自動洗碗機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計 -單片機(jī)

1、學(xué) 號 天津城建大學(xué)單片機(jī)原理及應(yīng)用課程設(shè)計設(shè)計說明書自動洗碗機(jī)的控制系統(tǒng)設(shè)計起止日期： 2014 年6月23日 至 2014年6月27日學(xué)生姓名班級成績指導(dǎo)教師(簽字)控制與機(jī)械工程學(xué)院2014年 06月27 日天津城建大學(xué)課程設(shè)計任務(wù)書2013 2014 學(xué)年第 1 學(xué)期 控制與機(jī)械工程 學(xué)院 電氣自動化 專業(yè) 13電氣11 班級課程設(shè)計名稱： 單片機(jī)原理及應(yīng)用A課程設(shè)計 設(shè)計題目： 自動洗碗機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計 完成期限：自 2014 年 6 月 23 日至 2014 年 6 月 27 日共 1 周設(shè)計依據(jù)、要求及主要內(nèi)容（可另加附頁）：一、課程設(shè)計的目的1、進(jìn)一步熟悉和掌握單片機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作

2、原理。2、掌握單片機(jī)的接口技術(shù)及相關(guān)外圍芯片的外特性，控制方法。3、通過課程設(shè)計，掌握以單片機(jī)為核心的電路設(shè)計的基本方法和技術(shù)。4、通過實際程序設(shè)計和調(diào)試，逐步掌握模塊化程序設(shè)計方法和調(diào)試技術(shù)。5、通過完成一個包括電路設(shè)計和程序開發(fā)的完整過程，了解開發(fā)一單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的全過程，為今后從事相應(yīng)打下基礎(chǔ)。二、課程設(shè)計的基本要求1、認(rèn)真認(rèn)識設(shè)計的意義，掌握設(shè)計工作程序，學(xué)會使用工具書和技術(shù)參考資料，并培養(yǎng)科學(xué)的設(shè)計思想和良好的設(shè)計作風(fēng)。2、提高模型建立和設(shè)計能力，學(xué)會應(yīng)用相關(guān)設(shè)計資料進(jìn)行設(shè)計計算的方法。3、提高獨立分析、解決問題的能力，逐步增強實際應(yīng)用訓(xùn)練。4、課程設(shè)計的說明書要求簡潔、通順，計算正

3、確，圖紙表達(dá)內(nèi)容完整、清楚、規(guī)范。5、課程設(shè)計說明書封面格式要求見天津城市建設(shè)學(xué)院課程設(shè)計教學(xué)工作規(guī)范附表1。三、課程設(shè)計具體要求1、要求每位同學(xué)獨立完成設(shè)計任務(wù)。2、原理圖設(shè)計。 1）原理圖設(shè)計要符合項目的工作原理，連線要正確。 2）圖中所使用的元器件要合理選用，電阻，電容等器件的參數(shù)要正確標(biāo)明。 3）原理圖要完整，CPU，外圍器件，擴(kuò)器接口，輸入/輸出裝置要一應(yīng)俱全。3、程序調(diào)計 1）根據(jù)要求，將總體項能分解成若干個子功能模塊，每個功能模塊完成一個特定的功能。 2）根據(jù)總體要求及分解的功能模塊，確定各功能模塊之間的關(guān)系，設(shè)直出完整的程序流程圖。4、設(shè)計說明書 1）原理圖設(shè)計說明簡要說明設(shè)計

4、目的，原理圖中所使用的元器件功能及在圖中的作用，各器件的工作過程及順序。 2）程序設(shè)計說明對程序設(shè)計總體功能及結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明，對各子模塊的功能以及各子模塊之間的關(guān)系作較詳細(xì)的描述。 3）畫出工作原理圖，程序流程圖如并給出相應(yīng)的程序清單。四、設(shè)計任務(wù)使用單片機(jī)AT89S51和鍵盤顯示管理芯片設(shè)計的自動洗碗機(jī)的硬件控制系統(tǒng)的設(shè)計方法，給出了用控制鍵盤和顯示的硬件電 路，同時給出了系統(tǒng)軟件和功能軟件模塊的流程圖。該系統(tǒng)應(yīng)能實現(xiàn)洗碗機(jī)的自動控制，完成自動進(jìn)水、加溫、清洗、消毒等功能。 五、參考資料1 2 .uk/search.php?q=At89s5&sTyp

