状态 ；若为奇数次按下，则进入运转程序 ；按键次数加1

；判断是奇数次按下吗 ；若为偶数次按下，则暂停

；若为奇数次按下，则进入运转程序 - 25 -

张斌：全自动洗衣机控制系统设计

入口 N 有键按下吗 Y 是干扰吗 Y N 次数加1，是 N Y 是启动/暂停键吗 奇数次按下吗

N Y 转运行程序 Y 是程序键吗次数加1，转程序设置

N Y 次数加1，转方式设置 是选择键吗

N Y 是水量键吗次数加1，转水量设置 N Y 次数加1，转时间设置 是时间键吗 N 返回 图5-4 键盘扫描子程序

4.程序设置子程序流程图如图3-5所示。 程序：

PK2: INC 51H ；按键次数加1 MOV A,51H

CJNZ A,#1,L2 ；是第一次按下吗，不是转L2

LCALL XiDi ；是第一次按下，则调用洗涤子程序 L2: CJNZ A,#2,L3 ；是第二次按下吗，不是转L3

LCALL PiaoXi ；是第二次按下，则调用漂洗子程序 L3: CJNZ A,#3,RETURN ；是第三次按下吗，不是则返回

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暂停 安徽工程大学毕业设计（论文）

LXALL TuoShui ；是第三次按下，则调用脱水子程序 RETURN: RET 入口 Y 是第一次按 调洗涤子程序 下吗 N Y 是第二次按调漂洗子程序

下吗 N Y 是第三次调脱水子程序

按下吗

N

返回

图5-5程序设置子程序流程图 5.水量设置子程序流程图如图5-6所示 入口 Y 是第一次按注水至低位 下吗 N Y 是第二次按注水至中位

下吗 N Y 注水至高位 是第三次 按下吗 N N 返回 图5-6水量设置子程序流程图 - 27 -

张斌：全自动洗衣机控制系统设计

程序：

PK4: INC 53H ；按键次数加1 MOV A,53H

CJNE A,#1,L6 ；是第一次按下吗，不是转L6 MOV 45H, #08H ；是第一次按下，则进水至低水位 L6: CJNE A,#2,L7 ；是第二次按下吗，不是转L7 MOV A,46H,#09H ；是第二次按下，则进水至中水位 L7: CJNE A,#3,RETUREN ；是第三次按下吗，不是则返回 MOV A,47H,#10H ；是第三次按下，则进水至高水位 RETURN: RET

6.时间设置子程序流程图如图5-7所示。

入口

Y 是第一次按选择段时间5min 下吗 N Y 是第二次按选择适中时间10min

下吗

N Y 是第三次 选择长时间15min 按下吗 N

返回 图5-7时间设置子程序流程图 程序：

PK5: INC 54H ；按键次数加1 MOV A,54H

CJNE A,#1,L8 ；是第一次按下吗，不是转L8 MOV 48H,#01H ；是第一次按下，则时间选择5min MOV 49H,#2CH

L8: CJNE A,#2,L9 ；是第二次按下吗，不是转L9

MOV 48H,#02H ；是第二次按下，则时间选择10min MOV 49H,#58H

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安徽工程大学毕业设计（论文）

L9: CJNE A,#3,RETURN ；是第三次按下吗，不是则返回 MOV 48H,#38H ；是第三次按下，则时间选择15min MOV 49H,#40H RETURN: RET

7.洗涤量、水量检测子程序流程图如图5-8所示。

入口

调A/D转换

转换结果与标准 Y 进水至高水位，洗涤量最大值比较大于 投放时间长 最大值吗 N 转换结果与标准 Y 进水位至低位，洗涤量最小值比较小于 投放时间短 最小值吗 N 进水至中水位，洗涤量 投放时间适中 返回 图5-8洗涤量、水量检测子程序流程图

程序：

ShuiLiang: LCALL ZhuanHuan0

MOV R4,#00H ；标准最大值 MOV R5,#0A0H

MOV A,R6 ；与标准最大值比较 CJNE A,#00H,LD2 MOV A,R7 CLR C

SUBB A,R5 JNC LD2

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张斌：全自动洗衣机控制系统设计

MOV R4,#00H ；标准最小值 MOV R5,#05H

MOV A,R6 ；与标准最小值比较 CJNE A,#00H,LD3 MOV A,R7 CLR C

SUBB A,R5 JC LD3

MOV 46H, MOV 3CH,#10 AJMP RETURN

LD2: MOV 47H, MOV 3CH,#15 AJMP RETURN

LD3: MOV 45H, MOV 3CH,#5 RETURN: RET

8.自检子程序流程图如图5-9所示。 程序：

ZiJian: MOV DPTR,#7F02H MOV A,#0FBH MOVX @DPTR,A

JB P1.6,BaoJing1 JB P2.3,BaoJing2 MOV 45H，#08H MOV 47H，#09H MOV 44H, #00H CLR P2.4 LCALL ShuiJian MOV A,45H

