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1、重慶科創(chuàng)職業(yè)學院 摘要 基于自動洗碗機的功能要求，介紹了用單片機ＡＴ８９ＬＳ８２５２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)經過試驗調試，可有效地實現洗碗機的自動控制，完成自動進水、加溫、清洗、消毒等功能。 關鍵詞：洗碗機；控制器；鍵盤／顯示。  第1章 洗碗機的概述 第1節(jié) 背景 洗碗不在是最有意義的任務。洗碗機的發(fā)展幫助免除了一些單調、油脂和污穢物。它通過一個簡單的原理來洗碗，在機器

2、里面用大量水流來沖洗被放置在架子上的碗碟?，F代洗碗機有迎合優(yōu)質玻璃器皿和難洗的壇壇罐罐的特點，多次的清洗、消毒、并且烘干。并且為每種大小、用途和價格范圍設計了柜式或獨立式洗碗機。洗碗機離完美的程度還有很遠，有堅韌食物的盤子和碗碟在洗前或用洗碗機洗后需要自己處理一下，而且少數擁有水晶玻璃器皿和優(yōu)質瓷器的人更愿意信任自己而不是機器。但是洗碗機，象在20世紀發(fā)明和改進的其他廚房器具一樣，逐漸出現在21世紀的許多廚房里。 第2節(jié) 歷史 洗碗的主要障礙一直是水的供應。早期文明的人使用種類和數量有限的盤、器物和炊具，他們將其帶到溪流、池塘或水槽中清洗，或者是挑水洗。婦女用桶從公共水源或從家后的私人井中

3、取水，這種現象一直延續(xù)到20世紀初。從那以后管道把水引入室內，不僅可以洗浴，而且更為廚房使用。；： 第一臺洗碗機在大約1850年給予了專利。但是象洗衣機一樣，那時的洗碗機是用蒸汽和熱水一次性浸泡許多碗碟的龐大裝置。在一些型號中，碗碟被放在籠子中并在水中滾動清洗；而其他型號的洗碗機則是通過在碗碟四周噴水或在架附近攪動水固定碗碟轉動通過水流清洗。在1875年，C.E.Hope-Vere創(chuàng)造了利用水浪往返洗碗碟的機器。水柱噴射的想A.W在內的其他發(fā)明者所采取，其設計的模型在1906年被引入。另外Blick設計的洗碗機，使用了水柱噴射在放滿碗碟架子的方法，而這種基本思想一直沿用至今。 第一臺機型大

4、約在1915年公開展示，但是直到1930年洗碗機沒有得到廣泛制造和出售給私人家庭。同一時間冰箱的引入和其迅速橫掃美國市場，給洗碗機了一個間接打擊。但是這種現象是合乎邏輯的，因為食物保存遠比洗碗重要。洗碗機效率低以致于無法徹底消除手洗的工作。但公道的說起來，這也不能完全歸結為洗碗機的過錯——當時的洗潔劑并不適合洗碗機洗碗使用。到了20世紀50年代，無需起泡和容易清洗的專用洗碗劑開始生產，公眾也開始對洗碗機表現出更大的興趣。當時自動洗碗機仍然沒有普及每一個廚房，但從20世紀70年代更多的婦女 洗碗機圖 開始外出工作后，家用洗碗機就被視為一項不可缺少的資產。 第2章 原材料

5、洗碗機主要由鋼鐵和塑料組成?；窘Y構包括鋼架和鋼面板，購買的不銹鋼板在工廠被制造成所需要的大小和形狀，預制成數種標準顏色的帶狀薄板鋼被買來做成獨立的門和包裝精致的內閣。其他小的鋼部件由國內設計，供應商按制造商的規(guī)格生產。 放碗碟的架子也是由鋼做的，而送到廠里的鋼條是已經彎好成型的。架子尖角被包好以防止劃傷碗碟，并在表面涂上粉末狀的聚氯乙烯（PVC）塑料或尼龍。 裝有噴嘴和鋼架的內室叫做內桶，它是一個用模具澆鑄的單件（不包含連接門的里面部分）。鑄坯是用鈣化加強的聚丙烯塑料顆粒做成的，使用這種塑料是考慮到這種塑料表面堅硬且惰性很強。即它不會跟洗滌劑等化學品起反應并且對水和熱的腐蝕有很好的抵抗力

