自動洗碗機的控制系統(tǒng)設(shè)計-單片機

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上自動洗碗機的控制系統(tǒng)設(shè)計目錄專心-專注-專業(yè)一、引言 隨著數(shù)字信息家用電器應(yīng)用的普及，洗碗機已經(jīng)廣泛進(jìn)入人民大眾的家庭之中，從而使得人們能夠從繁雜的家務(wù)勞動中逐步解放出來。作 為一種家庭自動化設(shè)備，洗碗機一般需要實現(xiàn)諸如自動控制進(jìn)水、自動加洗滌劑、冷洗、自動加溫洗、清洗、排水、殺菌消毒，以及定時和故障報警等功能。從被控 制量角度出發(fā)，一個洗碗機通常需要滿足圖所示的一些具體要求，其中涉及的開關(guān)量信號有兩種，一種是傳感器的高、低電平信號檢測，如機門開關(guān)、水位高低、 溫度調(diào)節(jié)保護(hù)器和行程開關(guān)等；另一種開關(guān)信號經(jīng)由固態(tài)繼電器控制強弱電壓信號的斷開和加載，如進(jìn)水電磁閥門的開合、

2、恒溫加熱器的開合、瞬間加熱器的開合、 清潔劑控制盒和消毒劑控制盒的工作等。圖1.1中所涉及的模擬量信號主要用于實現(xiàn)以下幾方面的功能：（）用溫度傳感器實現(xiàn)水溫消毒水溫度檢測；（）通過人機接口的顯示輸出、鍵盤輸入和聲音輸出等實現(xiàn)水溫顯示、洗滌過程顯示以及故障類型顯示等；（）根據(jù)用戶需要通過設(shè)置鍵選擇洗滌模式，并通過功能鍵啟動相關(guān)功能；（）機器使用情況統(tǒng)計、清潔劑和消毒劑劑量的使用情況計數(shù)等；（）故障報警以及、洗滌完成報告等。設(shè)計洗碗機的工程師對改善其產(chǎn)品兩個主要特點很有興趣。當(dāng)然首先是高效率的清潔，這也是最大的營銷特點，然而消費者對安靜的操作也很感興趣。清潔系統(tǒng)包括洗滌塔和噴霧器臂，門的開口、水泵

3、的功率、內(nèi)架的位置都是設(shè)計洗碗機所要考慮的因素。在90年代末，消費者對洗碗機作為一個消毒碗碟的工具越來越感興趣，所以設(shè)計一直努力通過加熱的方法來殺死細(xì)菌。制造商采取各種不同的方法保持洗碗機盡可能的安靜。例如Maytag，所有的操作都是由一個強大動力的電機驅(qū)動，并且在在外表面包裹一層很厚的隔音材料。與之相反，Amana裝配了兩個電機（一個控制水泵、另一個控制排水系統(tǒng)）。兩個電機的馬力加起來跟單電機系統(tǒng)的馬力一樣，但在靜音上使用的隔音材料要少的多。MCU機門磁傳感器水位傳感器進(jìn)水電磁閥溫度調(diào)節(jié)保護(hù)器恒溫5KW加熱器清潔劑控制盒消毒劑控制盒電機馬達(dá)傳動行程開關(guān)2消毒水溫度計數(shù)器顯示接口鍵盤接口振鈴接

4、口開關(guān)量模擬量人機接口圖1.12、 自動洗碗機的基本結(jié)構(gòu)和工作原理 本設(shè)計的全自動洗碗機是前開門式結(jié)構(gòu)的，它是外部結(jié)構(gòu)如圖1所示，內(nèi)部還有加熱管、進(jìn)水電磁閥、洗滌裝置、排水電機、過濾網(wǎng)、碗架、導(dǎo)軌、漂洗劑供料裝置、排風(fēng)扇等。洗滌裝置主要由旋轉(zhuǎn)噴臂、清洗水泵等構(gòu)成。清洗水泵安裝在機座的底部，由清洗機與葉輪泵構(gòu)成，清洗水泵安裝在機座的底部，由清洗電機與葉輪泵構(gòu)成。清洗電機直軸驅(qū)動葉輪泵，把水進(jìn)行加壓，通過噴臂的噴水孔從三維方向噴出具有一定壓力的熱水流，從而對餐具進(jìn)行沖洗，結(jié)構(gòu)如圖2所示。由于嘞水孔噴水時受水的反作用力的作用，產(chǎn)生了一個轉(zhuǎn)矩，使噴臂連同軸套一起繞空心軸轉(zhuǎn)動，從而達(dá)到改變方向，從不同的

