全自动洗衣机电气控制系统设计

毕业设计（论文）

题 目：

全自动洗衣机电气控制系统设计

学生姓名：

学 号： 所在学院：

专业班级：

届 别：

指导教师：

朱岷 2010010652 机械与电子工程学院 电气1003 2014届 马玲

皖西学院本科毕业设计（论文）创作诚信承诺书

1. 本人郑重承诺：所提交的毕业设计（论文），题目《 》是本人在指导教师指导下独立完成的，没有弄虚作假，没有抄袭、剽窃别人的内容；

2. 毕业设计（论文）所使用的相关资料、数据、观点等均真实可靠，文中所有引用的他人观点、材料、数据、图表均已标注说明来源；

3. 毕业设计（论文）中无抄袭、剽窃或不正当引用他人学术观点、思想和学术成果，伪造、篡改数据的情况；

4. 本人已被告知并清楚：学校对毕业设计（论文）中的抄袭、剽窃、弄虚作假等违反学术规范的行为将严肃处理，并可能导致毕业设计（论文）成绩不合格，无法正常毕业、取消学士学位资格或注销并追回已发放的毕业证书、学士学位证书等严重后果；

5. 若在省教育厅、学校组织的毕业设计（论文）检查、评比中，被发现有抄袭、剽窃、弄虚作假等违反学术规范的行为，本人愿意接受学校按有关规定给予的处理，并承担相应责任。

学生（签名）：

日期： 年 月 日

目 录

1绪论 ................................................................... 2

1.1背景意义 ........................................................... 2

1.2洗衣机发展历史 ..................................................... 2

1.3课题研究的目的与意义 .............................................. 2

1.4本课题研究的主要内容 .............................................. 3

2 全自动洗衣机控制系统总体控制方案确定 .................................... 3

2.1 总体控制方案确定 .................................................. 3

3 全自动洗衣机的基本结构 .................................................. 5

3.1 全自动洗衣机的原理和构造 .......................................... 5

3.2 洗涤脱水系统 ...................................................... 6

3.3 排水和进水系统 .................................................... 6

3.4电动机及传动系统 ................................................... 6

4 电气控制系统 ............................................................ 7

4.1 控制系统结构 ...................................................... 7

4.2 控制系统原理 ...................................................... 8

4.3 检测电路系统 ...................................................... 8

5 主要器件的选择 .......................................................... 9

5.1 电动机的选择 ...................................................... 9

5.2 可编程控制器外部设计 .............................................. 9

6 软件设计 ............................................................... 11

6.1 系统的顺序功能图设计 ............................................. 11

6.2 全自动洗衣机的控制要求 ........................................... 11

6.3 控制系统顺序功能图 ............................................... 11

6.4 控制系统的梯形图设计 ............................................. 13

6.4系统资源分布 ...................................................... 16

7总结： ................................................................. 17

参考文献： ............................................................... 18

皖西学院2014届本科毕业设计（论文）

全自动洗衣机电气控制系统设计

学生：朱岷（指导教师：马玲）

（皖西学院机械与电子工程学院） 摘要：全自动洗衣机的出现使人们的家务生活变得简单。它能够完成各个过程的功能，解放了生产力。从开始洗衣到洗衣结束后，全自动洗衣机能够自己完成这些动作，完成人们制定的目标，大大减轻了人们的劳动量。本次毕业设计，主要是选择和修改关于控制方式的方案，包括器件的选择、方案的论证还有实地监测的效果。这样才能实现洗衣机的用途，人们可以轻松使用它。通过本次毕业设计，了解并掌握全自动洗衣机的控制系统原理，加强对可编程控制器的认识。

关键词：控制，系统，转换

Fully Automatic Washing Machine Electrical Control System

Design

Student: Zhu Min(Faculty Adviser：Ma Ling)

(West Anhui University of Mechanical and Electronic Engineering)

Abstract :T he emergence of the full-automatic washing machine make people's home life easier. It can complete the function of each process, liberated the productive forces. From the beginning after washing to the laundry, fully automatic machine can finish these actions, complete the aim of people, greatly reduced the amount of labor. The graduation design, the main is to select and modify the scheme about control mode, including the selection of the device, scheme demonstration and field monitoring results. In this way can we achieve the purpose of the washing machine, people can easily use it.hrough the graduation design, understand and grasp the full-automatic washing machine control system principle, to strengthen the understanding of the programmable controller.

