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风力 发电 机组 齿轮 及其 控制系统 设计

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风力发电机组齿轮及其控制系统设计,风力,发电,机组,齿轮,及其,控制系统,设计

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摘要风力发电起源于20世纪70年代，技术成熟于80年代，自90年代以来风力发电进入了大发展阶段。随着风力发电容量的不断增大，控制方式从基本单一的定桨距失速控制向全桨叶变距控制和变速控制发展。前人在风轮机的空气动力学原理和能量转换原理的基础上,系统分析了定桨距风力发电机组、变桨距风力发电机组、变速风力发电机组的基本控制要求和控制策略，并对并网型风力发电机组的变桨距控制技术进行了一定的研究。变桨距风力发电机组的主要控制是在起动时对风轮转速的控制和并网后对输入功率的控制。通过变距控制可以根据风速来调整桨叶节距角，以满足发电机起动与系统输出功率稳定的双重要求。但由于对运行工况的认识不足，对变桨距控制系统的设计不能满足风力发电机组正常运行的要求，更达不到优化功率曲线和稳定功率输出的要求。本篇论文主要介绍了风力发电机组的基本控制要求和控制策略,在变桨距风力发电机组控制系统仿真方面作了初步的探究和研究。通过控制系统保持了风力发电机组的安全可靠运行，并实现了稳定机组输出功率和优化功率曲线的控制功能。利用控制系统使风力发电系统在规定的时间内不出故障或少出故障，并在出故障之后能够以最快的速度修复系统使之恢复正常工作。关键词：齿轮组 风力 系统控制 SummaryWind power originated in the 20th century, 70 years, technology mature in the 80s, since the 90s since the wind power into a large stage of development. With the increasing capacity of wind power generation, the control mode is developed from the basic single pitch stall control to the control of all blade pitch and variable speed control. Based on the principles of aerodynamics and energy conversion of wind turbines, the basic control requirements and control strategies of variable pitch wind turbines, variable pitch wind turbines and variable speed wind turbines are systematically analyzed. The variable pitch control technology of mesh wind turbines is studied. The main control of the variable pitch wind turbine is the control of the speed of the wind wheel at the time of starting and the input power control. Through the variable pitch control can be adjusted according to the wind speed blade pitch angle to meet the generator starting and system output power stability of the dual requirements. However, due to lack of understanding of the operating conditions, the design of the variable pitch control system can not meet the requirements of the normal operation of the wind turbine, and can not meet the requirements of optimizing the power curve and stabilizing the power output.This paper mainly introduces the basic control requirements and control strategies of wind turbines, and makes a preliminary study and research on the control system simulation of variable pitch wind turbines. Through the control system to maintain the safe and reliable operation of wind turbines, and to achieve a stable unit output power and optimize the power curve control. The use of the control system so that the wind power system within a specified period of time without failure or less failure, and after the failure to the fastest speed to repair the system to resume normal work.Key words: gear group wind system control齿轮组的整体设计说明书目录1 风力发电机组齿轮概述1.1. 风力发电机组齿轮的主要型式及其特性1.2. 风力发电机组齿轮结构1.2.1 传统型风力发电机组齿轮结构1.2.2 新型风力发电机组齿轮结构1.2.3 风力发电机组齿轮润滑 1.2.4 减速机的作用2. 齿轮组传动方案的选择3. 电动机的选择计算3.1 电动机选择步骤3.1.1 型号的选择3.1.2、功率的选择3.1.3、转速的选择3.2 电动机型号的确定4. 