小功率宿舍微洗衣機技術(shù)設(shè)計分析
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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、冰箱、手機等。集體住宿的人員因?qū)W習緊張、工作繁忙等因素會將衣服丟給洗衣機處理。但大部分住宿的電力線路相對要求電器功率控制在一定的范圍之內(nèi)。特別是學生宿舍，因為學生人數(shù)較多，使用電器安全隱患大，更應該有一款小功率的洗衣機來幫助他們洗干凈衣服。本文是為了適應功能的需求，把AT89C52和LM298結(jié)合起來，設(shè)計出小功率宿舍微洗衣機。該產(chǎn)品可安全用于集體宿舍或者單個人使用場合。
關(guān)鍵詞：小功率；AD檢測；LM298電機驅(qū)動模塊；單片機通信
引言
在這21世紀智能化時代，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、空調(diào)、洗衣機等智能家居是不可或缺的。學校的宿舍場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。現(xiàn)代學生們都使用洗衣機清潔衣物，然而，目前市場上集體宿舍用的洗衣機是小功率超聲波洗衣機和大功率的波輪式洗衣機。小功率的洗衣機洗不干凈衣服，大功率的電流過大有安全隱患。小功率宿舍微洗衣機采用小功率單片機和L298組合完成對三臺直流電機的控制，達到小電流、安全、洗衣效果好的目標。
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生洗衣便利，筆者利用綜合使用所學的單片機技術(shù)、傳感器技術(shù)、數(shù)模轉(zhuǎn)換等技術(shù)知識，設(shè)計了“小功率宿舍微洗衣機機”，功能如下：
1.1功能設(shè)計
（1）該洗衣機是面向宿舍學生，每次清洗一個人量的衣物。具有雙模式切換的微型洗衣機，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。（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。（普通模式為20分鐘）（2）啟動洗衣機后，洗衣機注水，直到水位監(jiān)測傳感器檢測到已達到水位線，關(guān)閉進水閥門；（3）然后，旋轉(zhuǎn)電動機震動，清潔衣物；（4）暫停震動電動機，讓洗衣機排水并重新注入水并換水；（5）重復震動3次、暫停2次后，洗衣機的排水電動機工作，開始排水，直至水位檢測傳感器斷開，關(guān)斷排水電動機。
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，標準持續(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）是0~45℃，工作溫度（放電時）是-20~60℃。既耐用，又安全。檢測部分具有水位監(jiān)測傳感器，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傳送到控制器，控制器內(nèi)的計算機將實測的水位信號與設(shè)定信號進行比較，得出偏差，然后根據(jù)偏差的性質(zhì)，向給水電動閥發(fā)出“開”“關(guān)”的指令，保證容器達到設(shè)定水位。進水程序完成后，溫控部份的計算機向供給熱媒的電動閥發(fā)出“開”的指令，于是系統(tǒng)開始對容器內(nèi)的水進行加熱。到設(shè)定溫度時。控制器才發(fā)出關(guān)閥的命令、切斷熱源。控制部分主要采用小功率單片機AT89C52和電機驅(qū)動芯片L298進行控制。（1）電機驅(qū)動芯片L298是一款可以驅(qū)動直流電機和步進電機的電機驅(qū)動器，直流電機和步進電機都可以驅(qū)動。一片驅(qū)動芯片可同時控制兩個直流減速電機做不同動作，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功能。L298可對電機進行直接控制，通過I/O輸入對其控制電平進行設(shè)定，就可為電機進行正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)驅(qū)動，操作簡單、穩(wěn)定性好，可以滿足直流電機的大電流驅(qū)動條件。可以根據(jù)實際情況選擇其他類型的低功耗單片機和電機驅(qū)動芯片，具體的連接方式按照實際選擇的器件決定。