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单片机洗碗机的设计


基于单片机洗碗机的设计

龙岩学院 毕业设计

题目: 专业: 学号: 作者:

基于单片机洗碗机的设计

电子信息

2014041708

龚 坤 玉

指导教师(职称):罗

锦 彬 讲师

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16 年 6 月 4 日

基于单片机洗碗机的设计

基于单片机洗碗机的设计
【摘要】 随着时代的进步,科技产品代替手工劳动。实用的家用电器进入我
们的日常生活。但是全自动洗碗机一直在我国市场中的空白。相对于传统的洗碗 机大多数不合适中餐餐具的洗涤要求,而且能耗大,安全系数比较低,时间消耗 长这些方面的问题。开发出一种简单、方便而且节能环保的全自动洗碗机成为电 气研究人员的研究方向,采用 AT89C52 单片机芯片,一来可以减低成本,二来还 可以实现洗碗机过程中的洗涤控制及其它的逻辑控制, 通过高压水泵的强大冲击 力能使得餐具洗的更加干净; 同时采用两种不同的消毒的方式, 让餐具更加安全。

【关键字】

环保 简单

安全

Based on the design of the microcontroller dishwasher
【Abstract】
Along with the progress of The Times, science and technology

products instead of manual labor. Practical household appliances into our daily life. But automatic dishwasher has been on the blank in China market. Compared with traditional dishwasher most inappropriate Chinese tableware washing requirement, and large energy consumption, safety factor is lower, the long time consumption of these problems. Developed a simple, convenient and energy conservation and environmental protection automatic dishwasher become electrical researchers study direction, using single-chip microcomputer AT89C52, which can reduce costs, and can also achieve the dishwasher washing in the process of control and other logical control, through the high pressure water pump of the strong impact can make tableware wash more clean; At the same time with the method of two different kinds of disinfection, make tableware more secure.

【Key Words】 Environmental simple safety

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目录

第一章 绪 论................................................... 1 1.1 洗碗机的发展历史 ............................................ 2 1.2 自动洗碗机的简述 ........................................... 3 1.2.1 自动洗碗机的分类...................................... 3 1.2.2 洗碗机主要有以下功能.................................. 4 1.2.3 自动洗碗机的外部结构.................................. 4 1.2.4 自动洗碗机的工作原理.................................. 7 1.2.5 自动洗碗机的功能扩展.................................. 7 1.2.6 系统的设计框架和设计原则............................... 8 第二章 自动洗碗机控制系统硬件设计.................................. 9 2.1 控制系统硬件结构 ........................................... 9 2.2 AT89C52 单片机简介......................................... 10 2.3 手动按键电路 .............................................. 12 2.4 输出驱动电路 .............................................. 13 2.5 LCD 液晶显示电路........................................... 14 2.5.1 LCD1602 的基本参数及引脚功能 ......................... 14 2.5.2 LCD1602 的技术参数 ................................... 15 2.6 温度控制电路 .............................................. 16 2.6.1 DS18B20 温度传感器外形结构 ........................... 17 2.6.2 DS18B20 温度传感器的主要特性介绍 ..................... 18 第三章 自动洗碗机控制系统软件设计................................. 19 3.1 系统主程序设计框图 ........................................ 19 3.2 功能模块子程序设计框图 .................................... 20 第四章 洗碗机设计功能结果分析..................................... 21 4.1 温度显示值范围存在误差 .................................... 21 4.2 噪音过大 .................................................. 21 第五章 结 论..................................................... 22 参考文献........................................................... 23 致 谢 词........................................................... 24 附 录............................................................. 25

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第一章





伴随着人类社会的发展,国民生活方式的加快,合理性的选择适合我们快节 奏的生活方式成为了我们心目中的不二选择, 智能家居代替曾经我们认为繁琐的 家务以不再是梦想,在旧电器时代中,人们对电器功能要求,仅仅就是为了简单 的辅助我们日常家务劳动。如今社会,这种辅助式的家用电器远远满足不了现代 社会的发展的需求。社会在进步,科技也在不断的创新,人们想要的家用电器不 仅仅只停留在有家用电器之上,而是拥有多功能,安全、环保智能家居的现代电 器的家用设备。 在日常的生活当中我们不难发现,洗碗是大家都避之不及的家务活,不管是 作为孩子还是大人总会应为这些家务活而向身边的亲人发牢骚。 但现在伴随着科 技的进步,一种全自动多功能的洗碗机已不再是梦想。作为生活在中国的家庭里 的我们,大家都有吃完饭马上洗碗的习惯,这给每个家庭要洗碗的同志来说是一 种负担, 甚至因此带来家庭的争吵。 正因为有这种需求, 才有了市场研发的动力, 来解决矛盾。过去研发的洗碗机,具有它本身的局限性,它的问世并没有把一辈 子做家庭劳动人们解救出来。只是部分解放在家做家务的人们,正因如此,未来 洗碗机的需求也将越来越大,这就需要我们研究出功能更加强大的洗碗机。 在将来的中国,全自动的洗碗机将进入每个普通的家庭里。在大多数人中眼 中还是一个相对不熟悉的东西, 其中的原因是因为过去这方面的技术相对较为薄 弱、制作相对比较复杂、造价高研究投资大,同时材料工艺的缺陷。正是因为有 这些原因。使洗碗机未能进入普通家庭。只服务于中高层富裕的家庭。随着技术 的日益成熟,材料工艺的日趋完善,具有极其良好的发展前景。在过去的几十年 里,国外的洗碗机入续进入我国国内市场。同时中国自己的洗碗机也在推广自己 技术和市场。正因为技术上的缺陷,很难在拥有自己的市场。还没等自己的站稳 脚跟就被其他产品给挤出去了,当也没有必要过于悲观,进过了六七十年的技术 积累,在研发洗碗机这方面已经相对成熟,已经不存在技术上的障碍。只是如何 更加节能,环保的技术研发上有待进一步的改进。

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1.1

洗碗机的发展历史

洗碗机不是近几年发展起来的,而是经过一百多年的发展和技术改进,在现 今的欧洲洗碗机已成为家庭和企业的好帮手。 但是由于中国在这方面发展相对起 步较晚,在洗碗机方面没有较大的建树,未能研发出相对成熟洗碗机。下面介绍 一下洗碗机的发展史。 ? 1850 年第一台机器洗碗专利问世,是 Joel Houghton 研发出来,是世界

