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目 錄 前言 1 洗衣機說明書 1. 課程設計的任務 2 2. 洗衣機簡介 2 2.1全自動洗衣機特點 3 2.2洗衣機工作原理概述 4 3. 傳動方案討論 4 4.傳動系統(tǒng)的設計計算 6 4.1減速離合器的結構和工作原理簡介 6 4.2減速離合器零部件的計算與選擇 13 4.3減速離合器零件裝配圖 16 5.進/排水系統(tǒng)結構原理簡介 16 5.1進水電磁閥的結構及工作原理 17 5.2排水電磁閥的結構及工作原理 18 5.3水位開關控制原理 20 6.控制系統(tǒng)的設計 22 6.1控制芯片的選擇 22 6.2程序框圖 22 6.3控制程序設計 24 6.4電氣控制圖 39 心得體會 40 參考文獻 41 附錄 41 前言 本次機電一體化課程設計的重點在于硬件部分的減速離合器設計。經過小組提出方案對比與討論，最終決定使用單向軸承式減速離合器，具體討論過程將在后面的說明書中詳細介紹。 減速離合器的各部件的選擇、設計是洗衣機硬件部分的設計重點，其具有體積小，功能多，零部件構成復雜等特點。主要構成部分有離合裝置，制動裝置以及行星輪系二級減速裝置，這些裝置的設計尺寸選擇，功能原理將在后面的洗衣機說明書中詳細介紹。 考慮到設計的是家用洗衣機，并根據(jù)對洗衣機體積，功能的要求確定洗衣機采用以單片機為核心的通用自動控制裝置，它具有功能強、可靠性強、編程簡單、使用方便、體積小等特點。該控制系統(tǒng)可實現(xiàn)用編寫的程序進行邏輯控制、定時、記數(shù)和算術運算等，并通過數(shù)字量和模擬量的輸入/輸出來控制機械設備或生產過程。 該設計為單片機控制的全自動家用洗衣機，主要介紹了全自動洗衣機的工作原理（主要是重點設計部件減速離合器），控制系統(tǒng)的單片機的選型和資源的配置，控制系統(tǒng)程序設計與調試，控制系統(tǒng)單片機程序。 最后，在該設計過程中給予極大鼓勵和幫助的老師、同學，在此表示衷心的感謝。由于在設計過程中存在許多不足，希望老師同學指正。 1. 課程設計的任務 設計一種波輪式全自動洗衣機的機電系統(tǒng)，要求最大洗衣質量為3.8kg，內筒直徑為φ400mm，洗衣機轉速約為140～200r/min，脫水轉速約為700～800r/min.要求具有自動調節(jié)水位、根據(jù)衣服種類設定洗滌模式、自動進水、排水和自動脫水等功能。 硬件設計： 主要是傳動系統(tǒng)結構（減速離合器）的各部分原理，零件尺寸的選擇，以及可實現(xiàn)的功能 軟件設計： 全自動洗衣機的功能要求：強弱洗功能；4種洗衣程序（標準、經濟、單獨、排水）；進排水系統(tǒng)故障自動診斷功能；脫水期間安全保護和防震功能；間歇驅動方式；暫停功能；聲光顯示功能 硬件電路設計（protel上機繪圖） 控制程序設計 2. 洗衣機簡介 全自動洗衣機是指洗滌、漂洗、脫水各功能的轉換都不需要手工操作，完全是自動進行的洗衣機。在選定的工作程序內，整個洗衣過程是通過程控器發(fā)出各種指令，控制各個執(zhí)行機構的動作而自行完成。 波輪式洗衣機又稱波盤式洗衣機，依靠波輪定時正、反向轉動或連續(xù)轉動的方式進行洗滌。 按控制方式不同可分為機電式和微電腦式兩類。機電式全自動洗衣機是由機電程控器控制觸點的開關來完成洗滌、漂洗和脫水全過程。微電腦式全自動洗衣機是由微電腦式程控器輸出控制信號。兩值得主要區(qū)別在于電氣控制部分，其總體結構基本相同。 2.1全自動洗衣機特點 全自動洗衣機有多種洗滌程序，可供您自由選擇，工作時間可任意調節(jié)，工作狀態(tài)及洗、脫時間在面板都有顯示，能自動處理脫水不平衡，具有各種故障和高低壓自動保護功能，工作結束或電源故障會自動斷電，無需看管確保安全。它還具有浸泡、手洗水流功能。 全自動洗衣機的洗衣桶（外桶）和脫水桶（內桶）是以同一中心安放的。外桶固定，作盛水用。內桶可以旋轉，作脫水（甩水）用。內桶的四周有很多小孔，使內外桶的水流相通。 該洗衣機的進水和排水分別由進水電磁閥和排水電磁閥來執(zhí)行。進水時，通過電控系統(tǒng)使進水閥打開，經進水管將水注入到外桶。排水時，通過電控系統(tǒng)使排水閥打開，將水由外桶排出到機外。洗滌正轉、反轉由洗滌電動機驅動波盤正、反轉來實現(xiàn)，此時脫水桶并不旋轉。 脫水時，通過電控系統(tǒng)將離合器合上，由洗滌電動機帶動內桶正轉進行甩干。高、低水位開關分別用來檢測高、低水位。啟動按鈕用來啟動洗衣機工作。停止按鈕用來實現(xiàn)手動停止進水、排水、脫水及報警。排水按鈕用來實現(xiàn)手動排水。 2.2洗衣機工作原理概述 全自動洗衣機已經是普及的家用電器，根據(jù)家用洗衣機的特點,目前的家用洗衣機都采用單片機進行控制。該控制對象具有如下功能：波輪式全自動洗衣機的洗衣桶（外桶）和脫水桶（內桶）是以同一中心安裝的。外桶固定，作盛水用；內桶可以旋轉，作脫水（甩干）用。內桶的四周有許多小孔，使內外桶水流相通。洗衣機的進水和排水分別由進水電磁閥和排水電磁閥控制。進水時，控制系統(tǒng)使進水電磁閥打開，將水注入外桶；排水時，使排水電磁閥打開，將水由外桶排到機外。洗滌和脫水由同一臺電動機拖動，通過電磁閥離合器來控制，將動力傳遞給洗滌波輪或甩干桶（內桶）。電磁離合器失電時，電動機帶動洗滌波輪實現(xiàn)正、反轉，進行洗滌；電磁離合器得電時，電動機帶動內桶單向旋轉，進行甩干（此時波輪不轉）。