自動洗碗機控制系統(tǒng)設計 -單片機

1、學 號 天津城建大學單片機原理及應用課程設計設計說明書自動洗碗機的控制系統(tǒng)設計起止日期： 2014 年6月23日 至 2014年6月27日學生姓名班級成績指導教師(簽字)控制與機械工程學院2014年 06月27 日天津城建大學課程設計任務書2013 2014 學年第 1 學期 控制與機械工程 學院 電氣自動化 專業(yè) 13電氣11 班級課程設計名稱： 單片機原理及應用A課程設計 設計題目： 自動洗碗機控制系統(tǒng)設計 完成期限：自 2014 年 6 月 23 日至 2014 年 6 月 27 日共 1 周設計依據(jù)、要求及主要內(nèi)容（可另加附頁）：一、課程設計的目的1、進一步熟悉和掌握單片機的結(jié)構(gòu)及工作

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

3、確，圖紙表達內(nèi)容完整、清楚、規(guī)范。5、課程設計說明書封面格式要求見天津城市建設學院課程設計教學工作規(guī)范附表1。三、課程設計具體要求1、要求每位同學獨立完成設計任務。2、原理圖設計。 1）原理圖設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)要正確標明。 3）原理圖要完整，CPU，外圍器件，擴器接口，輸入/輸出裝置要一應俱全。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系，設直出完整的程序流程圖。4、設計說明書 1）原理圖設計說明簡要說明設計

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）程序設計說明對程序設計總體功能及結(jié)構(gòu)進行說明，對各子模塊的功能以及各子模塊之間的關系作較詳細的描述。 3）畫出工作原理圖，程序流程圖如并給出相應的程序清單。四、設計任務使用單片機AT89S51和鍵盤顯示管理芯片設計的自動洗碗機的硬件控制系統(tǒng)的設計方法，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)應能實現(xiàn)洗碗機的自動控制，完成自動進水、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指導教師（簽字）： 系（教研室）主任（簽字）： 批準日期：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)洗碗機的自動控制,完成自動進水、加溫、清洗、消毒等功能。關鍵詞：全自動；AT89S52；洗碗機目錄一、緒論1二、自動洗碗機基本機構(gòu)工作原理1三 設計思路2四、控制器的介紹2五 洗碗機的設計35.1 系統(tǒng)總體設計方案45.2 洗碗機控制系統(tǒng)硬件設計55.3 洗碗機控制系統(tǒng)的軟件設計65.4 控制器程序設計7六 總結(jié)11七 參考文獻

6、13一、緒論隨著數(shù)字信息家用電器應用的普及,洗碗機已經(jīng)廣泛進入人民大眾的家庭之中,從而使得人們能夠從繁雜的家務勞動中逐步解放出來。作為一種家庭自動化設備,洗碗機一般需要實現(xiàn)諸如自動控制進水、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1所示的一些具體要求,其中涉及的開關量信號有兩種,一種是傳感器的高、低電平信號檢測,如機門開關、水位高低、溫度調(diào)節(jié)保護器和行程開關等;另一種開關信號經(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)用戶需要通過設置鍵選擇洗滌模式,并通過功能鍵啟動相關功能;(4)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;(5)故障報警以及、洗滌完成報告等。AT89S52開關量人機接口模擬量機門磁傳感器水位磁傳感器進水電磁閥溫度調(diào)節(jié)控制器恒溫加熱器消毒劑控制盒電機馬達傳動形成開關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 洗碗機被控制量二、自動洗碗機基本機構(gòu)工作原理本設計的全自動洗

8、碗機是前開門式結(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、進水電磁閥、洗滌裝置、排水電機、過濾網(wǎng)、碗架、導軌、漂洗劑供料裝置、排氣風扇等。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，由清洗電機與葉輪泵構(gòu)成。清洗電機直軸驅(qū)動葉輪泵，把水進行加壓,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，從而達到改變方向，從不同的角度清洗的目的。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-進水管12-機殼)三 設計思路根據(jù)洗碗機的控制要求，洗碗機主要過程為：(1) 沖水與洗滌。利用單片機控制電磁閥門，向水箱中注水，然后進行適當加熱，沖水只要控制閥門的開關就可以實現(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) 反復沖洗。由于乙肝類細菌高溫殺菌不能實現(xiàn)清除，需要反復沖洗實現(xiàn)，大概控制在57次。(3) 烘干、消毒。烘干與殺菌同步進行