Keywords :c ontrol, system, transformation

全自动洗衣机电气控制系统设计

1绪论

1.1背景意义

洗衣机的发明和使用使得人们能从繁重的家务活动中解放出来，既省时又省力，由传统的普通洗衣机进一步发展成如今的全自动洗衣机，同时，洗衣机的洗涤方式也变得多种多样。可编程控制器PLC 的出现使得洗衣机摆脱了传统的人工操作，能自动完成洗涤、漂洗、脱水的转换，实现了全自动控制。

1.2 洗衣机发展历史

从古代到现今现代化社会，洗衣服一直是困扰无数人的难题，传统的手洗不仅耗时费力，而且效率不高，人们不得不把时间浪费在洗衣服上，虽然先人前辈想出无数办法改进洗衣过程，然而收效甚微。不论是冲刷还是手搓这些耗费体力的劳动往往带给人们的是辛苦和疲惫。因此在洗衣机问世以前，这项劳动一直得不到很好地改善。全自动洗衣机它不需要人们来操作漂洗、脱水和洗涤这三个过程，能够自动完成，实现状态切换。阀门用来控制其进水、排水过程，其中所用的程控器可分为两类。

第一类：程控器由电动原件组成的电动控制洗衣机. 第二类：程控器由微型计算机组成的电脑控制洗衣机。

由于随着微电子科学的研究深入和计算机的飞速发展，硬件化正逐步成为现代化自动控制系统的目标。

波轮式洗衣机由于采用了不锈钢的内筒，这样衣物在漂洗的过程中能减少磨损。由于它是同心洗，它的主轴和电动机轴是安装在一起的，使得振动减小，噪声降低。

1.3 课题研究的目的与意义

本次毕业设计要求洗衣机能自动实现过程的转换，自动控制实现硬件软化，控制方法简单、能可靠稳定运行、便于维护。

使用PLC 有许多好处：（1）能够抵抗较强信号干扰，使用让人信服（2）方便人们

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使用，控制方式灵活（3）PLC 的编程语言是梯形图语言，它比较容易学会，使用起来也很方便，而且它是直接控制过程的。不需要用户具有很强的程序设计能力，只要用户具备一定的计算机软、硬件知识即可。深受广大技术人员欢迎。PLC 作为通用可编程控制器，是面向各大生产厂家以及企业的工控设备。（4）便于维修，工作量小。（5）很轻便，消耗的功率低。