水位高低分別由高低水位開關進行檢測，啟動按鈕用來啟動洗衣機工作。 3. 傳動方案討論 3.1傳動方案一 方案一采用電機直接驅動，這是一種洗衣機專用電機，其結構如圖3-1所示，這里介紹的洗衣機專用電機除了起到電機的作用，還起到離合器的作用。其結構組成為：主要由內軸、外軸、單向軸承、電磁制動裝置（制動裝置有多種形式，這里只是設定其中一種）、減速器、脫水電機、洗衣電機等部分組成。 洗衣機專用電機的工作原理是： (1) 洗衣程序時，洗衣電機通電，轉子轉動，通過減速器使內軸減速旋轉，此時電磁制動裝置處于制動狀態(tài)。 (2) 脫水程序時,洗衣電機不通電，脫水電機通電，轉子轉動，使外軸與轉子等速旋轉，此時電磁制動裝置處于不制動狀態(tài)。 (3) 當洗衣機處于脫水狀態(tài)時，如人為打開機蓋，則通過連動開關使電機斷電，同時使電磁制動裝置處于制動狀態(tài)，使脫水桶停止轉動，從而達到有關安全標準要求。 圖3-1 方案三傳動簡圖和結構圖 其優(yōu)缺點為： （1）優(yōu)點 重量集中在中心因而不需要裝置平衡塊，內外軸旋轉轉換直接由電機實現(xiàn)，不需要拉動離合器手柄的牽引器，因為沒有皮帶對軸拉緊的張力，可以將洗衣機專用電機直接安裝在外桶上，不需要安裝底板。減少摩擦，降低噪聲及延長使用期，使洗衣機裝配程序大大簡化，使洗衣機容易維修。 （2）缺點 對制造要求相對較高，制造成本也相對較高，國內對這種機型的制造較少，普及面不高。 3.2傳動方案二 傳動方案二屬于間接驅動方式，通過普通電機，一般為單相異步交流電機通過一級皮帶傳動帶動離合器工作，以實現(xiàn)洗衣和脫水。 其基本工作原理為: (1) 洗衣程序時，電機通過皮帶帶動離合器皮帶輪轉動，使離合器內軸（輸入軸）作減速旋轉，此時外軸（脫水軸）處于制動狀態(tài)，離合器離合彈簧處于“分”的狀態(tài)。 (2) 脫水程序時，控制方絲離合彈簧的棘爪開始工作，使離合彈簧處于“合”的狀態(tài)。然后電機帶動離合器皮帶輪旋轉，使離合器外軸與與離合器皮帶輪作等速旋轉 其優(yōu)缺點為： (1) 優(yōu)點 制造成本和制造精度相對較低，價格便宜，國內這種類型的洗衣機普及面廣，制造工藝成熟，零部件易更換維修。 (2) 缺點 洗衣機的驅動系統(tǒng)結構復雜、工作效率低、轉速不穩(wěn)定、啟動電流大、故障率比較高、控制精度低；在結構設置上，洗衣機的電機軸與滾筒的幾何中心軸不可能同軸（需要皮帶減速），處于偏置狀態(tài)，而正是這種“偏置”，造成了洗衣機在工作時會出現(xiàn)振動，難以平衡的問題。所以，迫使我們不得不增加平衡塊，以抑制整個機體工作時的振動和噪音；電機的固有結構及特性決定了這種電機的單位體積功率偏小、起動力矩偏弱、過載能力不足等。 3.3傳動方案的選擇 經過小組成員深入討論對比了各方案，考慮到傳動系統(tǒng)的設計和制造難度、制造成本、通用性、互換性、工藝性、維修便捷性，選用方案二的傳動系統(tǒng)。下面將對方案二的傳動系統(tǒng)具體組成結構和原理作詳細分析。 4. 傳動系統(tǒng)的設計計算 4.1減速離合器的結構和工作原理簡介 早期設計的小波輪全自動洗農機的離合器沒有減速功能，故洗滌和脫水轉速相同。新型大波輪全自動洗衣機的離合器都具有洗滌減速功能，稱為減速離合器，其種類很多，但主要結構和工作原理基本相同。目前應用最為廣泛的有兩種：單向軸承式減速離合器與帶制動式減速離合器。 基本結構 (分為離合器與行星減速器) ①離合器主要結構如圖7(1) (2)所示。離合器中部有兩根軸：輸入軸l和脫水軸l8。輸人軸1的下端加工成四方形，與之相配的帶輪3和離合套20的內孔也是方形。離合套20和帶輪3被螺母2固定在輸人軸1上，由于方軸與方孔的緊密配合，從而帶輪3、輸入軸I和離合套20聯(lián)成了一體。輸入軸1的上端加工成齒形花鍵，和行星減速器的中心輪內孔配合聯(lián)接。 輸入軸l的外部是脫水軸18。在衣服洗滌時，脫水軸靜止不轉；而洗滌結束后，脫水軸應將帶輪3的高轉速直接傳遞給脫水桶，完成脫水功能。這種轉換功能是由方絲離合彈簧4完成的。方絲離合彈簧的形狀呈錐形，上端幾圈的直徑比下端略小一些。由于脫水軸18和離臺套20的外徑比方絲離合彈簧的內徑略大，在自由狀態(tài)時，方絲離合彈簧就抱緊在離合套20和脫水軸18的外壁上。當帶輪帶動離合套向彈簧旋緊方向旋轉時，通過方絲離合彈簧就將帶輪3的轉動由離合套20傳遞到脫水軸18，這就是“合”時的脫水狀態(tài)。在洗滌時，可以將方絲離合彈簧向反方向旋松，使其內徑變大，從而與離合套20脫離接觸，這就是“離”時的洗滌狀態(tài)。實現(xiàn)彈簧旋松的機構是棘輪棘爪裝置，圖8是其工作原理簡圖。方絲離合彈簧下端的彈簧卡2卡在棘輪3的內槽中，通過棘爪5的擺動使棘輪3轉動，從而帶動方絲離合彈簧向旋松方向轉動。 圖7中的8是單向滾針軸承部件，它的內圈與脫水軸18相接觸，它的外圈與齒輪軸承座過盈配合成一體，齒輪軸承座嵌在支撐架19中，支撐架用螺栓和離合器外罩14固定在一起。在單向滾針軸承8的作用下，脫水軸l8只能向一個方向自由旋轉。單向滾針軸承是滾針軸承產品領域中一種科技含量較高的產品，其結構緊湊，徑向截面小。因為其外圈工作面是楔形．所以只允許一個方向的轉動．可以起到單向離合器的作用。洗衣機單向滾針離合器的工作原理如圖９所示，它由帶楔形面的外圈7以及利用保持架3隔開的一系列滾針6組成，軸承直接套在脫水軸5上。