5、角度清洗的目的。 1- 排氣口 2-把手 3-門扣 4透明觀察窗 5-方式選擇按鈕 6-時間選擇按鈕7-啟動，停止按鈕 8-狀態(tài)指示燈 9-電源插頭 10-排水管 11-進(jìn)水管12-機殼全自動洗碗機即是通過控制器的程序運行控制，由旋轉(zhuǎn)噴臂將水從不同的角度噴射到餐具上，依靠水的力、溫度和洗滌消毒劑的作用，實現(xiàn)對餐具的清洗、消毒，最后烘干。3、 AT89LS8252高性能8位單片機的介紹3.1AT89LS8252簡介 這是一款多功能編程器，可燒寫MCS-51系列和兼容C51的多種芯片,串行接口，DOS操作界面，支持鼠標(biāo)操作，功能有讀、寫，空片檢查，編程，校驗，加密和自動操作。3.2主要特性 是一個

6、低功耗，寬電壓、高性能CMOS 8位單片機，片內(nèi)含8kB下載編程Flash只讀存儲器和2kBEEPROM，芯片采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)的Flash存儲器可采用串行方式在線反復(fù)擦寫，單片上集成了8位通用微處理器及非易失Flash技術(shù)。功能強大的微型計算機的AT89LS8252可為許多植入式控制系統(tǒng)提供高性價比的應(yīng)用場合。 AT89LS8252具有如下特征：8k Bytes 可在線編程的Flash片內(nèi)程序存儲器，2k的EEPROM存儲器。256 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），32個外部雙向輸入/輸出（I/

7、O）口，程序看門狗（WDT）定時器，雙數(shù)據(jù)指針，6個2層優(yōu)先級中斷，3個16位可編程定時計數(shù)器,一個全雙工串行通信口，片內(nèi)時鐘振蕩器。此外，AT89LS8252屬于全靜態(tài)操作邏輯結(jié)構(gòu)，工作頻率可低至0Hz，并可通過兩種軟件設(shè)置省電模式。空閑模式下，CPU暫停工作，而RAM定時計數(shù)器，串行口，中斷系統(tǒng)可維持其功能，掉電模式則保存RAM的數(shù)據(jù)，凍結(jié)振蕩器，停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復(fù)位。Flash存儲器 可通過SPI的串行界面一次可改變單一位，除了Lock 2位加密外，激活RESET促使SPI總線進(jìn)入串行編程界面，即可允許對存儲器進(jìn)行讀寫操作。該芯片還具有PDIP、TQFP和PLCC等三

8、種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。 四、洗碗機的設(shè)計4.1洗碗機控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計 針對上述功能及可靠性、成本和方便使用維護(hù)等因素，我設(shè)計了圖3.1所示的洗碗機控制系統(tǒng)。單片機最小系統(tǒng)采用與兼容的-公司低功耗高性能芯片設(shè)計，其中片內(nèi)字節(jié)在線可編程閃存用以存放系統(tǒng)程序，可通過接口來下載程序；而字節(jié)的則用以存放關(guān)鍵參數(shù)，如開機維護(hù)密碼、產(chǎn)品的序列號、開機次數(shù)、洗滌設(shè)置參數(shù)等；字節(jié)的用來存放臨時變量。鑒于本洗碗機有較多的開關(guān)量信號，故此，設(shè)計中使用并行芯片來擴(kuò)展接口，以配合和口部分管腳的使用，其輸出和輸入的比例為，其中蜂鳴器由控制。從可靠性角度出發(fā)，輸入和輸出部分都采用光電隔離措施?？紤]到部分驅(qū)動信

9、號所要求的驅(qū)動電流較大，因此，本設(shè)計選用功率驅(qū)動器件來驅(qū)動。溫度采集有兩種方案：一是使用熱敏電阻配合芯片進(jìn)行轉(zhuǎn)換，然后通過存放在程序存儲器里的表格來求得當(dāng)前溫度；二是使用三端溫度傳感器進(jìn)行采集，直接得到溫度數(shù)據(jù)。相比之下，后一種方案較為經(jīng)濟(jì)簡捷。 鍵盤和顯示選用來進(jìn)行控制，其電路圖如圖.2所示。無需外圍元件即可直接驅(qū)動位共陰式數(shù)碼管；引腳對應(yīng)位數(shù)字輸出驅(qū)動；引腳和則對應(yīng)于段及小數(shù)點的驅(qū)動輸出；各位可獨立控制譯碼不譯碼及消隱和閃爍等屬性。 該芯片共有三種類型的指令：第一種是條不帶數(shù)據(jù)的位純指令，如復(fù)位、測試、左右（循環(huán)）移位等；第二種是條位帶數(shù)據(jù)指令，包括下載數(shù)據(jù)按方式譯碼、下載不譯碼、閃爍、消