5、e=part&ExactDS=Starts指導(dǎo)教師（簽字）： 系（教研室）主任（簽字）： 批準(zhǔn)日期：2014 年 6 月 18 日摘 要介紹了一種以AT89S51為核心的自動洗碗機(jī)系統(tǒng); 同時給出了系統(tǒng)軟件和功能軟件模塊的流程圖。該系統(tǒng)經(jīng)過試驗調(diào)試,可有效地實現(xiàn)洗碗機(jī)的自動控制,完成自動進(jìn)水、加溫、清洗、消毒等功能。關(guān)鍵詞：全自動；AT89S52；洗碗機(jī)目錄一、緒論1二、自動洗碗機(jī)基本機(jī)構(gòu)工作原理1三 設(shè)計思路2四、控制器的介紹2五 洗碗機(jī)的設(shè)計35.1 系統(tǒng)總體設(shè)計方案45.2 洗碗機(jī)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計55.3 洗碗機(jī)控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計65.4 控制器程序設(shè)計7六 總結(jié)11七 參考文獻(xiàn)

6、13一、緒論隨著數(shù)字信息家用電器應(yīng)用的普及,洗碗機(jī)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(jī)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(jī)通常需要滿足圖1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(jī)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、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。

7、圖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:(1)用溫度傳感器實現(xiàn)水溫/消毒水溫度檢測;(2)通過人機(jī)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;(3)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;(4)機(jī)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;(5)故障報警以及、洗滌完成報告等。AT89S52開關(guān)量人機(jī)接口模擬量機(jī)門磁傳感器水位磁傳感器進(jìn)水電磁閥溫度調(diào)節(jié)控制器恒溫加熱器消毒劑控制盒電機(jī)馬達(dá)傳動形成開關(guān)消毒水溫度清潔器控制盒計數(shù)器顯示接口鍵盤接口振鈴接口圖1 洗碗機(jī)被控制量二、自動洗碗機(jī)基本機(jī)構(gòu)工作原理本設(shè)計的全自動洗

8、碗機(jī)是前開門式結(jié)構(gòu)的，它的外部結(jié)構(gòu)如圖2所示，內(nèi)部還有加熱管、進(jìn)水電磁閥、洗滌裝置、排水電機(jī)、過濾網(wǎng)、碗架、導(dǎo)軌、漂洗劑供料裝置、排氣風(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(jī)座的底部，由清洗電機(jī)與葉輪泵構(gòu)成。清洗電機(jī)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3所示。由于噴水孔噴水時，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，從不同的角度清洗的目的。全自動洗碗機(jī)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，依靠水的壓力、溫度和洗滌消毒劑

9、的作用，實現(xiàn)對餐具的清洗、消毒，最后烘干。圖2 全自動洗碗機(jī)外部結(jié)構(gòu)圖3 旋轉(zhuǎn)臂裝置結(jié)構(gòu)圖(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-啟動止停按鈕8-狀態(tài)指示燈；9-電源插頭10-排水管11-進(jìn)水管12-機(jī)殼)三 設(shè)計思路根據(jù)洗碗機(jī)的控制要求，洗碗機(jī)主要過程為：(1) 沖水與洗滌。利用單片機(jī)控制電磁閥門，向水箱中注水，然后進(jìn)行適當(dāng)加熱，沖水只要控制閥門的開關(guān)就可以實現(xiàn)；洗滌時盡量將混合液溫度控制在40度到55度時，這樣洗滌的效果更好。(2) 反復(fù)沖洗。由于乙肝類細(xì)菌高溫殺菌不能實現(xiàn)清除，需要反復(fù)沖洗實現(xiàn)，大概控制在57次。(3) 烘干、消毒。烘干與殺菌同步進(jìn)行

