1 引言

洗衣机是一种在家庭中不可缺少的家用电器，发展非常快，全自动式洗衣机因使用方便得到大家的青睐，全自动即进水、洗涤、漂洗、摔干等一系列过程自动完成，控制器通常设有几种洗涤程序，对不同的衣物可供用户选择。变频控制依其高性能、节能等优点在洗衣机的控制中得到广泛应用，下面介绍采用凌阳科技公司的SPMC75F2413A和SPCE061A单片机来设计的直流变频洗衣机的控制系统。

2 系统总体方案介绍

整个系统主要由两部分组成：由SPMC75F2413A控制的DMC控制板和由SPCE061A控制的PANEL板，两者之间的连接系统方块图如图2.1所示。

图2.1 变频洗衣机系统组成框图

PANEL控制器采用16 位SPCE061A控制器，主要完成的功能有：按键扫瞄、状态显示与通讯。洗衣机的控制通过按键输入来选择操作模式，并可设定选择水量、预约时间，详细设定洗衣、洗净及脱水的参数;电源按键钮为起始与驱动控制电路板的连接，起动或暂停键为运转洗衣机或暂停。运转过程中的剩余时间透过7 段显示器来显示。

DMC 控制器采用16 位SPMC75F2413A 单芯片控制器，主要完成的功能有：侦测马达转子的位置讯号，以120 度方波驱动PWM 方式驱动直流无刷马达。

3 系统硬件设计

系统控制包括DMC控制板和PANEL控制板两部分，下面主要介绍DMC控制板硬件设计。

3.1 电源电路

图3.1为EMI 电源滤波器与单相全桥整流器电路，AC 电源输入接头为CON1，电压为220VAC，电源输入端通过突波吸收器ZNR3以避免过大的电压突波损坏器件，C8 与C12 的Y2 电容串联后连接至接地点，通常也可以连接至机壳。透过全桥整流器DB1整流、C13 滤波后可得到输出直流电压。

图3.1 EMI 电源滤波器

3.4 水位检测电路

图3.5为洗衣机的水位检测电路，CON4连接水位传感器，水压大小产生LC 震荡，压力越小则频率越大，反之亦然。当接近零水位时，输出频率约在27.8KHz。此频率通过F/V 转换电路，转换为模拟电压输入至芯片内ADC 模块来计算水位高低。

F/V 转换电路由IC7所产生，电路组件R33 与C36 形成输入端高通滤波器以滤除直流电压，输出电压大小由R30、C33 与输入频率决定，电压计算式为: Vo = R30 x C33 x Vcc x Fin;其中Vcc 为+5V、Fin 为输入频率。

图3.5 水位检测电路

4 系统软件设计

变频洗衣机控制器主要以双MCU 设计，两控制器通过串行通讯交换讯息与系统控制，设定SPCE061A 面板控制器为主机，SPMC75F2413A 马达驱动控制器为从机。主机负责整个传输的过程;从机端负责接收主机端传送的命令并执行，且需响应相对应的ACK 讯号给主机，相对地。当使用者在面板控制器上下达对应的运转命令后，从机负责执行，当有异常状况发生时，从机实时回报或直接能够由主机检知，利用显示电路通知使用者。

因此本系统的软件开发包括针对马达驱动、通讯格式与通讯状态机切换、洗衣机状态机切换、按键扫瞄与状态显示等程序为主;以下将针对DMC 控制器与PANEL 控制器重要的程序给予说明。

4.1 直流无刷马达驱动程序

在DMC 控制器主要负责直流变频马达驱动，可区分为两大部分：内回路的电压控制与外回路的速度控制。内回路电压控制系针对侦测到的马达转子位置(由霍尔组件读取得到)，由于马达转子为永久磁石结构，因此由微控制器所输出的电压讯号需对应于所读取到的霍尔组件讯号，在实际的设计例中是以定时器Timer3 产生4000Hz 的固定周期的中断时间，在每次中断程序中会对霍尔组件输入接口作读取的动作，并输出相应的电压H/L与PWM 讯号，此程序以有限状态机实现，共区分3 个状态为PHSIDLE、PHSHOLD 与PHSRUN，在PHSIDLE 主要工作在禁能DMC 驱动器并对调控参数进行初始化，PHSHOLD 状态在保证产生自举电压，而PHSRUN 则是真正产生120 度方波讯号，详细程序流程可参考如图4.1 所示。