當脫水軸5順時針轉動時，滾針落入楔形槽的大端中，此時脫水軸可順時針轉動；而當脫水軸逆時針轉動時，滾針則卡緊在楔彤槽的小端處，這時脫水軸將無法轉動 在圖7中，剎車裝置外罩9、剎車扭簧l0、剎車帶15、剎車盤16和十寧軸套17等組成了脫水軸18的剎車裝置。十字軸套17用兩顆緊定螺釘和脫水軸18固定在一起，剎車盤16又和十字軸套17用螺栓固定在一起，所以剎車盤16和脫水軸18聯(lián)成了一體。剎車裝置外罩9安裝在脫水軸18上，為間隙配合，它對脫水軸的作用由剎車扭簧10控制。剎車扭簧10套裝在剎車裝置外罩9的外圓上，其下端固定在離合器外罩上，它的上端則嵌在拉桿21的一個方孔中，由排水電磁鐵帶動拉桿控制其狀態(tài)。洗滌時，排水電磁鐵斷電，剎車扭簧處于自由旋緊的狀態(tài)。當脫水軸18順時針旋轉時，由于剛性剎車帶15緊緊抱住剎車盤16，而其一端又卡在剎車裝置外罩9的方槽中，所以剎車盤、剎車帶以及剎車裝置外罩9都將一起順時針旋轉。剎車裝置外罩9在順時針旋轉過程中，剎車扭簧10將被迅速旋緊，強大的摩擦力使剎車裝置外罩9無法動作，此時剎車帶15和剎車盤16將發(fā)生劇烈摩擦，對脫水軸18產生制動作用，防止脫水桶產生跟轉現(xiàn)象。在脫水時，排水閥通電，排水電磁鐵帶動拉桿使剎車扭簧處于放松狀態(tài)。由于剎車裝置外罩9在順時針旋轉過程中，與旋松的剎車扭簧之間可以自由滑動，剎車不起作用，因此剎車裝置外罩9、剎車盤16、剎車帶15都將與脫水軸18一起高速旋轉，完成脫水功能。 ②行星減速器結構如圖10所示。減速器外罩8和減速器底蓋10用螺釘緊固在一起，再安裝在法盤12上，法蘭盤12和脫水軸2通過鎖緊塊13固定在一起，因為法蘭盤12和脫水桶相聯(lián)接，所以減速器外罩8、減速器底蓋10、法蘭盤12和脫水桶成一整體。減速器底蓋10有上、下兩個止口，從而保證了減速器和脫水軸2安裝時的同心度。對行星減速器來說，輸入軸1是動力的傳入軸，其花鍵端插人中心輪l1的內孔中。行星輪4其有4個，與中心輪11以及內齒圈6相嚙合。內齒圈6通過其圓周槽卡在減速器底蓋10上，與之聯(lián)成一體。行星輪通過銷軸5安裝在行星架7上，當行星輪繞中心輪公轉時，將帶動行星架一起旋轉。波輪軸9兩端都加工成齒形花鍵，其下端與行星架7聯(lián)接，上端與波輪相聯(lián)，從而使波輪以低速旋轉洗滌衣物。 2)工作原理 ①脫水狀態(tài) 減速離合器脫水時的狀態(tài)及裝配示意如圖11所示，脫水狀態(tài)下，排水電磁鐵通電吸合，牽引拉桿移動約13mm，使排水閥開啟。拉桿在帶動閥門開啟的同時，一方面撥動旋松剎車彈簧，使其松開剎車裝置外罩，這時剎車盤隨脫水軸5一起轉動，剎車不起作用；另一方面又推動撥叉旋轉，致使棘爪18脫開棘輪4，棘輪被放松，方絲離合彈簧3在自身的作用力下回到自由旋緊狀態(tài)，這時也就抱緊了離合套2。大帶輪l在脫水時是順時針旋轉的，由于摩擦力的作用，方絲離合彈簧3將會越抱越緊。這樣脫水軸5就和離合套2聯(lián)在一起，跟隨大帶輪1一起做高速運轉。由于此時脫水軸5做順時針運動，和單向滾針軸承7的運動方向一致，因此單向滾針軸承7對它的運動無限制。由于脫水軸5通過鎖緊塊與法蘭盤9聯(lián)接，而內桶12與行星減速器10均固定在法蘭盤9上。 所以脫水軸5帶動內桶12以及減速器內齒圈的轉速，與輸入軸帶動減速器中心輪的轉速相同，這樣致使行星輪無法自轉而只能公轉，從而行星架的轉速與脫水軸是一樣的，即波輪與脫水桶以等速旋轉，保證了脫水桶內的衣物不會發(fā)生拉傷。 脫水狀態(tài)傳動路線是：電動機→小帶輪→大帶輪l→輸入軸6→離合套2→方絲離合彈簧3→脫水軸5→法蘭盤9→內桶12。由于電動機輸出轉速只經帶輪一級減速．所以內桶轉速較高，約680～800r／min。 ②洗滌狀態(tài) 如圖12所示，洗滌狀態(tài)下，排水電磁鐵斷電，排水閥關閉，拉桿復位。這時剎車扭簧16被恢復到自然旋緊狀態(tài)，扭簧抱緊剎車裝置外罩，剎車裝置8起作用；同時撥叉回轉復位，棘爪18伸入棘輪4，將棘輪撥過一個角度，方絲離合彈簧3被旋松，其下端與離臺套2脫離，這時離合套只是隨輸入軸空轉。大帶輪1帶動輸入軸6轉動，經行星減速器減速后，帶動波輪軸11轉動，實現(xiàn)洗滌功能。輸入軸至波輪軸的傳動稱為二級減速，其工作過程為：輸人軸通過中心輪驅動行星輪，行星輪既繞自己的軸自轉又沿著內齒圈繞輸人軸公轉，因為行星輪固定在行星架上，所以行星輪的公轉也將帶動行星架轉動；行星架以花鍵孔與波輪軸下端的花鍵相聯(lián)接，帶動波輪軸和波輪轉動。行星減速器的減速比i計算公式為：i=1+內齒圈齒數(shù)／中心輪齒數(shù)。 洗滌狀態(tài)傳動路線是：電動機→小帶輪→大帶輪l→輸入軸6→中心輪→行星輪→行星架→波輪軸11→波輪。其間，電動機輸出轉速經帶輪一級減速后，再經減速比約為4的行星減速器減速，所以轉速約為140～200r／min。 對于洗衣機傳動系統(tǒng)三種工作情況，各零部件工作狀態(tài)如下表所示： 4.2減速離合器零部件的計算與選擇 波輪式全自動洗衣機的傳動系統(tǒng)的設計計算內容較多，但大多數(shù)零部件可以選用而無需進行設計，一般設計內容主要有：方案設計、電動機選用、帶傳動設計、行星減速器設計等。 1、 方案設計 波輪式洗衣機常用布局為輸入軸布置在內桶的中心處，整個傳動系統(tǒng)基本上同軸布置，電動機只能偏置一邊，為了保持平衡，可將排水電磁閥和排水管與電動機對稱布置，必要時可加平衡塊。根據(jù)設計任務中給出的內桶直徑為400mm，電動機軸與洗滌輸入軸之間中心距只能為150mm左右，在此范圍內選擇合適的一級降速傳動比和采用帶輪傳動 2、 基本參數(shù)的選擇 目前洗衣機洗衣量、電動機功率、內筒直徑等基本參數(shù)，大多數(shù)企業(yè)是通過實驗進行設計選用的。