轴的设计4.1、轴的分类4.2 轴的材料4.3、 轴的结构设计4.4、 轴的设计计算4.4.1、按扭转强度计算4.4.2、按弯扭合成强度计算4.4.3、轴的刚度计算概念4.4.4、轴的设计步骤4.5 各轴的计算 4.5.1高速轴计算4.5.2中间轴设计4.5.3低速轴设计4.6 轴的设计与校核4.6.1高速轴设计4.6.2中间轴设计4.6.3 低速轴设计4.6.4高速轴的校核9. 设计小结10. 参考文献1、风力发电机组齿轮概述1.1、风力发电机组齿轮的主要型式及其特性风力发电机组齿轮是一种由封闭在刚性壳体内的齿轮传动、蜗杆传动或齿轮蜗杆传动所组成的独立部件，常用在动力机与工作机之间作为减速的传动装置；在少数场合下也用作增速的传动装置，这时就称为增速器。风力发电机组齿轮由于结构紧凑、效率较高、传递运动准确可靠、使用维护简单，并可成批生产，故在现代机措中应用很广。 风力发电机组齿轮类型很多，按传动级数主要分为：单级、二级、多级；按传动件类型又可分为：齿轮、蜗杆、齿轮-蜗杆、蜗杆-齿轮等。1.2、风力发电机组齿轮结构近年来，风力发电机组齿轮的结构有些新的变化。为了和沿用已久、国内目前还在普遍使用的风力发电机组齿轮有所区别，这里分列了两节，并称之为传统型风力发电机组齿轮结构和新型风力发电机组齿轮结构。1.2.1 传统型风力发电机组齿轮结构 绝大多数风力发电机组齿轮的箱体是用中等强度的铸铁铸成，重型风力发电机组齿轮用高强度铸铁或铸钢。少量生产时也可以用焊接箱体。铸造或焊接箱体都应进行时效或退火处理。大量生产小型风力发电机组齿轮时有可能采用板材冲压箱体。风力发电机组齿轮箱体的外形目前比较倾向于形状简单和表面平整。箱体应具有足够的刚度，以免受载后变形过大而影响传动质量。箱体通常由箱座和箱盖两部分所组成，其剖分面则通过传动的轴线。为了卸盖容易，在剖分面处的一个凸缘上攻有螺纹孔，以便拧进螺钉时能将盖顶起来。联接箱座和箱盖的螺栓应合理布置，并注意留出扳手空间。在轴承附近的螺栓宜稍大些并尽量靠近轴承。为保证箱座和箱盖位置的准确性，在剖分面的凸缘上应设有23个圆锥定位销。在箱盖上备有为观察传动啮合情况用的视孔、为排出箱内热空气用的通气孔和为提取箱盖用的起重吊钩。在箱座上则常设有为提取整个风力发电机组齿轮用的起重吊钩和为观察或测量油面高度用的油面指示器或测油孔。关于箱体的壁厚、肋厚、凸缘厚、螺栓尺寸等均可根据经验公式计算，见有关图册。关于视孔、通气孔和通气器、起重吊钩、油面指示Oe等均可从有关的设计手册和图册中查出。在风力发电机组齿轮中广泛采用滚动轴承。只有在载荷很大、工作条件繁重和转速很高的风力发电机组齿轮才采用滑动轴承。1.2.2 新型风力发电机组齿轮结构 下面列举两种联体式风力发电机组齿轮的新型结构，图中未将电动机部分画出。1）齿轮蜗杆二级风力发电机组齿轮；2）圆柱齿轮圆锥齿轮圆柱齿轮三级风力发电机组齿轮。这些风力发电机组齿轮都具有以下结构特点： 在箱体上不沿齿轮或蜗轮轴线开设剖分面。为了便于传动零件的安装，在适当部位有较大的开孔。 在输入轴和输出轴端不采用传统的法兰式端盖，而改用机械密封圈；在盲孔端则装有冲压薄壁端盖。 输出轴的尺寸加大了，键槽的开法和传统的规定不同，甚至跨越了轴肩，有利于充分发挥轮毂的作用。 和传统的风力发电机组齿轮相比，这些结构上的改进，既可简化结构，减少零件数目，同时又改善了制造工艺性。但设计时要注意装配的工艺性，要提高某些装配零件的制造精度。1.2.3、风力发电机组齿轮润滑 圆周速度u12m/s一15ms的齿轮风力发电机组齿轮广泛采用油池润滑，自然冷却。为了减少齿轮运动的阻力和油的温升，浸入油中的齿轮深度以12个齿高为宜。速度高的还应该浅些，建议在07倍齿高左右，但至少为10mm。速度低的(05ms一08ms)也允许浸入深些，可达到16的齿轮半径；更低速时，甚至可到13的齿轮半径。润滑圆锥齿轮传动时，齿轮浸入油中的深度应达到轮齿的整个宽度。对于油面有波动的风力发电机组齿轮(如船用风力发电机组齿轮)，浸入宜深些。在多级风力发电机组齿轮中应尽量使各级传动浸入油中深度近予相等。如果发生低速级齿轮浸油太深的情况，则为了降低其探度可以采取下列措施：将高速级齿轮采用惰轮蘸油润滑；或将风力发电机组齿轮箱盖和箱座的剖分面做成倾斜的，从而使高速级和低速级传动的浸油深度大致相等。 风力发电机组齿轮油池的容积平均可按1kW约需035L一07L润滑油计算(大值用于粘度较高的油)，同时应保持齿轮顶圆距离箱底不低于30mm一50mm左右，以免太浅时激起沉降在箱底的油泥。风力发电机组齿轮的工作平衡温度超过90时，需采用循环油润滑，或其他冷却措施，如油池润滑加风扇，油池内装冷却盘管等。循环润滑的油量一般不少于05L/kW。圆周速度u12m/s的齿轮风力发电机组齿轮不宜采用油池润滑，因为：1)由齿轮带上的油会被离心力甩出去而送不到啮合处；2)由于搅油会使风力发电机组齿轮的温升增加；3)会搅起箱底油泥，从而加速齿轮和轴承的磨损；4)加速润滑油的氧化和降低润滑性能等等。这时，最好采用喷油润滑。润滑油从自备油泵或中心供油站送来，借助管子上的喷嘴将油喷人轮齿啮合区。速度高时，对着啮出区喷油有利于迅速带出热量，降低啮合区温度，提高抗点蚀能力。速度u20心s的齿轮传动常在油管上开一排直径为4mm的喷油孔，速度更高时财应开多排喷油孔。喷油孔的位置还应注意沿齿轮宽度均匀分布。喷油润滑也常用于速度并不很高而工作条件相当繁重的重型风力发电机组齿轮中和需要用大量润滑油进行冷却的风力发电机组齿轮中。喷油润滑需要专门的管路装置、油的过滤和冷却装置以及油量调节装置等，所以费用较贵。此外，还应注意，箱座上的排油孔宜开大些，以便热油迅速排出。 蜗杆圆周速度在10m/s以下的蜗杆风力发电机组齿轮可以采用油池润滑。当蜗杆在下时，油面高度应低于蜗杆螺纹的根部，并且不应超过蜗杆轴上滚动轴承的最低滚珠(柱)的中心，以免增加功率损失。但如满足了后一条件而蜗杆未能浸入油中时，则可在蜗杆轴上装一甩油环，将油甩到蜗轮上以进行润滑。当蜗杆在上时，则蜗轮浸入油中的深度也以超过齿高不多为限。蜗杆圆周速度在10ms以上的风力发电机组齿轮应采用喷油润滑。喷油方向应顺着蜗杆转入啮合区的方向，但有时为了加速热的散失，油也可从蜗杆两侧送人啮合区。齿轮风力发电机组齿轮和蜗轮风力发电机组齿轮的润滑油粘度可分别参考表选取。若工作温度低于0，则使用时需先将油加热到0以上。蜗杆上置的，粘度应适当增大。减速机是一种动力传达机构，利用齿轮的速度转换器，将马达的回转数减速到所要的回转数，并得到较大转矩的机构。1.2.4、减速机的作用1）降速同时提高输出扭矩，扭矩输出比例按电机输出乘减速比，但要注意不能超出风力发电机组齿轮额定扭矩。2） 速同時降低了负载的惯量，惯量的减少为减速比的平方。