6、。其它很多部分，包括裝餐具的籃子、裝洗潔劑的容器、洗滌盆和噴射嘴也都經過同樣的鑄模處理。 電動機、水泵和電子控制等組成部分由轉包商按洗碗機制造商的設計要求制作 。 第3章 洗碗機的要求 設計洗碗機的工程師對改善其產品兩個主要特點很有興趣。當然首先是高效率的清潔，這也是最大的營銷特點，然而消費者對安靜的操作也很感興趣。清潔系統(tǒng)包括洗滌塔和噴霧器臂，門的開口、水泵的功率、內架的位置都是設計洗碗機所要考慮的因素。在90年代末，消費者對洗碗機作為一個消毒碗碟的工具越來越感興趣，所以設計一直努力通過加熱的方法來殺死細菌。 制造商采取各種不同的方法保持洗碗機盡可能的安靜。例如Mayt

7、ag，所有的操作都是由一個強大動力的電機驅動，并且在在外表面包裹一層很厚的隔音材料。與之相反，Amana裝配了兩個電機（一個控制水泵、另一個控制排水系統(tǒng)）。兩個電機的馬力加起來跟單電機系統(tǒng)的馬力一樣，但在靜音上使用的隔音材料要少的多。 設計獨立式洗碗機的外形很復雜，因為它需要設計的擁有吸引力。通常獨立洗碗機是木制的頂部，這樣頂部可以使用，以節(jié)省空間。 隨著數字信息家用電器應用的普及，洗碗機已經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。MCU 機門磁傳感器 水位傳感器 進水電磁閥 溫度調節(jié)保護器 恒溫5KW加熱器 清潔劑控制盒 消毒劑控制盒

8、 電機馬達 傳動行程開關2 消毒水溫度 計數器 顯示接口 鍵盤接口 振鈴接口 開關量 模擬量 人機接口 圖1 洗碗機被控制量 作為一種家庭自動化設備，洗碗機一般需要實現諸如自動控制進水、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、溫度調節(jié)保護器和行程開關等；另一種開關信號經由固態(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、

9、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以下幾方面的功能： （１）用溫度傳感器實現水溫／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水溫顯示、洗滌過程顯示以及故障類型顯示等； （３）根據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等； （５）故障報警以及、洗滌完成報告等。 第4章 自動洗碗機的基本結構和工作原理 本設計的全自動洗碗機是前開門式結構的，它是外部結構如圖1所示，內部還有加熱管、進水電磁閥、洗滌裝置、排水電機、過濾

10、網、碗架、導軌、漂洗劑供料裝置、排風扇等。洗滌裝置主要由旋轉噴臂、清洗水泵等構成。清洗水泵安裝在機座的底部，由清洗機與葉輪泵構成，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，結構如圖2所示。由于嘞水孔噴水時受水的反作用力的作用，產生了一個轉矩，使噴臂連同軸套一起繞空心軸轉動，從而達到改變方向，從不同的角度清洗的目的。 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，停止按鈕 8-狀態(tài)指示燈 9-

11、電源插頭 10-排水管 11-進水管12-機殼 全自動洗碗機即是通過控制器的程序運行控制，由旋轉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，實現對餐具的清洗、消毒，最后烘干。 第5章 AT89LS8252?高性能8位單片機的介紹 圖片介紹 ??這是一款多功能編程器，可燒寫MCS-51系列和兼容C51的多種芯片,串行接口，DOS操作界面，支持鼠標操作，功能有讀、寫，空片檢查，編程，校驗，加密和自動操作。 ????????AT89LS8252?高性能8位單片機 AT89LS8252是一個低功耗，寬電壓、高性能CMOS

12、8位單片機，片內含8kB下載編程Flash只讀存儲器和2kBEEPROM，芯片采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術制造，兼容標準MCS-51指令系統(tǒng)及80C51引腳結構，芯片內的Flash存儲器可采用串行方式在線反復擦寫，單片上集成了8位通用微處理器及非易失Flash技術。功能強大的微型計算機的AT89LS8252可為許多植入式控制系統(tǒng)提供高性價比的應用場合。 AT89LS8252具有如下特征：8k Bytes 可在線編程的Flash片內程序存儲器，2k的EEPROM存儲器。256 bytes的隨機存取數據存儲器（RAM），32個外部雙向輸入/輸出（I/O）口，程序看門狗（WDT）定

13、時器，雙數據指針，6個2層優(yōu)先級中斷，3個16位可編程定時計數器,一個全雙工串行通信口，片內時鐘振蕩器。 此外，AT89LS8252屬于全靜態(tài)操作邏輯結構，工作頻率可低至0Hz，并可通過兩種軟件設置省電模式?？臻e模式下，CPU暫停工作，而RAM定時計數器，串行口，中斷系統(tǒng)可維持其功能，掉電模式則保存RAM的數據，凍結振蕩器，停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復位。Flash存儲器 可通過SPI的串行界面一次可改變單一位，除了Lock 2位加密外，激活RESET促使SPI總線進入串行編程界面，即可允許對存儲器進行讀寫操作。 ????該芯片還具有PDIP、TQFP和PLCC等三種封裝

