張哲,，李智，管四海

　?。ㄎ靼搽娮涌萍即髮W(xué) 機(jī)電工程學(xué)院,，陜西 西安 710071）

　　摘要：為了降低全自動洗衣機(jī)的運(yùn)行功耗、提高運(yùn)行的穩(wěn)定性,、降低制造成本以及更方便的操作,，設(shè)計(jì)了一種基于STC89C52單片機(jī)的全自動洗衣機(jī)控制系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)由藍(lán)牙部分,、紅外熱釋部分,、LCD1602液晶部分和直流電機(jī)等組成。其中,，采用藍(lán)牙無線通信技術(shù)以實(shí)現(xiàn)在長距離移動終端上控制洗衣機(jī)運(yùn)行的參數(shù),；通過紅外熱釋電傳感器控制，以便于取衣操作,。最后,，給出了該控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)和軟件流程，且通過Proteus仿真測試驗(yàn)證了該控制系統(tǒng)是簡便有效的,。

　　關(guān)鍵詞： STC89C52,；藍(lán)牙無線通訊；紅外熱釋電,；智能家居

　　中圖分類號：TP13文獻(xiàn)標(biāo)識碼：ADOI： 10.19358/j.issn.1674-7720.2017.07.030

　　引用格式：張哲,，李智，管四海.基于STC89C52的智能全自動洗衣機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.微型機(jī)與應(yīng)用,，2017,36（7）：102-105.

0引言

　　*基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金（61673310）由于全自動洗衣機(jī)具有對洗滌物品的破壞性弱,、一次可洗滌大量衣物、節(jié)省勞動力等優(yōu)點(diǎn),，使它受到廣泛的使用并走進(jìn)了千家萬戶［1］,。但隨著智能家居概念的提出、傳播和在生活中的初步使用,，使得人們對全自動洗衣機(jī)在價(jià)格低廉的基礎(chǔ)上又提出了性能可靠,、洗衣功耗低、操作簡單,、工作效率高以及便于維修等要求,。然而目前的全自動洗衣機(jī)僅具有洗滌、甩干和暫停等幾大簡單洗滌功能,，不足以滿足人們對于智能化控制的需求,。此外,，傳統(tǒng)洗衣機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)顯示常采用數(shù)碼管,，這就導(dǎo)致運(yùn)行狀態(tài)不清晰,，錯(cuò)誤代碼不明確，缺乏人性化,，進(jìn)而對洗衣機(jī)的操作和維護(hù)帶來極大的不便,。

　　為了有效解決以上問題，本文利用HC05藍(lán)牙模塊,、矩陣式鍵盤,、LCD1602液晶顯示屏和紅外熱釋電傳感器，基于STC89C52設(shè)計(jì)了一種智能控制系統(tǒng),。其中,，利用HC-05藍(lán)牙模塊以及矩陣式鍵盤分別實(shí)現(xiàn)無線移動終端控制洗衣操作以及近距離人機(jī)操作；利用LCD1602液晶顯示屏以清晰的英文標(biāo)識顯示當(dāng)前的工作狀態(tài)并配有高亮度的背光,，結(jié)合紅外熱釋傳感器為洗衣機(jī)的操作提供極大的便利,。

1控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

　　此控制系統(tǒng)由STC89C52、藍(lán)牙串口電路,、電機(jī)驅(qū)動電路,、矩陣鍵盤電路、LCD1602液晶顯示模塊,、紅外熱釋電模塊和報(bào)警電路組成,，系統(tǒng)框圖如圖1。

　　圖1系統(tǒng)框圖在圖1中,，STC89C52作為微控制器,，用于實(shí)現(xiàn)控制算法；藍(lán)牙傳輸模塊用于實(shí)現(xiàn)無線遠(yuǎn)距離設(shè)定洗衣機(jī)的洗衣模式,、洗衣時(shí)間等,；LCD1602用于顯示當(dāng)前工作狀態(tài)（比如洗滌、脫水和洗滌模式）以及工作時(shí)間,；由于STC89C52驅(qū)動能力有限,，只能輸出10 mA左右的電流，所以利用電機(jī)驅(qū)動電路為電機(jī)進(jìn)行電流放大從而驅(qū)動電機(jī)運(yùn)行,；紅外熱釋模塊主要驅(qū)動照明設(shè)備為工作人員在黑暗條件下操作洗衣機(jī)提供方便,；報(bào)警電路主要用于電機(jī)損壞和意外斷電等突發(fā)情況以及洗滌結(jié)束后的提醒。

