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          自動(dòng)洗碗機(jī)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

          作者: 時(shí)間:2004-12-08 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò) 收藏
          摘要:基于的功能要求,介紹了用單片機(jī)AT89LS8252和鍵盤/顯示管理芯片HD7279A的硬件方法,給出了用HD7279控制鍵盤和顯示的硬件電路,同時(shí)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(guò)試驗(yàn)調(diào)試,可有效地實(shí)現(xiàn)控制,完成自動(dòng)進(jìn)水、加溫、清洗、消毒等功能。

          關(guān)鍵詞:洗碗機(jī);控制器;鍵盤/顯示

          1 引言

          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(dòng)中逐步解放出來(lái)。作為一種家庭自動(dòng)化設(shè)備,洗碗機(jī)一般需要實(shí)現(xiàn)諸如自動(dòng)控制進(jìn)水、自動(dòng)加洗滌劑、冷洗、自動(dòng)加溫洗、清洗、排水、殺菌消毒,以及定時(shí)和故障報(bào)警等功能。從被控制量角度出發(fā),一個(gè)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(kāi)關(guān)量信號(hào)有兩種,一種是傳感器的高、低電平信號(hào)檢測(cè),如機(jī)門開(kāi)關(guān)、水位高低、溫度調(diào)節(jié)保護(hù)器和行程開(kāi)關(guān)等;另一種開(kāi)關(guān)信號(hào)經(jīng)由固態(tài)繼電器控制強(qiáng)弱電壓信號(hào)的斷開(kāi)和加載,如進(jìn)水電磁閥門的開(kāi)合、恒溫加熱器的開(kāi)合、瞬間加熱器的開(kāi)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(hào)主要用于實(shí)現(xiàn)以下幾方面的功能:

          (1)用溫度傳感器實(shí)現(xiàn)水溫/消毒水溫度檢測(cè);

          (2)通過(guò)人機(jī)接口的顯示輸出、鍵盤輸入和聲音輸出等實(shí)現(xiàn)水溫顯示、洗滌過(guò)程顯示以及故障類型顯示等;

          (3)根據(jù)用戶需要通過(guò)設(shè)置鍵選擇洗滌模式,并通過(guò)功能鍵啟動(dòng)相關(guān)功能;

          (4)機(jī)器使用情況統(tǒng)計(jì)、清潔劑和消毒劑劑量的使用情況計(jì)數(shù)等;

          (5)故障報(bào)警以及、洗滌完成報(bào)告等。

          2 洗碗機(jī)的硬件

          針對(duì)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(jì)了圖2所示的洗碗機(jī)。

          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(jì),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(guò)SPI接口來(lái)下載程序;而2k字節(jié)的EEPROM則用以存放關(guān)鍵參數(shù),如開(kāi)機(jī)維護(hù)密碼、產(chǎn)品的序列號(hào)、開(kāi)機(jī)次數(shù)、洗滌設(shè)置參數(shù)等;256字節(jié)的RAM用來(lái)存放臨時(shí)變量。

          鑒于本洗碗機(jī)有較多的開(kāi)關(guān)量信號(hào),故此,設(shè)計(jì)中使用并行芯片8255來(lái)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。考慮到部分驅(qū)動(dòng)信號(hào)所要求的驅(qū)動(dòng)電流較大,因此,本設(shè)計(jì)選用功率驅(qū)動(dòng)器件ULN2803來(lái)驅(qū)動(dòng)。

          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(guò)存放在程序存儲(chǔ)器里的表格來(lái)求得當(dāng)前溫度;二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(jiǎn)捷。

          鍵盤和LED顯示選用HD7279A?3?來(lái)進(jìn)行控制,其電路圖如圖3所示。HD7279A無(wú)需外圍元件即可直接驅(qū)動(dòng)8位共陰式LED數(shù)碼管;引腳DIG0~3對(duì)應(yīng)0~3位數(shù)字輸出驅(qū)動(dòng);引腳SA~SG和DP則對(duì)應(yīng)于段a~g及小數(shù)點(diǎn)的驅(qū)動(dòng)輸出;各位可獨(dú)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(cè)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(diǎn)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(hào)CS變?yōu)榈碗娖胶螅模粒裕烈_上的數(shù)據(jù)將在CLK引腳的上升沿時(shí)被寫入HD7279A的緩沖寄存器。

          此外,HD7279A片內(nèi)含有去抖動(dòng)電路,可控制64鍵鍵盤矩陣。圖3中,元件JKEY為44鍵盤接口,當(dāng)有鍵按下時(shí),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(kāi)。此時(shí)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(lái)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。

          3 洗碗機(jī)控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

          本系統(tǒng)功能模塊按洗碗過(guò)程可分為六個(gè)階段:進(jìn)水過(guò)程、加溫過(guò)程、注入清潔劑過(guò)程、控制電機(jī)旋轉(zhuǎn)清洗過(guò)程、注入消毒水消毒過(guò)程和排水過(guò)程。同時(shí)為確保洗碗機(jī)正常工作,對(duì)容易出故障的過(guò)程,系統(tǒng)還設(shè)置了故障報(bào)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(kāi)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(jiàn)圖4所示。

          圖3

          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(kāi)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)上機(jī)門,按下開(kāi)始鍵。之后,控制器檢測(cè)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(dòng)電機(jī)進(jìn)行清洗。接下來(lái)再把清潔劑注入清洗室,同時(shí)檢測(cè)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(shí)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(shí)控制器回到用戶初始設(shè)置模式。洗滌中每一過(guò)程和按鍵均對(duì)應(yīng)有一發(fā)光二極管的亮滅,用以顯示過(guò)程和按鍵的正常與否。洗滌完成后,用戶打開(kāi)機(jī)門,取出碗盤,然后斷電即可結(jié)束整個(gè)洗碗過(guò)程。

          在該系統(tǒng)軟件子程序中,需要對(duì)鍵盤/顯示管理模塊進(jìn)行說(shuō)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、顯示子程序等。其中用戶通過(guò)鍵盤設(shè)置模塊可以設(shè)定洗滌模式、每一過(guò)程的時(shí)間長(zhǎng)短以及洗滌劑量大小,也可隨時(shí)按相應(yīng)的功能鍵暫?;蛑兄瓜礈爝^(guò)程。技術(shù)維護(hù)人員可以通過(guò)鍵盤/顯示管理模塊輸入正確密碼來(lái)查詢機(jī)器的使用狀況,如機(jī)器序列號(hào)、機(jī)器的使用次數(shù)等,也可對(duì)關(guān)鍵參數(shù)根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)置。

          故障報(bào)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(shí)用蜂鳴器報(bào)警,同時(shí)斷掉強(qiáng)電控制信號(hào),以確保系統(tǒng)安全。

          4 結(jié)論

          該控制系統(tǒng)目前已經(jīng)調(diào)試成功,試驗(yàn)性能良好,可實(shí)現(xiàn)本自動(dòng)洗碗機(jī)所要求的功能,而且簡(jiǎn)捷實(shí)用。但還有需要完善提高的地方,如排水需要人工干預(yù)、人機(jī)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。

          蜂鳴器相關(guān)文章:蜂鳴器原理
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