新型洗碗机的设计与研究.doc

重庆科创职业学院 毕业设计（论文）题 目： 新型洗碗机的设计与研究 院 (系)： 机械与电子工程学院 专 业： 电气自动化 姓 名： 曾万平 学 号： 58020220080135 指导教师： 陈洪 二一年十二月十二日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。AbstractBased on automatic dishwasher, introduces the function requirements of MCU AT89LS8252 and keyboard/show management chip design of automatic dishwasher HD7279A hardware control system design method is proposed by HD7279 control keyboard and display hardware circuit is given, and the system software and function of the software modules flowchart. The system test debugging, can effectively achieve the dishwasher automatic control, complete automatic water, heating, cleaning and disinfection, and other functions第1章 洗碗机的概述第1节 背景洗碗不在是最有意义的任务。洗碗机的发展帮助免除了一些单调、油脂和污秽物。它通过一个简单的原理来洗碗，在机器里面用大量水流来冲洗被放置在架子上的碗碟。现代洗碗机有迎合优质玻璃器皿和难洗的坛坛罐罐的特点，多次的清洗、消毒、并且烘干。并且为每种大小、用途和价格范围设计了柜式或独立式洗碗机。洗碗机离完美的程度还有很远，有坚韧食物的盘子和碗碟在洗前或用洗碗机洗后需要自己处理一下，而且少数拥有水晶玻璃器皿和优质瓷器的人更愿意信任自己而不是机器。但是洗碗机，象在20世纪发明和改进的其他厨房器具一样，逐渐出现在21世纪的许多厨房里。第2节 历史洗碗的主要障碍一直是水的供应。早期文明的人使用种类和数量有限的盘、器物和炊具，他们将其带到溪流、池塘或水槽中清洗，或者是挑水洗。妇女用桶从公共水源或从家后的私人井中取水，这种现象一直延续到20世纪初。从那以后管道把水引入室内，不仅可以洗浴，而且更为厨房使用。；：第一台洗碗机在大约1850年给予了专利。但是象洗衣机一样，那时的洗碗机是用蒸汽和热水一次性浸泡许多碗碟的庞大装置。在一些型号中，碗碟被放在笼子中并在水中滚动清洗；而其他型号的洗碗机则是通过在碗碟四周喷水或在架附近搅动水固定碗碟转动通过水流清洗。在1875年，C.E.Hope-Vere创造了利用水浪往返洗碗碟的机器。水柱喷射的想A.W在内的其他发明者所采取，其设计的模型在1906年被引入。另外Blick设计的洗碗机，使用了水柱喷射在放满碗碟架子的方法，而这种基本思想一直沿用至今。第一台机型大约在1915年公开展示，但是直到1930年洗碗机没有得到广泛制造和出售给私人家庭。同一时间冰箱的引入和其迅速横扫美国市场，给洗碗机了一个间接打击。但是这种现象是合乎逻辑的，因为食物保存远比洗碗重要。洗碗机效率低以致于无法彻底消除手洗的工作。但公道的说起来，这也不能完全归结为洗碗机的过错当时的洗洁剂并不适合洗碗机洗碗使用。到了20世纪50年代，无需起泡和容易清洗的专用洗碗剂开始生产，公众也开始对洗碗机表现出更大的兴趣。当时自动洗碗机仍然没有普及每一个厨房，但从20世纪70年代更多的妇女洗碗机图开始外出工作后，家用洗碗机就被视为一项不可缺少的资产。第2章 原材料洗碗机主要由钢铁和塑料组成。基本结构包括钢架和钢面板，购买的不锈钢板在工厂被制造成所需要的大小和形状，预制成数种标准颜色的带状薄板钢被买来做成独立的门和包装精致的内阁。其他小的钢部件由国内设计，供应商按制造商的规格生产。放碗碟的架子也是由钢做的，而送到厂里的钢条是已经弯好成型的。架子尖角被包好以防止划伤碗碟，并在表面涂上粉末状的聚氯乙烯（PVC）塑料或尼龙。