基于单片机的衣物消毒清洗机系统设计

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概要

  基于单片机的衣物消毒清洗机可以应用在学生宿舍、大型公寓楼等人流量比较密集的场景中。由于这些场景通常人流量比较密集，对安全、卫生等的要求性相对较高，所以通常对系统的设计要求较为严格。本系统能够给用户提供一个更加方便，安全的衣物清洗使用环境。系统利用了多种传感器，来对用户的选择进行检测，用户可以自由地选择清洗机的模式，并对其进行远程控制。当衣物清洗完毕后，清洗机会自动提示用户清洗完毕。系统使用单片机作为清洗机的控制核心，将用户与电器联系在了一起，能够更好地促进清洗机的自动化控制。
系统采用单片机作为控制核心，直流电机作为清洗机的动力部件，结合蓝牙模块作为无线传输控制器，能够将衣物、清洗机以及用户的手机连接在一起，用户只需要将衣物放入清洗机内，就可以通过手机远程控制清洗机的工作模式，无论是在工作效率还是在科技感方面，本系统均达到了相当的高度。
关键词：单片机；自动控制；直流电机；无线控制

一、系统总体设计

  

2.2 功能分析

通过对洗衣机功能的分析，本设计需要完成洗衣机的转动功能，这部分可以通过电机电路来实现。而其他部分则主要包括用户交互功能、按键选择功能以及显示功能。这几部分的功能描述如下：
1.转动功能。本设计的转动功能主要实现对衣物的清洗，这部分功能的实现主要参考了现实生活中洗衣机转筒的实现。
2.用户交互功能。本设计可以由用户进行远程控制，所以需要一定的远程交互功能来实现。
3.按键选择功能。按键选择部分参考了我们生活中常见洗衣机的形式。
4.显示功能。显示功能需要能够显示当前剩余的洗衣时间、总共的洗衣时间等。

2.3 系统框架设计

对于本系统的设计，主要表现在对滚筒转动电路、无线传输电路、按键控制电路以及显示电路这几个方面的设计上。对于这几个模块电路，一般需要考虑核心控制器的控制方式，其中控制方式主要包括两种：一种是通过搭建纯数字化的编码电路来实现各个电路的控制，另一种是通过采用模块化的思想来实现各个电路的控制，这两种控制方式主要存在以下区别：
1.通过搭建纯数字化的编码电路来实现微波电路的控制。在该方式中，需要设计滚筒转动电路、无线传输电路、按键控制电路以及显示电路等相关的硬件电路。使用纯数字化的控制方式，可以对设备的处理流程具有细微的控制。尤其是在电机转动速度、显示分辨率选择等方面具有更加的性能。但是这种方式对电路设计能力的要求很高，且电路之间的依赖性较强，不适合本系统的控制。
2. 通过采用模块化的思想来实现本电路的控制。使用模块化的控制方式时，需要采用相应的滚筒转动模块、无线传输模块、按键控制模块以及显示模块。四种模块各司其职，相互独立。对于本设计来说，在测试部分会减少很多重复性的工作。
通过对上文的描述，本设计采用基于模块化的控制思想来实现智能衣物清洗机的功能。具体电路中使用了已具备成熟的工艺的无线通信模块和显示模块。至于按键模块，本设计实现了简易的九宫格按键，可以很好地实现模式的选择。
系统整体框图如下图2.1所示：

图2.1 系统框图

二、硬件电路设计

  

3.1 电源模块的设计

本设计基于数字电路来实现，采用了多种模块化的传感器。这些传感器主要包括：单片机、电机、按键以及显示屏等。对于这些模块进行供电时，需要考虑到不同模块之间基准电压的不同。对于电机模块，由于需要具备转动的功能，所以采用的基准电压比较大，一般为12V。而对于其他模块，如单片机、按键以及显示屏等，这些模块的基准电压较低，通常采用5V的工作电压即可。所以在对电源电路进行设计时，我们采用两种供电方式：对于电机电路，采用12V用电，而其他电路，则采用5V供电。电压转换芯片采用常用的1205，该芯片将12V的输入电压转为5V的输出电压，输入电压采用12V标准电压源即可。这部分的模块电路如下所示：

图3.1 电源转压模块

三、 软件设计

4.1 系统整体流程

通过第三章的描述，我们队本设计的硬件电路模块有了详细的了解。在软件驱动部分，需要完成以下几个方面的设计：按键部分以及电机驱动部分。实际的设计流程如下所示：

图4.1 软件流程设计

4.4 软件整体流程

系统的整体工作流程正如上面所说的，刚开始的时候初始化各类寄存器。完成初始化后，便开始等待用户的指令。如果有指令传过来，系统便进入到中断状态，进而去执行相应的动作即可。

实物图

四、 结论

我们设计的自动衣物清洗机具备了生活中衣物清洗机的常用功能，比如按键控制、档位调节等。本系统具有多种调节方式，用户可以通过按键来选择清洗器的工作模式，无论是在大型还是在小型的使用场景中，均具有独特的可行性。本设计按照上面的工作流程完成了全部的工作，从课题设计而言，已经圆满完成了任务。但是系统还存在一些缺点，如：
1，响应速度不够快。用户在按下控制指令后，到机器能够识别该信号，并作出改变之间的时间间隔大概在1s左右，这个延迟在系统作为玩具或者模型时确实足够了，但在企业级应用中，延迟还是太长。
2，功能比较单一。本系统设计的智能衣物清洗器目的并不是作为一款学生玩具，而是旨在能够用于一些高端场合。所以在系统功能性方面还有不少遗漏。
针对上面提出的两个缺点，我们也思考了相应的解决方案。对于问题1，可以采用计算速度比较快的stm32单片机或者arm系列的开发板。而对于问题2，这应该是我今后着重研究的领域，比如为清洗器安装无线监控等。

五、 文章目录

目录
1绪论1
1.2研究意义2
1.3研究现状2
2系统总体设计4
2.1 系统问题概述4
2.2 功能分析4
2.3 系统框架设计4
3.硬件电路设计6
3.1 电源模块的设计6
3.2 单片机选型与介绍6
3.3 外部时钟设计8
3.4 按键电路的设计9
3.5 电机部分设计9
3.6 衣物消毒电路设计10
4 软件设计11
4.1 系统整体流程11
4.2按键部分软件设计12
4.3 电机驱动部分软件设计14
4.4 软件整体流程15
5 结论16
参考文献17
致谢18
附录19