1.4 本课题研究的主要内容

本次毕业设计需要设计出稳定性高、操作便利的的全自动洗衣机电气控制系统方案，因此本系统采用可编程控制器PLC 控制。

研究的具体内容包括：

（1）详细的了解洗衣机的内部构造，控制要求以及它的发展历程。

（2）洗衣机控制系统的设计。

（3）掌握全自动洗衣机的洗涤原理和主要指标，全自动洗衣机的控制方式，程序控制全自动洗衣机原理。

2 全自动洗衣机控制系统总体控制方案确定

2.1 总体控制方案确定

2.1.1 控制系统的比较

PLC系统的特点：

1）抗干扰能力强，作为一种通用的可编程逻辑控制器，它能够应用与工业控制的各个领域并且能够在各种不同的复杂的工作环境中实现正常工作。

2）使用便利，可以根据需要改变。

3）采用梯形图语言进行编程，容易掌握，面向广大用户。

4）易于安装、调试、维修。

5)网络功能强大，采用微电子设计，体积小，重量轻。

单片机系统的特点：

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1）对工作环境要求较高，适应能力较差。

2）单片机主要采用汇编语言或者是C 语言，这些高级语言和PLC 语言相比，难以学习。

3）虽然单片机结构相对简单而且处理速度较快，但是它功能单一且只具有使用中的功能。和PLC 相比它就不能实现某些特殊功能。

2.2.2 全自动洗衣机的PLC 控制系统概述

采用可编程控制器PLC 的全自动洗衣电气控制系统机采用PLC 控制系统能够适应各种复杂的环境，满足客户多种需求，而且省时节力、可靠性高。用单片机作为全自动洗衣机电气控制系统的中心来控制洗衣机进水、漂洗、排水、脱水四个程序。但是，相比较于PLC ，单片机的控制语言和指令程序比较繁琐复杂，不太容易被掌握。而且，我们在设计全自动洗衣机电气控制系统时，必须要考虑到各种保护电路的装置，例如过压保护、过流保护、过载保护等。这样一来，毫无疑问，增加了控制系统的复杂性，并且成本相对较高。如果，洗衣机发生故障，那么可见这将大大增加维修调试的难度和费用。但是，如果利用PLC 就能克服这些困难。因为模块化的设计使得PLC 应用灵活、使用方便；易于安装、调试、维修。采用梯形图语言进行编程，容易掌握，面向广大用户。

2.2.3 PLC的设计步骤

一般PLC 控制系统的设计步骤有以下几个流程：

1）控制要求分析

2）确定输入/输出设备

3）选择合适的PLC

4）I/O点数分配

5）PLC 程序设计

6）模拟调试

7）现场联机调试

8）整理技术文件

由于这两种控制方式在在各自的结构组成和控制原理的不同导致它们存在很大的区别。所谓程序控制洗衣机就是用户在使用它时可以通过要漂洗的衣物的量，衣物布质

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的好坏和衣服的污垢的多少来选择不同的程序洗衣服。它的操作程序是由生产厂家设定的。从而达到随时随地监控衣物漂洗情况以及全自动洗衣机工作情况。因此，这种控制方式是智能全自动化控制，代表着目前自动控制的发展方向。但是由于这种洗衣机内部存在这大量的传感器以及各种控制器，所以他在制造成本上相对比较高。

3 全自动洗衣机的基本结构

3.1 全自动洗衣机的原理和构造

现在主要有三种类型的洗衣机。由于三种类型的洗衣机内部构造和原理不同，它们的优缺点大不相同。首先，波轮式洗衣机。波轮式洗衣机它的内筒是不锈钢造的，在它的底部有一个涡轮，而且洗衣机的主轴和电动机主轴是连在一起的。这样，在漂洗衣服时，涡轮能够带动水流旋转，和洗衣机内部不停接触搓洗，使得衣服得到洗涤。优点：洗涤衣物时，振动噪声很低，能够在很大程度上减轻衣物的磨损并能把衣物洗涤干净。

图1 各种类型的洗衣机结构图

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搅拌式洗衣机：它在漂洗衣物时，让搅拌器旋转使得流水不停滚动，这样衣服也就随着一起不断滚动，衣物之间摩擦去掉污垢。优点：洗净度高，衣物不会缠绕。缺点：衣物的损害大，内部结构复杂，维修不便。

滚筒式洗衣机：这种洗衣机内部安装一个可旋转的内筒，这样在工作时电动机将内筒带动使得衣物到一定高度时释放，达到摩擦去污的功能。优点：对衣服损害小，利用高温洗涤还有一定的灭菌作用。缺点：漂洗时间过长，内部结构比较繁琐。

3.2 洗涤脱水系统

1）盛水桶：它是用来存放清水和洗涤精的器件，它是由塑料注塑成型的，固定在洗衣机底部的。盛水桶底端的圆孔与离合器水封配合能够有效防止洗衣机漏水。在桶的底端设置有排水口，通过排水阀排去污水。桶壁上香柚小孔，这样可以在水或者肥皂泡过量时排出去。它的下端开有导气口利用软管和洗衣机水位控制开关相连接，以此来控制水位的高低。

2) 洗涤脱水桶：洗涤脱水桶也叫做离心桶。它的内壁上设计有许多凹槽和凸起来的梗，这样在洗涤衣物时能起到手搓摩擦的功能。在脱水桶的凹槽内设计有许多小孔，这样可以使得洗衣机的水从这些小孔排除达到脱水的目的。脱水桶的内壁上还镶嵌有回水管，它与波轮互相作用，漂洗时，洗涤精被波轮旋转泵出，从回水管上端流出，于是经过反反复复的的来回，装有平衡圈的脱水桶就能实现脱水的功能，还可以减少振动噪声。