大家可以看一下一般电机都有一个惯量数值。输出扭矩可以做的很大。但价格略贵。 2、齿轮组传动方案的选择传动装置总体设计的目的是确定传动方案、选定电机型号、合理分配传动比以及计算传动装置的运动和动力参数，为计算各级传动件准备条件。由于我们的实验的要求较高，电机输入的最高转速较大，为了减少成本，降低对电机的要求，同时能够满足减震器试验台的正常工作，我们对减震器采用这样的方案:变频电机通过带轮的传递，到达第一对啮合齿轮，为了让风力发电机组齿轮具有变速功能，我们使第二对啮合齿轮为双联齿轮，最后由输出轴传递给偏心轮机构。因为本试验属于多功能测试，包括了静特性试验、疲劳试示功试验、耐久试验。所以对整个传递要求较高。所以第一、二根轴;两端采用角接触球轴承，第三根轴采用一头用角接触球轴承另一头采用普通调心球轴承。注意点是使用这个传动方案应保证工作可靠，并且结构简单、尺寸紧凑、加工方便、成本低廉、 传动效率高和使用维护便利。风力发电机组齿轮设计二级圆柱齿轮风力发电机组齿轮传动比一般为840，用斜齿、直齿或人字齿，结构简单，应用广泛。展开式由于齿轮相对于轴承为不对称布置，因而沿齿向载荷分布不均，要求轴有较大刚度；分流式则齿轮相对于轴承对称布置，常用于较大功率、变载荷场合。同轴式风力发电机组齿轮，长度方向尺寸较小，但轴向尺寸较大，中间轴较长，刚度较差。两级大齿轮直径接近有利于浸油润滑，轴线可以水平、上下或铅垂布置，如图：图中展开式又可以有下面两种，如下所示：根据材料力学（工程力学）可以算出在相同载荷作用下，a方案优先于b方案， 最终选a由装配图查得，。由装配图查得，综上所述：可得y1y2 。 选a方案。3、 电动机的选择计算合理的选择电动机是正确使用的先决条件。选择恰当，电动机就能安全、经济、可靠地运行；选择得不合适，轻者造成浪费，重者烧毁电动机。选择电动机的内容包括很多，例如电压、频率、功率、转速、启动转矩、防护形式、结构形式等，但是结合农村具体情况，需要选择的通常只是功率、转速、防护形式等几项比较重要的内容，因此在这里介绍一下电动机的选择方法及使用。 3.1电动机选择步骤电动机的选择一般遵循以下三个步骤：3.1.1、型号的选择电动机的型号很多，通常选用异步电动机。从类型上可分为鼠笼式与绕线式异步电动机两种。常用鼠笼式的有J、J2、JO、JO2、JO3系列的小型异步电动机和JS、JSQ系列中型异步电动机。绕线式的有JR、JR O2系列小型绕线式异步电动机和JRQ系列中型绕线式异步电动机。 从电动机的防护形式上又可分为以下几种： 1防护式。这种电动机的外壳有通风孔，能防止水滴、铁屑等物从上面或垂直方向成45以内掉进电动机内部，但是灰尘潮气还是能侵入电动机内部，它的通风性能比较好，价格也比较便宜，在干燥、灰尘不多的地方可以采用。“J”系列电动机就属于这种防护形式。 2封闭式。这种电动机的转子，定子绕组等都装在一个封闭的机壳内，能防止灰尘、铁屑或其它杂物侵入电动机内部，但它的密封不很严密，所以还不能在水中工作，“JO”系列电动机属于这种防护形式。在农村尘土飞扬、水花四溅的地方（如农副业加工机械和水泵）广泛地使用这种电动机。 3密封式。这种电动机的整个机体都严密的密封起来，可以浸没在水里工作，农村的电动潜水泵就需要这种电动机。 实际上，农村用来带动水泵、机磨、脱粒机、扎花机和粉碎机等农业机械的小型电动机大多选用JO、JO2系列电动机。 在特殊场合可选用一些特殊用途的电动机。如JBS系列小型三相防爆异步电动机，JQS系列井用潜水泵三相异步电动机以及DM2系列深井泵用三相异步电动机。 3.1.2、功率的选择一般机械都注明应配套使用的电动机功率，更换或配套时十分方便，有的农业机械注明本机的机械功率，可把电动机功率选得比它大10%即可（指直接传动）。一些自制简易农机具，我们可以凭经验粗选一台电动机进行试验，用测得的电功率来选择电动机功率。 电动机的功率不能选择过小，否则难于启动或者勉强启动，使运转电流超过电动机的额定电流，导致电动机过热以致烧损。电动机的功率也不能选择太大，否则不但浪费投资，而且电动机在低负荷下运行，其功率和功率因数都不高，造成功率浪费。 选择电动机功率时，还要兼顾变压器容量的大小，一般来说，直接启动的最大一台鼠笼式电动机，功率不宜超过变压器容量的1/3。 3.1.3、转速的选择选择电动机的转速，应尽量与工作机械需要的转速相同，采用直接传动，这样既可以避免传动损失，又可以节省占地面积。若一时难以买到合适转速的电动机，可用皮带传动进行变速，但其传动比不宜大于3。 异步电动机旋转磁场的转速（同步转速）有3000r/min、1500r/min、1000r/min、750r/min等。异步电动机的转速一般要低2%5%，在功率相同的情况下，电动机转速越低体积越大，价格也越高，而且功率因数与效率较低；高转速电动机也有它的缺点，它的启动转矩较小而启动电流大，拖动低转速的农业机械时传动不方便，同时转速高的电动机轴承容易磨损。所以在农业生产上一般选用1500r/min的电动机，它的转速也比较高，但它的适应性较强，功率因数也比较高。3.2 电动机型号的确定本风力发电机组齿轮所选择的参数如下：取速度：1000r/min6级电动机型号： Y132M1-6额定功率： 4kw满载功率： 960r/min堵转转距/额定转距：2.0最大转距/额定转距：2.0工作转速n: 33.33r/minI总=nm/n=960/33.33=28.8效率的选择：弹性套柱销联轴器：1=0.996级精度圆柱齿轮传动：2=0.977级精度圆柱齿轮传动：3=0.983级滚子轴承：4=0.938滚子链传动：5=0.96 总=12345=0.8503 pd=p/总=3.14kw取锥齿轮传动比(低速级)i1=2.5;i2=i/i1=4 圆柱斜齿轮传动比(高速级)i2=4 链轮传动比i0=2.881、拟定传动方案选择电动机（1）传动方案（一）：运输带F=1500N，v =1.2m/s，卷筒D=200mm。（2）电动机的选择 由公式 P1=Fv=15001.2=1.8 kw n1=191. r/min 求电机功率P5 P= P电 =ab齿2z3 P= Fv 查阅资料可得：选取1=0.99 弹性柱销联轴器 2=0.97 6级精度齿轮的效率3=0.98 7级精度齿轮的效率 4=0.938 滚动滚子轴承的效率5=0.96滚子链传动则总=12345=0.8503 P5=2.127 kw查阅资料可得：取 i=860则 n5=n1i=191(860)=152811460 (r/min)电动机符合这一范围的同步转速有1500、3000，综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量、价格和带传动比，显然选择3000 r/min的同步转速电动机比较合适。