14、形式，以適應不同產品的需求。 主要功能特性 ??·?兼容MCS-51指令系統(tǒng) ·?8k Flash + 2k EEPROM存儲器 ??·?32個雙向I/O口 ·?2.7-6.0V工作電壓 ??·?3個16位可編程定時/計數器 ·?時鐘頻率0-12MHz ??·?可編程UART串行通道 ·?256x8bit內部RAM ??·?9個中斷源 ·?低功耗空閑和省電模式 ??·?中斷喚醒省電模式 ·?3級加密位 ??·?看門狗（WDT）電路 ·?軟件設置空閑和省電功能 ??·?SPI串行結構 ·?電源關閉標識 第6章洗碗機的設計 第1節(jié) 洗碗機控

15、制系統(tǒng)的硬件設計 針對上述功能及可靠性、成本和方便使用維護等因素，我設計了圖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，其中片內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；而２ｋ字節(jié)的ＥＥＰＲＯＭ則用以存放關鍵參數，如開機維護密碼、產品的序列號、開機次數、洗滌設置參數等；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。

16、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。考慮到部分驅動信號所要求的驅動電流較大，因此，本設計選用功率驅動器件ＵＬＮ２８０３來驅動。 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感器ＤＳ１８Ｂ２０進行采集，直接得到溫度數據。相比之下，后一種方案較為經濟簡捷。 鍵盤和ＬＥＤ顯示選用ＨＤ７２７９Ａ３來進行控制，其電路圖如圖３所示。ＨＤ７２７９Ａ無需外圍元件即可直接驅動８位共陰式ＬＥＤ數碼管；引腳ＤＩＧ０～３對應０～３位數字輸出驅動；引腳ＳＡ～ＳＧ和ＤＰ則對應于段ａ～ｇ及小數點的驅動輸出；各

17、位可獨立控制譯碼／不譯碼及消隱和閃爍等屬性。 圖2 控制器硬件結構圖 該芯片共有三種類型的指令：第一種是６條不帶數據的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位帶數據指令，包括下載數據按方式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據指令。它們均采用串行方式與ＡＴ８９ＬＳ８２５２進行通訊，串行數據從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引腳上的數據將在ＣＬＫ引腳的上升沿時被寫入ＨＤ７２７９Ａ的緩沖寄存器。 此外，ＨＤ７２７９Ａ片內含有去抖動電路，可控制６４鍵鍵盤矩陣。圖３中，元件

18、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)轉為輸出狀態(tài)，用以輸出所按下的鍵代碼值。 第2節(jié) 　洗碗機控制系統(tǒng)的軟件設計 該系統(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

19、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，以及根據操作鍵轉入相應流程等，其主程序流程見圖４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

20、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、機器的使用次數等，也可對關鍵參數根據實際情況進行設置。 開始 判斷鍵值 設置鍵/顯示 功能鍵

21、 不進水但溫加熱 溫控器測溫/顯示 準備工作完成標志置位 準備開始洗碗延時秒級 注入清潔劑 到時間斷開 電動轉動開始清洗/顯示 時間到電機停 機門是否關上？ 水位低否？ 進水/顯示 水滿，關進水 水溫度滿足設定 開機自檢狀態(tài)初始化/顯示 瞬間加熱5~6秒 檢查是否有鍵按下 注入高溫消毒水 消毒 / 顯示/ 洗碗完畢，停止相關功能，消除相關標志 ? 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。 第7章 制造過程 1.

22、一臺洗碗機首先通過內桶的注坯成型。注坯的兩個模子（一個外表面的模子一個內部的模子）在鋼模中被加工后，當兩個模子合起來后，中間的空間即是內筒的形狀。在注塑過程中，用工具將兩個模子合好。顆粒狀的聚丙烯在高溫加熱下融化并被工具在壓力下注入模子的空間中。高壓的液態(tài)塑料迫使塑料進入模子的每個空間和空隙， 打開模子取出的內桶都還是熱的。 2. 熱的內桶被送往冷的地方冷卻，使溫度下降便于裝配工人處理。其他的塑料部分也是通過注塑制成的，這些小件被放在小箱中保存（一種專放一種東西的箱子），可以拿到需要裝配的地方。 3. 在工廠的另一部分，生產洗碗機的鋼質部件。一面光滑的不銹鋼板被切割和拼裝成獨立的外置小