3.3 排水和进水系统

全自动洗衣机的给排水系统通过阀门和各种水位开关能够实现对水位不停地检查，然后反馈回数据。阀门分为进水阀和出水阀进水阀能够控制洗衣机的进水开关，而排水电磁阀控制洗衣机的排水开关。通电时，阀门打开，洗衣机向外排水：断电时，阀门关闭，使得水流不出去。

3.4电动机及传动系统

一般情况下，离合器使洗衣机在工作时转速相同。但是对于大波轮洗衣机一般利用减速离合器，波轮的转速在漂洗工作时较慢，在脱水时较快。一般来说，电动机的功率

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较大以满足洗涤容量。

图2采用减速离合器的全自动洗衣机传动系统的原理图

电动机与传动带连接。当洗衣机漂洗衣物时，经过内部的行星齿轮减速，得到低转速。此时，脱水桶静止。脱水时，脱水桶和波轮通过离合器输出的高转速来运转。这样使得洗衣机的电动机及传动系统得到改善。

4 电气控制系统

4.1 控制系统结构

虽然因为洗衣机的型号差异使得他们的控制系统不大相同，但是洗衣机的电气控制系统都要有电动机、程控器、阀门以及各种传感器和开关等部件，而且它们的原理都是一样的。程控器是全自动洗衣机的的核心，洗衣机能够实现全自动化就是因为程控器的控制作用。

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4.2 控制系统原理

全自动洗衣机的电动机、阀门、开关和传感器都是用程序控制器来控制运行的，一般来说，用户通过开关选择程序后，程控器就会指挥洗衣机各个部件来完成工作。一般全自动洗衣机内部都安装有安全开关，它能实时保护洗衣机的运行过程，避免因误操作造成的损失和伤害。前者它的程序组成量大，因此可靠性高，而且能稳定工作，不受干扰。

图3全自动洗衣机控制系统原理图

PLC 在整个控制系统中起着举足若轻的作用。水位信号通过PLC 控制阀门和电动机运行。通过整个原理图我们可以看到PLC 在整个控制系统中的起着实时监控、发送指令、通过反馈系统返回的数据信息再经过PLC 进行分析处理然后下达给各个指令机构执行。

由此我们可以看到，利用可编程控制器PLC 我们就能实现洗衣机的全自动化，作为控制系统的核心，与各个指令执行模块组成了全自动洗衣机的电气控制系统。 4.3 检测电路系统

洗衣机内各种传感器组成了检测电路系统。其中，布量、布质、水温和浑浊度起主

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要决定作用。这些传感器实时将各种信息反馈给PLC, 由PLC 进行分析控制从而给其他执行机构发出指令，完成用户需要的功能。

1）水位传感器

根据所要漂洗的衣物的数量来自动设置调整用水量。 2）布质传感器

根据所要漂洗的衣物质量和衣料的好坏决定洗涤方式。 3）水温传感器

根据外界温度调节洗涤方式。 4）光电传感器

根据洗涤水的透光率，反映了脏污程度，决定洗衣程序。 5布量传感器

用来检测洗涤衣物的多少。

5 主要器件的选择

5.1 电动机的选择

一般来说，家庭用的全自动洗衣机大多数是单相电容运转式异步电动机，因为这是受到家庭电源的限制。考虑到全自动洗衣的偏心率，一般洗衣机的脱水桶直径，而且必须以最大的偏心数据来计算漂洗的衣物。由于电动机在脱水时比在漂洗时功率消耗较大，所以必须要用脱水时的功率来设置电动机功率。 5.2 可编程控制器外部设计 5.2.1 可编程控制器的选择

本次毕业设计是全自动洗衣机电气控制系统设计，我选用的是西门子公司的S7-200PLC 。它能可靠完成用户需要的功能，稳定性强，抗干扰能力强。它的编程语言对于广大用户比较简单，易于掌握和联机调试，而且它能适应各种复杂的工业环境。目前，PLC 正朝着体积更小、速度更快、功能更强、价格更低的方向发展。

