洗碗机的电路控制.doc

河北经贸大学毕业论文洗碗机的电路设计河北经贸大学毕业论文摘 要随着人们生活品质的提高和工作节奏的加快，人们选择家电的标准也由原来的单一追求功能实现而逐步转向以节能、安全、环保为根本目标。近些年来，我国家电产品普及程度已经相当高，然而家用洗碗机却一直是一块存在巨大市场潜力而又未被开发的领域。这主要是由于传统的洗碗机产品不能适应中餐餐具的洗涤要求，并且洗涤时间长，能耗大。针对这种问题，提出将超声清洗技术应用于家用洗碗机领域，开发出一款节能环保型家用超声洗碗机。针对超声清洗和餐具洗涤各自的特点，以及使用要求，对这款洗碗机在整体结构、洗涤工艺、自动控制三个方面做出了全新的设计。结构方面，采用不锈钢清洗槽，通过对超声系统、多方位喷淋系统和水位控制系统的设计，使结构更紧凑、易控制，且清洗效果更好。洗涤工艺方面，通过铝箔腐蚀法，分析超声洗涤槽内的相对空化强度，给超声清洗参数的选择提依据，继而通过正交试验优选出超声洗涤参数和洗涤流程，最后选定超声功率300w、扫频、清洗时间9min、室温以及由45热水冲洗(5min)超声洗(9min)600C水冲洗(5min)的洗涤流程为最佳洗涤流程。自动控制方面，选择使用AT89S52单片机为控制核心，以各个部件的作用时间为逻辑顺序，实现了洗涤过程的智能化控制。与传统的人工洗碗相比，洗碗机确实有许多优点：因为少去了人工洗碗中的抹擦等步骤，而加进了烘干、消毒等环节，所以减少了病菌的感染机会；又因为利用了水的循环对流性能，所以节水效果明显；还有部分机型有软化水的功能，可减少机内水垢形成，使餐具更光亮、洁净。 关键词 喷臂；超声洗；机构设计；单片机 AbstractWith the development of standard of living and quickening of working rhythm, the criterion to choose electrical household appliances has been changed from only pursuing functional realization primarily to regarding energy-conservation, security, environmental protection as basic goal, progressively. Since the reform and opening-up, the popularization of our electrical household products has already reached to quite high degree. However, the field of home dishwasher has had enormous market potential but undeveloped field all time. It is mainly because the traditional dishwasher products cant meet the needs of washing of Chinese tableware, washing time is long and energy consumption is great. Aimed at these problems, ultrasonic cleaning technology is applied in the field of home dishwasher. And an ultrasonic dishwasher with energy-conservation and environmental protection was encouraged to research and develop.Aimed at the characteristics of ultrasonic rinse and tableware cleaning and the instructions for use, a bran-new design is made in three aspects of the dishwasher: the bulk structure, washing technique, automatic control.In the aspect of structure, the cleaning trough is made of the