电动机型号额定功率满载转速极数(额定转矩)堵转转矩最大转矩(额定转矩)Y100L142.2 kw1420 r/min42.2 kw2.2 kw4、 轴的设计机器上所安装的旋转零件，例如带轮、齿轮、联轴器和离合器等都必须用轴来支承，才能正常工作，因此轴是机械中不可缺少的重要零件。本章将讨论轴的类型、轴的材料和轮毂联接，重点是轴的设计问题，其包括轴的结构设计和强度计算。结构设计是合理确定轴的形状和尺寸，它除应考虑轴的强度和刚度外，还要考虑使用、加工和装配等方面的许多因素。4.1、轴的分类按轴受的载荷和功用可分为：1.心轴：只承受弯矩不承受扭矩的轴，主要用于支承回转零件。如.车辆轴和滑轮轴。2.传动轴：只承受扭矩不承受弯矩或承受很小的弯矩的轴,主要用于传递转矩。如汽车的传动轴。3.转轴：同时承受弯矩和扭矩的轴，既支承零件又传递转矩。如风力发电机组齿轮轴。4.2轴的材料主要承受弯矩和扭矩。轴的失效形式是疲劳断裂，应具有足够的强度、韧性和耐磨性。轴的材料从以下中选取：1. 碳素钢优质碳素钢具有较好的机械性能，对应力集中敏感性较低，价格便宜，应用广泛。例如：35、45、50等优质碳素钢。一般轴采用45钢，经过调质或正火处理；有耐磨性要求的轴段，应进行表面淬火及低温回火处理 。轻载或不重要的轴，使用普通碳素钢Q235、Q275等。2. 合金钢合金钢具有较高的机械性能，对应力集中比较敏感，淬火性较好，热处理变形小，价格较贵。多使用于要求重量轻和轴颈耐磨性的轴。例如：汽轮发电机轴要求，在高速、高温重载下工作，采用27Cr2Mo1V、38CrMoAlA等。滑动轴承的高速轴，采用20Cr、20CrMnTi等。3. 球墨铸铁球墨铸铁吸振性和耐磨性好，对应力集中敏感低，价格低廉，使用铸造制成外形复杂的轴。例如：内燃机中的曲轴。4.3、轴的结构设计如图所示为一齿轮风力发电机组齿轮中的的高速轴。轴上与轴承配合的部份称为轴颈，与传动零件配合的部份称为轴头，连接轴颈与轴头的非配合部份称为轴身，起定位作用的阶梯轴上截面变化的部分称为轴肩。轴结构设计的基本要求有：（1）、便于轴上零件的装配轴的结构外形主要取决于轴在箱体上的安装位置及形式，轴上零件的布置和固定方式，受力情况和加工工艺等。为了便于轴上零件的装拆，将轴制成阶梯轴，中间直径最大，向两端逐渐直径减小。近似为等强度轴。（2）、保证轴上零件的准确定位和可靠固定轴上零件的轴向定位方法主要有：轴肩定位、套筒定位、圆螺母定位、轴端挡圈定位和轴承端盖定位。1）轴向定位的固定 轴肩或轴环：如教材图10-7所示。轴肩定位是最方便可靠的定位方法，但采用轴肩定位会使轴的直径加大，而且轴肩处由于轴径的突变而产生应力集中。因此，多用于轴向力较大的场合。定位轴肩的高度h=(0.070.1)d，d为与零件相配处的轴径尺寸。要求r轴R孔或r轴ca所以轴安全。10参考资料目录1机械设计课程设计，高等教育出版社，王昆，何小柏，汪信远主编，1995年12月第一版；2机械制图石光源,周积义等主编.北京人民教育出版社19813机械设计（第七版），高等教育出版社，濮良贵，纪名刚主编，2001年7月第七版；4简明机械设计手册，同济大学出版社，洪钟德主编，2002年5月第一版；5风力发电机组齿轮选用手册，化学工业出版社，周明衡主编，2002年6月第一版；6工程机械构造图册，机械工业出版社，刘希平主编7机械制图（第四版），高等教育出版社，刘朝儒，彭福荫，高治一编，2001年8月第四版；8互换性与技术测量（第四版），中国计量出版社，廖念钊，古莹庵，莫雨松，李硕根，杨兴骏编，2001年1月第四版。9机械设计基础课程设计指导书（第二版），高等教育出版社，陈立德主编，牛玉丽副主编，2004年7月第二版。10 装卸机械技术性能手册 交通部海洋运输管理局主编 港口装卸杂志社 1987年11月11 机械零件 吴宗泽主编 中央广播电视大学出版社 199612 润滑油应用及设备润滑 张晨辉 林亮智编 中国石化出版社 2002年13机械制图 金大鹰 主编 机械工业出版社2005年5月 14 机械制造工艺与装备倪森寿主编 北京化学工业出版社,200331自动洗碗机的控制系统设计摘要：基于自动洗碗机的功能要求，介绍了用单片机和键盘显示管理芯片设计的自动洗碗机的硬件控制系统的设计方法，给出了用控制键盘和显示的硬件电路，同时给出了系统软件和功能软件模块的流程图。该系统经过试验调试，可有效地实现洗碗机的自动控制，完成自动进水、加温、清洗、消毒等功能。关键词：洗碗机；控制器；键盘显示引言随着数字信息家用电器应用的普及，洗碗机已经广泛进入人民大众的家庭之中，从而使得人们能够从繁杂的家务劳动中逐步解放出来。作为一种家庭自动化设备，洗碗机一般需要实现诸如自动控制进水、自动加洗涤剂、冷洗、自动加温洗、清洗、排水、杀菌消毒，以及定时和故障报警等功能。从被控制量角度出发，一个洗碗机通常需要满足图所示的一些具体要求，其中涉及的开关量信号有两种，一种是传感器的高、低电平信号检测，如机门开关、水位高低、温度调节保护器和行程开关等；另一种开关信号经由固态继电器控制强弱电压信号的断开和加载，如进水电磁阀门的开合、恒温加热器的开合、瞬间加热器的开合、清洁剂控制盒和消毒剂控制盒的工作等。图中所涉及的模拟量信号主要用于实现以下几方面的功能：（）用温度传感器实现水温消毒水温度检测；（）通过人机接口的显示输出、键盘输入和声音输出等实现水温显示、洗涤过程显示以及故障类型显示等；（）根据用户需要通过设置键选择洗涤模式，并通过功能键启动相关功能；（）机器使用情况统计、清洁剂和消毒剂剂量的使用情况计数等；（）故障报警以及、洗涤完成报告等。 洗碗机控制系统的硬件设计针对上述功能及可靠性、成本和方便使用维护等因素，笔者设计了图所示的洗碗机控制系统。单片机最小系统采用与兼容的-公司低功耗高性能芯片设计，其中片内字节在线可编程闪存用以存放系统程序，可通过接口来下载程序；而字节的则用以存放关键参数，如开机维护密码、产品的序列号、开机次数、洗涤设置参数等；字节的用来存放临时变量。鉴于本洗碗机有较多的开关量信号，故此，设计中使用并行芯片来扩展接口，以配合和口部分管脚的使用，其输出和输入的比例为，其中蜂鸣器由控制。从可靠性角度出发，输入和输出部分都采用光电隔离措施。考虑到部分驱动信号所要求的驱动电流较大，因此，本设计选用功率驱动器件来驱动。温度采集有两种方案：一是使用热敏电阻配合芯片进行转换，然后通过存放在程序存储器里的表格来求得当前温度；二是使用三端温度传感器进行采集，直接得到温度数据。相比之下，后一种方案较为经济简捷。键盘和显示选用来进行控制，其电路图如图所示。无需外围元件即可直接驱动位共阴式数码管；引脚对应位数字输出驱动；引脚和则对应于段及小数点的驱动输出；各位可独立控制译码不译码及消隐和闪烁等属性。