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5.2.2 可编程控制器I/O口分配 5.2.3 外围接线图

图4 可编程控制器接线图

PLC 是整个电气控制系统的“灵魂”，由它来控制驱动各个执行机构来完成用户指定的目标程序。阀门、传感器、开关和电动机组成了PLC 控制系统。整个系统能实时监控洗衣机工作状态，并能及时反馈信息调整程序以达到自动化的目的。

根据实时反馈的数据，经过PLC 进行处理分析，形成新的指令下达给各个功能模块，完成用户所需要的功能。

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6 软件设计

6.1 系统的顺序功能图设计

水流在涡轮的作用下，带动衣物高速旋转与桶壁发生摩擦，反反复复，不断摔打冲刷，就像手洗一样洗净污垢。而且由于水流和衣服存在运动差，这样就会使它们发生相对摩擦，也能洗掉污垢。同时，由于在洗衣机的内筒壁上有许多凸槽，这就加大了衣服与桶壁的摩擦，使衣物能洗得更干净。 6.2 全自动洗衣机的控制要求

1）选择合适的水位开关，按下“启动”按钮； 2）洗衣机进水；

3）水满时停止进水，电动机正转； 4）正转20s 暂停； 5）暂停2s 开始反转； 6）反转20s 暂停；

7）暂停2s 后，没有达到五次的话返回； 8）暂停5s 后，没有达到五次的话排水； 9）当水位达到设定值时开始脱水； 10）脱水30s 说明完成了一次大循环； 11）当2次大循环结束，报警3s 并自动停机； 12）可按“停止”按钮达到手动停止； 13）可按“排水”按钮实现手动排水；

6.3 控制系统顺序功能图

用户在使用全自动洗衣机的时候，打开启动按钮，洗衣机开始进水直到洗衣机内的液位达到设定值就停止。暂停2秒洗衣机就开始漂洗衣服，电动机带动波轮先是正转30秒然后停止，暂停两秒后洗衣机再反转30秒。这样连续5次。经过5次洗衣正反转后，

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衣服洗好后，洗衣机开始自动排水。直到洗衣机将桶内污水全部排空后，这时，洗衣机开始自动进行脱水。

经过整个流程运行后，全自动洗衣机就能实现用户所需要的功能，能够达到自动化的目的，节省人力物力。

整个全自动洗衣机控制系统顺序功能图如下：

图5全自动洗衣机控制系统顺序功能图

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6.4 控制系统的梯形图设计

洗衣机进水程序：

LD M0.0 AND M0.1 LD T40 ANI C51 ORB LD Q0.0 ORB

OUT Q0.0 LD M0.2

ANI Q0.1 ANI Q0.2 ANI Q0.3 TON T37，+20

洗衣程序：

LD T37 LDI C50 AND T43 ORB

ANI T38 OUT Q0.2 TON T38，+200 LD T38

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TON T42，+20 LD T42 OR Q0.3 ANI T39 OUT Q0.3 TON T39，+200 LD T39 TON T43，+20

排水程序：

LD Q0.3 LD Q0.1 CTU C50，+5 LD C50 OR Q0.1 ANI I0.1 ANI I1.2

AND I0.5 OLD

OUT Q0.1

Q0.3 C50 C50 I0.1 I1.2 Q0.1

M0.3 I0.5

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脱水程序：

LD Q0.1

OR M0.4 ANI Q0.4 OUT M0.4 LD I1.2 AND M0.4 OR Q0.4 ANI T40 ANI I0.1 ORB I0.6 TON T40，+300

洗完报警程序：LD Q0.4 LD Q0.5 CTU C51，+3 LD C51 OR Q0.5 ANI T41 ANI I0.1 OUT Q0.5 TON T41，+30

Q0.1 Q0.4 M0.4

M0.4

I1.2 M0.4 T40 I0.1 Q0.4

Q0.4

CU CTU Q0.5

R +3

PV

C51 T41

I0.1

Q0.5

Q0.5

T41 +30

IN TON

PT

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6.4系统资源分布

1. 数字量输入部分

数字量输入部分我设计了11个开关按钮，它们能够实现用户所需要的各种功能，并且也满足广大用户的不同需要，可以根据不同的现实情况进行选择，达到最佳洗涤效果。全自动洗衣机不仅要能做到全自动化的目的，更要方便不同人群，不同功能选择，只有这样，才能使全自动洗衣机适应性强，可靠性高。