上第一台手动洗碗机。 ? 现代洗碗机 发明 是由 蒸汽船发明人 John Fitch 的孙女 Josephine

Cochrane 研发的,在 1893 年世界博览会展出过的其研发的作品。可惜的是洗碗 机还是手动的。 ? ? 在 1920 年代出现了水喉的洗碗机奠定现代洗碗机的基础。 德国的米勒公司在 1929 年制造出了电动家用洗碗机, 成为欧洲第一台现

代洗碗机,只是其设计的外形没有考虑到家庭环境的因素。 ? 美国 GE 公司在 1954 年生产了第一台电动台式洗碗机,相比之前的洗碗

机它的洗涤效果有所提升,而且外形也更具人性化。 ? 米勒公司又在 1978 年制造出了世界上第一台微型计算机控制型洗碗机,

洗碗机具备家用性能在实践中得到充分的体现。 ? 日本是亚洲最早从事洗碗机的研究的国家,经过几十年的发展,日本成

功的研发出自己的微型计算机控制的洗碗机。 所代表的企业有松下 (National) 、 三洋(SANY)、 三菱(MITSUB ISHI)、东芝(TOSHIBA)等。 ? 相继而来,欧美的洗碗机已经相当成熟,具有真正现实推广的自动化洗

碗机, 欧美所代表的企业有米勒 (Miele) 、西门子 SIEMENS) 、惠而浦 (Whirlpool) 等公司。 ? 而在国内,直到 1998 年小天鹅生产出第一台全自动柜式洗碗机。当下具

备生产线的企业除小天鹅外,同时还具备有的海尔、美的、澳柯玛等生产全自动 洗碗机的公司。 从上面的洗碗机的发展历史来看,我们得出一个结论,洗碗机从最初手动到 自动。又从现在自动到智能的历史发展所需的时间是漫长的。但是人们对洗碗机 的研究从未因为技术上的缺失而放弃,虽然对洗碗机研发有着它本身特殊的要
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求,在过去的科技及材料尚未能达到它的性能要求。致使得它的发展相对比较缓 慢,对于发展中国家的我们来说,同样也是一个值得我们攻克的一个技术领域。 作为我们来说,站在前辈们的肩膀上,我们需要更多的勇气和决心去实现前任想 实现而未能实现的梦想,让我们的生活更加智能、安全、洁净。

1.2

自动洗碗机的简述
洗碗机俗名有可以称洗碟机或餐具洗濯机, 是一种取代人们日常洗濯盘、 碟、

杯、碗、勺等用餐具器具的家用电器。原理其实很简单将溶解了洗涤剂的热水高 速射向待清洗的具,洗涤之后进行排水,然后换清水洗净,然后可以通过自身的 余热或加热元件加热。 把餐具进行烘干消毒, 因为有这一功能洗碗机又称干燥机。 以成为现代企业和家庭的好帮手。为企业节约了成本,同时也给每个家庭减轻了 家庭负担。成为我身边的一部分。在经过了五六十年的发展和技术改进,洗碗机 在技术上已经相当完善。以着手开始研发新产品,节能、省水和降低噪声这方面 进行技术改进,是当前洗碗机的主要发展主要方向。 1.2.1 自动洗碗机的分类

现如今洗碗机主流市场还是用于大型商业使用上, 洗碗机在酒店餐厅和消毒 中心对这方面的需求远要大于家庭需求。洗碗机出现,给酒店和餐厅消毒中心一 个新的契机,大量的减小了人工人本,同时减小了人为的失误率所带来的经济损 失。也给客人带来更好的用餐环境,提高餐厅的档次。同时它带来的经济效益也 是相当可观的,也极大方便了酒店及餐厅的运作。简化了运营方式。下面我们来 介绍一下自动洗碗机的分类。 ?按传送方式洗碗机可分为网带平放式、揭盖式、蓝传式、斜插式。 ?蓝传式:我们通常用于大型商用洗碗机,其运营成本低。资金回收成本快。 篮传式的洗碗机是针对主要作用于酒店、餐厅。大中型酒店选用这款洗碗机是实 现利益最大化的不二选择,同时它具备洗涤不同形状、不同大小的各类餐具。具 有超强的消毒功能。 ?揭盖式:因为体积小常用于家用洗碗机上,因为在洗涤的餐具上具有空间 的局限性,同时其洗涤的速度上较慢,已逐渐退出大型商业市场。
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?网带平放式:被我们称之为第四代商用洗碗机,其工作效率大大超出以前 各类洗碗机。 ?斜插式:属于商用洗碗机范畴,就市场反映好坏存在分歧。但其设计本身 具有他的设计缺陷,设计中存在洗涤死角,摆放布局太密。 1.2.2 洗碗机主要有以下功能 自动洗碗机不仅仅具有他洗涤的功能,它还有其他的附带功能,有了它这些 功能不仅可以让我们减少家务,而且更加卫生,更加方便。是我们的家庭更加整 洁。我们来具体介绍它给我们带来不一样的惊喜。 洗涤:在密闭的环境中洗涤,减少了二次污染的可能性 消毒:通过加热和紫外光消毒的方式可全面杀死大肠杆菌、葡萄球菌、肝炎 病毒等病菌病毒。同时还可以利用消毒水的进行杀菌。 烘干:清洗完之后马上进行烘干,减少水渍留下的斑痕,让餐具更加卫生。 贮存功能:合理科学的设计,既可清洗餐具,还可以当餐具柜。 省时省力:洗濯的时间短、消毒性能好,减少我们的家庭劳动。 1.2.3 自动洗碗机的外部结构 设计一个前面开门式结构的自动洗碗机他的主要元器件, 它的外部构造如下 图G1-1所示,里面还有加热管、洗涤装置、排水管、过滤网、碗架、导轨、外加 漂洗剂供料装置及洗涤的供水、排气空等。

