李伟伟，张俊杰，钟静杰
（河南理工大学 电气工程与自动化学院，河南 焦作 454000）
摘 要： 洗衣机已成为居民日常生活中不可缺少的电器设备，但是目前的洗衣机大多采用脱水定时旋钮来进行衣物的脱水控制，用户往往靠经验设定脱水时间，既不方便又浪费电能。自动离心脱水装置以STC12C5A60S2单片机为控制核心，在离心脱水桶的排水管道内安装水流量传感器，利用其检测单位时间内脱水的水量大小，从而检测衣物的排水程度。当单位时间内的排水量低于单片机设定的阈值时，通过继电器控制电机停止工作并用蜂鸣器报警通知用户。该方案不仅有效避免了人为设定脱水时间过长的问题，而且有助于节约电能。
关键词： 单片机；自动离心脱水；流量传感器；继电器
0 引言
洗衣机作为一种家用电器已走进千家万户，但是目前的洗衣机在脱水装置方面仍然存在不少问题，凭经验设定脱水时间导致了电能的浪费。基于51单片机的自动离心脱水装置[1]通过水流量传感器实时检测衣物单位时间内的脱水量，从而实现了自动化脱水。该方案有效改善了洗衣机的脱水功能，使洗衣机更加人性化、智能化的同时，还节约了电能，符合国家提倡的节能减排方针。
1 系统方案设计
当洗衣机通电后，主控模块同时启动，通过编程进入掉电模式。当脱水按键按下后，触发外部中断，退出掉电模式，开始正常工作。水流量传感器对脱水量进行实时检测，并将数据传送给主控模块。当水流量小于单片机所设定的阈值时，单片机通过继电器模块断开电机电源，使其停止工作，同时控制蜂鸣器报警通知用户。总体的硬件电路框图如图1所示。
1.1 单片机芯片的选择
本方案采用STC12C5A60S2为主控芯片[2]。STC12C5A60S2是STC生产的单时钟/机器周期（1T）的单片机，是高速、功耗低、超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051，但速度快8~12倍。其具有功耗低、功能强、价格低廉、运算速度快、抗干扰能力强、可靠性高等许多优点。
1.2 继电器模块
继电器[3]是一种电子控制器件，通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。
在本系统中，其主要用于控制电机的工作状态。单片机输出信号控制继电器断开或闭合，从而控制电机回路的导通或者断开，实现对电机运行与否的控制。同时，为了防止倒流，电路中加入了光电耦合器4N25，对输入、输出电信号进行隔离。继电器模块原理图如图2所示。
1.3 启动按键
本脱水装置的启动按键仅仅占用一个I/O口，单片机通过检测输入的电平状态可以很容易地判断按键是否被按下。
1.4 水流量传感器
水流量传感器[4]是一种利用霍尔效应来测量磁性物理量的元件。在霍尔元件的正极串入负载电阻，同时通上5 V的直流电压并使电流方向与磁场方向正交。当水通过涡轮开关壳推动磁性转子转动时，产生不同磁极的旋转磁场，切割磁感应线，产生高低脉冲电平。霍尔元件的输出脉冲信号频率与磁性转子的转速成正比，转子的转速又与水流量成正比。因此控制器可通过水流量传感器的反馈信号判断水流量的值。
1.5 蜂鸣器模块
蜂鸣器采用价格便宜的三极管驱动。低电平触发蜂鸣器发声。当主控模块检测到单位时间脱水流量小于设定的阈值时驱动蜂鸣器报警，通知用户尽快来取衣物。其原理图如图3。
1.6 电源模块
单片机和继电器需要5 V供电，为了使产品机构更简单，使用更方便，本设计直接利用接到插座里的市电，通过开关电源将市电转化为5 V的直流电。开关电源具有体积小、效率高、输出电压稳定、输出功率大等优点。电源模块原理图如图4。
2 系统软件设计
主控模块通过计数水流量传感器在每秒钟发出的脉冲数，来实现对流量的计算。并且由定时器提供时间的参考。当单位时间内水流量低于设定阈值时，将继电器断开，使电机停止工作。
整个系统的软件设计流程图如图5。
最终的主函数部分程序如下[5-6]：
#include<stc12c5.h>
#define uchar unsigned char
sbit BEEP=P3^1；//蜂鸣器
sbit RELAY=P3^0；//继电器
sbit START=P3^3；//启动按键
uchar n，num=0；
void init（）；
/*主函数*/
int main（）
{
EA=1；//开总中断
EX0=1；//开外部中断0
PCON=0X02；//开机进入掉电模式
init（）；
RELAY=0；
if（num==20）
{
EA=0；
num=0；
n=TH0*256+TL0；
if（n<=5）
{
BEEP=0；
RELAY=1；
}
}
init（）；
return 0；
}
void init（）
{
TMOD=0x15；//设置定时/计数方式
TH0=0；//计数初值
TH1=0；
TH1=（65536-50000）/256；//定时初值
TL1=（65536-50000）%256；
EA=1；//开总中断
IT0=1；//INT0边沿触发
ET0=1；//开定时器/计数器0中断允许
ET1=1；//开定时器/计数器1中断允许
TR0=1；//启动计数器
TR1=1；//启动定时器
}
void start（）interrupt 0
{
PCON=0X00；//退出掉电模式
}
void time（） interrupt 3
{
TH1=（65536-50000）/256；//重装初值
TL1=（65536-50000）%256；
num++；
}
3 结论
本文提出了一种基于51单片机的离心脱水装置，能实时、准确地监控和检测离心脱水桶排水管道内的水流量大小，当水流量小于设定阈值时自动断电，使电机停止运行，从而大大减少了电能的浪费。本装置一方面可以减少用户的用电费用，另一方面也积极响应了国家“节能减排”的号召。
参考文献
[1] 叶小舟.洗衣机离心脱水装置设计[J].家用电器科技，2001（8）：68-70.
[2] 李华.MCS-51系列单片机实用接口技术[M].北京：北京航空航天大学出版社，1993.
[3] 刘军凯，蒲乃科.如何保证和提高电磁继电器的使用可靠性[J].现代电子技术，2009，32（7）：174-176，180.
[4] 陈吉圣，莫德举，陈晓铭，等.基于节流原理的新型流量传感器的特性分析[J].自动化仪表，2007，28（4）：5-8.
[5] 谭浩强.C语言程序设计（第三版）[M].北京：清华大学出版社，2005.
[6] 郭天祥.新概念51单片机C语言教程——入门、提高、开发、拓展全攻略[M].北京：电子工业出版社，2009.