10、，可以節(jié)省洗完時間，同時也可以達(dá)到要求，需要將溫度控制在60度以上，同時打開紫外線燈，可以消滅大部分細(xì)菌。四、控制器的介紹本設(shè)計中的核心器件微控制器，我們采用了Atmel公司的AT89S52單片機(jī)。下面簡單介紹一下AT89S52。AT89S52功能特性描述AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲器。使用Atmel公司高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)

11、提供高靈活、超有效的解決方案。AT89S52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k字節(jié)Flash， 256字節(jié)RAM， 32位I/O口線，看門狗定時器， 2個數(shù)據(jù)指針，三個16位定時器/計數(shù)器，一個6向量2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時鐘電路。另外， AT89S52可降至0Hz靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件選擇節(jié)電模式?？臻e模式下， CP停止工作，允許RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下， RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。AT89S521主要性能：u 與MCS-51單片機(jī)產(chǎn)品兼容u 8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程Flash存儲器u 1000次

12、擦寫周期u 全靜態(tài)操作：0Hz33MHzu 三級加密程序存儲器u 32個可編程I/O口線u 三個16位定時器/計數(shù)器u 八個中斷源u 全雙工UART串行通道u 低功耗空閑和掉電模式u 掉電后中斷可喚醒u 看門狗定時器u 雙數(shù)據(jù)指針u 掉電標(biāo)識符圖4 AT89S52結(jié)構(gòu) 五 洗碗機(jī)的設(shè)計5.1 系統(tǒng)總體設(shè)計方案洗碗機(jī)自動控制系統(tǒng)的總體設(shè)計框圖如圖5所示。系統(tǒng)以單片機(jī)AT89S52為控制核心，包含水溫檢測電路、水位檢測電路、門控電路、鍵盤電路、蜂鳴器、液晶顯示電路及強電驅(qū)動電路等部件。其中，水溫檢測電路結(jié)合溫度設(shè)置，采集水溫信息，控制電阻絲加熱；水位檢測電路進(jìn)行最高水位和最低水位判斷，控制進(jìn)水電磁

13、閥和排水電磁閥開關(guān)；門控電路判斷洗碗機(jī)門是否關(guān)閉；鍵盤電路設(shè)置洗滌水溫及洗滌時間。為了實時顯示洗碗機(jī)工作狀態(tài)及可能出現(xiàn)的故障信息，系統(tǒng)中添加液晶顯示電路和蜂鳴器，方便用戶知道洗碗機(jī)工作模式和工作狀態(tài)，便于故障排查。強電驅(qū)動電路作為單片機(jī)與外部器件的接口電路，驅(qū)動電磁閥、電阻絲、電動機(jī)及紫外線消毒器工作。圖5 系統(tǒng)總體設(shè)計方案5.2 洗碗機(jī)控制系統(tǒng)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,筆者設(shè)計了圖2所示的洗碗機(jī)控制系統(tǒng)。單片機(jī)最小系統(tǒng)采用與MCS-51兼容的AT-MEL公司低功耗高性能CMOS芯片AT89LS8252設(shè)計2,其中片內(nèi)8k字節(jié)在線可編程閃存用以存放系統(tǒng)程序,可通過

14、SPI接口來下載程序;而2k字節(jié)的EEPROM則用以存放關(guān)鍵參數(shù),如開機(jī)維護(hù)密碼、產(chǎn)品的序列號、開機(jī)次數(shù)、洗滌設(shè)置參數(shù)等; 256字節(jié)的RAM用來存放臨時變量。鑒于本洗碗機(jī)有較多的開關(guān)量信號,故此,設(shè)計中使用并行芯片8255來擴(kuò)展I/ O接口,以配合P1和P3口部分管腳的使用,其輸出和輸入的比例為21/ 14,其中蜂鳴器由P1.3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ULN2803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MAX150進(jìn)行AD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

15、是使用三端溫度傳感器DS18B20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LED顯示選用HD7279A來進(jìn)行控制,其電路圖如圖5所示。HD7279A無需外圍元件即可直接驅(qū)動8位共陰式LED數(shù)碼管;引腳DIG03對應(yīng)03位數(shù)字輸出驅(qū)動;引腳SASG和DP則對應(yīng)于段ag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6條不帶數(shù)據(jù)的8位純指令,如復(fù)位、測試、左/右(循環(huán))移位等;第二種是7條16位帶數(shù)據(jù)指令,包括下載數(shù)據(jù)按方式0/ 1譯碼、下載不譯碼、閃爍、消隱、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