根據(jù)《機電一體化系統(tǒng)設計課程設計指導書》表6-15提供的目前常用波輪式全自動洗衣機基本參數(shù)情況，以及設計任務要求最大洗衣量為3.8kg，選用電動機功率為180W，電動機滿載時轉速為1370r/min。 3、 V帶傳動設計計算 因為V帶傳動允許的傳動比較大，結構較緊湊，在同樣的張力下，V帶傳動較平帶傳動能產生更大的摩擦力，所以此處選用了最常用的V帶作為第一級降速。 參照表6-15，初步選定電動機功率P為180W，洗衣轉速為180r/min，脫水轉速為720r/min，則傳動比為 i=n1n2=1370720=1.9 (1) 計算功率Pca：由于載荷變動小，因此取工作情況系數(shù)KA=1.0 Pca=KAP=0.18kW (2) 選擇帶型：根據(jù)小帶輪轉速為1370r/min，以及小帶輪安裝尺寸的大概范圍，查《機械設計手冊新版》第14-10頁圖14.1-2，選取普通V帶Z型 (3) 帶輪的基準直徑dd1和dd2：初選小帶輪的基準直徑dd1，查《機械設計手冊新版》第14-13頁表14.1-17b，選取dd1=56mm，大于V帶輪的最小基準直徑ddmin的要求50mm。大帶輪的基準直徑dd2為：dd2=idd1=1.956mm=106.4mm, 查《機械設計手冊新版》第14-23頁表14.1-18圓整為dd2=106mm。 (4) 驗算帶的速度v v=πdd1n1601000=π561370601000m/s=4.02m/s 普通V帶的最大速度vmax=25~30m/s,故滿足要求。 (5) 中心距a和帶的基準長度Ld 0.7（dd1+dd2）120 (7) 帶的根數(shù)z：長度系數(shù)KL、包角系數(shù)K0、單根V帶基本額定功率P0、單根V帶額定功率增量?P0查《機械設計手冊新版》第14-13頁表14.1-17b、14-11頁表14.1-15和表14.1-13，取KL=0.94、Kα=0.95、P0=0.16kW、?P0=0.02kW。 z=Pca(P0+?P0)KαKL=0.18(0.16+0.02)0.950.94=1.11 取z=1。 (8) 帶的預緊力F0：V帶單位長度的質量q查《機械設計手冊新版》第14-11頁表14.1-14得q=0.06kg/m，單根V帶所需的預緊力為： F0=500Pcazv2.5Kα-1+qv2 =5000.1814.022.50.95-1+0.064.022N=36.8N (9) 帶傳動作用在軸上的力FL: FL=2F0zsinα12=236.81sin160.962=72.6N 4、 帶輪的結構設計 查《機械設計手冊新版》第14-26頁表14.1-24選擇帶輪的結構形式為實心輪。詳見減速離合器零件裝配圖。 5、 行星減速器設計 已知洗衣機轉速為180r/min,脫水轉速為720r/min。由于脫水時行星減速器中心輪與內齒圈順時針等速旋轉，故中心輪與行星架的傳動比為1，波輪與內桶順時針等速旋轉，因此由洗滌狀態(tài)來進行行星減速器的設計計算。 （1） 洗滌狀態(tài)傳動比 洗滌輸入軸與波輪的傳動比為： iAXB=720180=4 （2） 初選中心輪和內齒圈齒數(shù) 洗滌時中心輪旋轉，內齒圈靜止，中心輪與行星架的傳動比iAXB按以下公式計算： iAXB=1+zBzA 初選中心輪齒數(shù)zA=19，由上式計算的內齒圈齒數(shù)zB=57。 （3） 計算行星輪齒數(shù) 由于洗衣機工作扭矩不大，選擇齒輪模數(shù)為1mm，如選4個行星輪對稱布置，則可計算出行星齒輪齒數(shù)zX為： zX=zB-zA2=57-192=19 最終確定中心輪齒數(shù)zA為19，內齒圈齒數(shù)zB為57，行星齒輪齒數(shù)zX為19，實際傳動比iAXB為4，洗衣機轉速為180r/min。 6、 棘爪與棘輪機構設計 由于外桶尺寸已定（因內筒直徑已知），在方案設計時初定為于外桶底部的出水口位置，則排水電磁閥銜鐵中心與出水口中心位于同一直線上。根據(jù)選定的排水電磁閥的行程和初定的棘輪頂圓直徑來設計棘爪機構。要求在洗滌時，棘爪要深入棘輪棘齒高度的三分之二，脫水時棘爪脫離棘輪1.5mm以上。查《機械設計手冊新版》第13-51頁，浮動棘輪機構適合以上要求，故選取浮動棘輪機構作為其結構，詳見減速離合器零件裝配圖。 4.3減速離合器零件裝配圖 詳見本說明書附錄 5. 進/排水系統(tǒng)結構原理簡介 全自動洗衣機的進水系統(tǒng)采用水位壓力開關和進水閥，由程序控制器調節(jié)。設有溢水口，其位置在盛水桶上口部。漂洗時，它能讓洗滌液中的泡沫和污水溢出，有利于漂清。 全自動洗衣機水位開關一般有三檔水位控制,并都有 低水位、中水位、高水位、再注水等功能當進水閥注水，內桶水位增高到預選水位時，導通橡皮氣膜受到內部空氣的壓縮而被頂出，中觸片上跳，與上觸片閉合。此時主電機導通，進水閥斷開（原來中觸片與下閉合），并開始洗衣。當旋鈕旋至低水位時，凸輪轉動，但曲率半徑較小。通過一定的機構，橡皮氣膜壓簧被壓縮而產生壓力P1，壓迫氣膜。當桶內水量達到30L時，軟管內的空氣被壓縮，產生空氣壓力F1，當F1>P1時,中觸片上跳,與上觸片閉合,主電動機動作,進水閥關閉. 全自動洗衣機的排水系統(tǒng)由程序來控制排水電磁閥，牽引排水閥。排水閥主要同閥蓋、閥芯彈簧、閥芯拉簧，橡皮閥和閥體組成。 