2主要硬件設(shè)計(jì)

　　2.1STC89C52單片機(jī)系統(tǒng)

　　STC89C52系統(tǒng)主要由微控制器（MCU）,、時(shí)鐘電路和復(fù)位電路組成,。STC89C52完全兼容8051單片機(jī)的特點(diǎn)，其主要參數(shù)為：時(shí)鐘頻率最高可達(dá)80 MHz;內(nèi)置有5個(gè)中斷源,，分為兩個(gè)優(yōu)先級,，每個(gè)中斷源的優(yōu)先級是可以編程的，4個(gè)8位輸入/輸出口（P0，P1,，P2,，P3）；有一個(gè)全雙工的串行口,，其有4種工作方式,，可通過設(shè)置SMOD寄存器進(jìn)行配置；有3個(gè)16位的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器［2］,。由于STC89C52單片機(jī)除P0口外內(nèi)部均嵌有上拉電阻,，因此對于P0口在其外部必須接上拉電阻以保證電平的可靠性。其次,，其復(fù)位電路采用上電給電容充電進(jìn)而自動復(fù)位的方式,。此外其串口（P3.1, P3.2）連接藍(lán)牙模塊的串口(TXD, RXD)，P2口接洗衣機(jī)的功能鍵盤,，P0口作為液晶的數(shù)據(jù)總線,，P1.7口作為其報(bào)警電路的蜂鳴器控制端。

　　2.2藍(lán)牙串口電路

　　藍(lán)牙通信的原理類似于單片機(jī)和計(jì)算機(jī)之間的串口通信,，二者之間的通信需要借助串口,，其通信示意圖如圖2［3］。

　　圖2中GND表示單片機(jī)和HC-05系統(tǒng)的參考地,，TXD是串行發(fā)送引腳,，RXD是串行接收引腳。HC05和單片機(jī)之間通信,，為保證電源基準(zhǔn)相同,，故將單片機(jī)的GND與HC-05的GND連接起來。其次為構(gòu)建通信通道,，將單片機(jī)的接收引腳與HC05的發(fā)送引腳連接起來,，作為單片機(jī)的接收通道；將圖2藍(lán)牙接線示意圖單片機(jī)的發(fā)送引腳和HC-05的接收引腳連接起來,，作為單片機(jī)的發(fā)送通道,。HC05藍(lán)牙串口電路原理圖如圖3。

　　2.3紅外熱釋模塊

　　紅外熱釋傳感器的原理［4］是通過其內(nèi)部傳感器感知人體發(fā)射的紅外光譜從而產(chǎn)生高電平信號,，當(dāng)人離開傳感器的感應(yīng)區(qū)則自動關(guān)閉高電平,，輸出低電平。此外,，紅外熱釋傳感器微功耗,，靜態(tài)電流只有65 mA。其VCC接電源正極,，GND接電源負(fù)極,，OUT1接1 kΩ的限流電阻后接LED小燈,。

　　2.4電機(jī)驅(qū)動電路

　　STC89C52輸出的高電壓為5 V，低電壓為0 V,，電流為10~20 mA,。然而直流電機(jī)的啟動電流為200~400 mA，不足以驅(qū)動電機(jī)運(yùn)行,，故選取L298電機(jī)驅(qū)動模塊以放大電流。直流電機(jī)PWM控制系統(tǒng)的主要功能包括：通過控制兩個(gè)輸入引腳的電平信號控制直流電機(jī)的正轉(zhuǎn),、反轉(zhuǎn)和急停,，且可通過調(diào)整電壓大小調(diào)整電機(jī)的轉(zhuǎn)速，能方便地實(shí)現(xiàn)電機(jī)的智能控制［5］,，其控制功能見表1,。