stainless steel; structure is more compact, control is easier and the cleaning effect is better through the designs of ultrasonic system, multi-orientation spray system and the control system of water level;In the aspect of cleaning technique, the intensity of relative cavitation in the cleaning trough is analyzed by the method of corroding aluminum foil, which provided the basis for the choice of ultrasonic cleaning parameter. Then ultrasonic cleaning parameter and cleaning procedure are confirmed excellently through the method of orthogonal experimental design. The best parameter is ultrasonic power 300W, swept, cleaning time 9 min, room temperature and the cleaning procedure is: sprinkling with 45 hot water(5 min.) 一rinse with ultrasonic (9 min.) 一sprinkling with 60 hot water(5 min.).In the aspect of automatic control, AT89S52 is chosen as the core of the control and the working time of every assembly unit is used as logic order. So the intellectualized control of washing process is realized.Compared with dish washing by hands, a dishwasher indeed has its advantages as follows. Firstly adding in drying and disinfection automatically instead of wiping dishes manually reduces the risks of bacteria infection. Secondly it performances visible effect on water resource saving by means of applying water convectional circulation. In addition, certain types of dishwasher have the function through which the water would be softened that prevents the water scale coming into being, making the dishes cleaner and brighter. Keywords Gushing arm; Ultrasonic rinse; Structure design; Single chip microcomputer31目录1 绪论11.1课题的提出及其研究的意义11.2 家用洗碗机综述21.2.1 洗碗机的分类21.2.2家用洗碗机的基本结构21.2.3家用洗碗机的工作原理42 结构设计72.1总体方案设计72.2重要部件的设计72.2.1超声清洗系统72.2.2喷臂冲洗系统92.2.3水位系统103 控制系统的硬件设计113.1硬件设计113.1.1单片机的选择113.1.2控制功能要求123.1.3控制逻辑电路133.1.4电源的设计174 软件设计194.1软件设计194.1.1初始化程序224.1.2进水子程序224.1.3加热子程序234.1.4喷臂冲洗子程序244.1.5其他程序255 总结27致 谢29参考文献30洗碗机的电路设计1 绪论1.1课题的提出及其研究的意义 随着人们生活品质的提高和工作节奏的加快，选购家用电器为自己减轻家务，享受更多的休闲时间，己经是不争的时尚。