1-排气口 2-把手 3-门扣 4-透明观察窗 5-工作按钮 6-复位按钮 7-电源插头 8-排 水管 9-进水管 10-机壳

图 1-1 自动洗碗机外构造图

(1)机壳

机壳所使用耐高温的塑料或薄钢板涂有绝缘的金属外壳制成。

使用塑料外壳主要从两个方面考虑,一是为了减小机体的自身重量,而是为了减

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低材料成本。就现如今海尔WQP3-型、澳柯玛WQP4-3型洗碗机等。,同时也存在 着其材料自身带来的缺陷,机械强度较低,使用塑料材质容易老化,同时那高温 的性能也将逐渐减低。薄钢板洗碗机的机壳大多用在前开门式洗碗机,比如海尔 WQP4系列、WQP6系列和WQP12系列,还相对类似的小天鹅WQP-4100型和美的WP5A 和WP5B型自动洗碗机。它优点机械强度高,耐磨机身牢固,缺点也是存在许多比 如容易氧化腐蚀,造价成本高,易发生漏电事故。 (2)机门 机门是双层构造,所用的是冷轧薄钢板冲压工艺制作,外表涂

有白色环氧树脂,使其不易生锈。上开式洗碗机的机门是安装在机壳的上方; 机 门设计成前开式的安装在机壳的正前方。这样的设计可以设计一个门控开关,当 开门的时候切断电源,关门的时候接通电源。还可以采用透明的玻璃安装在洗碗 机的机门的正前方,可以方便我们的肉眼观察。 (3)按钮设置 这里的按钮有两个,有一个按钮两种作用、开始按钮、启

动按钮。它的工作模式也是只有一个方式,开始按下按下S2键,开始工作,进入 震动洗涤状态。通过对被清洗餐具的振动和喷洗抖落附着在餐具的食物和污渍。 对它进行洗涤5分钟结束后,它会执行一下环节的工作,对洗涤的餐具进行消毒, 由于餐具的上存在不同细菌、病毒及微生物。加热消毒的方式不足以杀死可能危 害我们对餐具的使用者, 我还新增了紫外光消毒的方法对他进行全面彻底的灭菌 消毒完全符合我们对餐具的消毒标准, 下面我们来了解一下这两种消毒的方式的 不同消毒原理和消毒效果。 依据石家庄市疾控防控中心流行病科周继坤主任了解, 高温消毒想要真正达 到预想的效果,同时应具备两种条件:一种是消毒时所用到的温度,另一种则是 消毒所使用的时间,只有同时具备两种条件下,正常情况下可以引起肠道疾病的 细菌大多数要用100℃高温持续使用1-3分钟才有其灭菌的效果或在80℃高温情 况下持续10分钟才能达到杀菌的效果。 在我们过去生活当中, 吃饭前用开水烫碗, 这种消毒方式要想全方面的消毒是不科学。虽然说可以杀死少数微生物,但不能 保证杀死绝大部分致病性细菌。想要彻底消毒效果,可以通过煮沸、蒸汽流通或 者使用紫外线消毒碗柜等不同的方法。要是使用最原始煮沸消毒方法,需要多煮 的时间长一些,要是用紫外线消毒的方式正常要维持15-30分钟左右时间。这是 消毒方式的具体要求,出于对材料的价格及对实物模拟的要求,安全因素上的考

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虑,我对消毒的温度进行了修改,在做实物中的消毒温度等同于加热消毒的有效 温度和有效消毒时间。 紫外光波是人类用肉眼见不着的光线,在光波射线端的外端,故俗称为紫外 线,紫外线主要来源于太阳光的射线,通过太阳辐射电磁波而产生。可利用波长 的长度可区分四大类紫外。紫外线是一种能量运行特殊的光线。通过不同相连的 粒子流,其粒子流的波长约253.7nm的紫外线光子拥有4.9Ev的能量,在线是生活 当中通常使用紫外线消毒中,使其进行能量的吸收和积累,当病毒或者细菌超过 达到3600-6500Uw/cm^2能量的时候,对于细菌和病毒都是致命的,可以让细菌、 病毒失去生存能力及繁殖力从而达到消灭细菌、病毒,达到消毒灭菌的效果。紫 外线一方面能使核酸突变、阻止核酸复制、防止蛋白质的合成;另外一方面,可 以生成自由基产生光电离,从而达到消灭细菌的效果。辐射达到一定强度时,照 射的餐具时间越久,距离紫外光灯管越近,杀菌的能力就越好,要是在相同条件 辐照强度下,餐具照射的时间越短,距离紫外光灯管越远的话,杀菌的能力就越 差 (4)通过高压水泵进行抽水加压之后进行喷水。水泵的蓄水由外部设备添 加,可以选择不同洗涤水、消毒水、和清水。不过这些都不是自动的,还需人工 添加和搅拌。 (5)洗涤装置 洗涤装置组成有旋转喷臂、清洗水泵等元器件。水泵安装

在机座的底部,有洗濯电机与水泵构成。洗濯电机直轴驱动小叶轮泵,对把水进 行加压处理,在经过喷臂的喷水孔从三维地体方向对餐具进行喷洗,对餐具进行 高压冲洗,因为其喷水本身具就有高压的冲击力,就拥有了更高的洗濯的效果。 外部图形如图1-2所示。当喷水孔喷水时,由于得到水的反作用力的作用,产生 得到了一个转矩,让喷臂和转轴一起绕中心轴旋转,达到改变方向作用,达到了 从不同方向向餐具洗濯的效果。

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图 1-2 旋转喷臂装置结构

自动洗碗机是通过单片控制,利用逻辑程序进行功能编写,因为旋转喷臂的 水是从三维方向喷射到餐具上的,利用喷水的水的冲击力、洗濯消毒剂和温度共 同的作用下,对食用餐具进行洗濯、消毒、烘干。 1.2.4 自动洗碗机的工作原理 本次设计的这款自动洗碗机, 它工作原理是通过单片机程序同时控制电机的 振动和喷水机的启动。单片机的 IO 口输出低电平可以启动加热和消毒灯点亮。 当程序运行到 IN3 低电平,2003 驱动芯片驱动继电器闭合,加热棒就会开始加 热。加热温度为 36 到 40 度,温度采集采用 DS18B20 采集温度,进行恒温控制消 毒结束后,液晶显示完成工作,再次按下 S2 键,可以开始下一次的洗涤消毒。 其这样模式操作起来虽然简单,与其他的洗碗机的模式相比,其工作的模式比较 的单一,仅仅适用于小家庭的一般餐具的洗涤工作,所以还有许许多多可以提升 和改进的地方。 1.2.5 自动洗碗机的功能扩展 在洗碗机的性能方面上可以提升的的地方很多, 比如在自我保护过方面可以 增加零检测电路、漏电检测电路等提高其来工作的安全性能。在其工作模式方面 可以增加适应不同餐具的不同洗涤工作,比如清洗、标准洗、烘干等对其工作的 模式区分开来,就可以运用到不同餐具的不同的类别的清洗、消毒工作。也可以 在消毒方式上进行改进。利用红外线杀菌的消毒方法,这些功能都可以在未来洗 碗机机进行功能上的改进和扩展。

