李偉偉，張俊杰，鐘靜杰
?。ê幽侠砉ご髮W(xué) 電氣工程與自動(dòng)化學(xué)院，河南 焦作 454000）
摘 要： 洗衣機(jī)已成為居民日常生活中不可缺少的電器設(shè)備，但是目前的洗衣機(jī)大多采用脫水定時(shí)旋鈕來(lái)進(jìn)行衣物的脫水控制，用戶往往靠經(jīng)驗(yàn)設(shè)定脫水時(shí)間，既不方便又浪費(fèi)電能。自動(dòng)離心脫水裝置以STC12C5A60S2單片機(jī)為控制核心，在離心脫水桶的排水管道內(nèi)安裝水流量傳感器，利用其檢測(cè)單位時(shí)間內(nèi)脫水的水量大小，從而檢測(cè)衣物的排水程度。當(dāng)單位時(shí)間內(nèi)的排水量低于單片機(jī)設(shè)定的閾值時(shí)，通過繼電器控制電機(jī)停止工作并用蜂鳴器報(bào)警通知用戶。該方案不僅有效避免了人為設(shè)定脫水時(shí)間過長(zhǎng)的問題，而且有助于節(jié)約電能。
關(guān)鍵詞： 單片機(jī)；自動(dòng)離心脫水；流量傳感器；繼電器
0 引言
洗衣機(jī)作為一種家用電器已走進(jìn)千家萬(wàn)戶，但是目前的洗衣機(jī)在脫水裝置方面仍然存在不少問題，憑經(jīng)驗(yàn)設(shè)定脫水時(shí)間導(dǎo)致了電能的浪費(fèi)?；?1單片機(jī)的自動(dòng)離心脫水裝置[1]通過水流量傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)衣物單位時(shí)間內(nèi)的脫水量，從而實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化脫水。該方案有效改善了洗衣機(jī)的脫水功能，使洗衣機(jī)更加人性化、智能化的同時(shí)，還節(jié)約了電能，符合國(guó)家提倡的節(jié)能減排方針。
1 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)
當(dāng)洗衣機(jī)通電后，主控模塊同時(shí)啟動(dòng)，通過編程進(jìn)入掉電模式。當(dāng)脫水按鍵按下后，觸發(fā)外部中斷，退出掉電模式，開始正常工作。水流量傳感器對(duì)脫水量進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，并將數(shù)據(jù)傳送給主控模塊。當(dāng)水流量小于單片機(jī)所設(shè)定的閾值時(shí)，單片機(jī)通過繼電器模塊斷開電機(jī)電源，使其停止工作，同時(shí)控制蜂鳴器報(bào)警通知用戶?？傮w的硬件電路框圖如圖1所示。
1.1 單片機(jī)芯片的選擇
本方案采用STC12C5A60S2為主控芯片[2]。STC12C5A60S2是STC生產(chǎn)的單時(shí)鐘/機(jī)器周期（1T）的單片機(jī)，是高速、功耗低、超強(qiáng)抗干擾的新一代8051單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051，但速度快8~12倍。其具有功耗低、功能強(qiáng)、價(jià)格低廉、運(yùn)算速度快、抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高等許多優(yōu)點(diǎn)。
1.2 繼電器模塊
繼電器[3]是一種電子控制器件，通常應(yīng)用于自動(dòng)控制電路中，它實(shí)際上是用較小的電流去控制較大電流的一種“自動(dòng)開關(guān)”。故在電路中起著自動(dòng)調(diào)節(jié)、安全保護(hù)、轉(zhuǎn)換電路等作用。
在本系統(tǒng)中，其主要用于控制電機(jī)的工作狀態(tài)。單片機(jī)輸出信號(hào)控制繼電器斷開或閉合，從而控制電機(jī)回路的導(dǎo)通或者斷開，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)運(yùn)行與否的控制。同時(shí)，為了防止倒流，電路中加入了光電耦合器4N25，對(duì)輸入、輸出電信號(hào)進(jìn)行隔離。繼電器模塊原理圖如圖2所示。
1.3 啟動(dòng)按鍵
本脫水裝置的啟動(dòng)按鍵僅僅占用一個(gè)I/O口，單片機(jī)通過檢測(cè)輸入的電平狀態(tài)可以很容易地判斷按鍵是否被按下。
1.4 水流量傳感器