　　L298中的 ENA、ENB為使能端口,，ENA用來控制左邊的電機(jī),，ENB用來控制右邊的電機(jī)；IN1,、IN2,、IN3、IN4為控制引腳,，用來設(shè)置三極管的開關(guān)狀態(tài),。通過H橋來控制電機(jī)的運(yùn)行，當(dāng)使能端為高電平時(shí)控制有效,；使能端為低電平時(shí),，輸入端對電機(jī)的控制失效［6］。輸入端的一個(gè)引腳接PWM信號,，另一個(gè)輸入端接低電平時(shí)電機(jī)正轉(zhuǎn),；當(dāng)該引腳輸入低電平另一個(gè)引腳輸入PWM信號時(shí)，電機(jī)朝另一個(gè)方向運(yùn)行,。當(dāng)兩個(gè)輸入端的電平信號相同時(shí), 電機(jī)快速停止,。引腳以及功能如表2所示。

3軟件設(shè)計(jì)

　　3.1軟件整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)程序分為主程序,、定時(shí)器中斷程序,、延時(shí)程序、LCD1602液晶顯示程序和電機(jī)驅(qū)動程序等幾部分,。定時(shí)中斷0用來控制洗衣進(jìn)程的時(shí)間和電機(jī)正反轉(zhuǎn),，通過外部中斷0進(jìn)行相應(yīng)功能的倒計(jì)時(shí)，在此期間,，如果停止鍵按下,，則終止進(jìn)程,，返回初始界面。延時(shí)程序用于LCD1602液晶顯示屏的寫操作的等待,。電機(jī)驅(qū)動程序用來控制相應(yīng)控制引腳的高低電平,。控制系統(tǒng)流程圖如圖4,。

　　3.2藍(lán)牙串口程序

　　在UART通信過程中,，采用LSB方式即先發(fā)送數(shù)據(jù)的低位再發(fā)送數(shù)據(jù)的高位，再使TXD為低電平并持續(xù)一段時(shí)間,，直到將8位二進(jìn)制數(shù)字全部發(fā)送完畢,，與此同時(shí)對TI和RI置1。其次,，為了手機(jī)（上位機(jī)）與洗衣機(jī)能夠正常通信必須設(shè)置兩者為相同的波特率,，因此就需要使用單片機(jī)的定時(shí)器1，利用公式：波圖5藍(lán)牙串口流程圖

　　特率=(2SMOD/32)×(T1的溢出率)［2］,，設(shè)置本系統(tǒng)波特率為9 600 b/s,；在使用串口時(shí)，當(dāng)接收到或者發(fā)送完數(shù)據(jù)后,，會對標(biāo)志位進(jìn)行置1,，但是串口中斷不會像定時(shí)器中斷自動地對標(biāo)志位進(jìn)行清0，需要軟件對標(biāo)志位進(jìn)行清0,。藍(lán)牙串口接收數(shù)據(jù)的具體流程如圖5所示,。

　　3.3矩陣鍵盤子程序

　　矩陣鍵盤由16個(gè)按鍵組成，由于單片機(jī)的引腳有限,，故將其設(shè)置成4行4列,，進(jìn)行行掃描或列掃描以減少對 IO口的使用。此外,，為避免按鍵按下時(shí)出現(xiàn)抖動,，因此需要去抖處理。按鍵掃描如圖6所示,，按鍵去抖流程圖如圖7所示,。　　

　　3.4LCD1602液晶顯示

　　LCD1602液晶［5］內(nèi)部帶有80 B的顯示RAM,，用來發(fā)送數(shù)據(jù),，它的結(jié)構(gòu)如圖8。

　　第一行地址是0X00~0X27,，第二行是0X40~0X67H,，其中第一行0X00H~0X0F是與液晶上第一行16個(gè)字符顯示位置相對應(yīng)的，第二行0X40H~0X4F是與第二行16個(gè)字符顯示位置相對應(yīng)的,。而每行多出來的一部分是為了顯示移動字幕［7］,。