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1.2.6 系统的设计框架和设计原则 对于本次设计的框架描述大致分两个方向进行阐述, 首先第一个方向介绍的 自动洗碗机控制系统器件使用部分的设计内容, 另外一个方向描述的实现其功能 的软件程序编写的内容。将对系统设计的一个各功能模块进行详细的讲述,让读 者看了条理更加清晰,易于读者理解。自动洗碗机在结构设计上,充分利用简单 的器件安装控制运行,符合家庭所需的洗碗要求。做到安全系数高,稳定性好。 操作简单,在追求性能要求的基础上,适当的减低器件的成本。做到价格与性能 上的最优解,真正做到具有现实意义上的运用。利用 Protel 绘制出洗碗机设计 的控制系统原理图、每个模块功能的电路原理图和对应的工作流程图和程序框 图。还会将所有用到的主要元器件,逐一进行详细介绍。

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第二章
2.1

自动洗碗机控制系统硬件设计

控制系统硬件结构
自动洗碗机制定了洗涤与消毒方式及时间的设定, 对其时间在单片机程序上

进行了精确设定。洗濯方式是固定设置的模式的,本次洗碗机的硬件系统设计如 图 2-1 所示四个功能模块。

手动按键电路

液晶显示电路

输出驱动电路

温度控制电路

AT89C52
加热电路 紫外光消毒电路

振动电路

高压水泵电路

图 2-1 自动洗碗机控制系统硬件结构图

此设计自动洗碗机的硬件使用的是美国 ATMEL 公司生产的微控制器 AT89C52 快速存储器(Flash Memory)与 MCS-51 微控制器相结合研发的 8 位单片机,其 单片机控制芯片拥有强大的功能、功率损耗低、集成度高、发出的噪音小、而且 造价低廉。它的功能能够满足绝大部分用户的功能需求。 输出辅助启动电路包括电机辅助启动电路、 喷水辅助启动电路以及继电器辅 助启动电路。辅助启动电路主要用于辅助启动振动电机和喷水电机。而加热管由 于功率较大,采用继电器辅助启动。 因为单片机本身就具备有集成看门狗复位电路, 确保能在电源电压万一出现 故障时使单片机复位来保证洗碗机正常工作。提高系统的稳定性 液晶显示电路中主要是显示待机状态、洗涤过程、定时时间、消毒过程和消 毒时间。显示器是以 LCD1602 液晶显示器显示,英文写的开始、洗涤、消毒然后 又开始三种状态。可以更加直观的让我们看到其工作的模式。

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2.2

AT89C52 单片机简介

AT89C52 单片机芯片是美国半导体 ATMEL 公司出产的低电压、功能强大、功 率损耗低的 CMOS 8 位单片机,片内集成有 8K byles 的可反复擦写的只读程序存 储器和 256 byles 的随机存取数据存储器,器件使用的是半导体 ATMEL 公司的高 密度、不容易丢失存储技术,片内设置集成有 8 位中央处理器和快速存储单元。 AT89C52 单片机功能强大, 足够满足用户对各类电子产品的功能需求。 引脚图 2-2 所示。 AT89C52 单片机的主要性能参数: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 与 MCS-52 产品指令系统完全兼容; 8K 字节反复檫写快速存储器; 1000 次檫写周期; 全静态操作: 0Hz 到 24MHz; 三级加密程序存储器; 256x 8 字节内部存储器(RAM); 32 个可编程 I/O 口线; 三个 16 字节定时记数器; 9 个中断源;

10. 可编程串行 URAT 通道; 11. 低功耗空闲和掉电模式。
图 2-2 AT89C52 外部引脚

其主要功能可概述为下面几点:拥有 8K byles 字节快速存储器,单片机芯 片内有 256 字节数据存储器,32 个外接功能线,和三个 16 位时间设置,一个 9 两级优先选择结构,一个数据双向传输端口,内设时间电路和晶振电路。同时, AT89C52 可降至 0HZ 的静止状态下的规律操作,软件上可支持两种节能方式,空 闲方式停止中央处理器的工作。 AT89C52 芯片的结构端口如图 2.2 所示,其中 P0、P1、P2 三个接线端都为 数据双向传输端口。 除了 P3 口作普通接线端口,可获取一些用于快速存储器编程 和检验程序的控制信息。同时它还具备第二功能,如表 2-1 所示:

表 2-1 P3 口的第功能

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端口引脚 P3.0 P3.1 P3.2 P3.3 P3.4 P3.5 P3.6 P3.7 其它引脚的定义为: VCC:电源电压。 GND:地线。

第二功能 RXD(串行输入口) TXD(串行输出口)
INT 0 (外中断
INT 1 (外中断

0) 1)

T0(定时器/计数器 0) T1(定时器/计数器 1)
WR (外部数据存储器写信号)

RD (外部数据存储器读信息)

RST:初始输入。晶振运行时,RST 接线端出现第二次以上的高电平时可以 让单片机恢复初始状态。 ALE/ PROG :进入外部存储器和程序存储器时,ALE(管理地址容许)写入信 号管理地址的低8位字节。纵使不进入外部存储器,ALE仍以时间振幅频率的1/6 传输一定的正脉冲信号,所以可用于外传输时钟和设置时间。
PSEN :程序内部储存容许传送是外部程序存储器的读取选用信号,要是

AT89C51的外部程序存储器取命令(或相关信息)时,每一个机器周期两次 PSEN 有用,当输出两个信号脉冲。在这段时间,如果进入外部数据存储器,这两次有 用的 PSEN 信号不会出现。
EA /VPP:外部进入许可。要是中央处理器单单只进入外部程序存储器(所