10、隱、段點亮、關(guān)閉等；第三種是讀取鍵盤數(shù)據(jù)指令。它們均采用串行方式與進(jìn)行通訊，串行數(shù)據(jù)從引腳送入芯片并由端同步。當(dāng)片選信號變?yōu)榈碗娖胶螅_上的數(shù)據(jù)將在引腳的上升沿時被寫入的緩沖寄存器。 此外，片內(nèi)含有去抖動電路，可控制鍵鍵盤矩陣。圖.1中，元件為×鍵盤接口，當(dāng)有鍵按下時，引腳輸出低電平，發(fā)光二極管發(fā)亮，該狀態(tài)一直保持到按鍵松開。此時如果接收到“讀鍵盤”指令，在指令前半段，引腳將處于高阻狀態(tài)以接受來自微處理器的指令。而在指令后半段，引腳則從輸入狀態(tài)轉(zhuǎn)為輸出狀態(tài)，用以輸出所按下的鍵代碼值。圖4.1控制硬件結(jié)構(gòu)圖圖4.2 HD7279a鍵盤控制4.2洗碗機控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計該系統(tǒng)功能模塊按

11、洗碗過程可分為六個階段：進(jìn)水過程、加溫過程、注入清潔劑過程、控制電機旋轉(zhuǎn)清洗過程、注入消毒水消毒過程和排水過程。同時為確保洗碗機正常工作，對容易出故障的過程，系統(tǒng)還設(shè)置了故障報警或停機功能。系統(tǒng)軟件可按照洗碗機的工作流程進(jìn)行編寫。主要的軟件模塊有開機自檢、狀態(tài)初始化、顯示當(dāng)前默認(rèn)狀態(tài)，進(jìn)入鍵盤掃描狀態(tài)并等待操作鍵按下，以及根據(jù)操作鍵轉(zhuǎn)入相應(yīng)流程等，其主程序流程見圖所示。 用戶使用前，應(yīng)首先檢查洗碗機狀態(tài)是否正常，若狀態(tài)正常，按下弱電源開關(guān)，根據(jù)洗滌要求設(shè)置洗滌模式（或使用默認(rèn)方式），將碗放入清洗室，然后關(guān)上機門，按下開始鍵。之后，控制器檢測水位高低和水溫，以決定是否進(jìn)水與恒溫加熱，至此準(zhǔn)備工作

12、完成，啟動電機進(jìn)行清洗。接下來再把清潔劑注入清洗室，同時檢測水位高低，若水位較低，則立即進(jìn)水，以保證清洗效果。清洗完成后，等碗上的水空一段時間后，洗碗機再注入高溫消毒水進(jìn)行消毒。洗滌完成后，蜂鳴器鳴叫，表明洗滌完成，同時控制器回到用戶初始設(shè)置模式。洗滌中每一過程和按鍵均對應(yīng)有一發(fā)光二極管的亮滅，用以顯示過程和按鍵的正常與否。洗滌完成后，用戶打開機門，取出碗盤，然后斷電即可結(jié)束整個洗碗過程。在該系統(tǒng)軟件子程序中，需要對鍵盤顯示管理模塊進(jìn)行說明，包括初始化子程序、發(fā)送子程序、接收子程序、中斷子程序、顯示子程序等。其中用戶通過鍵盤設(shè)置模塊可以設(shè)定洗滌模式、每一過程的時間長短以及洗滌劑量大小，也可隨時

13、按相應(yīng)的功能鍵暫?；蛑兄瓜礈爝^程。技術(shù)維護(hù)人員可以通過鍵盤顯示管理模塊輸入正確密碼來查詢機器的使用狀況，如機器序列號、機器的使用次數(shù)等，也可對關(guān)鍵參數(shù)根據(jù)實際情況進(jìn)行設(shè)置。 故障報警功能模塊可在工作電壓故障、進(jìn)水閥故障、加熱器故障、電機故障、清潔劑注入故障以及高溫消毒水注入故障發(fā)生時用蜂鳴器報警，同時斷掉強電控制信號，以確保系統(tǒng)安全。開始判斷鍵值設(shè)置鍵/顯示功能鍵不進(jìn)水但溫加熱溫控器測溫/顯示準(zhǔn)備工作完成標(biāo)志置位準(zhǔn)備開始洗碗延時秒級注入清潔劑到時間斷開電動轉(zhuǎn)動開始清洗/顯示時間到電機停機門是否關(guān)上？水位低否？進(jìn)水/顯示水滿，關(guān)進(jìn)水水溫度滿足設(shè)定開機自檢狀態(tài)初始化/顯示瞬間加熱56秒檢查是否有鍵按下注入高溫消毒水消毒 / 顯示/洗碗完畢，停止相關(guān)功能，消除相關(guān)標(biāo)志五、總結(jié) 知識來自于課本，知識來自老師同學(xué)，知識也來自于自己的實踐。有句老話叫實踐出真知，課程設(shè)計就真正體現(xiàn)了這句話。這其中需要你聯(lián)系學(xué)過的所有知識，用所學(xué)知識融合成自己的想法，然后再形成實實在在的流程圖，原理圖，文字說明。 這次單片機課程涉及的內(nèi)容比較多，是對課本知識的總結(jié)和升華。在這樣的求解和研究中，自己學(xué)會了怎樣去分析，怎樣去思考，怎樣去領(lǐng)悟。我也在這樣的過程中不斷地提高了自己，在其中也得到了許多樂趣，使自己在今后的學(xué)習(xí)中有了不斷向前的動力