L10: CJNE A,48H,L10 CLR P2.0

LACLL ShuiJian MOV A,47H

L11: CJNE A,48H,L11 CLR P2.3

LCALL ShuiJian MOV A,44H

L12: CJNE A,48H,L12 SETB P2.4 SETB P2.0 SETB P2.3

MOV A,#OFFH

；进水至中水位

；洗涤量投放时间适中 ；进水至高水位

；洗涤量投放时间长 ；进水至低水位

；洗涤量投放时间短 ；自检指示灯亮 ；读安全开关状态，异常则报警 ；读排水阀状态，异常则报警 ；置低水位值 ；置高水位值 ；置零水位值 ；开进水阀 ；调水位检测 ；到底水位了吗，到了启动电机 ；到高水位了吗，到了开排水阀 ；是零水位吗，是则检测完毕 - 30 -

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MOVX @DPTR,A

BaoJing1: MOV 40H,#0eH ；显示异常代码 MOV 41H,#0 MOV 42H,#1

CLR P1.7 ；蜂鸣器响，报警灯亮 JB P1.5,BaoJing1 ；判断是否有人为干扰 SETB P1.7

BaoJing2: MOV 40H,#0eH ；显示异常代码 MOV 41H,#0 MOV 42H,#2

CLR P1.7 ；蜂鸣器响，报警灯亮 JB P1.5,BaoJing2 ；判断是否有人为干扰 SETB P1.7 RET

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入口 N

指示灯亮 读安全开关状态为低电平吗 报警 Y 读安全排水阀为低电平吗 N 报警 Y 开进水阀 N

N

到低水位了吗 Y 启动电机 到高水位了吗 Y 开排水阀 N 水位复位了吗 Y 停止电机 关排水阀 图5-9自检子程序流程图

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返回 安徽工程大学毕业设计（论文）

9.衣量检测子程序流程图如图5-10所示。

入口

调A/D转换 脱水时间长,将20H位置1 Y 转换结果与标 准最大值比较 大于最大值吗 N

转换结果与标准最大值比较大于最大值吗 Y 脱水时间短，将21H位置1 N 进水至中水位，洗涤量投放时间适中 返回 图5-10衣量检测子程序流程图

程序：

YiLiang: LCALL ZhuanHuan0

MOV R4,#00H ；标准最大值 MOV R5,#0A0H

MOV A,R6 ；与标准最大值比较

CJNE A,#00H,LD4

MOV A,R7 CLR C

SUBB A,R5 JNC LD4

MOV R4,#0H ；标准最小值 MOV R5,#05H

MOV A,R6 ；与标准最小值比较 CJNE A,#00H,LD5 MOV A,R7 CLR C

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SUBB A,R5 JC LD5 SETB 22H

MOV 34H,#01H ；脱水时间适中 MOV 35H,#2CH

MOV 80H,#4 ；脱水倒计时暂存 MOV 81H,#5 MOV 82H,#9 AJMP: RETURN LD4: SETB 20H

MOV 34H,#02H ；脱水时间长 MOV 35H,#58H MOV 80H,#9 MOV 81H,#5 MOV 82H,#9 AJMP: RETURN

LD5: SETB 21H

MOV 34H,#00H ；脱水时间短

MOV 35H,#0B4H MOV 80H,#2 MOV 81H,#5 MOV 82H,#9 RETURN: RET

10.温度检测子程序流程图如图5-11所示。 程序：

WeuDu: LCALL ZhuanHuan1

MOV R4,#00H ；标准最大值 MOV R5,#F0H

MOV A,R6 ；与标准最大值比较 CJNE A,#00H,LD7 MOV A,R7 CLR C

SUBB A,R5 JNC LD7

MOV R4,#00H ；标准最小值 MOV R5,#0EH

MOV A,R6 ；与标准最小值比较 CJNE A,#00H,LD8 MOV A,R7 CLR C

SUBB A,R5 JC LD8

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SETB 24H ；温度适中位置1 AJMP RETURN

LD7: SETB 22H ；温度高位置1 AJMP RETURN

LD8: SETB 23H ；温度低位置1 RETURN: RET

入口 调A/D转换 转换结果与标将22H位置1 Y 准最大值比较 大于最大值吗 N 转换结果与标将23H位置1 Y 准最大值比较 大于最大值吗 N 将24H置1 返回 图5-11温度检测子程序流程图

11.时间确定子程序流程图如图5-12所示。 程序：

ShiJian: MOV A,20H ；各位相与确定洗涤时间 ANL A,23H ANL A,26H JZ LD9

MOV A,21H ANL A,24H ANL A,25H JZ LD10

MOV 30H,#02H ；洗涤时间适中 MOV 31H,#58H

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MOV 83H,#9 ；洗涤倒计时暂存 MOV 84H,#5 MOV 85H,#9 AJMP RETURN

