基于R5F212K单片机的洗衣机控制系统实例分析

摘  要：以实际工程设计为载体，通过教学化处理应用实例，激发学生对智能家电课程的学习兴趣和主观能动性，提升学院学生综合技能为目标，探讨了一种基于R5F212K单片机控制的洗衣机控制系统，通过剖析其电控系统构成、分析模块电路功能、反绘原理图，培养学生的电路设计能力和创新意识。并总结了多个典型的维修实例来供技术人员参考，以提高整机检修效率。

关键词：R5F212K单片机;开关电源;串激式电机;故障检修

中图分类号：TP368.1    文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2020）09-0033-04

An Example Analysis of Washing Machine Control System

Based on R5F212K Single Chip Microcomputer

LU Zhonghua

（Zhongshan Technician College，Zhongshan  528429，China）

Abstract：Taking the practical engineering design as the carrier，through the example of teaching processing application，to stimulate the studentsinterest and initiative in learning the course of intelligent home appliances，and to improve the comprehensive skills of college students as the goal，this paper discusses a kind of washing machine control system based on R5F212K single-chip microcomputer control，through analyzing the composition of its electronic control system，analyzing the circuit function of the module，drawing the schematic diagram，and cultivating the studentselectricity Road design ability and innovation awareness. Several typical maintenance examples are summarized for the reference of technicians to improve the efficiency of the whole machine maintenance.

Keywords：R5F212K single chip microcomputer;switching power supply;series motor;trouble shooting

0  引  言

中山市技師学院作为培养高技能人才的主阵地，针对满足企业用人需求、从实际工程应用角度进行教学化处理、更好地衔接专业教学，提高学生专业学习的主观能动性进行了深入的探讨。本文以日用电器海尔旗下一款型号为XQG50-807的滚筒洗衣机为例，以解决工程应用中的实际问题为目标，透过故障现象，分析电控系统功能实现方式。该产品控制电路是以瑞萨R8C系列单片机R5F212K4为控制核心[1]，线路板双面走线，且使用了大量的贴片元件，线路、器件比较密集，控制线路比较复杂。

1  电控系统框图

电控系统框图，如图1所示，电源输入部分接了电抗器（滤波器），起到滤波、抗干扰作用，以提高AC220 V电源的质量。门锁内部安装了一颗PTC和双金属触点，起到延时闭合和断开触头的功能。另外，主洗电磁阀、预洗电磁阀和排水泵的供电都是受门锁开关的控制。水位开关用于检测水位，控制洗涤和脱水。发热丝能实现加热水温洗涤，提高洁净度，水温由水温传感器控制。该洗衣机由串激式电机，由定子线圈、转子线圈、电刷和速度传感器组成，通过控制程序能实现正反转洗涤和高速甩干功能。

2  电源模块电路

2.1  工作原理

电源电路原理图如图2所示[2]。AC220 V电源经过电路板“细线”替代的保险丝FU1后并接了压敏电阻，用于防止瞬间的高电压进入电路板损坏、烧毁器件，之后火线串接了20/2 W的限流电阻，连接到由四颗二极管组成的整流桥，整流输出的直流电经E1电解电容滤波后经开关变压器的1、3脚后直接加到TNY276开关管模块IC8的4脚，其间由R74、R75、D4等组成尖峰脉冲吸收电路，防止开关管“通/断”期间反峰电压击穿开关管。当开关电源[3]工作时，从开关变压器次级8脚输出经D6二极管整流滤波后的直流电并接了稳压管DZ2，确保输出电压的稳定，同时还串接了稳压取样电路中的DZ1稳压管，如果输出电压高IC9，817光耦初级电流变大，发光变强，那么次级导通变强，用于调整、减弱TNY276模块内的开关管的导通频率，从而间接控制、降低与稳定输出电压。输出+12 V的电压供继电器等使用以及经过CW7805三端稳压块后输出+5 V电压供MCU等使用。当输出电压偏低的分析方法雷同，此处不再赘述。