排水電磁鐵主要用來控制自動型洗衣機排水閥的開閉,在套桶式自動型洗衣機中同起到改變減速離合大的洗滌、脫水狀態(tài)、排水電磁鐵主要由線圈、磁軛、靜鐵芯、銜鐵和短路銅環(huán)等組成 5.1進水電磁閥的結構及工作原理 1.進水電磁閥的結構 進水電磁閥也稱為進水閥或注水閥，其結構如下圖所示： (a)斷電關閉 (b)通電開啟 1.金屬過濾網2.閥座3.導磁鐵座4.線圈5.小彈簧6.鐵芯7.小橡膠塞8.塑料盤9橡膠閥 圖5-1進水閥結構圖 2.進水電磁閥的工作原理 進水電磁閥的作用主要為控制自來水進水，為洗衣機提供適量的洗滌、漂洗用水。進水電磁閥實物圖和結構圖如圖7-1所示。進水電磁閥的開關主要由閥內的線圈控制動鐵芯來完成。如果線圈不通電，這時打開自來水龍頭，水不會流入洗衣機；當線圈通電后，閥被打開，自來水通暢地流入洗衣機。 實物圖 結構圖 圖5-2 進水電磁閥實物圖和結構圖 進水電磁閥基本結構主要由一個螺管電磁鐵和橡膠閥構成。其工作原理是，電磁鐵線圈通電后，形成磁場，吸引鐵質閥芯上移，離開膜片，水流導通。電磁鐵線圈失電后，在復位彈簧及重力作用下，閥芯下沉壓緊膜片堵住水道，停止向洗衣機內注水。進水電磁閥的進水口一般有一個過濾網，以防污垢堵塞進水電磁閥橡膠閥。 5.2排水電磁閥的結構及工作原理 1．排水電磁閥結構 排水閥是由排水閥座1、橡膠閥2、內外彈簧3與4、導套5和閥蓋6等組成。排水閥門采用橡膠材料制成，內有一個由硬質塑料制作的導套5。導套5內裝有內彈簧3，它一端卡在導套左邊槽口， 另一端鉤掛在電磁鐵拉桿7上，內彈簧3處于拉緊狀態(tài)。在導套5外裝有一個外彈簧4，它的剛度比內彈簧3小，它的一端與閥蓋6接觸，另一端與導套5的基座接觸，外彈簧4處在壓縮變形狀態(tài)。結構如下圖： 1.排水閥座2.排水閥門3.彈簧B 4.彈簧A 5.導套6.閥蓋7.電磁鐵拉桿8.銷釘9.鐵墊圈10.微動開關11.引線端子12.電磁鐵13.銜鐵14.開口銷15.外桶16.擋套17.剎車扭簧伸出端 圖5-3排水系統(tǒng)結構圖 電磁鐵有交流和直流兩種，電腦式全自動洗衣機一般采用直流電磁鐵，本設計采用交流電磁鐵。 2.排水電磁閥工作原理 洗衣機處在進水和洗滌時，排水閥處于關閉狀態(tài)。此時主要由外彈簧4把橡膠閥2緊壓在排水閥座1的底部。排水時，排水電磁鐵通電工作，銜鐵13被吸入，牽動電磁鐵拉桿7。由于拉桿7位移，在它上面的擋套16撥動制動裝置的剎車扭簧伸出端，使制動裝置處于非制動狀態(tài)（脫水狀態(tài)）。另一方面隨著拉桿7的左端離開導套5，外彈簧4被內彈簧3的拉力壓縮，使排水閥門打開。正常排水時，橡膠閥門2離開排水閥座1密封面的距離應不小于8mm，排水電磁鐵的牽引力約為40N。 5.3水位開關控制原理 1.水位開關的結構 水位開又稱壓力開關。洗衣機內桶進水時的水位和排水時的壓力狀況是壓力開關檢測的。當洗衣機工作在洗滌程序時，若桶內無水或水量不夠，壓力開關則發(fā)出供水信號。當水位達到設定位置時，壓力開關將發(fā)出關閉水源的信號。微電腦全自動洗衣機工作在排水程序時，若排水系統(tǒng)有故障，水位開關則發(fā)出排水系統(tǒng)受阻信號。水位開關的剖面圖如下： 1.杠桿2.導套3.調節(jié)螺釘4.壓力彈簧5.凸輪6.頂芯7.開關小壓簧8.動簧片塑9.料盤10.橡膠膜11.氣室12.壓力軟管 圖5-4水位開關剖面圖 2.水位開關工作原理 當水注入內桶時，氣室封閉，隨著水位上升封閉在氣室內的空氣壓力不斷提高，壓力經過壓力軟管傳到水位開關氣室，水位開關氣室內的空氣壓力向上推動橡膠膜和塑料盤，推動動簧片中的內動簧片向上移動，壓力彈簧被壓縮。當水注到選定水位時，此時內動簧片移動到預定的平衡位置開關小彈簧將拉動外動簧片并產生一個向下的推力，使開關的常閉觸點NC與公共觸點COM迅速斷開，常開觸點與公共觸點閉合從而發(fā)出關閉水源的信號。排水時當水位下降到規(guī)定的復位水位時，水位產生的壓力減小。壓力彈簧恢復伸長，推動頂心，使動簧片中的內動簧片向下移動，當移動到預定的力平穩(wěn)位置時開關小彈簧對外動片產生一個向外的推力。使開關的常開觸點NO與公共觸點COM迅速斷開，常閉觸點NC與公共觸點COM閉合，從而改變控制電路的通斷。其中動簧片的結構如下如： 圖5-5 動簧片結構 旋轉水位開關的旋鈕選擇水位，就是旋轉凸輪，通過改變壓力開關凸輪的位置可改變恢復彈簧的彈性力，進而改變橡膠膜片變形所需氣體的壓力，改變水位的設定值。 圖5-6 水位開關 6. 控制系統(tǒng)的設計 6.1控制芯片的選擇 電腦式全自動洗衣機上使用的微控制器主要是4位或8位的單片機。常用的單片機型號有：Intel公司的MCS-48和MCS-51系列；NEC公司的μCOM-87和μpd7500系列；Motorola公司的MC6805系列；Zilog公司的Z8系列等。 本例中控制電路的微控制器選用MCS-51系列的單片機AT89C2051。該單片機是ATMEL公司8位單片機系列產品之一，內含2K字節(jié)可反復擦寫的程序存儲器以及128字節(jié)的RAM單元，具有15條可編程控制的I/O線，5個中斷觸發(fā)源，其指令與MCS-51系列完全兼容。選用AT89C2051作CPU，可使洗衣機的控制電路大大簡化。 