该芯片共有三种类型的指令：第一种是条不带数据的位纯指令，如复位、测试、左右（循环）移位等；第二种是条位带数据指令，包括下载数据按方式译码、下载不译码、闪烁、消隐、段点亮、关闭等；第三种是读取键盘数据指令。它们均采用串行方式与进行通讯，串行数据从引脚送入芯片并由端同步。当片选信号变为低电平后，引脚上的数据将在引脚的上升沿时被写入的缓冲寄存器。 此外，片内含有去抖动电路，可控制键键盘矩阵。图中，元件为键盘接口，当有键按下时，引脚输出低电平，发光二极管发亮，该状态一直保持到按键松开。此时如果接收到“读键盘”指令，在指令前半段，引脚将处于高阻状态以接受来自微处理器的指令。而在指令后半段，引脚则从输入状态转为输出状态，用以输出所按下的键代码值。洗碗机控制系统的软件设计本系统功能模块按洗碗过程可分为六个阶段：进水过程、加温过程、注入清洁剂过程、控制电机旋转清洗过程、注入消毒水消毒过程和排水过程。同时为确保洗碗机正常工作，对容易出故障的过程，系统还设置了故障报警或停机功能。系统软件可按照洗碗机的工作流程进行编写。主要的软件模块有开机自检、状态初始化、显示当前默认状态，进入键盘扫描状态并等待操作键按下，以及根据操作键转入相应流程等，其主程序流程见图所示。 用户使用前，应首先检查洗碗机状态是否正常，若状态正常，按下弱电源开关，根据洗涤要求设置洗涤模式（或使用默认方式），将碗放入清洗室，然后关上机门，按下开始键。之后，控制器检测水位高低和水温，以决定是否进水与恒温加热，至此准备工作完成，启动电机进行清洗。接下来再把清洁剂注入清洗室，同时检测水位高低，若水位较低，则立即进水，以保证清洗效果。清洗完成后，等碗上的水空一段时间后，洗碗机再注入高温消毒水进行消毒。洗涤完成后，蜂鸣器鸣叫，表明洗涤完成，同时控制器回到用户初始设置模式。洗涤中每一过程和按键均对应有一发光二极管的亮灭，用以显示过程和按键的正常与否。洗涤完成后，用户打开机门，取出碗盘，然后断电即可结束整个洗碗过程。在该系统软件子程序中，需要对键盘显示管理模块进行说明，包括初始化子程序、发送子程序、接收子程序、中断子程序、显示子程序等。其中用户通过键盘设置模块可以设定洗涤模式、每一过程的时间长短以及洗涤剂量大小，也可随时按相应的功能键暂停或中止洗涤过程。技术维护人员可以通过键盘显示管理模块输入正确密码来查询机器的使用状况，如机器序列号、机器的使用次数等，也可对关键参数根据实际情况进行设置。 故障报警功能模块可在工作电压故障、进水阀故障、加热器故障、电机故障、清洁剂注入故障以及高温消毒水注入故障发生时用蜂鸣器报警，同时断掉强电控制信号，以确保系统安全。 结论该控制系统目前已经调试成功，试验性能良好，可实现本自动洗碗机所要求的功能，而且简捷实用。但还有需要完善提高的地方，如排水需要人工干预、人机接口可考虑选用效果更好的字符或图形、系统集成度有待提高等。外文翻译Automatic dishwasher Control System DesignAbstract: Based on the functional requirements of the automatic dishwasher, introduced by SCM AT89LS8252 and keyboard / display management chip designed automatic dishwasher HD7279A hardware control system design methods, using HD7279 is given control of the keyboard and display hardware circuit, while the system is functional software modules and software flow chart. After debugging test of the system, which can effectively achieve the control dishwasher complete automatic water, heating, cleaning and disinfection, and other functions. 自动洗碗机的控制系统设计摘要：基于自动洗碗机的功能要求，介绍了用单片机和键盘显示管理芯片设计的自动洗碗机的硬件控制系统的设计方法，给出了用控制键盘和显示的硬件电路，同时给出了系统软件和功能软件模块的流程图。该系统经过试验调试，可有效地实现洗碗机的自动控制，完成自动进水、加温、清洗、消毒等功能。关键词：洗碗机；控制器；键盘显示 Key words: dishwashers; controller; keyboard / display 1 Introduction As digital application of information appliances, dishwashers have broad access to masses of people in the family, so that people can work from home in the complex gradually liberated. MCU Sensor-MenciMagnetic water level sensorInfluent solenoid valveTemperature Control ProtectorSwitch 5 kw heater thermostat Cleaning agents control box Cleaning agents control box Electric motors Transmission trip switch 2Analog Xiaodaishui temperature Counter Display InterfaceMan-machine interface Keyboard Interface Ringing InterfaceFigure 1 Control of the dishwasher引言随着数字信息家用电器应用的普及，洗碗机已经广泛进入人民大众的家庭之中，从而使得人们能够从繁杂的家务劳动中逐步解放出来。