洗碗是一个家庭每天必须做的家务，尤其在中国，人们喜欢饭后马上洗碗，这无疑给家庭带来了更大的负担。洗碗过程是先用洗洁剂去油污，再用清水冲洗，然后擦干放入消毒柜中消毒。这个过程简单枯燥，而且对手也有很大的伤害。因而，洗碗机被称为是继洗衣机之后“对人手第二次解放”，是作为具有“餐后革命，迈向健康新生活”的美誉的新一代时尚家电，能够使人们从繁琐的家务劳动中解脱出来。目前，国外一些发达国家家用洗碗机的普及率已到达30%40%，特别在美、德、法等西方发达国家的普及率高达60%70%。东南亚国家也在以每年20%的增幅发展。而在我国，自80年代末第一台台式洗碗机问世以来，洗碗机市场便陷入了两难的境地，市场销售远比不上彩电、电冰箱、洗衣机等产品。造成这种情况的原因有很多。从客观方面来说，产品自身有许多不足。首先是现在的洗碗机生产线基本上是从国外引进的，虽在结构性能上做了一定的改进，但还是有不适合我国餐具的情况，洗涤效果也不尽人意，这是洗碗机不能进入普通百姓家庭的主要原因之一。其次是洗碗时间长，耗电量大。洗碗机要经过一清二洗三消毒的工序。对一台适合3-5口之家的台式洗碗机，选择标准洗涤，完成洗碗、消毒、烘干也要40分钟左右，比手洗时间要长得多。且洗碗机的功率从600W2300W不等，如加上其它家用电器一起运作，令一般住宅的电表承受不起，电费也相当可观。第三是价格高。国内已有的洗碗机品牌，像小天鹅、美的、海尔、澳柯玛等，最低价格都在1000元以上。再加上现有的洗碗机都需专用的洗涤剂，不仅价格高，而且对环保也不利。再则是结构设计、使用材料有缺陷。台式洗碗机多为塑料内胆，时间一长，内胆不仅有异味，而且变得油腻不易清洗，出现“洗碗机洗碗，人洗洗碗机”的烦恼。而柜式洗碗机又比台式洗碗机不仅价钱高而且占空间大，居民因住房条件限制，给洗碗机腾出一块空地实属不易。而且洗碗机市场不仅取决于洗碗机本身的价格和功能，与人们的饮食结构、卫生习惯、思想观念等多种因素密切相关，要想叩开中国人的厨房之门还要在实用、适合国情上多动脑筋。针对以上情况，作者开始深入研究家用洗碗机的改进问题，采用超声波清洗并配合喷臂冲洗，而不用添加任何洗涤剂，来达到洗净的目的，这样既经济又环保。1.2 家用洗碗机综述 洗碗机又称洗碟机或餐具清洗机，是一种代替人工洗涤碗、碟、杯、盘、勺、筷等餐具的家用电器。它集洗涤、消毒、烘干和储存于一体。具有造型美观新颖、使用方便、省时省力、清洁卫生和不需要特殊安装等优点，越来越受到广大消费者的青睐，成为现代家庭的好帮手。1.2.1 洗碗机的分类 现有的洗碗机种类繁多，款式多样。按餐具的装取方式的不同分为顶开门式(上掀盖式)和前开门式(推拉式)；按洗涤方式的不同分为叶轮式、喷臂式、超声波式及水流式;按控制方式的不同分为机械控制式和电脑控制式;按洗碗机的外形的不同分为柜式和台式：按自动化程度的高低的不同分为普通型(P)、半自动型(B)和全自动型(Q)三大类型。1.2.2家用洗碗机的基本结构 尽管家用洗碗机种类繁多，但主要还是由机壳、机门、内胆、控制机构、清洗系统、漂洗剂供料装置以及碗篮等部件组成。（1） 机壳：机壳多用塑料或薄钢板制成。塑料机壳多用于顶开门式洗碗机。塑料机壳优点是整机重量轻，永不生锈，制作成本低，缺点是机械强度较低，久用易老化，耐热性能差等。薄钢板机壳多用于前开门式洗碗机。薄钢板机壳优点是机械强度高，整机牢固，缺点是使用年限长会氧化锈蚀，制作成本较高等。（2） 机门：机门为双层结构，采用冷轧薄钢板冲压而成，表面喷涂白色环氧树脂，不会生锈。对于上开式洗碗机机门设置在机壳上方;而前开式机门则设置在机壳的前方。机门柜边一般装有门控开关，关门接通电源，开门切断电源。有的洗碗机的门还设置透明观察窗，便于随时观察机内洗涤情况。（3） 内胆：也就是清洗槽，它有不锈钢和塑料两种。对于不锈钢内胆，其优点是用，耐高温，不老化，不枯油，易清洁等，但用久了之后会腐蚀。塑料内胆的特点塑料机壳类同，且用久之后有异味。（4） 控制结构：控制结构包括程控器和选择开关。 程控器：洗碗机采用的程控器有机械式(电动式)和电脑式两种。它是自动洗碗机控制系统的核心。对于机械式程控器，用计时同步电机作动力，通过多齿轮减速带动多个特定功能的记忆凸轮转动。