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自动洗碗机的控制系统设计目录一、引言...........................................................1二、自动洗碗机的基本结构和工作原理.................................2三、AT89LS825高性能8位单片机介绍..................................33.1AT89C51简介................................................33.2主要特性....................................................4四、洗碗机的设计...................................................54.1洗碗机控制系统的硬件设计....................................64.2洗碗机控制系统的软件设计....................................7五、总结...........................................................9六、参考文献.......................................................91一、引言随着数字信息家用电器应用的普及，洗碗机已经广泛进入人民大众的家庭之中，从而使得人们能够从繁杂的家务劳动中逐步解放出来。作为一种家庭自动化设备，洗碗机一般需要实现诸如自动控制进水、自动加洗涤剂、冷洗、自动加温洗、清洗、排水、杀菌消毒，以及定时和故障报警等功能。从被控制量角度出发，一个洗碗机通常需要满足图１所示的一些具体要求，其中涉及的开关量信号有两种，一种是传感器的高、低电平信号检测，如机门开关、水位高低、温度调节保护器和行程开关等；另一种开关信号经由固态继电器控制强弱电压信号的断开和加载，如进水电磁阀门的开合、恒温加热器的开合、瞬间加热器的开合、清洁剂控制盒和消毒剂控制盒的工作等。图1.1中所涉及的模拟量信号主要用于实现以下几方面的功能：（１）用温度传感器实现水温／消毒水温度检测；（２）通过人机接口的显示输出、键盘输入和声音输出等实现水温显示、洗涤过程显示以及故障类型显示等；（３）根据用户需要通过设置键选择洗涤模式，并通过功能键启动相关功能；（４）机器使用情况统计、清洁剂和消毒剂剂量的使用情况计数等；（５）故障报警以及、洗涤完成报告等。设计洗碗机的工程师对改善其产品两个主要特点很有兴趣。当然首先是高效率的清洁，这也是最大的营销特点，然而消费者对安静的操作也很感兴趣。清洁系统包括洗涤塔和喷雾器臂，门的开口、水泵的功率、内架的位置都是设计洗碗机所要考虑的因素。在90年代末，消费者对洗碗机作为一个消毒碗碟的工具越来越感兴趣，所以设计一直努力通过加热的方法来杀死细菌。制造商采取各种不同的方法保持洗碗机尽可能的安静。例如Maytag，所有的操作都是由一个强大动力的电机驱动，并且在在外表面包裹一层很厚的隔音材料。与之相反，Amana装配了两个电机（一个控制水泵、另一个控制排水系统）。两个电机的马力加起来跟单电机系统的马力一样，但在静音上使用的隔音材料要少的多。2图1.1二、自动洗碗机的基本结构和工作原理本设计的全自动洗碗机是前开门式结构的，它是外部结构如图1所示，内部还有加热管、进水电磁阀、洗涤装置、排水电机、过滤网、碗架、导轨、漂洗剂供料装置、排风扇等。洗MCU机门磁传感器水位传感器进水电磁阀温度调节保护器恒温5KW加热器清洁剂控制盒消毒剂控制盒电机马达传动行程开关2消毒水温度计数器显示接口键盘接口振铃接口开关量模拟量人机接口3涤装置主要由旋转喷臂、清洗水泵等构成。清洗水泵安装在机座的底部，由清洗机与叶轮泵构成，清洗水泵安装在机座的底部，由清洗电机与叶轮泵构成。