As a home automation equipment, such as dishwashers generally need to achieve automatic control influent, automatic detergent, cold wash, automatic temperature washing, cleaning, drainage, Disinfection, and the timing and fault alarm functions. From the point of view of control, a dishwasher usually need to meet Figure 1 shows some of the specific requirements, which involves the switching of signals there are two kinds of sensors is high, low signal detection, such as doors Switch , the water level and temperature regulation for the protection of trip switches, etc.; another solid-state relay switching control signals by the strength of the signal voltage disconnect and loading, such as electromagnetic inlet valve opening and closing, opening and closing the heater thermostat , and instantly the heater to create a control box cleaning agents and disinfectants control box, and so on. Figure 1 in the analog signal used to achieve the following major aspects of functions: (1) Temperature Sensor temperature / Xiaodaishui temperature detection; (2) through the man-machine interface display, keyboard input and output, such as voice achieve temperature, washing process shows that the fault type and display; (3) According to user needs by setting button to select washing mode, and through function keys launch-related functional; (4) the use of statistical machine, cleaning agents and the use of disinfectants dose counting; (5) Failure Alarm, as well as, washing complete the report. 作为一种家庭自动化设备，洗碗机一般需要实现诸如自动控制进水、自动加洗涤剂、冷洗、自动加温洗、清洗、排水、杀菌消毒，以及定时和故障报警等功能。从被控制量角度出发，一个洗碗机通常需要满足图所示的一些具体要求，其中涉及的开关量信号有两种，一种是传感器的高、低电平信号检测，如机门开关、水位高低、温度调节保护器和行程开关等；另一种开关信号经由固态继电器控制强弱电压信号的断开和加载，如进水电磁阀门的开合、恒温加热器的开合、瞬间加热器的开合、清洁剂控制盒和消毒剂控制盒的工作等。图中所涉及的模拟量信号主要用于实现以下几方面的功能：（）用温度传感器实现水温消毒水温度检测；（）通过人机接口的显示输出、键盘输入和声音输出等实现水温显示、洗涤过程显示以及故障类型显示等；（）根据用户需要通过设置键选择洗涤模式，并通过功能键启动相关功能；（）机器使用情况统计、清洁剂和消毒剂剂量的使用情况计数等；（）故障报警以及、洗涤完成报告等。2 dishwashers control system hardware design To address the above function and reliability, cost and ease of use factors such as maintenance, and the author of the design shown in Figure 2 dishwashers control system. SCM system is the smallest and MCS-51 compatible with the AT-MEL companies low-power high-performance CMOS chip design AT89LS8252, k-chip 8-byte programmable flash memory storage system for the procedures to be adopted by the SPI interface download programs; and 2 k bytes of EEPROM is used to store key parameters, such as the boot password maintenance, product serial number, the number of boot, washing setting parameters; 256 bytes of RAM used to store temporary variables. In view of the dishwashers have more of the switching signal, therefore, the use of parallel design chips 8255 to expand the I / O interface, and to meet some of P1 and P3 I pin the use of its input and output ratio of 21 / 14, which buzzer from P1.3 control. From the reliability point of view, part of the input and output using photoelectric isolation measures. Consider that part of the drive signal required by the larger drive current, therefore, the design uses power-driven devices ULN2803 