16、式與AT89LS8252進(jìn)行通訊,串行數(shù)據(jù)從DATA引腳送入芯片并由CLK端同步。當(dāng)片選信號CS變?yōu)榈碗娖胶? DATA引腳上的數(shù)據(jù)將在CLK引腳的上升沿時被寫入HD7279A的緩沖寄存器。此外, HD7279A片內(nèi)含有去抖動電路,可控制64鍵鍵盤矩陣。圖6中,元件JKEY為4×4鍵盤接口,當(dāng)有鍵按下時,KEY引腳輸出低電平,發(fā)光二極管LED1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15H,在指令前半段, DATA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, DATA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6 HD7279A的控制

17、鍵盤/LED電路圖圖7 控制器硬件設(shè)計方案5.3 洗碗機(jī)控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計本系統(tǒng)功能模塊按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(jī)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(jī)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(jī)功能。系統(tǒng)軟件可按照洗碗機(jī)的工作流程進(jìn)行編寫。主要的軟件模塊有開機(jī)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6所示。用戶使用前,應(yīng)首先檢查洗碗機(jī)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)

18、上機(jī)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)備工作完成,啟動電機(jī)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(jī)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(jī)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

19、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,也可隨時按相應(yīng)的功能鍵暫停或中止洗滌過程。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(jī)器的使用狀況,如機(jī)器序列號、機(jī)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(jī)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。5.4 控制器程序設(shè)計整個洗碗過程分為：進(jìn)水，沖水洗滌，烘干，消毒四個過程。因此可以按照這四個過程設(shè)計主程序，主程序流程圖如圖8。主程序代碼如下#include <r

20、eg52.h>/包含單片機(jī)寄存器的頭文件#include <intrins.h>/包含_nop_()函數(shù)定義的頭文件#define uchar unsigned char#define uint unsigned int /數(shù)據(jù)宏定義/定義接口sbit waterin=P13;/水箱加水sbit waterout=P14;/排水sbit swim=P15;/沖水sbit warm=P16;/加熱sbit disinfect=P17;/消毒和烘干#define TIMEWATERIN 60 /定義各環(huán)節(jié)時間#define TIMEWARM 30#define TIMEWATER

21、OUT 60#define TIMEWASHING 150#define TIMEDIS 150uint totetime;void displayled(uint m);void delays(uchar ms);void initimer1();void inisystem() /程序初始化checkstop=0; TMOD=0x32;ET1=1;EA=1;void main() /主函數(shù)uchar key;inisystem();while(1)key=scankey();if(key=KEYSTART)if(PINCONVER=0)totletime=TIMEWATERIN+TIMEW

22、ATEROUT+TIMEWASHING+TIMEWARM+TIMEDIS;waterin=1;delays(TIMEWATERIN);waterin=0;warm=1;delays(TIMEWARM);warm=0;swim=1;delays(TIMEWASHING);swim=0;waterout=1;delays(TIMEWATEROUT);waterout=0;disinfect=1;delays(TIMEDIS);disinfect=0;顯示主程序主要負(fù)責(zé)顯示洗碗剩余時間，單位是秒。硬件使用LED數(shù)碼管顯示器，采用74LS64驅(qū)動，程序代碼如下：void displayled(uint

23、 m)uchar i,j;for(i=0;i<3;i+)j=m%10;m/=10;leddatai=LEDCODEj;for(i=0;i<3;i+)TI=0;SBUF=leddatai;while(TI=0);TI=0;delays（）函數(shù)用于延時，主要控制進(jìn)水時間、洗碗時間、烘干時間以及消毒的時間，為了方便程序設(shè)計，在延時函數(shù)中調(diào)用dispalyled（）以刷新顯示，程序代碼如下：void delays(uchar ms)uchar i;for(i=0;i<ms;i+)initimer1();while(flagls=0);totletime-;display(totletime);timer1（）是定時器T1的中斷服務(wù)函數(shù)。T1用于定時，基本定時時間為50ms，通過對mseccnt