在地为 0000H-FFFFH), EA 端一定要是低电平。值得注意的是:要是密码位 LB1 用上了编程,恢复初始时内部会固定 EA 端状态。当 EA 端为电源的高电平,中央 处理器会执行内部程序存储器中的命令。快速存储器用于编程时,在端口上加 +12V 的编程许可电源,元器件使用的 12V 编程电压。 XTAL1:内震荡电路的输入端。 XTAL2:内震荡电路的输出端。 AT89C52 具有两种由软件编程的节能方式,一种是空闲模式另一种是掉电工

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作模式。当工作在空闲工作模式状态下,中央处理器保持待机状态而所包含片内 外设还是保持可运行状态,可以利用编程程序来设置,同时,片内程序存储器和 所有特殊功能寄存器的内容保持原来的状态。 空闲模式是可以被任何一个优先的 中断信号请求或硬件恢复初始停止。停止空闲模式的解决方案有两种,方案一只 要任意一条被许可中断的信息命令被执行; 方案二利用硬件恢复初始同样也能将 空闲工作模式停止。当出现掉电的情况下,振荡器将停止运行,掉电以后,进入 掉电模式的命令是最后一条命令, 片内数据存储器和特殊功能寄存器的内容在停 止掉电模式前被锁定。离开掉电模式的唯一方法是硬件恢复初始,恢复初始后将 重新定义全部特殊功能寄存器不改变其数据内容, 只有电源恢复到正常工作电平 后,恢复初始才有效,同时还要保持一定时间以使振荡器重新启动和稳定工作一 段时间。

2.3

手动按键电路

在本自动洗碗机手动按键电路设计了 2 按钮,它们分别为启动按钮和复位按 钮。上电后系统处于等待状态。手动按下 S2 按钮,系统开始工作,进入震动洗 涤状态。恢复初始状态按钮,当单片机芯片在开启时都需要恢复初始,恢复初始 状态使中央处理器和系统中的其他部件都处于一个待机的工作状态, 在这个工作 状态开始工作。在设计的洗碗机系统,偶然显示不正常,是为了调试的工作,需 要设计一个恢复初始电路, 恢复初始电路主要完成系统的上电恢复初始和系统运 行时用户的按键恢复初始功能。 恢复初始是在单片机芯片外接一个恢复初始电路,AT89C52 单片机芯片外接 端口 RST,输入高电平工作。当 RST 保持高电平,单片机便保持恢复初始的状态, 此时 ALE/PSEN、P0、P1、P2、P3 口都是输送高电平。EST 要是低电平了,将离 开恢复初始状态,中央处理器开始工作,值得关注的是,开恢复初始不删除数据 存储器的内容。 恢复初始电路的作用是系统上提供恢复信号,当设计系统电源稳定下来后, 退出复位信号。下图为开恢复初始电路,高电平有效,S1 为手动开恢复初始状 态开关,可以实现上述基本功能。复位电路图如下 2-3 所示

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图 2-3 复位电路图

2.4

输出驱动电路
在电子集成电路中出现了许多被控制的继电器,小型的电机,风扇,电子开

关控制, 空调, 污水处理等元器件和电子设备, 通常设备主要由中央处理所控制, 因为一些较大功率的元器件不能直接由芯片所控制, 就有了功率放大电路来满足 器件启动的电流和电压。在输出负载器件中,由于加热棒、振动机、喷水机、消 毒灯等较大功率器件, 利用 ULN2003AN 它的高压和大电流晶体管整列的型号产品 它是一个可控的大功率元器件,因为元件工作的功率大,使用的范围广。通常用 于一般性的电子电路当中。NLN2003AN 它属于一个 7 路反向器电路,当提供高电 平供电时,ULN2003AN 传送出来的时为低电平,当提供低电平供电时 ULN2003AN 传送出来的为高电平,继电器供上电之后吸合。当 IN3 提供的是低电平时, ULN2003AN 驱动芯片辅助继电器闭合,加热棒就会开始正常加热。如下图所示就 是输出驱动路的原理图 2-4 所示。

图 2-4 驱动电路的原理

在前面我们介绍,启动/停止加热棒是通过 ULN2003AN 驱动芯片控制继电器
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的通断来实现的。同时它还兼顾对两个小电动机和一个消毒灯的启动运行。在程 序编写的命令发送以后,通过单片机芯片对 ULN2003AN 芯片传送低电平命令。利 用这个芯片启动喷水机和振动机开始正常工作。当程序执行洗涤完之后,同样有 ULN2003AN 芯片结束工作,与此同时驱动紫外消毒灯与控制继电器的线圈来执行 通断开关来对加热棒加热,消毒结束后,进行关闭。

2.5

LCD 液晶显示电路
液晶显示选用的是字符型模块显示器其主要作用于显示字母、数字、符号等

点阵式 LCD,目前常用四种的功能相似的液晶显示的模块。就 1602 字符型液晶 显示器实物如下图 2-5 所示。

图 2-5 液晶显示实物

2.5.1

LCD1602 的基本参数及引脚功能

有两种的 1602LCD 液晶显示器,一种的是背光,另一种的不背光两种,所使 用的控制元件一般为 HD44780,背光的比不背光的要厚,但其使用上的功能上并 没有差别,他们的尺寸差别如下图 2-6 所示:

图 2-6 1602LCD 尺寸
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2.5.2 LCD1602 的技术参数 显示容量:16×2 个字符 芯片工作电压:4.5—5.5V 工作电流:2.0mA(5.0V) 模块最佳工作电压:5.0V 字符尺寸:2.95×4.35(W×H)mm 引脚功能说明 普通的 1602LCD 拥有 14 引出脚(没有背光)和 16 引出脚(背光)端口,及 相应端口的作用说明如下表 2-7 所示
表 2-7 引脚作用

编号 1 2 3 4 5 6 7 8

符号 VSS VDD VL RS R/W E D0 D1

引脚说明 电源地 电源正极 液晶显示偏压 数据/命令选择 读/写选择 使能信号 数据 数据

编号 9 10 11 12 13 14 15 16

符号 D2 D3 D4 D5 D6 D7 BLA BLK

引脚说明 数据 数据 数据 数据 数据 数据 背光源正极 背光源负极

表 10-13:引脚接口说明表 第 1 脚:VSS 为地电源。 第 2 脚:VDD 接 5V 正电压。 第 3 脚:VL 是显示器显示比较修正引脚,提供正电压时比较修正的功能较弱, 连接地线时比较修正最高,比较修正过高时会快闪,可使用一个 10K 的电位器比 较修正。 第 4 脚:RS 选用寄存器引脚,提供高电位时选择数据寄存器、提供低电位时选 择命令寄存器。

