洗衣機電路與單片機程序設計方案

ID:319819 · 發表于 2018-5-2 10:25

產品概述

隨著人們的生活水平的日益提高，洗衣機的使用也越來越普及，目前全國的洗衣機的年產量已超過1000萬臺。洗衣機的分類較多，根據不同的角度大致可分如下幾類：

洗衣機從不同洗衣的原理來說可分為波輪洗衣機、滾筒洗衣機、以及攪拌式洗衣機。

洗衣機從結構上又可分為：單缸和雙缸洗衣機；

洗衣機從水流方式上又可分為：瀑布水流、手搓水流、懸浮水流等；

洗衣機從電機的驅動方式上又可分為：間接驅動和直接驅動（DD型洗衣機）；

從洗衣機的電機的驅動電源的不同可分為：普通洗衣機和變頻洗衣機，其中變頻洗衣機又可分為：直流變頻洗衣機和交流變頻洗衣機；

從洗衣機的顯示方式來分有：LED燈顯示、數碼管顯示、LCD顯示、以及VFD顯示。

目前在國內波輪洗衣機占洗衣機用量的大部分，滾筒洗衣機和攪拌式洗衣機在國內很少，主要在歐美的家庭大量使用。但近幾年滾筒洗衣機洗衣機在國內的市場呈快速增長。

主要功能

波輪洗衣機主要功能完成洗衣過程中的進水、排水、洗滌、漂洗、脫水、自動跳電、故障自檢等功能。目前市場推出的健康型洗衣機還要完成消毒、殺菌功能。

滾筒洗衣機的主要功能除上面提到的波輪洗衣機的主要功能外，還有給水加熱和溫控，以及烘干衣物等功能。

產品硬件

1. 結構圖及功能劃分

2．硬件功能模塊

全自動洗衣機的電路包含220V交流負載驅動電路，IC和蜂鳴器工作用的低壓直流電路及高低壓共路的電路。電腦程控器一般由下列九部分電路組成：

單片機程控器控制中心

單片機IC是程控器的控制中心，IC的ROM中固化了預定程序，一般均采用8位微處理器（CPU）的IC，它由算術邏輯單元ALU、可掩膜程序存儲器ROM、數據存儲器RAM、輸入輸出接口以及控制計時、定時邏輯單元等組成。IC工作時，對各功能鍵進行掃描處理，根據功能鍵設置情況輸出響應的控制信號。

(2) 直流電源電路

電氣控制系統一般需兩種直流電源：+5V和+12V，其中+5V作為IC、LED顯示電路、三極管放大器驅動雙向可控硅的直流電源；+12V直流電壓供給蜂鳴電路及繼電器。

在控制器中，輸入的電源為交流220V±15%，50HZ。為提高整個控制器的抗干擾能力，一般在電源L與N之間加上一104M 275V的X2安規電容，該可有效吸收大部分外來干擾，另外為提高整個控制器的抗雷擊能力，在交流輸入側加上一個壓敏電阻，以吸收大部分因雷擊帶來的外來能量，保護整個控制器不被損壞。考慮到成本，在洗衣機控制器中的壓敏電阻一般采用10D621K。

控制器中的電源主要向繼電器、可控硅、LED燈、以及蜂鳴器等供電，負載電流較大，為有效抑制濾波后的電源的紋波，我們在穩壓片7805的輸入和輸出端各加一個電解電容，一般在7805輸入端加電容較大為1000uf/25V(如果整個控制器所驅動的負載較多時，為保證通過電壓跌落實驗需將該電容選得大一些2200uf/25V)，7805的輸出端一般加一個100uF/16V的電解電容。另外為提高整個電源部分的抗干擾能力，一般在7805的輸入和輸出端還須各加一個高頻電容（以吸收外來的各種高頻干擾信號。在洗衣機控制器的設計過程，對高頻電容的選取，一般不選用瓷片電容和獨石電容，而選用紙介電容，如滌綸電容和金屬聚脂膜電容。