to drive. There are two temperature acquisition programme: First, the use of thermal resistance with a MAX150 chip AD converter, and then deposited in the program memory in the form to achieve the current temperature; Second, the use of three-DS18B20 temperature sensor for acquisition, direct access to the temperature data . In contrast, after a simple programme more economical. LED display and keyboard use HD7279A 3 to control, the circuit shown in Figure 3. HD7279A without external components can directly drive a total of eight vaginal LED digital pipe; corresponding pin DIG0 0 3 digital output driver; pin SA SG and DP is a paragraph corresponding to g and the decimal point drive output can be independently controlled to decode / decoding and attributes such as blanking and scintillation. 洗碗机控制系统的硬件设计针对上述功能及可靠性、成本和方便使用维护等因素，笔者设计了图所示的洗碗机控制系统。单片机最小系统采用与兼容的-公司低功耗高性能芯片设计，其中片内字节在线可编程闪存用以存放系统程序，可通过接口来下载程序；而字节的则用以存放关键参数，如开机维护密码、产品的序列号、开机次数、洗涤设置参数等；字节的用来存放临时变量。鉴于本洗碗机有较多的开关量信号，故此，设计中使用并行芯片来扩展接口，以配合和口部分管脚的使用，其输出和输入的比例为，其中蜂鸣器由控制。从可靠性角度出发，输入和输出部分都采用光电隔离措施。考虑到部分驱动信号所要求的驱动电流较大，因此，本设计选用功率驱动器件来驱动。温度采集有两种方案：一是使用热敏电阻配合芯片进行转换，然后通过存放在程序存储器里的表格来求得当前温度；二是使用三端温度传感器进行采集，直接得到温度数据。相比之下，后一种方案较为经济简捷。PO Bus Driver74LS245 DB 8255 Switch output CB BuzzerAddress buffer74LS573 AB Switch InputCPU AT89LS8252 Y8255 DB P2 Address decoding74LS138 YMAX150 AD samplingMAX150 CB Minimum System CB Read / write control Keyboard and Four 8-segment LEDcircuit continuity display management 4*4 keyboardP1Figure 2 controller hardware structure键盘和显示选用来进行控制，其电路图如图所示。无需外围元件即可直接驱动位共阴式数码管；引脚对应位数字输出驱动；引脚和则对应于段及小数点的驱动输出；各位可独立控制译码不译码及消隐和闪烁等属性。 The chip there are three types of instruction: The first one is without six of the eight data-orders, such as reduction, testing, left / right (cycle) and transposition; second is the 7 with 16 orders data , including downloading data by means 0 / 1 decoder, download not decoding, scintillation, blanking, paragraph lit, closed; third keyboard data is read instructions. Serial way they are used to communicate with AT89LS8252, DATA-pin serial data from the chip into by the CLK-synchronization. When the chip-select signal CS into low, the data on DATA-pin will be in the CLK pin at the rising edge of the buffer HD7279A was written into the register. In addition, the chip contains HD7279A to jitter circuitry, which can be controlled 64 key keyboard matrix. Figure 2, components for the 4 4 JKEY keyboard interface, when a key is pressed, the output pin LOW KEY, LED1 bright light-emitting diodes, the state has been key to the release. If at this time to receive the Reading keyboard commands 15 H, in the first half of the directive, DATA pin will be in a high-impedance state to receive instructions from the microprocessor. In the latter half of the directive, the DATA input pins from state to state output for the output value ofthe code by pressing the button. 