2.2  常见故障检修

一台XQG50-807滚筒洗衣机，上电后指示灯不亮，整机无反应。

故障分析与检修：测量用户家的AC220 V正常，打开洗衣机顶盖，没有发现线路破损的现象。测量滤波器，输入与输出电压均有AC220 V，初步估计问题应该在电控板。

卸下电控板，通入AC220 V电压，使用万用表测量全波整流输出有DC311 V，但是测量开关变压器次级D6二极管阴极电压为0 V，估计次级负载短路所致。

断电后，测量次级D6输出直流电阻为0 Ω，故障范围肯定在D6或之后的电路器件，当万用表检测到12 V稳压管DZ2时，发现该开关管已击穿损坏，导致次级输出短路。

更换新的12 V稳压管IN4742后，故障修复，通电指示灯工作，上电瞬间蜂鸣器工作，机子恢复正常。

3  门锁及发热丝模块

3.1  工作原理

当机子上电时，L、N经电源滤波器EMI后，火线并接门锁PTC、触点的一端后直接加到发热丝继电器开关JK1的一端;零线端一路接主板的开关电源，另一路接到继电器JK2触点的一端。当按压电源键主板得电工作时，指示灯点亮，MCU的29脚送出高电平到IC6，ULN2003反相器的3脚，从14脚输出低电平，使JK2继电器线圈两端有12 V的电压，继电器工作，触头闭合，门锁内部的PTC有AC220 V电压，双金属片发热变形延时1～3 min后，门锁开关6 A触头闭合，送电到进水、排水线圈一端。

当需要温水洗涤时，MCU的25脚输出高电平送到ULN2003的7脚，从10脚输出低电平，从而使JK1继电器线圈两端有12 V的电压，继电器工作，17 A触头闭合，送电到发热丝对水温加热。

3.2  常见故障检修

一台XQG50-807滚筒洗衣机，不能进行温水洗涤。

故障分析与检修：上门检查，调整程序选择旋钮至任意一个温水洗涤的功能时，都不能对水进行加热，实现温水洗涤。初步判断发热丝烧毁，断电后测量发热丝阻值30 Ω正常。再次调至温水洗涤的功能，进水阀进水完毕，测量发热丝两端接线柱没有AC220 V电压，顺着线路找到继电器JK1，其线圈两端有12 V电压，继电器的触头未闭合，问题已查出，是继电器故障所致。

近几年本人陆续接修了好几台继电器触头损坏导致发热丝不工作的机子，更换质量更好的欧姆龙品牌20 A继电器后故障排除。

4  水阀控制模块

4.1  工作原理

当启动洗衣机工作时，门锁开关闭合，给进、排水阀等供电。选择程序旋钮功能，启动洗衣机洗涤功能，如果未达到设定水位时，水位开关常闭触点闭合，MCU30脚输出低电平，经IC6，ULN2003反相器2脚入，从15脚输出高电平，启动瞬间MCU检测过零信号[4]，产生一个上升沿的触发脉冲，这时双向可控硅TR2的T2、T1极导通，主洗进水电磁阀线圈得电，滚筒洗衣机开始进水。

排、脱水时，当水位开关检测桶内压力低（无水时），水位开关触点闭合，MCU32脚输出低电平接到ULN2003反相器的1脚，从16脚输出高电平，启动瞬间MCU检测过零信号，产生一个上升沿的触发脉冲，通过R54电阻后加至双向可控硅的控制脚，TR1的T2、T1极导通，排水泵的线圈有AC220 V，进行排水工作。

4.2  常见故障检修

一台XQG50-807滚筒洗衣机，插上电源插头后，洗衣机的进水阀不受控制马上进水。

故障分析与检修：上门检查，为洗衣机接通电源，机子进水电磁阀不受控制，马上工作，开始判断为进水阀线路短路，细查后未发现问题。顺着线路查到电控板的CN3线排插头的第三根红色线，查看该线接的是电路板的TR2贴片双向可控硅，断电后使用万用表测量其T2、T1极阻值已经为0 Ω，说明击穿导通损坏。

检测其周边的器件正常，若没有现成的贴片可控硅，则可以使用1 A以上分立双向可控硅代替，安装时注意位置与高度或在板子反面使用硅胶固定安装器件，并通过引线连接线路与可控硅，故障排除。

接通电源前注意测量是否负载（进水阀线圈）短路。如果负载短路，严禁通电试机，否则会导致新更换的可控硅再次击穿短路。

同理，排水泵可控硅击穿、炸裂的概率也比较大，维修过程中必须查清楚短路源后才可再次通电。

5  电源启动与程序选择控制电路原理

电源启動原理：当按下电源启动按钮，+5 V供电通过R72限流后，送高电平到MCU17脚，MCU17脚接收到高电平，启动开机程序（对于突然断电，主板具有掉电记忆功能）[5]。