該芯片帶著2臺直流電動機—抽水泵和主軸電動機、1個電磁閥。主軸電動機主要負責衣物的正反轉(zhuǎn)，防止衣服打結(jié)；而抽水泵負責洗完衣物的排水，并且與電磁閥結(jié)合工作。（2）小功耗單片機AT89C52是一個低電壓，高性能CMOS（ComplementaryMetalOxideSemiconductor，互補金屬氧化物半導體）8位單片機，片內(nèi)含8kbytes的可反復擦寫的Flash只讀程序存儲器和256bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM，RandomAccessMemory），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標準MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲單元。其中，AT89C52有40個引腳，32個外部雙向輸入/輸出（I/O）端口，同時內(nèi)含2個外中斷口，3個16位可編程定時計數(shù)器，2個全雙工串行通信口，2個讀寫口線，AT89C52可以按照常規(guī)方法進行編程，也可以在線編程。能滿足本案中對三臺直流電動機的低電流電動機的要求。本文中，9V震動電動機與單片機P1.4相連接。當水位檢測傳感器得電后，P1.4輸出信號，從而控制震動電動機單方向震動，達到清潔衣物的作用；L298芯片的5（IN1)、7（IN2)、10（IN3)、12（IN4)腳與單片機的P1.0、P1.1、P1.2、P1.3相連接。當震動旋轉(zhuǎn)電動8分鐘或10分鐘清洗完畢，單片機P1.4、P1.3輸出信號，L298的10、17驅(qū)動抽水泵往洗衣桶抽水。當水位監(jiān)測傳感器失電，入水閥門打開，再往桶里注水，完成換水過程，然后，旋轉(zhuǎn)震動電機繼續(xù)工作。以上過程重復2次；（3）定時控制快速清洗模式和普通清洗模式是通過單片機的定時器功能區(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)為洗衣機的按鍵和顯示區(qū)。其中有3個帶燈按鍵，分別是開始鍵、停止鍵和模式選擇鍵。快速洗衣模式是15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)部集成了電池保護板，可防止電池的過充過放過載。③區(qū)是帶扇頁白色滾軸，由主軸電動機驅(qū)動，可以實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)（防止衣物打結(jié)）。④區(qū)的是兩個拍子，由震動電動機驅(qū)動。啟動洗衣完成入水后，由L298驅(qū)動的震動電動機一直拍打衣物。隨著主軸電動機的推動，衣物只要經(jīng)過震動電動機面前，震動電動機就會拍打衣物，達到清洗目的。PCB電路板嵌套于盒子當中，驅(qū)動外面的電機、顯示等。經(jīng)過試驗，能達到各項預期設(shè)計功能，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
本文綜合考慮洗衣機的功能和使用場所、使用壽命和用戶的購買能力，將洗衣機的電路設(shè)計圖如圖3所示。
2系統(tǒng)亮點
（1）安全環(huán)保12V低電壓鋰電池進行供電，且鋰電池內(nèi)部集成了電池保護板，可防止電池的過充過放過載。電機驅(qū)動使用5V、9V或12V驅(qū)動，功率低，電流小，安全性能好。（2）制作宿舍微洗衣機的過程中，使用的元件價格便宜及數(shù)量較少，因而，本洗衣機的價格較便宜，住宿人員較能接受。（3）市場競爭優(yōu)勢強。經(jīng)過市場調(diào)研，本品的價格適中，洗衣效果適中，如表2所示（宿舍微洗衣為本品）。
3結(jié)語
由于市場上有的集體宿舍小功率超聲波洗衣機和大功率的波輪式洗衣機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后，設(shè)計了一種用小功率AT89C52和L298芯片為主控單元的小功率宿舍微洗衣機。通過模式選擇，讓洗衣機快速執(zhí)行不同時長的洗衣程序。小功率主電動機與震動電動機相互配合，深度清潔衣物。各項安全保護措施，讓用戶放心使用該洗衣機。
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作者：陳玉 單位：廣州市公用事業(yè)高級技工學校