该芯片共有三种类型的指令：第一种是条不带数据的位纯指令，如复位、测试、左右（循环）移位等；第二种是条位带数据指令，包括下载数据按方式译码、下载不译码、闪烁、消隐、段点亮、关闭等；第三种是读取键盘数据指令。它们均采用串行方式与进行通讯，串行数据从引脚送入芯片并由端同步。当片选信号变为低电平后，引脚上的数据将在引脚的上升沿时被写入的缓冲寄存器。 此外，片内含有去抖动电路，可控制键键盘矩阵。图中，元件为键盘接口，当有键按下时，引脚输出低电平，发光二极管发亮，该状态一直保持到按键松开。此时如果接收到“读键盘”指令，在指令前半段，引脚将处于高阻状态以接受来自微处理器的指令。而在指令后半段，引脚则从输入状态转为输出状态，用以输出所按下的键代码值。3 dishwasher Control System Software Design Functional modules of the system by washing process can be divided into six stages: influent process, process heating, cleaning agents into the process, control motor rotating cleaning process, injected Xiaodaishui disinfection process and the drainage process. Dishwasher at the same time to ensure that the normal work of the process vulnerable to failure, the system also set up a fault alarm or shutdown feature. Dishwashers system software in accordance with the preparation of the work processes. The main software modules with power-on self test, state initialization, display the current default state, the state entered the keyboard scan button and wait for the press operation, as well as operating under the corresponding key into the process, and its main program flow as shown in Figure 3. Users, dishwashers state should first check whether it is normal, if normal, press the power switch weak, according to wash requested washing mode (or use the default mode), Add to bowl cleaning room, and then close the doors, press start button. , The controller of water level and water temperature, to determine whether the water temperature and heating, bringing the preparatory work completed, motor start cleaning. Next then cleaning agent into the washing room, high and low level detection at the same time, if the lower water level, water immediately, in order to ensure cleaning effect. Upon completion of cleaning, such as a bowl of water on the air after a period of time, dishwasher temperature to be injected Xiaodaishui were disinfected. Upon completion of washing, buzzer call that washing completed on time and the initial controller settings to user mode. In the washing process and the keys were each corresponding to one of the bright light-emitting diodes eliminate, the process and to indicate whether or not the normal keys. Washing completed, the user opens doors, remove dishes, and then power to end the entire washing process. In the system software subroutine, the need for keyboard / display module for the management, including the initialization subroutine, sent subroutine, receiving subroutine, interrupt subroutine, such as display subroutine. Keyboard settings through which users can be set washing mode modules, each process and the length of time washing dose, and may at any time by the corresponding button suspended or terminated washing process. Technical maintenance staff through keyboard / display module for entering the correct