装有喷嘴和钢架的内室叫做内桶，它是一个用模具浇铸的单件（不包含连接门的里面部分）。铸坯是用钙化加强的聚丙烯塑料颗粒做成的，使用这种塑料是考虑到这种塑料表面坚硬且惰性很强。即它不会跟洗涤剂等化学品起反应并且对水和热的腐蚀有很好的抵抗力。其它很多部分，包括装餐具的篮子、装洗洁剂的容器、洗涤盆和喷射嘴也都经过同样的铸模处理。电动机、水泵和电子控制等组成部分由转包商按洗碗机制造商的设计要求制作 。第3章 洗碗机的要求设计洗碗机的工程师对改善其产品两个主要特点很有兴趣。当然首先是高效率的清洁，这也是最大的营销特点，然而消费者对安静的操作也很感兴趣。清洁系统包括洗涤塔和喷雾器臂，门的开口、水泵的功率、内架的位置都是设计洗碗机所要考虑的因素。在90年代末，消费者对洗碗机作为一个消毒碗碟的工具越来越感兴趣，所以设计一直努力通过加热的方法来杀死细菌。制造商采取各种不同的方法保持洗碗机尽可能的安静。例如Maytag，所有的操作都是由一个强大动力的电机驱动，并且在在外表面包裹一层很厚的隔音材料。与之相反，Amana装配了两个电机（一个控制水泵、另一个控制排水系统）。两个电机的马力加起来跟单电机系统的马力一样，但在静音上使用的隔音材料要少的多。设计独立式洗碗机的外形很复杂，因为它需要设计的拥有吸引力。通常独立洗碗机是木制的顶部，这样顶部可以使用，以节省空间。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。MCU机门磁传感器水位传感器进水电磁阀温度调节保护器恒温5KW加热器清洁剂控制盒消毒剂控制盒电机马达传动行程开关2消毒水温度计数器显示接口键盘接口振铃接口开关量模拟量人机接口 图1 洗碗机被控制量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。第4章 自动洗碗机的基本结构和工作原理 本设计的全自动洗碗机是前开门式结构的，它是外部结构如图1所示，内部还有加热管、进水电磁阀、洗涤装置、排水电机、过滤网、碗架、导轨、漂洗剂供料装置、排风扇等。洗涤装置主要由旋转喷臂、清洗水泵等构成。清洗水泵安装在机座的底部，由清洗机与叶轮泵构成，清洗水泵安装在机座的底部，由清洗电机与叶轮泵构成。清洗电机直轴驱动叶轮泵，把水进行加压，通过喷臂的喷水孔从三维方向喷出具有一定压力的热水流，从而对餐具进行冲洗，结构如图2所示。由于嘞水孔喷水时受水的反作用力的作用，产生了一个转矩，使喷臂连同轴套一起绕空心轴转动，从而达到改变方向，从不同的角度清洗的目的。 1- 排气口 2-把手 3-门扣 4透明观察窗 5-方式选择按钮 6-时间选择按钮7-启动，停止按钮 8-状态指示灯 9-电源插头 10-排水管 11-进水管12-机壳全自动洗碗机即是通过控制器的程序运行控制，由旋转喷臂将水从不同的角度喷射到餐具上，依靠水的压力、温度和洗涤消毒剂的作用，实现对餐具的清洗、消毒，最后烘干。第5章 AT89LS8252高性能8位单片机的介绍图片介绍这是一款多功能编程器，可烧写MCS-51系列和兼容C51的多种芯片,串行接口，DOS操作界面，支持鼠标操作，功能有读、写，空片检查，编程，校验，加密和自动操作。AT89LS8252高性能8位单片机AT89LS8252是一个低功耗，宽电压、高性能CMOS 8位单片机，片内含8kB下载编程Flash只读存储器和2kBEEPROM，芯片采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内的Flash存储器可采用串行方式在线反复擦写，单片上集成了8位通用微处理器及非易失Flash技术。功能强大的微型计算机的AT89LS8252可为许多植入式控制系统提供高性价比的应用场合。AT89LS8252具有如下特征：8k Bytes 可在线编程的Flash片内程序存储器，2k的EEPROM存储器。256 bytes的随机存取数据存储器（RAM），32个外部双向输入/输出（I/O）口，程序看门狗（WDT）定时器，双数据指针，6个2层优先级中断，3个16位可编程定时计数器,一个全双工串行通信口，片内时钟振荡器。此外，AT89LS8252属于全静态操作逻辑结构，工作频率可低至0Hz，并可通过两种软件设置省电模式。