自動洗碗機控制系統(tǒng)設計-單片機

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1、. - ** **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： 2021 年6月23日至2021年6月27日 學生** 班級 成績 指導教師(簽字) 控制與機械工程學院 2021年 06月27 日 **

2、城建大學 課程設計任務書 2021 —2021 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 2021 年 6 月 23 日至 2021 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構造及工作原理。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根本方法和技術。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

3、。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根底。 二、課程設計的根本要求 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展設計計算的方法。 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，計算正確，圖紙表達內(nèi)容完整、清楚、標準。 5、課程設計說明書封面格式要求見"**城市建立學院課程設計教學工作標準" 附表1。 三、課程設計具體要求 1、要求每位同學獨立完

4、成設計任務。2、原理圖設計。 1〕原理圖設計要符合工程的工作原理，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，將總體項能分解成假設干個子功能模塊，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構造進展說明

5、，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ＨＤ７２７９Ａ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ＨＤ７２７９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] .zwmcu./News/2005,6/Article_209.htm 指導教師〔簽字〕： 系〔教研室〕主任〔簽字〕： 批準日期：2021 年 6 月 18 日 摘要

6、 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 . 優(yōu)選- .

7、 - 目錄 一、緒論1 二、自動洗碗機根本機構工作原理1 三設計思路2 四、控制器的介紹2 五洗碗機的設計3 5.1 系統(tǒng)總體設計方案2 5.2 洗碗機控制系統(tǒng)硬件設計2 5.3 洗碗機控制系統(tǒng)的軟件設計2 5.4 控制器程序設計2 六總結(jié)2 七參考文獻2 . 優(yōu)選- .

8、 - 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)廣泛進入人民群眾的家庭之中,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

9、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、水位上下、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。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;

10、(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、自動洗碗機根本機構工作原理 本設計的全自動洗碗機是前開門式構造的，它的外部構造如圖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

11、等構成。清洗水泵安裝在機座的底部，由清洗電機與葉輪泵構成。清洗電機直軸驅(qū)動葉輪泵，把水進展加壓,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，從而對餐具進展沖洗，構造如圖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，從而到達改變方向，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 全自動洗碗機外部構造圖3 旋轉(zhuǎn)臂裝置構造圖 (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

12、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，然后進展適當加熱，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)去除，需要反復沖洗實現(xiàn)，大概控制在5~7次。 (3) 烘干、消毒。烘干與殺菌同步進展，可以節(jié)省洗完時間，同時也可以到達要求，需要將溫度控制在60度以上，同時翻開紫外線燈，可以消滅大局部細菌。 四、控制器的介紹 本

13、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)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

14、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級中斷構造，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停頓工作，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)，單片機一切工作停頓，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次擦寫周期 u 全靜態(tài)操作：0Hz～33MHz u 三級加密程序存儲器 u 32個可編程I/

15、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構造 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；水位檢測電路進展最高水位和最低水位判斷，控制進水電磁閥和排水電磁閥開關；門控電路判斷洗碗機

16、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、本錢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SPI接口來下載程序

17、;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口局部管腳的使用,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),輸入和輸出局部都采用光電隔離措施。考慮到局部驅(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MA*150進展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;二是使用三端溫度傳

18、感器DS18B20進展采集,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來進展控制,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DIG0~3對應0~3位數(shù)字輸出驅(qū)動;引腳SA~SG和DP則對應于段a~g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

19、式與AT89LS8252進展通訊,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的緩沖存放器。 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)以承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

20、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展編寫。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,假設狀態(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

21、放入清洗室,然后關上機門,按下開場鍵。之后,控制器檢測水位上下和水溫,以決定是否進水與恒溫加熱,至此準備工作完成,啟動電機進展清洗。接下來再把清潔劑注入清洗室,同時檢測水位上下,假設水位較低,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展消毒。洗滌完成后,蜂鳴器鳴叫,說明洗滌完成,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,用戶翻開機門,取出碗盤,然后斷電即可完畢整個洗碗過程。 在該系統(tǒng)軟件子程序中,需要對鍵盤/顯示管理模塊進展說明,包括初始化子程序、發(fā)送子程序、接收子程

22、序、中斷子程序、顯示子程序等。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?；蛑兄瓜礈爝^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)實際情況進展設置。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)平安。 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

23、代碼如下 *include //包含單片機存放器的頭文件 *include //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=P1^3; //水箱加水 sbit waterout=P1^4; //排水 sbit swim=P1^5; //沖水 sbit warm=P1^6;

24、 //加熱 sbit disinfect=P1^7; //消毒和烘干 *define TIMEWATERIN 60 //定義各環(huán)節(jié)時間 *define TIMEWARM 30 *define TIMEWATEROUT 60 *define TIMEWASHING 150 *define TIMEDIS 150 uint totetime; void displayled(uint m); void delays(uchar ms); void initimer1(); void inisystem() //程序初始化 {

25、 checkstop=0; TMOD=0*32; 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+TIMEWATEROUT+TIMEWASHING +TIMEWARM+TIMEDIS; waterin=1; delays(TIMEWATERIN);

26、 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)

27、動，程序代碼如下： void displayled(uint m) { uchar i,j; for(i=0;i<3;i++) { j=m%10; m/=10; leddata[i]=LEDCODE[j]; } for(i=0;i<3;i++) { TI=0; SBUF=leddata[i]; 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

28、 delays(uchar ms) { uchar i; for(i=0;i

29、1=1; msect++; if(msect>=20) flagls=1; } void initimer1() { flagls=0; msect=0; TR1=0; TH0=0*3c; TL0=0*b0; TR1=1; } 圖8 主程序流程圖 圖9 原件布局布 六總結(jié) 知識來自于課本，知識來自教師同學，知識也來自于自己的實踐。有句老話叫實踐出真知，課程設計就真正表達了這句話。這其中需要你聯(lián)系學過的所有知識，用所學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

30、華。在這樣的求解和研究中，自己學會了怎樣去分析，怎樣去思考，怎樣去領悟。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，使自己在今后的學習中有了不斷向前的動力，這或許是本次課程設計最大的收獲。 該控制系統(tǒng)可實現(xiàn)本自動洗碗機所要求的功能,而且簡捷實用。但還有需要完善提高的地方,如排水需要人工干預、人機接口可考慮選用效果更好的字符或圖形LCD、系統(tǒng)集成度有待提高等。 七參考文獻 [1] 洗碗機將成未來市場亮點[ J] . 技術與市場,2000, ( 3) : 10. [2] AT89LS8252, 8- bit Microcontroller with 8K BytesFlash [ Z] . ATMEL DATABOOK, 1998. [3] HD7279A 串行接口8 位LED 數(shù)碼管及64 鍵鍵盤智能控制芯片. : / / . bitcode. . . [4] 宋戈，黃鶴松等．51單片機應用開發(fā)范例大全．人民郵電 . 優(yōu)選-