基于 STM32 的智能洗衣机控制系统设计与实现

引言

随着智能家居的普及，传统洗衣机正逐步向 “智能化、自动化、节能化” 升级。STM32 系列微控制器凭借其高性能、低功耗、丰富外设（ADC、PWM、GPIO 等）的优势，成为智能家电控制的核心选择。本文以STM32F103C8T6为控制核心，设计一套集 “自动进水、水位检测、温度控制、智能洗涤 / 脱水、状态显示、故障报警” 于一体的智能洗衣机控制系统，详细阐述硬件选型、接线设计、软件流程及代码实现。

一、硬件系统设计

硬件设计是系统运行的基础，需围绕 “功能需求 - 模块选型 - 引脚接线” 逻辑展开，确保各模块与 STM32 稳定通信，满足洗衣机核心功能。

1.1 核心芯片选型：STM32F103C8T6

选择 STM32F103C8T6 作为主控芯片，理由如下：

• 性能充足：基于 ARM Cortex-M3 内核，最高主频 72MHz，支持 12 位 ADC（水位 / 温度检测）、多通道 PWM（电机转速控制）、I2C/SPI（显示模块通信），满足洗衣机多任务控制需求；
• 资源匹配：64KB Flash（存储程序）、20KB RAM（运行数据），无需扩展存储；
• 性价比高：LQFP48 封装（48 引脚），引脚资源丰富且成本低，适合家电量产场景；
• 开发便捷：支持 Keil MDK、STM32CubeIDE 等开发环境，配套标准库 / HAL 库，资料丰富。

1.2 功能模块选型

根据智能洗衣机的核心功能（进水、洗涤、脱水、检测、显示、交互），选型如下表：

功能需求	模块型号	选型理由
进水控制	12V 直流电磁阀	通断控制自来水进水，响应速度快（<0.5s），适配家庭 220V 转 12V 电源
排水控制	12V 直流排水泵	强制排水，避免积水，与电磁阀共用 12V 电源，控制逻辑简单（高低电平触发）
洗涤 / 脱水电机	12V 直流电机 + L298N	L298N 为双 H 桥驱动芯片，支持电机正反转（洗涤正反转）、PWM 调速（脱水转速），兼容 3.3V 控制信号
水位检测	HW-03 水位传感器	模拟量输出（0-5V），通过 ADC 采集水位高度，检测范围 0-10cm（适配洗衣机内桶），成本低
温度检测	DS18B20	单总线数字传感器，测量范围 - 55℃~125℃，精度 ±0.5℃，无需 ADC，直接与 GPIO 通信
状态显示	OLED12864（I2C）	128*64 分辨率，支持显示水位、温度、洗涤模式、剩余时间，I2C 通信仅需 2 根线，节省引脚
人机交互	4 路独立按键	实现 “电源 / 启动、模式选择（标准 / 快速 / 轻柔）、水位设定、温度设定” 功能
故障报警	有源蜂鸣器	3.3V 驱动，高低电平触发，用于进水超时、温度过高、电机故障等异常提醒

1.3 硬件接线设计

需注意 STM32 为 3.3V 电平，部分模块（如 HW-03 水位传感器输出 0-5V）需分压处理，避免损坏芯片。接线采用 “功能模块 - STM32 引脚 - 备注” 表格清晰呈现，供电部分：STM32 用 5V USB 供电（经板载 LDO 转 3.3V），电机 / 电磁阀 / 排水泵用 12V 独立电源供电。

功能模块	模块引脚	STM32 引脚	备注（电平 / 功能）
水位传感器（HW-03）	VCC	5V	模块供电
	GND	GND	共地
	AO（模拟输出）	PA0	需串联 2 个 10KΩ 电阻分压（5V→2.5V）
温度传感器（DS18B20）	VCC	3.3V	模块供电
	GND	GND	共地
	DQ（数据）	PB0	需串联 4.7KΩ 上拉电阻
电机驱动（L298N）	ENA（使能）	PB1	PWM 输出（控制电机转速）
	IN1（方向 1）	PB2	GPIO 输出（高 / 低电平控制转向）
	IN2（方向 2）	PB3	GPIO 输出（高 / 低电平控制转向）
	GND	GND	与 STM32 共地，与 12V 电源共地
电磁阀	控制端	PB4	GPIO 输出（高电平打开，低电平关闭）
排水泵	控制端	PB5	GPIO 输出（高电平启动，低电平停止）
OLED12864（I2C）	SDA（数据）	PB6	I2C_SDA，需串联 1KΩ 上拉电阻
	SCL（时钟）	PB7	I2C_SCL，需串联 1KΩ 上拉电阻
	VCC	3.3V	模块供电
	GND	GND	共地
独立按键（4 路）	按键 1（电源 / 启动）	PC0	下拉输入（按下为高电平）
	按键 2（模式选择）	PC1	下拉输入（按下为高电平）
	按键 3（水位设定）	PC2	下拉输入（按下为高电平）
	按键 4（温度设定）	PC3	下拉输入（按下为高电平）
蜂鸣器