6.2程序框圖 6.3控制程序設計 #include /**************邏輯說明***************/ //采用反邏輯，以0表示有效，以1表示無效// typedef unsigned int uint; typedef bit bool; typedef unsigned char uchar; #define biaozhun_flag 0 //標準工作程序 #define jingji_flag 1 //經濟工作程序 #define dandu_flag 2 //單獨工作程序 #define paishui_flag 3 //排水工作程序 /****************************I/0口分配***************************/ /*************************輸入I/O口分配**************************/ /**************工作程序按鈕分配*****************/ sbit biaozhun = P0^0; //標準工作程序選擇 sbit jingji = P0^1; //經濟工作程序選擇 sbit dandu = P0^2; //單獨工作程序選擇 sbit paishui = P0^3; //排水工作程序選擇 //強、弱洗滌功能選擇按鈕，水位開關，蓋開關, 啟動/暫停按鈕 sbit qiangruo_pin= P0^4; //強、弱選擇按鈕 強=0；弱=1； sbit shuiwei_pin = P0^5; //水位開關 sbit gai_pin = P0^6; //蓋開關 /*****************啟動/停止按鈕*****************/ sbit qiting_pin = P3^3; //啟動/暫停開關 占用外部中斷INT1 sbit jixu_pin = P0^7; //繼續(xù)開關 占用外部中斷INT0 /*************************輸出I/O口分配**************************/ /**************四種工作狀態(tài)指示燈***************/ sbit biaozhun_led = P1^0; //標準工作狀態(tài)指示燈 sbit jingji_led = P1^1; //經濟工作狀態(tài)指示燈 sbit dandu_led = P1^2; //單獨工作狀態(tài)指示燈 sbit paishui_led = P1^3; //排水工作狀態(tài)指示燈 /***********強、弱洗滌狀態(tài)指示燈***************/ sbit qiangxi_led = P1^4; //強洗指示燈 sbit ruoxi_led = P1^5; //弱洗指示燈 /***********洗滌、漂洗狀態(tài)指示燈***************/ sbit xidi_led = P1^6; //洗滌指示燈 sbit piaoxi_led = P1^7; //漂洗指示燈 /***********脫水指示燈，報警指示燈***************/ sbit tuoshui_led = P2^0; //脫水指示燈 sbit baojing_led = P2^1; //報警蜂鳴器 /***********電動機控制***************/ sbit motor_zheng_pin = P2^2; //電動機正轉 sbit motor_fan_pin = P2^3; //電動機反轉 /***********進水、排水閥門控制***************/ sbit jinshui_pin = P2^4; //進水閥控制 sbit paishui_pin = P2^5; //排水閥控制 /*****************定義全局變量*****************/ uchar chengxumodel_flag; //工作程序變量 bool qiangruo_flag; //強=0；弱=1； bool start_flag; //開始=0；未開始=1； bool pause_flag; //暫停=0；未暫停=1； /********************函數(shù)申明******************/ /******************延時程序********************/ void delay_s(uint); //秒延時 void delay_ms(uint); //毫秒延時 /***********************電機控制程序************************/ void motor_zheng(uint zheng); //電機正轉zheng秒 void motor_fan(uint fan); //電機反轉fan秒 void motor_ting(uint ting); //電機停ting秒 /******************* n個單獨步驟**************************/ void jin_shui(); //進水 void pai_shui(); //排水 void tuo_shui(); //脫水 void xidi(); //洗滌 void piaoxi(); //漂洗 void baojing(); //報警 void baojing_no(); //報警停 void finished(); //程序執(zhí)行通知已經完成 /*******************4種工作程序**************************/ void biaozhun_chengxu(); //標準程序 void jingji_chengxu(); //經濟程序 void