由于组合开关的杠杆压住凸轮外缘，凸轮转动时使组合开关的触点按设定程序接通或断开电源，从而使进水电磁阀、水位开关、清洗泵电机、排水泵电机和加热器等做出相应动作，自动完成进水一洗涤一漂洗消毒排水一余热烘干等程序，洗涤完后自动关机。而电脑式程控器则一般采用8031芯片处理器作为基本硬件，外加控制电路像电源电路、输出控制电路、开关控制电路、进水和排水电路以及蜂鸣器电路等，再编制相应的软件来实现洗涤的过程。在接通水源、电源，挂好排水管，放置好所要洗涤的餐具，设置洗涤程序后，洗碗机在微电脑程控器的控制下，自动完成整个清洗程序。当最后一次排水终了，蜂鸣器蜂鸣，自动断电、断水，洗碗机洗碗结束。 选择开关：选择开关通常有电源开关，对于采用电脑式程控器的洗碗机有洗涤程序的选择开关，一般有标准洗、冲洗、强洗等。对于采用机械式程控器的洗碗机有温度选择开关。用户可根据不同的脏污程度选择不同的洗涤程序或温度。（5）清洗系统：清洗系统包括清洗装置和进、排水装置，由清洗泵电机、旋转喷臂、加热器、水位开关、电机过滤器、储水槽、臭氧发生器、进水电磁阀、排水泵电机、排水电磁阀、进水管、排水管等组成。（6）漂洗剂供料装置：漂洗剂供料装量由漂洗分配器和旋盖组成，安装在内胆上。使用前将漂洗剂注入漂洗分配器内，旋好旋盖，根据水质的硬度调好供应量档次，在洗涤过程中，能定时定量自动释放漂洗剂。一次添加可多次使用。漂洗剂的作用提高餐具光亮度。此外，在机门内设置凹坑供投放洗涤剂之用，使用时根据餐具多和脏污程度而加入适量洗涤剂，洗涤时能自动溶解水中。洗涤剂的作用既起到分解垢的作用又能达到强化灭菌效果。（7）碗篮：采用细钢丝制成，表面涂覆高强度无毒尼龙涂层，提高抗氧化和防腐的能力，其底部两侧装有滚轮，嵌入内胆导轨，可以方便推入和拉出碗篮。1.2.3家用洗碗机的工作原理其工作原理是通过控制保护系统及电路的切换实现各系统的功能的。首先是自进水，到一定水位停止进水，洗涤泵电机对水加压，加热器对水加热，电机驱动洗泵使水在一定压力下从上下喷臂的喷水孔喷出，由于喷臂受到喷水的反作用力而不地沿轴心均匀地反方向转动，喷臂不断将带有洗涤剂或漂洗剂的热水以一定的压力上向下从三维方向均匀密集地喷射到餐具表面，进行强力冲洗；同时热水对食物残进行浸泡膨化，洗涤剂对污垢与残油污乳化分解并杀菌消毒。然后，污水经排水泵出，最后利用高温余热完成餐具的烘干。 下面具体讲述电脑程控全自动洗碗机的工作原理。 洗涤液循环实现意图如图，1-2所示。当接通电源，选择好洗涤程序后，程控器进水电磁阀2接通，具有一定压力（0.030.6Mpa）的自来水通过管接头处的过滤芯1流入储水槽3。当出水槽中的水到达一定量时，压力开关控制电磁阀2关闭，停止进水。在进水过程中，程控器又控制洗涤泵7、电机8动作，获得压能的洗涤液分别从上下喷臂的喷嘴中喷出，由于喷射水流的反力矩作用，使上下喷臂在喷水洗涤时不断绕同心枢轴旋转。其中，两个喷臂的旋转方向相反。不断改变方向的喷射水流对碗碟表面进行全方位冲刷，洗涤完毕后，排水泵11、电机12动作，将洗涤液排出机外。漂洗过程与洗涤过程相同，只是周期有所不同。 图1-2 清洗液循环图1- 过滤芯 2-进水电磁阀 3-储水槽 6-过滤芯 7-洗涤泵 8-电机 9-下喷臂 10-上喷臂 11-排水泵 12-电机以海尔WOP4一2型洗碗机为例，其电气原理示意图如图1-3所示。图1-3 WQP4-2型洗碗机电路示意图A 电脑控制板 B 电源线插头 C 电源开关 D水位开关 E传感器 F臭氧发生器 G门开关 H电磁进水阀 I 电容 J 洗涤泵 K 排水泵 L 限温器 M加热器从图上可以看出，总开关为电源开关C，当C断电后，所有器件停止工作。门开关从线路中控制电磁进水阀H、洗涤泵J和限温器L、加热器M的通断。在IC芯片的控制下，洗碗机按设定程序完成相应的操作。2 结构设计 2.1总体方案设计 超声洗碗机主要由进水、排水系统，超声清洗系统，喷臂冲洗系统，消毒系统，加热系统等组成。进水系统由进水电磁阀与水位开关组成：排水系统由排水电磁阀、排水泵以及水位开关组成；消毒系统采用臭氧发生器产生的臭氧进行消毒；加热系统是由功率为1100w的加热器和最高允许温度为90的限温器组成:根据餐具的装取方式的不同门有顶开式和前开式两种。由于超声清洗时要求的水位较高，有350mm左右，对前开式而言，高水位产生的大压力会增加门的密封的难度，因而采取顶开式，这样容易满足密封要求，同时也减少了洗碗机所占的横向面积。下面介绍各重要部件的设计。2.2重要部件的设计2.2.1超声清洗系统超声波清洗系统由三个核心部分组成，即清洗槽、超声波发生器和超声波换能器。1.超声清洗槽超声清洗槽的主要作用是容纳清洗液和将要清洗的器件。