10、，可以節(jié)省洗完時間，同時也可以達到要求，需要將溫度控制在60度以上，同時打開紫外線燈，可以消滅大部分細菌。四、控制器的介紹本設計中的核心器件微控制器，我們采用了Atmel公司的AT89S52單片機。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用系統(tǒng)

11、提供高靈活、超有效的解決方案。AT89S52具有以下標準功能： 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。掉電保護方式下， RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復位為止。AT89S521主要性能：u 與MCS-51單片機產(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 掉電標識符圖4 AT89S52結(jié)構(gòu) 五 洗碗機的設計5.1 系統(tǒng)總體設計方案洗碗機自動控制系統(tǒng)的總體設計框圖如圖5所示。系統(tǒng)以單片機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)合溫度設置，采集水溫信息，控制電阻絲加熱；水位檢測電路進行最高水位和最低水位判斷，控制進水電磁

13、閥和排水電磁閥開關；門控電路判斷洗碗機門是否關閉；鍵盤電路設置洗滌水溫及洗滌時間。為了實時顯示洗碗機工作狀態(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)動電路作為單片機與外部器件的接口電路，驅(qū)動電磁閥、電阻絲、電動機及紫外線消毒器工作。圖5 系統(tǒng)總體設計方案5.2 洗碗機控制系統(tǒng)硬件設計針對上述功能及可靠性、成本和方便使用維護等因素,筆者設計了圖2所示的洗碗機控制系統(tǒng)。單片機最小系統(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則用以存放關鍵參數(shù),如開機維護密碼、產(chǎn)品的序列號、開機次數(shù)、洗滌設置參數(shù)等; 256字節(jié)的RAM用來存放臨時變量。鑒于本洗碗機有較多的開關量信號,故此,設計中使用并行芯片8255來擴展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前溫度;二

15、是使用三端溫度傳感器DS18B20進行采集,直接得到溫度數(shù)據(jù)。相比之下,后一種方案較為經(jīng)濟簡捷。鍵盤和LED顯示選用HD7279A來進行控制,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03位數(shù)字輸出驅(qū)動;引腳SASG和DP則對應于段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進行通訊,串行數(shù)據(jù)從DATA引腳送入芯片并由CLK端同步。當片選信號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 控制器硬件設計方案5.3 洗碗機控制系統(tǒng)的軟件設計本系統(tǒng)功能模塊按洗碗過程可分為六個階段:進水過程、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行編寫。主要的軟件模塊有開機自檢、狀態(tài)初始化、顯示當前默認狀態(tài),進入鍵盤掃描狀態(tài)并等待操作鍵按下,以及根據(jù)操作鍵轉(zhuǎn)入相應流程等,其主程序流程見圖6所示。用戶使用前,應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,根據(jù)洗滌要求設置洗滌模式(或使用默認方式),將碗放入清洗室,然后關

18、上機門,按下開始鍵。之后,控制器檢測水位高低和水溫,以決定是否進水與恒溫加熱,至此準備工作完成,啟動電機進行清洗。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置模式。洗滌中每一過程和按鍵均對應有一發(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置模塊可以設定洗滌模式、每一過程的時間長短以及洗滌劑量大小,也可隨時按相應的功能鍵暫停或中止洗滌過程。技術維護人員可以通過鍵盤/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,也可對關鍵參數(shù)根據(jù)實際情況進行設置。故障報警功能模塊可在工作電壓故障、進水閥故障、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。5.4 控制器程序設計整個洗碗過程分為：進水，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;顯示主程序主要負責顯示洗碗剩余時間，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的中斷服務函數(shù)。T1用于定時，基本定時時間為50ms，通過對mseccnt