水流量傳感器[4]是一種利用霍爾效應(yīng)來(lái)測(cè)量磁性物理量的元件。在霍爾元件的正極串入負(fù)載電阻，同時(shí)通上5 V的直流電壓并使電流方向與磁場(chǎng)方向正交。當(dāng)水通過渦輪開關(guān)殼推動(dòng)磁性轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生不同磁極的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，切割磁感應(yīng)線，產(chǎn)生高低脈沖電平。霍爾元件的輸出脈沖信號(hào)頻率與磁性轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速成正比，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速又與水流量成正比。因此控制器可通過水流量傳感器的反饋信號(hào)判斷水流量的值。
1.5 蜂鳴器模塊
蜂鳴器采用價(jià)格便宜的三極管驅(qū)動(dòng)。低電平觸發(fā)蜂鳴器發(fā)聲。當(dāng)主控模塊檢測(cè)到單位時(shí)間脫水流量小于設(shè)定的閾值時(shí)驅(qū)動(dòng)蜂鳴器報(bào)警，通知用戶盡快來(lái)取衣物。其原理圖如圖3。
1.6 電源模塊
單片機(jī)和繼電器需要5 V供電，為了使產(chǎn)品機(jī)構(gòu)更簡(jiǎn)單，使用更方便，本設(shè)計(jì)直接利用接到插座里的市電，通過開關(guān)電源將市電轉(zhuǎn)化為5 V的直流電。開關(guān)電源具有體積小、效率高、輸出電壓穩(wěn)定、輸出功率大等優(yōu)點(diǎn)。電源模塊原理圖如圖4。
2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
主控模塊通過計(jì)數(shù)水流量傳感器在每秒鐘發(fā)出的脈沖數(shù)，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)流量的計(jì)算。并且由定時(shí)器提供時(shí)間的參考。當(dāng)單位時(shí)間內(nèi)水流量低于設(shè)定閾值時(shí)，將繼電器斷開，使電機(jī)停止工作。
整個(gè)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)流程圖如圖5。
最終的主函數(shù)部分程序如下[5-6]：
#include<stc12c5.h>
#define uchar unsigned char
sbit BEEP=P3^1；//蜂鳴器
sbit RELAY=P3^0；//繼電器
sbit START=P3^3；//啟動(dòng)按鍵
uchar n，num=0；
void init（）；
/*主函數(shù)*/
int main（）
{
EA=1；//開總中斷
EX0=1；//開外部中斷0
PCON=0X02；//開機(jī)進(jìn)入掉電模式
init（）；
RELAY=0；
if（num==20）
{
EA=0；
num=0；
n=TH0*256+TL0；
if（n<=5）
{
BEEP=0；
RELAY=1；
}
}
init（）；
return 0；
}
void init（）
{
TMOD=0x15；//設(shè)置定時(shí)/計(jì)數(shù)方式
TH0=0；//計(jì)數(shù)初值
TH1=0；
TH1=（65536-50000）/256；//定時(shí)初值
TL1=（65536-50000）%256；
EA=1；//開總中斷
IT0=1；//INT0邊沿觸發(fā)
ET0=1；//開定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0中斷允許
ET1=1；//開定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1中斷允許
TR0=1；//啟動(dòng)計(jì)數(shù)器
TR1=1；//啟動(dòng)定時(shí)器
}
void start（）interrupt 0
{
PCON=0X00；//退出掉電模式
}
void time（） interrupt 3
{
TH1=（65536-50000）/256；//重裝初值
TL1=（65536-50000）%256；
num++；
}
3 結(jié)論
本文提出了一種基于51單片機(jī)的離心脫水裝置，能實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地監(jiān)控和檢測(cè)離心脫水桶排水管道內(nèi)的水流量大小，當(dāng)水流量小于設(shè)定閾值時(shí)自動(dòng)斷電，使電機(jī)停止運(yùn)行，從而大大減少了電能的浪費(fèi)。本裝置一方面可以減少用戶的用電費(fèi)用，另一方面也積極響應(yīng)了國(guó)家“節(jié)能減排”的號(hào)召。
參考文獻(xiàn)
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