　　基本操作時(shí)序：

　　讀狀態(tài)：

　　輸入：RS=L,，R/W=H，E=H;

　　輸出：D0~D7 狀態(tài)字;

　　讀數(shù)據(jù)：

　　輸入：RS=H,，R/W=H,，E=H;

　　輸出：無;

　　寫指令：

　　輸入：RS=L，R/W=L,，E=H,，D0~D7=指令碼;

　　輸出：D0~D7數(shù)據(jù);

　　寫數(shù)據(jù)：

　　輸入：RS=H，R/W=L,，E=H,，D0~D7=數(shù)據(jù)；

　　輸出：無,。

　　操作1602液晶顯示的流程如下：

　　(1)通過RS信號確定是向LCD寫數(shù)據(jù)還是寫命令,；

　　(2)讀寫模式設(shè)置（R/W）為寫模式,，即將R/W設(shè)置為低電平,；

　　(3)將數(shù)據(jù)或者命令送達(dá)數(shù)據(jù)總線上；

　　(4)給使能信號端EN一個(gè)高電平信號,，將數(shù)據(jù)送入LCD的RAM,，完成寫操作。

4實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

　　為了進(jìn)一步驗(yàn)證本文設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)簡便有效,，利用Keil編寫程序并進(jìn)行Proteus仿真,，仿真結(jié)果顯示洗衣機(jī)運(yùn)行正常、液晶顯示信息正確,。根據(jù)原理圖以及仿真圖制作硬件模擬實(shí)物,，通過Ecilpse編寫藍(lán)牙串口Android版軟件，在非開闊的環(huán)境下對不同距離的通信情況進(jìn)行測試,，通過手機(jī)藍(lán)牙串口軟件控制全自動洗衣機(jī)的運(yùn)行,，觀察能夠操作洗衣機(jī)的極限距離。

　　調(diào)試結(jié)果表明,，HC-05藍(lán)牙模塊的有效通信距離為0~25 m,，在此范圍內(nèi)手機(jī)與洗衣機(jī)通信正常。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表3所示,。該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)距離控制洗衣機(jī)的運(yùn)行狀態(tài),，功耗低，控制時(shí)間準(zhǔn)確,，操作簡便,，人性化，全自動洗衣機(jī)工作狀態(tài)清晰可見,，適合不同年齡層次的用戶使用,。Proteus仿真結(jié)果如圖9所示,。圖9進(jìn)水模式Proteus仿真結(jié)果在Proteus仿真中通過設(shè)置串口或者矩陣式鍵盤來設(shè)置洗衣機(jī)的工作參數(shù)，相比傳統(tǒng)洗衣機(jī)的獨(dú)立式按鍵更加簡便,、快捷,，只需要針對所需要設(shè)置的功能設(shè)置按鍵即可。

　　圖9是全自動洗衣機(jī)進(jìn)水狀態(tài)下的仿真結(jié)果,。對應(yīng)的LED顯示當(dāng)前正在進(jìn)行的狀態(tài),， 通過帶有背光的LCD液晶顯示屏顯示工作狀態(tài)以及剩余時(shí)間，相比傳統(tǒng)的數(shù)碼管顯示更加準(zhǔn)確清晰,。通過仿真可看出電機(jī)的轉(zhuǎn)動狀況,。紅外熱釋在黑暗的條件下感知到人經(jīng)過時(shí)就會點(diǎn)亮以輔助人的取衣操作。通過Proteus軟件仿真以及實(shí)際的硬件測試驗(yàn)證得出,，本控制系統(tǒng)相比傳統(tǒng)全自動洗衣機(jī)控制系統(tǒng),，不僅能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制運(yùn)行、人體感應(yīng)取衣操作,、操作簡單快捷,、更加人性化、智能化,，而且使用STC89C52作為控制芯片大大降低了運(yùn)行功耗和加工成本,。另外，經(jīng)過硬件測試,，在電機(jī)異常的狀態(tài)下洗衣機(jī)能夠發(fā)出相應(yīng)的警報(bào)并且將存在的問題通過LCD液晶顯示出來,，極大地降低了維護(hù)的難度。

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