程序选择原理：机子上电开机后，如果调节程序选择旋钮（脉冲电位器），该脉冲电位器，每旋调一次，就产生一个脉冲信号，与MCU内部的程序中的时序比较，以确定选定的功能。

6  按键指示控制电路原理

按下电源开关后，调节程序选择按钮或按下速度、强力去污、启动/暂停键，在对应面板上都会有相应指示灯显示，说明用户已选择该功能。每按下任意按钮MCU就会在14脚送出串行数据到IC3、IC4（74HC595），经移位、寄存传输后分别从IC4的1、2、3脚送出驱动控制的高电平，对应N2-N4贴片三极管工作，通过IC3片选芯片后，从对应的引脚送出高电平+5 V到各路受控的发光二极管，发光二极管的阴极通过N2-N4控制接地，点亮控制面板对应已选择功能的二极管。

7  串激式电机模块

7.1  串激式电机控制电路工作原理

串激式电机控制原理图如图3所示。当电机洗涤正转时，从MCU的26脚输出低电平（或高电平）送到IC6，ULN2003的6脚，经反向后从11脚输出高电平（或低电平），启动瞬间MCU检测过零信号，产生一个上升沿的触发脉冲，其转速是受到可控硅控制脚的脉宽调制信号（PWM）实现调速。接R61电阻后直接连至双向可控硅的控制脚，可控硅触发导通，此时电源L（火线）经电刷、转子、电刷后接到继电器控制线路，JK4继电器得电，触头1-2断开，1-3接通，电流从定子绕组1端流入，2端流出，经继电器JK5的2-1触头后，接入继电器JK3，JK3同时得电，触头1-2断开，1-3接通，电流进入可控硅的T2极，由于此时可控硅TR4已触发导通工作，T2与T1极导通接至电源零线（N），所以电机得电正转。

当电机洗涤反转时，从MCU的26脚输出高电平（或低电平）送到IC6，ULN2003的6脚，经反向后从11脚输出低电平（高电平），启动瞬间MCU检测过零信号，产生一个上升沿的触发脉冲，其转速是受到可控硅控制脚的脉宽调制信号（PWM）实现调速。接R61电阻后直接连接双向可控硅的控制脚，可控硅触发导通，此时电源L（火线）经电刷、转子、电刷后接到继电器控制线路，电流流经JK3继电器的2-1触头后进入JK5继电器的1-2脚，电流从定子绕组的2端流入，1端流出后接到JK4继电器的1-2端，再接到可控硅TR4的T2极，此时由于可控硅处于导通的工作状态，T1极直接接到零线N端，电机得电反转。

7.2  常见故障检修

一台XQG50-807滚筒洗衣机，关好门未按启动按钮，机子就自动单向连续运转。

故障分析与检修：上门检查，发现机子只要关好洗衣机门，无需按壓任何按钮就会自动单向连续运转。查遍继电器，未见异常，电机正常，线路无短路、碰线的现象，当使用万用表测量可控硅TR4时，发现T1、T2极已经击穿短路，如图3所示。此时只要已关好门，门锁触头闭合送电，L和N分别接到定子绕组两端，电机得电运转。

更换TR4，BTA416Y故障排除，维修时只要更换的双向可控硅电流大于16 A/800 V即可替换。

8  结  论

对基于R5F212K单片机的洗衣机电控系统作实例分析，总结了其典型故障的排除办法，将单片机控制器程序在系统模块中的控制方式具体化、形象化，希望能够为技术人员更全面、快速的诊断、维护产品提供参考。

参考文献：

[1] Renesas Electronics.R8C/2K，R8C/2L Group Hardware Manual. [EB/OL]（2007-12-21）.https：//www.renesas.com/us/en/doc/products/mpumcu/001/rej09b0406_r8c2k2lhm.pdf？key=de54e19af589cacfd93e812944278e8c.

[2] 陈学平.Altium Designer10.0电路设计实用教程 [M].北京：清华大学出版社，2013.

[3] 孙立群.家电维修完全掌握丛书：洗衣机维修技能完全掌握 [M].北京：化学工业出版社，2013.

[4] 张亚飞.过零检测信号在全自动洗衣机控制器中的应用 [J].日用电器，2013（9）：42-45.

[5] 韩雪涛.新型洗衣机维修技能速练速通 [M].北京：机械工业出版社，2012.

作者简介：卢中华（1983.08—），男，汉族，湖北武汉人，讲师，本科，主要研究方向：智能家电、单片机、电子CAD等。