23、閣和所有模型通用的門。扁形鋼條被裁減成適當長度裝入洗碗機的框架中。碗架在經過兩步焊接和工具的處理后也變得整齊、無毛刺。工具將碗架上的鋼條在同一時間焊好。同樣的，小片的支撐碗碟的鋼件也在同一時間焊好。焊好的碗架被拿到清洗站清洗干凈，準備進行PVC涂層處理。PVC涂層是將聚氯乙烯細粉烤到碗架上的過程，完成PVC處理的碗架就可以冷卻使用了。 4 .洗碗機沿著裝配線裝配。工作人員認真負責的從身邊的小件箱中取出配件安裝。首先安裝框架、電機和裝在框架上的電機附帶裝置。而電機是由一線的工人裝配并保證正常運行。內筒適合放置在單電機或多電機之上。 5. 內筒安裝好后，內部組件從過濾系統(tǒng)開始安裝。然后就是

24、裝碗架的滾動支座，可以讓碗架從洗碗機中滑進滑出，這樣很方便放置碗碟。接著就是洗碗盆和噴嘴的安裝，碗架和餐具籃被安置在一起。 6. 門在安裝洗滌劑配送器、漂洗杯和控制面板后就算組裝完成了，門安在洗碗機的前部。在連接完電氣線路和安裝補給管（送清水和排污水），以及能減小噪聲和熱量的隔絕材料后，洗碗機的外部工作就算是完成了。其中其產生的熱量會翹曲柜臺和櫥柜造成損失。絕緣是通過箔包裹的絕緣纖維來實現的，稱作包裝絕緣，將其纏繞在機器的四周并塞滿內部的空余空間，這樣柜式機就算完成了。獨立式洗碗機加上包裝好的閣子和木質頂部就可以了。 每個組裝完成的洗碗機都被裝載到推車上送往包裝區(qū)。 7 在包裝區(qū)，聚

25、苯乙烯泡沫塑料放在紙盒里和洗碗機的邊緣起緩沖作用。使用說明書、和其它材料放在紙盒中洗碗機的頂部，然后密封紙盒搬到運輸貯存區(qū)。 第8章 排除故障： 洗衣機在工作中可能出現的問題及可能原因如下表： 問題 可能原因 機器不運轉 1 打開機門2秒后再關上 2 電源保險絲燒壞或斷路器跳起。 3 檢查控制回路保險FU3是否損壞 長時間清洗 1 升溫箱水溫沒有達到設定溫度 2 升溫箱水位沒有達到高水位，請檢查進水過濾器和電磁閥 碗盤未洗凈 1 清洗泵轉向是否正確 2 清洗泵吸水口堵塞造成水壓不夠，切斷電源并將水箱的水排光，檢查泵吸入口是否有民物堵塞。

26、 3 水溫過低。預熱時間是否太短，檢查溫控器和加熱器。 刀叉、玻璃、杯、碗盤上出現斑漬 1 餐具裝在筐架里的方式不正確。 2 噴淋用水水溫不夠 3 水泵吸口阻塞造成水壓不夠。 4 硬水成分過高。 5 清潔劑不適合所用的水。 6 快干劑不適合所用的水。 7 清潔劑、快干劑濃度不正確。 不沖洗 1 進水濾網太臟，使水流減緩。將水源關掉，打開進水不軟管接頭和電磁閥進水接頭，將濾網取出清洗 干凈，再重新裝回。 2 供水管路水壓太低。 閥滲漏 1 異物阻礙閥的正常操作。注意：安裝好機器后的檢查是很重要的，因為水管化合物或悄片可能會在安裝時掉入閥里。關掉供水管路，松開螺

27、絲并將閥上的蓋帽取下，將閥清洗干凈后再重新裝回。 不注水或注水過慢 1 進水濾網太臟，使水流減緩。將水源關掉，打開進水軟管接頭和電磁閥進水接頭，將濾網取出清洗干凈，再重新裝回。 2 供水管路水壓太低。 第9章 洗碗機的未來 所有行業(yè)在如何吸引更多客戶購買他們的產品的問題上掙扎。對于洗碗機，市場仍在增長，因為它比其他電器擁有更開放的領域。市場人通過市場滲透得出了上述結果。例如，99.8％的美國家庭擁有冰箱，但只有56.5％的家庭擁有洗碗機。這似乎給洗碗機制造商看到了希望，但顯示表明，沒有洗碗機的潛在顧客還沒有看到這些設備提供的相對手洗的好處。為了吸引顧客，洗碗機制造的最新進展是通過高溫熱循環(huán)消毒來殺死細菌。安靜運行，能源效率，洗碗碟無需漂洗是現在正不斷改善的功能。 16