洗衣機控制器整個電源部分的電路如附圖1所示。

（3）過零檢測電路

由分壓電阻及脈沖信號電路組成，將交流電過零點所產生的同步信號輸入給IC，以作為雙向可控硅過零觸發的同步觸發信號。（見附圖2）

按鍵電路

功能鍵電路是將選擇開關按一定的順序排列而組成的電路。按下不同的功能鍵時，不同的鍵掃脈沖有該鍵所在的行輸入到IC接口中，由IC判斷處理，以設定不同的功能并轉入相對應的工序，由IC的輸出端輸出控制信號。從鍵按下到接觸穩定要經過數毫秒的抖動，鍵松開時也有同樣的問題。為了解決按鍵抖動的問題，在硬件上采用了RC濾波器來克服抖動；在軟件上采用了動態掃描按鍵延時的方式來避免因鍵抖動而造成的重復鍵問題。（見附圖）

顯示電路

顯示電路一般由發光二極管（或LED、LCD組成），由IC輸出端巡回輸出顯示信號，使顯示電路發光二極管（或LED、LCD）交替發光顯示，以顯示洗衣機的運轉狀態。

發光二極管的電路一般采用的是三極管的驅動放大來使得發光二極管的亮滅。

對于LED必須采用直流電壓驅動，LED是電阻性負載，動態響應快。工作電壓為1.5-5V。（見附圖4）

對于LCD必須采用交流（方波）驅動電壓，以防止液晶材料分解失效，LCD是容性負載，動態響應慢。工作電壓為2-6V。（見附圖5）

復位電路

復位電路一端接于直流電源的三端穩壓器輸出，一端接于IC，當電源出現低電壓或電源有間斷時，穩壓輸出端的直流電壓不正常，復位電路便將IC內部存儲器清零，使IC始終處于初始狀態，以防止工作狀態混亂。

目前采用的復位電路是RC充放電電路，其中二極管D是用于電源電壓跌落時對電容上的電荷快速放電。其中電阻R最好小于40000歐姆，這樣才能確保R兩端的電壓將不超過0.2V, 以免在復位引腳上壓降過大而影響引腳上的高電平。（見附圖6）

LC振蕩電路(時鐘電路)

LC元件和IC內部電路組成的振蕩電路為LC提供了幾兆赫的時鐘信號，程控器的一切程序功能都是在時序脈沖控制下，嚴格地按指令周期完成。

報警電路

三極管、電阻和陶瓷蜂鳴片等構成報警電路，當有信號給蜂鳴片使之發聲，表示按鍵按動有效，程序執行終了以及異常運轉狀態等。（見附圖7）

負載驅動電路

以雙向可控硅為電源開關的電路。按鈕選擇開關發出操作指令給IC，IC根據指令按預定的程序向各個雙向可控硅控制極輸出控制信號，使各雙向可控硅按程序導通，電機等按程序運轉，洗衣機按程序工作。與各個觸發電路上相連的是ULN2003反向驅動放大芯片，是總控門，只有它發出信號，各個可控硅才可能導通或截止。與雙向可控硅驅動電路并聯的壓敏電阻，是用以吸收瞬間高壓，保護雙向可控硅的安全。在保護回路是一個并接在雙向可控硅陽極之間的RC網絡。可控硅的負載都是小電感負載，他們容易受到機器內外的干擾而誤動作，這樣保護回路中的小電阻R不僅不會影響對負載的控制，而且還可以起到限制電容通過雙向可控硅的放電電流，同時負載電感和電容構成了高頻濾波器，從而保證了可控硅的正常工作。（見附圖8）

目前我們公司設計洗衣機控制器中所采用的可控硅主要有：T8300-800W，T435-800W、Z0110NA、BT134-800等幾款。洗衣機控制器中所采用可控硅一般都要求耐壓為800V，而且門電流加大（大約在25mA~35mA之間），選用較大門電流的可控硅主要為提高控制器的抗干擾能力，防止在有干擾條件下可控硅誤通。

在洗衣機控制器的設計過程中，為提高抗干擾能力，一般在可控硅的門極要加上一個104的電容，在做PCB板時應盡量將該電容靠近可控硅的門極，否則將減少其效果。

可控硅的驅動在沒有采用78012時，其驅動電源盡量采用+5V電源來驅動，該方式可避免因網絡電壓的波動影響可控硅的驅動。另外，在計算可控硅的門極電流時，將其電流值靠近該可控硅的最大門極電流，這樣可避免在低溫條件下可控硅的導通情況。