清洗电机直轴驱动叶轮泵，把水进行加压，通过喷臂的喷水孔从三维方向喷出具有一定压力的热水流，从而对餐具进行冲洗，结构如图2所示。由于嘞水孔喷水时受水的反作用力的作用，产生了一个转矩，使喷臂连同轴套一起绕空心轴转动，从而达到改变方向，从不同的角度清洗的目的。1-排气口2-把手3-门扣4－透明观察窗5-方式选择按钮6-时间选择按钮7-启动，停止按钮8-状态指示灯9-电源插头10-排水管11-进水管12-机壳全自动洗碗机即是通过控制器的程序运行控制，由旋转喷臂将水从不同的角度喷射到餐具上，依靠水的力、温度和洗涤消毒剂的作用，实现对餐具的清洗、消毒，最后烘干。三、AT89LS8252高性能8位单片机的介绍3.1AT89LS8252简介这是一款多功能编程器，可烧写MCS-51系列和兼容C51的多种芯片,串行接口，DOS操作界面，支持鼠标操作，功能有读、写，空片检查，编程，校验，加密和自动操作。3.2主要特性AT89LS8252是一个低功耗，宽电压、高性能CMOS8位单片机，片内含8kB下载编程Flash只读存储器和2kBEEPROM，芯片采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内的Flash存储器可采用串行方式在线反复擦写，单片上集成了8位通用微处理器及非易失Flash技术。功能强大的微型计算机的AT89LS8252可为许多植入式控制系统提供高性价比的应用场合。4AT89LS8252具有如下特征：8kBytes可在线编程的Flash片内程序存储器，2k的EEPROM存储器。256bytes的随机存取数据存储器（RAM），32个外部双向输入/输出（I/O）口，程序看门狗（WDT）定时器，双数据指针，6个2层优先级中断，3个16位可编程定时计数器,一个全双工串行通信口，片内时钟振荡器。此外，AT89LS8252属于全静态操作逻辑结构，工作频率可低至0Hz，并可通过两种软件设置省电模式。空闲模式下，CPU暂停工作，而RAM定时计数器，串行口，中断系统可维持其功能，掉电模式则保存RAM的数据，冻结振荡器，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。Flash存储器可通过SPI的串行界面一次可改变单一位，除了Lock2位加密外，激活RESET促使SPI总线进入串行编程界面，即可允许对存储器进行读写操作。该芯片还具有PDIP、TQFP和PLCC等三种封装形式，以适应不同产品的需求。四、洗碗机的设计4.1洗碗机控制系统的硬件设计针对上述功能及可靠性、成本和方便使用维护等因素，我设计了图3.1所示的洗碗机控制系统。单片机最小系统采用与ＭＣＳ－５１兼容的ＡＴ-ＭＥＬ公司低功耗高性能ＣＭＯＳ芯片ＡＴ８９ＬＳ８２５２设计，其中片内８ｋ字节在线可编程闪存用以存放系统程序，可通过ＳＰＩ接口来下载程序；而２ｋ字节的ＥＥＰＲＯＭ则用以存放关键参数，如开机维护密码、产品的序列号、开机次数、洗涤设置参数等；２５６字节的ＲＡＭ用来存放临时变量。鉴于本洗碗机有较多的开关量信号，故此，设计中使用并行芯片８２５５来扩展Ｉ／Ｏ接口，以配合Ｐ１和Ｐ３口部分管脚的使用，其输出和输入的比例为２１／１４，其中蜂鸣器由Ｐ１．３控制。从可靠性角度出发，输入和输出部分都采用光电隔离措施。考虑到部分驱动信号所要求的驱动电流较大，因此，本设计选用功率驱动器件ＵＬＮ２８０３来驱动。温度采集有两种方案：一是使用热敏电阻配合芯片ＭＡＸ１５０进行ＡＤ转换，然后通过存放在程序存储器里的表格来求得当前温度；二是使用三端温度传感器ＤＳ１８Ｂ２０进行采集，直接得到温度数据。相比之下，后一种方案较为经济简捷。.2所示。ＨＤ７２７９Ａ无需外围元件即可直接驱动８位共阴式ＬＥＤ数码管；引脚ＤＩＧ０～３对应０～３位数字输出驱动；引脚ＳＡ～ＳＧ和ＤＰ则对应于段ａ～ｇ及小数点的驱动输出；各位可独立控制译码／不译码及消隐和闪烁等属性。