基于FPGA的洗衣机控制系统的设计与实现

　　随着时代的发展，洗衣机已成为人们日常生活中的必需品。目前全自动单筒、滚筒洗衣机已日渐盛行，但其结构复杂，日常维修和购买时成本偏高，所以结构简单、价格实惠的双缸洗衣机依然受到普通大众的欢迎。从市场反馈的情况发现，双缸洗衣机的控制电路因为采用了传统机械式的转钮，所以发生故障的概率很高，且一直以来都未找到合适的问题解决办法。随着芯片制造工艺的发展和成本的进一步降低，可编程门阵列以其具有体系结构和逻辑单元灵活、集成度高以及适用范嗣宽等特点，在大规模数据计算、嵌入式处理、通信、家用电器智能控制等方面都被广泛使用。为了改善家用双缸洗衣机机械控制系统，本文充分利用FPGA的特点，用其作为洗衣机控制系统的核心，配置电路和控制逻辑的设计是该系统的重要组成部分，该控制系统很好的解决了洗衣机机械式控制的问题，实现了洗衣机的正常工作。

　　1 系统控制逻辑设计

　　传统双缸洗衣机洗涤模式分为强洗、轻柔、标准3种。根据传统洗衣机的洗涤模式，文中分别设计了3种洗涤模式的控制逻辑。强洗时：洗涤电机以1 200 r／min的转速正向连续工作5 s，之后暂停工作2 s；然后电机以相同的转速反向连续工作5 s，后暂停2 s，如此循环控制电机，直到洗涤定时结束。标准和轻柔洗时：其逻辑控制过程和强洗相同，不同的是电机分别以1 000r／min和800r／min的转速连续工作。洗涤时间通过控制面板的时间增减按键设置。控制系统的默认值为标准模式洗涤，洗涤时间为10 min。可通过模式选择按键和洗涤时间设置按键选择自己想要的洗涤模式和时间，当一次洗涤结束，系统自动返回默认状态。洗涤过程由启／停键控制。洗涤的定时误差小于0．2s。

　　2 控制系统总体设计

　　系统主要由FPGA主控芯片、模式选择控制、中断控制、排水电磁阀控制、定时器输入控制、声光报警电路、洗涤电机和整个系统的供电电路组成。如图1所示。

　

图1 控制系统总体框图　

　　2．1 FPGA芯片选择

　　在FPGA的应用过程中，首先就是要对FPGA芯片进行选型，根据具体应用选择合适的FPGA芯片对于下一步的开发以及功能实现有着重要的意义。我们根据前面平台的总体设计，可以得出对芯片的基本要求如下：1）成本低；2）需要最少4路PWM波形输出：3）需要较高的12 V转化为3．3 V的实时芯片；4）要有较高的处理速度；5）I／O接口要多。

　　综合考虑以上条件，采用Altera公司生产的CycloneII系列FPGA中的EP2C35F672C6型号基本满足要求。它具有出色的运算速度、低成本且带有DSP模块、超大的内部存储器、多通道PWM的输出、灵活的设计和多种语言的综合运用。其优势突出，性价比较高。