dandu_chengxu(); //單獨程序 void paishui_chengxu(); //排水程序 /******************初始化函數(shù)*******************/ void initial(); /******************按鍵掃描函數(shù)*******************/ uchar keyscan(); //按鍵掃描函數(shù) void gai_open(); //翻蓋處理函數(shù) void qiangruo_select(); //強、弱洗滌模式選擇 void chengxumodel_select(); //工作程序模式選擇 /******************頭文件導入****************/ #include /**************邏輯說明***************/ //采用反邏輯，以0表示有效，以1表示無效// /******************延時程序********************/ /*****************延時秒程序*************/ void delay_s(uint time) { uint i; uchar j; while(time--) { for(j=0;j<100;j++) //1s for(i=0;i<1250;i++); //10ms } } /**************延時毫秒程序***************/ void delay_ms(uint time) { uchar i; while(time--) { for(i=0;i<125;i++);//1ms } } /***********************電機控制程序************************/ /************************正轉****************************/ void motor_zheng(uint zheng) { motor_zheng_pin=0; //正轉有效 motor_fan_pin=1; //反轉無效 delay_s(zheng); } /************************反轉****************************/ void motor_fan(uint fan) { motor_zheng_pin=1; //正轉無效 motor_fan_pin=0; //反轉有效 delay_s(fan); } /************************停止***************************/ void motor_ting(uint ting) { motor_zheng_pin=1; //正轉無效 motor_fan_pin=1; //反轉無效 delay_s(ting); } /******************* n個單獨步驟**************************/ /**********************進水程序*************************/ void jin_shui() { int time=0; jinshui_pin=0; //打開進水閥 while(shuiwei_pin) //水位未達到要求時，每隔1秒檢測一次；水位達到要求時，shuiwei_pin引腳被拉低，變?yōu)?. { delay_s(1); if(shuiwei_pin) { time++; if(time>240) //4分鐘的極限時間內，水位未達到要求，說明出現(xiàn)故障，立即關閉進水閘并報警 { jinshui_pin=1; baojing(); break; } } } //水位在極限時間內達到要求，則正常結束 jinshui_pin=1; //關閉進水閥 } /**********************排水程序**************************/ void pai_shui() { int time=0; paishui_pin=0; //排水閥打開 while(!shuiwei_pin) { delay_s(1); if(!shuiwei_pin) { time++; if(time>60) //1分鐘的極限時間內，水位未達到要求，說明出現(xiàn)故障，立即關閉排水閘并報警 { paishui_pin=1; baojing(); break; } } } //水位在極限時間內達到要求，則正常結束 delay_s(5); //水位達到要求后，再延時50秒，關閉排水閥 paishui_pin=1; //排水閥關閉 } /************************洗滌程序*******************************/ void xidi() //強洗滌9s,弱洗滌8s { if(qiangruo_flag==0) //強洗滌 強=0；弱=1 { motor_zheng(20); //正轉20S motor_ting(10); //暫停10S motor_fan(20); //反轉20S motor_ting(10); //暫停10S } else //弱洗滌 { motor_zheng(15); //正轉15S motor_ting(10); //暫停10S motor_fan(15); //反轉15S motor_ting(10); //暫停10S } } /************************漂洗程序*******************************/ void piaoxi() //假設漂洗時間與洗滌時間相同，沒有資料可查?。?！