根据洗碗机的要求，现来确定清洗槽的结构。（1）尺寸清洗槽的尺寸大小是最主要的指标。对于家用洗碗机，一般面向35口之家，因而根据能合理放置35个碗，48个盘子，35个杯子，若干筷子、刀又等餐具的碗篮的尺寸结构，来选择清洗槽的尺寸。（2）几何形状由于超声波的作用区域主要就是在洗涤槽内，所以洗涤槽的几何形状会影响到超声波声场在其中的分布。根据清洗量，洗涤槽设计为470x410x420mm的长方体，这种对称结构，超声声场在其中的分布会比较均匀，使洗涤槽的各个角落都能取得较好的清洗效果。为了防止残渣堵塞洗涤泵和排水泵，确保清洗过程正常进行，清洗槽底部向外凸出一小长方体槽，底部与它之间加过滤网。洗涤泵和排水泵的进水口开在此小长方体内，这样就可以阻拦残渣。同时，加热器放置在此小长方体内，确保加热的均匀性和可靠性。为保证消毒效果最好，臭氧发生器的输出口即臭氧的出口放在洗涤槽的底部，使臭氧充分溶解在水中。（3）槽壁的厚度山于超声水化腐蚀的影响，所以超声波洗涤槽的槽壁总是或多或少有一定的损耗。虽然这种损耗比较小，但是随着时间的增长会使超声清洗的一些参数发声变化，所以选择316#，2mm不锈钢板，此种钢板耐腐蚀性能较好，而且与换能器的粘结强度好。2超声波发生器及换能器超声波最主要的两个部分就是超声发生器和超声换能器。其中超声发生器是产生电磁振荡信号并提供能量的工作部分，而超声换能器才是最终实现超声振动的工作部分。超声发生器是一个大功率的信号发生器，它的作用就是给超声换能器一个一定频率的电磁振荡能量，当此频率与超声换能器的谐振频率相等时，就产生共振。为了能让超声发生器更好的为超声换能器提供频率准确、功率较高的信号和能量，它的设计主要要注意一下几个问题：（1）谐振问题谐振问题就是要求发生器的输出信号能对在工作中变化的换能器谐振频率进行跟踪，也就是频率自动跟踪问题。（2）末级功率放大器的设计功率放大器的主要作用是将一个小的信号放大为大功率的信号。（3）功率合成器的设计当单个功放不足以满足实际需要时，就把多个功率放大器的功率输出叠加起来，获得足够大的功率输出。（4）功率放大器的保护末级功率放大电路，由于受电源电压、外界干扰脉冲及换能器负载、回路参数等影响，常常造成末级功放电路失效。针对不同的出错原因，通常的末级功放保护措施有：过压保护、过流保护、负载开路、短路保护、双管导通保护、激励信号源的误触发保护等。（5）与换能器的匹配设计超声发生器和换能器匹配包括两个方面，一是通过匹配使超声发生器向换能器输出额定的电功率，这是由于发生器需要一个最佳的负载才能输出额定功率所致，把换能器的阻抗变换成最佳负载，也就是阻抗变换作用；二是通过匹配使发生器功率效率最高，这是由于换能器静电抗的原因，造成工作频率上的输出电压和电流有一定的相位差，从而使输出功率得不到期望的最大输出，使发生器的输出效率降低。因此在发生器输出端并上或串上一个相反的抗，使发生器负载为纯电阻，也就是谐调作用。所以匹配的好坏直接影响到功率超声源的产生和效率。因而根据上述的要求，设计的超声波发生器具有的功能为：保险座：在输出过载或超声换能器工作异常时及时断开电源，保护超声波发生器；频率微调：超声波输出频率为28K，但在一定范围内连续可调，在不同的工况条件下调整微调使换能器始终工作在最佳状态下，换能效率达到最大；扫频：在清洗过程中使超声频率在合理范围内往复扫动，带动清洗液形成细微回流，使工件污垢在被超声剥离的同时迅速带离工件表面，大大缩短工件清洗时间，提高清洗效率，以达到快速清洗的目的；功率可调：根据所确定的清洗槽的尺寸，确定最大功率为800w，可实现本机输出功率的10%一100%连续可调（但通过试验，选择洗碗机的功率300W）；分控：可分别控制粘在清洗槽两面的换能器（这样是为了在试验中方便优先选出清洗参数）。2.2.2喷臂冲洗系统 为了保证冲洗的充分性，清洗泵出水口连接两个喷臂，分别安装在洗涤槽底部和侧面，从水平和垂直方向上对餐具进行清洗。管路采用PVC材料的管和接头，并用PVC胶进行密封。PVC即聚氯乙烯，它有强度高、造价低、可回收利用、性能受环境影响小、安全卫生等特点。喷臂系统的结构示意图如2-2所示。图2-2 喷臂冲洗系统结构示意图2.2.3水位系统进、排水系统中最重要部分的就是采用何种水位开关来检测所需水位，使结构最简单，使用的部件最少，控制也较容易。而干簧管外加磁铁组成的结构刚好满足要求。超声清洗和喷臂冲洗的水位要求不一样，超声清洗水位保证在350mm高左右，而喷臂冲洗所需水位为30mm左右的高度。