该芯片共有三种类型的指令：第一种是６条不带数据的８位纯指令，如复位、测试、左／右（循环）移位等；第二种是７条１６位带数据指令，包括下载数据按方式０／１译码、下载不译码、闪烁、消隐、段点亮、关闭等；第三种是读取键盘数据指令。它们均采用串行方式与ＡＴ８９ＬＳ８２５２进行通讯，串行数据从ＤＡＴＡ引脚送入芯片并由ＣＬＫ端同步。当片选信号ＣＳ变为低电平后，ＤＡＴＡ引脚上的数据将在ＣＬＫ引脚的上升沿时被写入ＨＤ７２７９Ａ的缓冲寄存器。5此外，ＨＤ７２７９Ａ片内含有去抖动电路，可控制６４键键盘矩阵。图３.1中，元件ＪＫＥＹ为４×４键盘接口，当有键按下时，ＫＥＹ引脚输出低电平，发光二极管ＬＥＤ１发亮，该状态一直保持到按键松开。此时如果接收到“读键盘”指令１５Ｈ，在指令前半段，ＤＡＴＡ引脚将处于高阻状态以接受来自微处理器的指令。而在指令后半段，ＤＡＴＡ引脚则从输入状态转为输出状态，用以输出所按下的键代码值。图4.1控制硬件结构图6图4.2HD7279a键盘控制74.2洗碗机控制系统的软件设计该系统功能模块按洗碗过程可分为六个阶段：进水过程、加温过程、注入清洁剂过程、控制电机旋转清洗过程、注入消毒水消毒过程和排水过程。同时为确保洗碗机正常工作，对容易出故障的过程，系统还设置了故障报警或停机功能。系统软件可按照洗碗机的工作流程进行编写。主要的软件模块有开机自检、状态初始化、显示当前默认状态，进入键盘扫描状态并等待操作键按下，以及根据操作键转入相应流程等，其主程序流程见图４所示。用户使用前，应首先检查洗碗机状态是否正常，若状态正常，按下弱电源开关，根据洗涤要求设置洗涤模式（或使用默认方式），将碗放入清洗室，然后关上机门，按下开始键。之后，控制器检测水位高低和水温，以决定是否进水与恒温加热，至此准备工作完成，启动电机进行清洗。接下来再把清洁剂注入清洗室，同时检测水位高低，若水位较低，则立即进水，以保证清洗效果。清洗完成后，等碗上的水空一段时间后，洗碗机再注入高温消毒水进行消毒。洗涤完成后，蜂鸣器鸣叫，表明洗涤完成，同时控制器回到用户初始设置模式。洗涤中每一过程和按键均对应有一发光二极管的亮灭，用以显示过程和按键的正常与否。洗涤完成后，用户打开机门，取出碗盘，然后断电即可结束整个洗碗过程。在该系统软件子程序中，需要对键盘／显示管理模块进行说明，包括初始化子程序、发送子程序、接收子程序、中断子程序、显示子程序等。其中用户通过键盘设置模块可以设定洗涤模式、每一过程的时间长短以及洗涤剂量大小，也可随时按相应的功能键暂停或中止洗涤过程。技术维护人员可以通过键盘／显示管理模块输入正确密码来查询机器的使用状况，如机器序列号、机器的使用次数等，也可对关键参数根据实际情况进行设置。故障报警功能模块可在工作电压故障、进水阀故障、加热器故障、电机故障、清洁剂注入故障以及高温消毒水注入故障发生时用蜂鸣器报警，同时断掉强电控制信号，以确保系统安全。8开始判断键值设置键/显示功能键不进水但温加热温控器测温/显示准备工作完成标志置位准备开始洗碗延时秒级注入清洁剂到时间断开电动转动开始清洗/显示时间到电机停机门是否关上？水位低否？进水/显示水满，关进水水温度满足设定开机自检状态初始化/显示瞬间加热5~6秒检查是否有键按下注入高温消毒水消毒/显示/洗碗完毕，停止相关功能，消除相关标志9五、总结知识来自于课本，知识来自老师同学，知识也来自于自己的实践。有句老话叫实践出真知，课程设计就真正体现了这句话。这其中需要你联系学过的所有知识，用所学知识融合成自己的想法，然后再形成实实在在的流程图，原理图，文字说明。这次单片机课程涉及的内容比较多，是对课本知识的总结和升华。在这样的求解和研究中，自己学会了怎样去分析，怎样去思考，怎样去领悟。我也在这样的过程中不断地提高了自己，在其中也得到了许多乐趣，使自己在今后的学习中有了不断向前的动力，这或许是本次课程设计最大的收获。六、参考文献[1]洗碗机将成未来市场亮点[J].技术与市场,2000,(3):10.[2]AT89LS8252,8-bitMicrocontrollerwith8KBytesFlash[Z].ATMELD