LD9: MOV 30H,#38H ；洗涤时间长 MOV 31H,#40H MOV 83H,#0EH

MOV 84H,#5 MOV 85H,#9 AJMP RETURN

LD10: MOV 30H,#01H ；洗涤时间短 MOV 31H,#2CH MOV 83H,#4 MOV 84H,#5 MOV 85H,#9 RETURN: RET

入口 衣量多位和棉 Y 洗涤时间长 多位和温度低 位相与为1吗 N 衣量少位和棉 Y 洗涤时间短 少位和温度高 位相与为1吗 N 洗涤时间长 返回 图5-12时间确定子程序流程图

12.水位检测子程序流程图如图5-13所示。 程序：

ShuiJian: MOV TMOD,#04H ；定时器T0设置为计数方式

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MOV TH0,#00H ；计数初值 MOV TL0,#00H

SETB TR0 ；启动定时器 MOV 48H,TL0 ；记录检测值 RET

入口 开计数器,开始计时 读计数值->48H

返回 图5-13水位检测子程序流程图

13.污浊度检测子程序流程图如图5-14所示。 程序：

ZhuoDu: LCALL ZhuanHuan2 ；调A/D转换 MOV R4,#00H ；标准值 MOV R5,#08H

MOV A,R6 ；结果与标准值比较 CJNE A,#00H,LD12 MOV A,R7 CLR C

SUBB A,R5 JNZ RETURN

LD12: LCALL PiaoXi ；大于标准值则调漂洗子程序 RETURN: RET 入口

调A/D转换

Y 转换结果大于标调漂洗程序

准值吗

N 返回

图5-14污浊度检测子程序流程图

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14.洗涤子程序流程图如图5-15所示。 程序：

ZhuXi: MOV DPTR,#7F02H ；洗涤灯亮

MOV A,#0FEH MOVX @DPTR,A

LCALL PuanDuan ；判断是否全自动 JZ LD14 ；是全自动转

LCALL JianPan ；不是，转半自动

LD14: LCALL XiDi1 LCALL PaiShui LCALL TuoShui MOV DPTR,#7F02H MOV A,#0FEH MOVX @DPTR,A RET

PuanDuan: ORL A,51H ORL A,52H ORL A,53H ORL A,54H RET

洗涤1程序：

XiDi: LCALL DianJi SETB TR1 MOV 40H,83H MOV 41H,84H MOV 42H,85H

LOOP6: JNB 27H,LOOP6 CLR 27H DEC 30H CJNE 30H,#00H,LOOP6 DEC31H

CJNE 31H,#00H,LOOP6 CLR TR1 RET

洗涤量投放程序：

XiDiJi: CLR P2.2 SETB TR1 LOOP7: JNB 27H,LOOP7 CLR 27H DEC 3DH

CJNE 3DH,#00H,LOOP

；调洗涤1 ；调漂洗 ；调脱水

；洗涤结束，洗涤灯灭；调电机运转

；开定时器

；显示洗涤倒计时时间 ；1s到了吗

；到了，清标志位 ；洗涤时间减1 ；洗涤时间结束了吗 ；结束，关定时器 ；开洗涤量投放阀门 ；开定时器 ；投放时间到了吗

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CLR TR1 ；到了，关定时器 SETB P2.2 ；关阀门 RET

入口 洗涤灯亮

N 判断是全自动吗 确定洗涤时间 Y Y

调洗涤剂投放程序 调洗涤1子程序

调排水子程序 调脱水子程序

灭洗涤灯 返回 图5-15洗涤子程序流程图

15.漂洗子程序流程图如图5-16所示。 程序：

PiaoXi: MOV DPTR,#7F02H ；漂洗灯亮

MOV A,#0FDH MOVX @DPTR,A

LCALL PuanDuan ；判断是全自动吗 JZ LD4 ；是全自动转 LCALL JianPan

LD4: LCALL YiPiao ；调一漂

LCALL ErPiao ；调二漂

DJNZ 38H,LD4 ；两次漂洗都完了吗 MOV DPTR,#7F02H ；灭漂洗灯 MOV A,#0FEH MOVX @DPTR,A RET

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入口

漂洗灯亮 N 是全自动吗

Y 确定漂洗时间

调一漂子程

调二漂子程序 N 漂洗两次都完了吗 Y Y Y 灭漂洗灯

返回 图5-16漂洗子程序流程图

16.一漂和二漂子程序流程图如图5-17所示。

入口 调进水子程序

调漂洗1子程序

调排水子程序

调脱水子程序

返回

图5-17一漂和二漂子程序流程图

程序：

YiPiao: LCALL JinShui ；调进水

LCALL PiaoXi1 ；调漂洗1子程序

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