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基于单片机洗碗机的设计

第 5 脚:R/W 用两种不同的作用引脚,一种是读取,另一种的是写入。给它一 个高电平时,开始读取工作。给它一个低电平时,则开始写入工作。在 RS 和 R/W 同时为低电平时可以输入命令和显示地址,当 RS 为低电平 R/W 同时为高电平时 能读取信号,在 RS 是高电平与 R/W 是低电平时的情况下可以写入数据。 第 6 脚:E 端为使能端,使能端在高电平情况变成低电平时,液晶显示器开始 执行命令。 第 7~14 脚:D0~D7 为 8 位双向传输数据线。 第 15 脚:背光源正极。 第 16 脚:背光源负极。 下图 2-8 为自动洗碗机的 LCD1602 液晶显示的电路接线图


图 2-8 LCD1602 液晶显示的电路接线图

2.6

温度控制电路

在上面我们说到自动洗碗机执行洗涤工作后, 就进行下一步的工作加温消毒 和紫外光消毒两种消毒方式。在这里面我需要考虑到温度大小对餐具消毒的效 果。在上述文章中我已经对餐具有效消毒温度和时间进行过详细的介绍,能够导 致肠道疾病的病毒细菌绝大多数要经 100℃左右高温下,持续高温 1-5 分钟或在 80℃高温下,持续 10 分钟杀菌时间。考虑到高温试验模型中的安全性,在设计 实物中我把温度设计成(36-40)℃之间等效有效杀菌温度,这就需要有温度控 制器件来控制温度。下图 2-9 为控制温度的接线原理图。

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基于单片机洗碗机的设计

图 2-9 控制温度的接线原理图

使用 DS18B20 温度传感器来控制温度的上下限值,通过外接一个 5V 的电 压供电,利用单片机芯片设置上下限的温度设定值对加热棒进行温度控制,经过 单片机芯片的 P3.2 口进行信息的传输和发送,使其实现设计的性能技术指标, 温度不会超过 35 摄氏度到 40 摄氏度之间,(在这里的 35-40℃为实际当中的有 效杀菌温度 80-100℃之间)。 2.6.1 DS18B20 温度传感器外形结构

图 2-10 温度传感器外形结构

DS18B20 内部结构主要由 4 部分组成: 拥有 64 位程序存储器、 温度传感器、 利用接触式的温度报警触发器 TH 和 TL、配置寄存器。DS18B20 的引脚排列如 图 2-11 所示,DQ 是数字信号送入/送出引脚;GND 是电源地;VDD 是提供一 个外接电源的输入端。

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基于单片机洗碗机的设计 图 2-11 DS18B20 内部结构图

(1)利用光刻制程序存储器中的 64 位序列号是设计者在制作前用光刻好 的,可作为该 DS18B20 的地址排号码。64 位光刻程序存储器的排列是:从 8 位 (28H)是元件的型号分类,剩下的 48 位是 DS18B20 本身的排列号,剩下的 8 位 是前面 56 位的循环冗余检验码。光刻程序存储器的功能是可以能把每一个 DS18B20 都互不相同,这是为了实现一根总线上连接多个 DS18B20 的目的。 (2) DS18B20 是一个温度检测控制传感器,能对温度进行较为精确的测量, 在工作的性能上足够满足本次设计的功能要求。同时其价格片便宜,适合模型制 作的器件选择。 2.6.2 DS18B20 温度传感器的主要特性介绍 对于本次设计洗碗机的温度控制电路中,利用的是 DS18B20 温度传感器。 DS18B20 温度传感器是美国 DALLAS 半导体公司最新研发出的一种高性能的温度 传感器,和以前的所用来检测温度的电子元件相比,过去温度控制器件不能直接 显示温度,而这款温度传感器可以直接显示温度,简化了我们的电路设计。同时 还可以利用编程编写来显示 9~12 位的数字值读数显示。DS18B20 的性能特点概 述如下: ? 通信只需要一个引脚就能实现信息的传输; ? 可利用几个 DS18B20 并联在一起实现对多点的温度控制; ? 无须外部器件; ? 只需要有 3.0~5.5V,供电的电压低; ? 零待机功耗; ? 温度以 9 或 12 位数字; ? 用户可自定义报警设置; ? 可设置温度的上下限值,结合蜂鸣器可实现温度声音报警的功能; ? 具有正负电压的特性,当正负引脚接线错接时不会对元件造成伤害,但不能 正常工作;

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基于单片机洗碗机的设计

第三章
3.1

自动洗碗机控制系统软件设计

系统主程序设计框图

基于本系统要完成的功能,主程序流程图如下3-1所示。

Stanby

振动喷水洗涤

计时五分钟

加热消毒和紫外光消毒

计时 10 分钟

结束

图3-1 主程序图流程图

在主程序中,首先要对单片机和各芯片进行初始化。初始化的主要任务是: 程序标志寄存器、中断方式、堆栈指针、定时器、I/O口、定义的参数等的初始 化,以及等待按键,如按下启动按键,则按照相应的方式进行具体洗涤和振动操 作,洗涤五分钟后,进行下一步动作。

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基于单片机洗碗机的设计

3.2

功能模块子程序设计框图

在本次设计当中,对洗碗机的的第一功能是对餐具能起清洗的作用。同时还 能散落食物的残渣。为实现上述的功能本次设计对洗濯功能模块设计成下制图 3-2所示。
开 始

振动和喷水洗涤

喷水振动计时 5 分钟

结束

图3-2 洗濯功能模块图

温度控制程序流程图如图3-3所示。在程序中设置一个高温位和低温位,当 温度达到最高温度时加热棒停止加热。当温度下降到一个温度时继续加热,直到 消毒时间结束,将关闭加热,返回至Stanby。
开 始

加热

低温位
加热计时

高温位 YES
NO

Yes 加热结束

10 分钟 时间到
YES

加温结束 图3-3 温度控制程序流程图
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基于单片机洗碗机的设计