图6输入地址分配

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2 数字量输出部分

数字量输出部分我设计了6个不同的功能模块，使得全自动洗衣机结构更加合理，能够更好实现用户所需要的功能。

图7输出地址分配

7总结：

本次毕业设计是我大学四年所学和所得的一个总结，通过本次毕业设计我收获了很多。回首过去的这一个月，其中有甜蜜也有苦涩，刚开始拿到毕业设计任务书并没有放在心上，认为不过就是一个课题罢了。但是到最后后来我才明白，本次毕业设计能够把我大学四年所学到的所掌握的知识进行一个升华沉淀。为我们即将踏上社会最后一次教给我们一些知识。通过本次毕业设计反映的问题，会时刻提醒我在日后的学习中不断改进，不断提高。

全自动洗衣机电气控制系统设计

参考文献：

[1]王军. 《电气控制实例》. 高等教育出版社.2007 [2]谢全. 《机电系统分析》. 北京邮电大学出版社.2009 [3]赵安阳. 《电气基础实践》. 机械工业出版社.2007 [4]钱永. 《机电一体化应用》. 高等教育出版社.2008

[5]孙国璐. 《自动控制技术》. 中国科学技术大学出版社.2007 [6]李阳. 《PLC 应用与实践》. 北京邮电大学出版社.2001 [7]邹士群. 《自动化入门》. 中国电力出版社,2002 [8]吴洋. 《机电一体化》. 机械工业出版社,2007

[9]王浩之. 《全自动控制系统设计与应用》. 中国电力出版社.2001 [10]张语. 《可编程控制器入门》. 高等教育出版社,2009 [11]宋喜明. 《自动控制系统应用》. 机械工业出版社，2004

附录

致谢

本次毕业设计我做的是全自动洗衣机的电气控制系统设计，全自动洗衣机与家庭生活紧密相连，而且对我们以后走上工作岗位也是一笔不可多得的经历，经过本次毕业设计，更能用思考的眼光去看待周围一切。小到一个芯片，大到一个综合的系统都有许多值得探索学习的地方。这次毕业设计我是严格按照任务书上的流程来一步一步完成的：先是完成开题报告，接着是方案论证，然后是设计电路与调试，不断的修改总结。争取每一步每一个环节都要做到认真仔细，把我的理论知识结合到实践设计当中来。

在拿到毕业设计任务书后，我首先要做的是设计方案，并且要对方案进行论证。根据自己所掌握的知识，并在老师的帮助下慢慢修改，然后决定一个最完美的方案。本次毕业设计我利用PLC 来模拟仿真全自动洗衣机的电气控制系统，在研究老师给我的资料后，然后上网查阅资料，慢慢解决问题，达到要求的效果。

接下来就是设计电路与调试，这其中我遇到了很多困难，由于对PLC 认识不足，对它的控制语言和梯形图程序掌握不好，以及在上机调试的时候得不到效果。这就暴露了我在日常学习中不够仔细，不够深入，对知识理解的不够，所以导致遇到了很多困难无法解决。不过最后在老师的帮助下我慢慢找到问题，并解决问题。

这次毕业设计我收获很多：

首先，要有持之以很的毅力，一个多月的时间全身心投入到本次毕业设计当中去，心无旁骛，一步一步脚踏实地慢慢前进。过程虽然很辛苦，但是你收获的会更多。

接着，要学会学习，向老师学习，向同学学习。在这里我要感谢马玲老师对我的指导，让我受益匪浅；还有那些帮助我的同学，是你们的无私让我慢慢学到很多。让我认识到团结的重要。

最后，就是培养自己动手实践的能力。理论知识必须结合到实践才能让它发挥到最大的价值，在今后的学习中，我要加强自己动手能力的培养，只有这样才算是一个能够真正为社会服务的人。

总之，这次毕业设计让我受益匪浅，感谢传授我知识的老师，感谢帮助我的同学。