陈玉

（广州市公用事业高级技工学校，广东广州，510100）

0 引言

在这21世纪智能化时代，随着工业4.0的轮廓逐渐清晰，人们的生活已经离不开科技的发展，而电脑、电视、手机、空调、洗衣机等智能家居是不可或缺的。学校的宿舍场所从安全使用用电器角度，命令禁止在宿舍使用大功率的用电设备。一般情况下，集体宿舍住宿人员为4-8人。现代学生们都使用洗衣机清洁衣物，然而，目前市场上集体宿舍用的洗衣机是小功率超声波洗衣机和大功率的波轮式洗衣机。小功率的洗衣机洗不干净衣服，大功率的电流过大有安全隐患。小功率宿舍微洗衣机采用小功率单片机和L298组合完成对三台直流电机的控制，达到小电流、安全、洗衣效果好的目标。

1 系统组成与工作过程

鉴于以上原因，为避免宿舍安全用电及提供学生洗衣便利，笔者利用综合使用所学的单片机技术、传感器技术、数模转换等技术知识，设计了“小功率宿舍微洗衣机机”，功能如下：

■1.1 功能设计

（1）该洗衣机是面向宿舍学生，每次清洗一个人量的衣物。具有双模式切换的微型洗衣机，有快速模式与普通模式：

快速模式：按下电源按钮，将中间的模式切换按钮切换为绿色，然后按下启动。（快速模式为15分钟）

普通模式：按下电源按钮。将中间的模式切换按钮切换为红色，然后按下启动。（普通模式为20分钟）

（2）启动洗衣机后，洗衣机注水，直到水位监测传感器检测到已达到水位线，关闭进水阀门；

（3）然后，旋转电动机震动，清洁衣物；

（4）暂停震动电动机，让洗衣机排水并重新注入水并换水；

（5）重复震动3次、暂停2次后，洗衣机的排水电动机工作，开始排水，直至水位检测传感器断开，关断排水电动机。

■1.2 工作流程

如图1所示。

图1 洗衣机工作流程图

■1.3 控制电路原理

电源部分采用大容量直流可充电电池，10000mA与适配器组成.使用锂材质的12V电池，标称电压：11.1V，放电电压：11.1V-12.6V常规放电电流为是0-2A ，标准持续放电电流是0.2C，最大持续放电电流是1C，工作温度（充电时）是0～45℃，工作温度（放电时）是-20～60℃。既耐用，又安全。

检测部分具有水位监测传感器，温度传感以及电池电量监控等。洗衣桶内的水位传感器，将感受到的水位信号传送到控制器，控制器内的计算机将实测的水位信号与设定信号进行比较，得出偏差，然后根据偏差的性质，向给水电动阀发出“开”“关”的指令，保证容器达到设定水位。进水程序完成后，温控部份的计算机向供给热媒的电动阀发出“开”的指令，于是系统开始对容器内的水进行加热。到设定温度时。控制器才发出关阀的命令、切断热源。

控制部分主要采用小功率单片机AT89C52和电机驱动芯片L298进行控制。

（1）电机驱动芯片L298是一款可以驱动直流电机和步进电机的电机驱动器，直流电机和步进电机都可以驱动。一片驱动芯片可同时控制两个直流减速电机做不同动作，在6V～46V的电压范围内，提供2安培的电流，并且具有过热自断和反馈检测功能。L298可对电机进行直接控制，通过I/O输入对其控制电平进行设定，就可为电机进行正转反转驱动，操作简单、稳定性好，可以满足直流电机的大电流驱动条件。可以根据实际情况选择其他类型的低功耗单片机和电机驱动芯片，具体的连接方式按照实际选择的器件决定。该芯片带着2台直流电动机—抽水泵和主轴电动机、1个电磁阀。主轴电动机主要负责衣物的正反转，防止衣服打结；而抽水泵负责洗完衣物的排水，并且与电磁阀结合工作。

（2）小功耗单片机AT89C52是一个低电压，高性能CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor，互补金属氧化物半导体）8位单片机，片内含8k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器（RAM，Random Access Memory），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元。

其中，AT89C52有40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，3个16位可编程定时计数器，2个全双工串行通信口，2个读写口线，AT89C52可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。能满足本案中对三台直流电动机的低电流电动机的要求。

本文中，9V震动电动机与单片机P1.4相连接。当水位检测传感器得电后，P1.4输出信号，从而控制震动电动机单方向震动，达到清洁衣物的作用；L298芯片的5（IN1)、7（IN2)、10（IN3)、12（IN4)脚与单片机的 P1.0、P1.1、P1.2、P1.3相连接。当震动旋转电动8分钟或10分钟清洗完毕，单片机P1.4、P1.3输出信号，L298的10、17驱动抽水泵往洗衣桶抽水。当水位监测传感器失电，入水阀门打开，再往桶里注水，完成换水过程，然后，旋转震动电机继续工作。以上过程重复2次；

（3）定时控制 快速清洗模式和普通清洗模式是通过单片机的定时器功能区分。

按钮控制双模式。

■1.4 系统模型

经过硬件制作与软件编程及结构组装，最终制作系统模型如图2所示。上端①区为洗衣机的按键和显示区。其中有3个带灯按键，分别是开始键、停止键和模式选择键。快速洗衣模式是15分钟完成，而普通洗衣模式是20分钟完成。显示区主要由1602LCD液晶组成，能够显示洗衣模式和目前洗衣次数。②区为电源安装区。12V锂电池安装于此，且锂电池内部集成了电池保护板，可防止电池的过充过放过载。③区是带扇页白色滚轴，由主轴电动机驱动，可以实现正反转（防止衣物打结）。④区的是两个拍子，由震动电动机驱动。启动洗衣完成入水后，由L298驱动的震动电动机一直拍打衣物。随着主轴电动机的推动，衣物只要经过震动电动机面前，震动电动机就会拍打衣物，达到清洗目的。PCB电路板嵌套于盒子当中，驱动外面的电机、显示等。

图2 宿舍微洗衣机模型图

经过试验，能达到各项预期设计功能，并且系统的稳定性好，满足少量洗衣要求。

■1.5 电路设计

本文综合考虑洗衣机的功能和使用场所、使用寿命和用户的购买能力，将洗衣机的电路设计图如图3所示。

图3 宿舍微洗衣机电路原理图

2 系统亮点

（1）安全环保

12V低电压锂电池进行供电，且锂电池内部集成了电池保护板，可防止电池的过充过放过载。

电机驱动使用5V、9V或12V驱动，功率低，电流小，安全性能好。

（2）制作宿舍微洗衣机的过程中，使用的元件价格便宜及数量较少，因而，本洗衣机的价格较便宜，住宿人员较能接受。

表1 元件清单图

（3）市场竞争优势强。经过市场调研，本品的价格适中，洗衣效果适中，如表2所示（宿舍微洗衣为本品）。

表2

3 结语

由于市场上有的集体宿舍小功率超声波洗衣机和大功率的波轮式洗衣机洗衣效果差或者功率过高存在安全隐患等问题。本文参考了市面上的洗衣机后，设计了一种用小功率AT89C52和L298芯片为主控单元的小功率宿舍微洗衣机。通过模式选择，让洗衣机快速执行不同时长的洗衣程序。小功率主电动机与震动电动机相互配合，深度清洁衣物。各项安全保护措施，让用户放心使用该洗衣机。