第四章
4.1

洗碗机设计功能结果分析

温度显示值范围存在误差

在进过一翻设计的理论认证,通过对设计器件的安装与调试,以基本可以实 现了课题的设计要求,能在五分钟内结束洗濯和振动这一设定的功能要求,也实 现了对两种消毒方式的工作运行。 不过在实践的运行中发现在设计的温度范围具 有1℃的温度误差。在定的温度范围中,所设计的温度范围在35℃到40之间。而 实际温度是在36度到39多度范围内做上下移动。 这充分说明理论上的数据与实践 上的数据还是存在有一定误差的。不过这种误差是在我们设计误差范围之内。下 面就是设计洗碗机当中的温度显示图4-1所示。

图4-1 温度显示图

在高温位39.5摄氏度到低温位36.3摄氏度之间在上下浮动,误差值在1摄氏 度之间。虽然说温度偏差不大,但还是说明在温度控制传感元器件上具有误差值 的存在。

4.2

噪音过大

在实际设计当中,只对功能上做技术上的性能要求,未对其工作的性能指标 上作出相应的规范化的标准。在其振动过程中出现了噪音过大的现象。在这一点 上超于本此设计的预想之外。这次毕业设计当中告诉我们设计一件产品,不是一 设计就能设计出完美的产品,需要通过我们不断的去认证,不断的去探索,不断 的去改进,才能设计实现我们心中想要的产品。 总的来说,本次设计的成果还是比较成功的,虽然当中存在着诸多的问题。 但我个人认为这是好的开始,因为我知道有哪里有不足的地方。只有认识到不足 才能有改变,不让问题在下一次出现。

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基于单片机洗碗机的设计

第五章





通过本次毕业设计,让我对单片机有了更深的了解,它具有的强大的功能, 在实际的运用领域范围之广,它已经成为我们生活中的一部分,到处都有它们的 身影。在这个智能电器的时代潮流之下。对于研究出更具智能的化洗碗机已经是 电器工程人员不二的选择方向。 下面我来介绍洗碗机的优点和创新之处简要的介 绍一下。 1.洗碗机自动化程度较高,可在无人监管下完成家用餐具的洗涤,消毒, 和存储功能。 2.此设计的洗碗机采用的是两种消毒的方式,充分考虑到现在中国国内目 前大多数民众只知道清洗而不消毒的现状。加强人们对餐具的安全意识。 3.洗碗机的设计中,设计结构简单,采用的器件也比较通用,价格也相对比 较便宜符合现代商业化的发展要求。 在这次的设计中,虽然结合实际实现了洗碗机的基本技术要求,但在设计中 也暴露了许多问题。还需进一步的提高和改进的地方。 1.在喷水的过程中,没有考虑到水和洗洁剂水的温度对洗涤的效果、自动 添加洗洁剂等。采取的解决方式可以多加一个加热棒和温度控制器。充分提高洗 涤的效果。还可以外加一个洗碗机洗洁剂门阀电磁开关控制电路。 2.对于残渣的处理方式,未做详细的说明,可以添加一个碾碎机,碾碎之 后在由排水管排出。 3.现在智能化电器中讲究的是多功能, 充分利用现有一切的资源运行不同的 工作,是否可以将洗碗机和洗菜两种功能结合起来使用,有待我们进一步的思考 和探索。这样才能是消费者更加容易接受。 相信在不久的将来,随着科技的不断研究深入,高智能化的洗碗机将以个全 新的面孔展现在我们的面前,给我们的生活真正带来洁净、方便与安全。

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基于单片机洗碗机的设计

参考文献
[1] 余永权 《单片机与家用智能化技术》 北京:电子工业出版社,1995 [2] 余永权 《ATMEL89系列单片机应用技术》 北京:北京航空航天大学出版社。 [3] 王幸之 钟爱琴 《AT89系列单片机原理与接口技术》 北京:北京航空航天 大学出版社,2004 [4] 刘光斌 刘冬 姚志成 《单片机系统实用抗干扰技术》 北京:人民邮电出版 社,2003 [5] 徐科军 《传感器与检测技术》 北京:电子工业出版社,2004 [6] AT89C51 8-bit Microcontroller with 8K Bytes Flash[Z],ATMEL DATA BOOK, 1998 [7] ATMEL Microcontroller AT89C51 Data Sheets[Z],2000 [9] MAXIM Low-Cost,μ P Supervisory Circuits, New Release Data Book,1992 [9] ISOCOM Optically Coupled Bilateral Switch Light Activated Zero Voltage Crossing Triac,2002 [10] 何英 《Protel99入门与实用》 北京:机械工业出版社,2001 [11] 杨志亮 《Protel99 电路原理图设计技术》 西安:西北工业大学出版社, 2002 [12] 康华光 陈大钦 《电子技术基础-模拟部分》 北京: 高等教育出版社, 1998 [13] 沈长生 《常用电子元器件使用一读通》 北京:人民邮电出版社,2002 [14] 赵学泉 张国华 《电源电路》 北京:电子工业出版社出版,1995 [15] 庄开达 家用洗碗机的外观与工业设计 家用电器科技,2002年03期 [16] 京讯 全自动家用洗碗机 家用电器科技 1999年02期 [17] 王兆安 刘进军 《电力电子技术》 西安:机械工业出版社,第五版 [18] 刘德旺、肖春芳 周厚全《电子技术基础》 郑州:黄河水利出版社,2009

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基于单片机洗碗机的设计

致 谢 词
本毕业设计课题的顺利完成与尊敬的罗导师的直接关怀和悉心指导使分不 开的。在几个月的毕业实习设计工作过程中,罗老师作为指导者为设计付出了大 量的汗水和心血,从各个方面对我的设计工作进行指导、督促、指正、完善。导 师严谨的治学态度、渊博的学识都将是作者终生学习的楷模。在此,真心的对罗 导师的辛勤培育和悉心指导表示衷心的感谢! 非常感谢厦门市公路局路灯桥隧维护中心给了我一个毕业实习的机会, 从中 让我学会了很多。让我学会了很多课本外知识,也让我懂得了如何在未来的人生 当中寻找自己想要的生活。确立自己的人生观。还充分的给我设计毕业设计的时 间和相应的技术指导,并在实验过程中给予了大力支持和悉心指导,为我们的毕 业设计提供了很好的实践环境和充裕的时间,也为以后走向社会打下扎实的基 础。在此,为各位老师的耐心指导表示真挚的感谢! 同时在这次设计过程中,也得到了许多同学的帮助和支持,在我不擅长的领 域给我无私的帮助。在此也表达深深谢意!