// { if(qiangruo_flag==0) //強洗滌 { motor_zheng(20); //正轉20S motor_ting(10); //暫停10S motor_fan(20); //反轉20S motor_ting(10); //暫停10S } else //弱洗滌 { motor_zheng(15); //正轉10S motor_ting(10); //暫停10S motor_fan(15); //反轉10S motor_ting(10); //暫停10S } } /*************************脫水***********************************/ void tuo_shui() //脫水時間固定為2分鐘，120S { uchar num=0; tuoshui_led=0; //開脫水燈 paishui_pin=0; //脫水時打開排水閥，同時電動機自動進入高速旋轉狀態(tài) for(;num<18;) //正轉，停止共計7s,循環(huán)18次 { motor_zheng(5); motor_ting(2); num++; } paishui_pin=1; //脫水結束，關閉排水閥 tuoshui_led=1; //關脫水燈 } /***********************報警與解除*******************************/ /***********************報警程序*******************************/ void baojing() { motor_ting(0); //如果電機在轉。則電機立即停 baojing_led=0; //報警蜂鳴器叫 TR1=1; //開定時器1，蜂鳴器響 } /***********************解除報警程序*******************************/ void baojing_no() { TR1=0; //報警蜂鳴器關 baojing_led=1; //報警蜂鳴器不叫 } /***********************按鍵掃描程序********************/ uchar keyscan() { delay_ms(20); //按鍵去抖動 if(P0!=0xff) //P0口為輸入口，如果引腳都為高，說明沒按鍵按下，否則有鍵按下 {return(P0);} //將P0口的按鍵值返回 return(0xff); //沒鍵按下，則將0xff返回，作為沒按鍵按下。 } /**********************翻蓋函數(shù)*************************/ void gai_open() // { baojing_no(); //出故障后，打開蓋子說明人來到了，立即關閉報警蜂鳴器 if(0==tuoshui_led) //如果執(zhí)行脫水程序時打開蓋子，應該立即停止脫水 { while(0xbf==P0||0x9f==P0) //蓋子在打開時,停止電動機轉動,停止排水。當蓋子合上，即按鍵沒有輸入時，外部中斷0處理完后會自動繼續(xù)脫水程序 { paishui_pin=1; motor_ting(2); } paishui_pin=0; //蓋上蓋子繼續(xù)排水 } } /***********************強、弱洗滌模式選擇******************/ void qiangruo_select() //強、弱洗滌按鈕按下，強、弱模式轉換 { //強=0；弱=1； if(0==qiangruo_flag) //如果原來在強洗，現(xiàn)在設為弱洗 { qiangruo_flag=1; ruoxi_led=0; //弱洗燈亮，強洗燈滅 qiangxi_led=1; } else { qiangruo_flag=0; qiangxi_led=0; //強洗燈亮，弱洗燈滅 ruoxi_led=1; } } void chengxumodel_select() { if(biaozhun_flag==chengxumodel_flag) { biaozhun_led=0; jingji_led=1; dandu_led=1; paishui_led=1; } else if(jingji_flag==chengxumodel_flag) { biaozhun_led=1; jingji_led=0; dandu_led=1; paishui_led=1; } else if(dandu_flag==chengxumodel_flag) { biaozhun_led=1; jingji_led=1; dandu_led=0; paishui_led=1; } else { biaozhun_led=1; jingji_led=1; dandu_led=1; paishui_led=0; } } /************************程序執(zhí)行通知已經完成*******************/ void finished() { baojing(); delay_s(20); //報警20秒 baojing_no(); start_flag=1; //可以開始新一輪的洗衣服 pause_flag=1;