空闲模式下，CPU暂停工作，而RAM定时计数器，串行口，中断系统可维持其功能，掉电模式则保存RAM的数据，冻结振荡器，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。Flash存储器 可通过SPI的串行界面一次可改变单一位，除了Lock 2位加密外，激活RESET促使SPI总线进入串行编程界面，即可允许对存储器进行读写操作。该芯片还具有PDIP、TQFP和PLCC等三种封装形式，以适应不同产品的需求。主要功能特性 兼容MCS-51指令系统8k Flash + 2k EEPROM存储器32个双向I/O口2.7-6.0V工作电压3个16位可编程定时/计数器时钟频率0-12MHz可编程UART串行通道256x8bit内部RAM9个中断源低功耗空闲和省电模式中断唤醒省电模式3级加密位看门狗（WDT）电路软件设置空闲和省电功能SPI串行结构电源关闭标识第6章洗碗机的设计第1节 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，我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。图2 控制器硬件结构图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。第2节 洗碗机控制系统的软件设计该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。开始判断键值设置键/显示功能键不进水但温加热温控器测温/显示准备工作完成标志置位准备开始洗碗延时秒级注入清洁剂到时间断开电动转动开始清洗/显示时间到电机停机门是否关上？水位低否？进水/显示水满，关进水水温度满足设定开机自检状态初始化/显示瞬间加热56秒检查是否有键按下注入高温消毒水消毒 / 显示/洗碗完毕，停止相关功能，消除相关标志 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。 第7章 制造过程1. 一台洗碗机首先通过内桶的注坯成型。注坯的两个模子（一个外表面的模子一个内部的模子）在钢模中被加工后，当两个模子合起来后，中间的空间即是内筒的形状。在注塑过程中，用工具将两个模子合好。颗粒状的聚丙烯在高温加热下融化并被工具在压力下注入模子的空间中。高压的液态塑料迫使塑料进入模子的每个空间和空隙， 打开模子取出的内桶都还是热的。2. 热的内桶被送往冷的地方冷却，使温度下降便于装配工人处理。其他的塑料部分也是通过注塑制成的，这些小件被放在小箱中保存（一种专放一种东西的箱子），可以拿到需要装配的地方。3. 在工厂的另一部分，生产洗碗机的钢质部件。一面光滑的不锈钢板被切割和拼装成独立的外置小阁和所有模型通用的门。扁形钢条被裁减成适当长度装入洗碗机的框架中。碗架在经过两步焊接和工具的处理后也变得整齐、无毛刺。工具将碗架上的钢条在同一时间焊好。同样的，小片的支撑碗碟的钢件也在同一时间焊好。焊好的碗架被拿到清洗站清洗干净，准备进行PVC涂层处理。PVC涂层是将聚氯乙烯细粉烤到碗架上的过程，完成PVC处理的碗架就可以冷却使用了。4 .洗碗机沿着装配线装配。工作人员认真负责的从身边的小件箱中取出配件安装。首先安装框架、电机和装在框架上的电机附带装置。而电机是由一线的工人装配并保证正常运行。内筒适合放置在单电机或多电机之上。5. 内筒安装好后，内部组件从过滤系统开始安装。然后就是装碗架的滚动支座，可以让碗架从洗碗机中滑进滑出，这样很方便放置碗碟。接着就是洗碗盆和喷嘴的安装，碗架和餐具篮被安置在一起。6. 门在安装洗涤剂配送器、漂洗杯和控制面板后就算组装完成了，门安在洗碗机的前部。在连接完电气线路和安装补给管（送清水和排污水），以及能减小噪声和热量的隔绝材料后，洗碗机的外部工作就算是完成了。其中其产生的热量会翘曲柜台和橱柜造成损失。绝缘是通过箔包裹的绝缘纤维来实现的，称作包装绝缘，将其缠绕在机器的四周并塞满内部的空余空间，这样柜式机就算完成了。独立式洗碗机加上包装好的阁子和木质顶部就可以了。 每个组装完成的洗碗机都被装载到推车上送往包装区。7 在包装区，聚苯乙烯泡沫塑料放在纸盒里和洗碗机的边缘起缓冲作用。使用说明书、和其它材料放在纸盒中洗碗机的顶部，然后密封纸盒搬到运输贮存区。