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基于单片机洗碗机的设计


主程序的编写 #include #define #define #define #define sbit sbit sbit sbit sbit "include.h" KEY1 KEY2 KEY3 KEY4 1 2 3 4



KEY1_PIN = P3^5; MOTOR1_PIN = P1^0; //震动电机 MOTOR2_PIN = P1^1; //喷水电机 LED_PIN = P1^2; //消毒灯 HOT_PIN = P1^3; //加热

void Timer0Init(void); uint32 TimeCount; uint8 TimeBit10Ms = 0; //10ms 定时到达 uint8 TimeBit1s = 0; //1S uint16 sec = 0; //秒计时 uint8 sysWork = 0; uint8 uint8 uint8 uint8 TL; TH; TN; TD; //储存暂存器的温度低位 //储存暂存器的温度高位 //储存温度的整数部分 //储存温度的小数部分

Function Name : DelayNms Description : ms 延时函数 Input : 延时时间 Output : None Return : None void DelayNms(unsigned int nms) { unsigned int i,j; unsigned int iClockCount = 11059200/10000; for(i=0;i<nms;i++) { for(j= 0; j< iClockCount; j++); }

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基于单片机洗碗机的设计

} //显示待机 void DisStandby(void) { uint8 val[16] = "Standby DisLine(1,val); } //洗涤显示 void DisWash(uint8 min) { uint8 time[16] = "DisWash: time[8] = min/10 + '0'; time[9] = min%10 + '0'; DisLine(1,time); } //消毒显示 void DisTemp(uint16 temp,uint8 min) { uint8 time[16] = "Disinfection: "; DisLine(1,time); time[0] = temp/100 + '0'; time[1] = (temp%100)/10 + '0'; time[2] = '.'; time[3] = temp%10 + '0'; time[4] = 'd'; time[5] = 'u'; time[6] = ' '; time[7] = ' '; time[8] = min/10 + '0'; time[9] = min%10 + '0'; time[10] = 'm'; time[11] = 'i'; time[12] = 'n'; DisLine(2,time); } uint8 KeyScan(void) { if(KEY1_PIN == 0) {

";

min

";

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基于单片机洗碗机的设计

DelayNms(3); if(KEY1_PIN == 0) { while(!KEY1_PIN); return KEY1; } } return 0;

//判断 key 键是否松开

} void main(void) { uint8 key = 0; uint8 setBit = 0; //默认从年开始设置 int16 temNow; // 当前温度 int16 temLast; //上一次的温度 Timer0Init(); //定时器初始化 MOTOR1_PIN = 0; //震动电机 MOTOR2_PIN = 0; //喷水电机 LED_PIN = 0; //消毒灯 HOT_PIN = 0; //加热 DelayNms(20); EA=1; lcd_init(); //液晶初始化 if(Init_DS18B20() == 1) return; while(1) { key = KeyScan(); switch(sysWork) { case 0: { DisStandby(); //待机显示 if(key == 1) { sec=0; sysWork = 1; //进入洗涤阶段 } MOTOR1_PIN = 0; //震动电机 MOTOR2_PIN = 0; //喷水电机 LED_PIN = 0; //消毒灯 HOT_PIN = 0; //加?

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基于单片机洗碗机的设计

break; } case 1: { MOTOR1_PIN = 1; //震动加洗涤 MOTOR2_PIN = 1; DisWash(sec/60); //洗涤显示 显示洗涤分钟数 if(sec>=300) //5 分钟时间 { TimeCount = 0; sec = 0; MOTOR1_PIN = 0; //停止震动加洗涤 MOTOR2_PIN = 0; sysWork = 2; //进入消毒阶段 } break; } case 2: { LED_PIN = 1; //消毒 EA = 0; ReadyReadTemp(); //读温度准备 TL=ReadOneChar(); //先读的是温度值低位 TH=ReadOneChar(); //接着读的是温度值高位 EA = 1; TN=TH*16+TL/16; // 实际温度值 =(TH*256+TL)/16, 即: TH*16+TL/16 //这样得出的是温度的整数部分,小数部分被 丢弃了 TD=(TL%16)*10/16; //计算温度的小数部分,将余数乘以 10 再除以 16 取整, temNow = TN*10+TD; DisTemp(temNow,sec/60); if(TimeBit1s) { TimeBit1s = 0; TimeCount++; if(((sec%4)==0)&&(sec)) //4 秒控制一次 { if(temNow < 360) //升温阶段 { HOT_PIN = 1; //加热 DelayNms(10); HOT_PIN = 0;

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基于单片机洗碗机的设计

} else if((temNow < 370)&&(temNow < temLast)) //温度下降到 37 加热 { HOT_PIN = 1; //加热 DelayNms(10); HOT_PIN = 0; } else HOT_PIN = 0; //其他时间停止加热 temLast = temNow; } if(sec>=600) //10min 消毒 { sysWork = 0; //进入待机,完成工作 LcdClr(); //清屏 } } break; } } } } Function Name : Timer0_ISR Description : Timer0 中断 Input : None Output : None Return : None void Timer0_Isr() interrupt 1 using 1 { static i = 0; i++; if(i==10) { TimeBit10Ms = 1; i = 0; if(TimeBit10Ms) { TimeBit10Ms = 0; TimeCount++; if(sysWork == 2) { if((TimeCount%78)==0) {

//1S 时间

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基于单片机洗碗机的设计

TimeBit1s = 1; sec++; } } else { if((TimeCount%94)==0) { TimeBit1s = 1; sec++; } } } } EA = TL0 TH0 TH0 TL0 EA = 0; = 0x83; = 0xFC; = 0xB7; = 0xFF; 1;

//1S 时间

//1ms

//20ms

} Function Name Description Input

: Timer0Init : Timer0 初始化 : None

Output : None Return : None void Timer0Init(void) { TMOD = 0x01; //16 位模式 TL0 = 0x83; //1ms TH0 = 0xFC; ET0 = 1; //使能定时器 0 中断 TR0 = 1; }

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基于单片机洗碗机的设计 基于单片机洗碗机设计原理图

全自动洗碗机控制系统原理图

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基于单片机洗碗机的设计 基于单片机洗碗机设计实物图

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