对于排水是否完成的检测，同样选择水位开关作为检测的信号，它的安装高度保证不高于清洗槽的最低处。为防止水位开关所在的管道在进水时成为密闭端，用针管开小孔使管道内、外气压相通，保证水位开关的正常。 3 控制系统的硬件设计 在洗碗机的结构确定之后，现在来设计它的控制系统。主要包括电路设计即硬件设计和程序设计，本章节讲解最主要的电路设计部分。3.1硬件设计3.1.1单片机的选择选用Atmel公司的AT89S52单片机。AT89S52是一种低损耗、高性能、CMOS八位微处理器，它最大的特点就是片内含有Flash存储器，能重复写入/擦除1000次，数据保持时间为10年，因此，有着十分广泛的用途，特别是在便携式、省电和特殊信息保存的仪器和系统中显得更为有用。它的主要特点为：（1）内含Flash存储器由于内部含有Flash存储器，因此在系统的开发过程中可以十分容易地进行程序的修改。这就大大缩短了系统的开发周期。同时，在系统工作过程中，能有效地保存一些数据信息，即使外界电源损坏也不影响信息的保存；（2）与MCS一51系列单片机在指令系统和引脚上完全兼容，可完全代替MCS一51系列单片；（3）采用静态时钟方式可以节省电能；（4）错误编程亦无废品产生 一般的OTP产品，一旦错误编程就变成废品。而此单片机内部采用Flash存储器，在错误编程之后仍可以重新编程，直到正确为止，故不存在废品；它的主要性能： 8KBFlash存储器有可下载功能。下载功能是由IBM微机通过AT89S52的串口外围接口SPI执行的。除此之外，还含一个2KB的EEPROM，从而提高了存储容量； 256字节内部RAM； 32条可编程I/O线； 3个16位定时器/计数器和认值Watchdog定时器； 9个中断源； 3级程序存储器保密； 可编程串行接口和SPI接口；片内时钟振荡器；双数据指针；含从电源下降的中断恢复。其引脚结构图如图3-1所示。3.1.2控制功能要求洗碗机要完成洗碗工作，除了对一般洗碗过程中的人工工作及效能进行模拟之外，还要根据洗碗机的机 图3-1 AT89S52的引脚结构 械电气性质进行有关的控制和检测。对于一台上开式全自动洗碗机而言，首先要求能完成洗碗功能；同时还应具有消毒功能；另外，还要对洗碗过程中出现的故障能进行诊断，如进、排水过程中的故障和加热过程中的故障等均予以报警；保证洗涤过程中的安全性、经济环保等。所以，对这台全自动洗碗机，有如下基本功能： （1）同时有喷臂冲洗和超声清洗两种方式。洗涤程序采用先喷臂冲洗，后超声清洗，最后喷臂冲洗的方式，而在洗涤过程中不添加任何洗涤剂，达到节能和环保的要求；（2）进、排水系统故障自动诊断功能。洗碗机在进、排水过程中，若在一定的时间范围内进水或者排水未能达到预定的水位，就说明进、排水系统有故障，此故障由控制系统测知并通过报警程序发出报警信号，提醒操作者进行人工排除；（3）加热过程中的过热保护和洗涤过程中的安全性。加热系统接限温器予以保护。加热过程中，若出现空烧，或加热温度过高(超过90)，限温器会断开，系统通过检测输入信号会给予报警，并自动断开加热电路的电源，等待操作者进行人工排除。在整个洗涤过程中，若打开门，洗碗机正在进行的动作都会自动立即停止，并发出报警声音，当门关闭后，又会向后继续进行，且在洗涤全部结束后，洗碗机会报警并断开总电源开关；（4）消毒功能。臭氧进行消毒，超声清洗过程本身也有消毒功能；（5）声光显示功能。洗碗机在按下洗涤程序键时会有声、光显示。且在加热和臭氧消毒过程时也用发光二极管给予显示；（6）软件、硬件双重保险功能。外部电路中，臭氧发生器、超声波发生器、洗涤泵、进水电磁阀的电路都经过门开关再接入220V电源，当门处于打开状态时，以上部件不会工作；同时在软件设计中，不同状态均会检测门的开或关状态，通过检测门的状态来确定程序的运行，这样保证操作者在打开洗碗机的门时，不会发生任何意外。3.1.3控制逻辑电路全自动洗碗机的控制逻辑电路如图3-2所示。它以单片机AT89S52为核心加上有关集成电路及元器件组成。 图3-2 控制逻辑电路全自动洗碗机要控制的工作部件有洗涤泵、排水泵、进水电磁阀、排水电磁阀、超声发生器、臭氧发生器、加热器和限温器、电源总开关、蜂鸣器、以及消毒和加热时指示灯、洗涤程序指示灯等，它们都只有开、关两种状态。系统的输入信号包括3个水位开关、门开关状态、限温器工作状态以及洗涤程序键的状态。其中水位开关中最低的用于检测排水是否完成，中间水位开关用于检测是否达到喷臂冲洗时要求水位，最高水位开关用于检测是否达到超声清洗时要求水位。1.输出信号控制从图3-2的控制电路可以看出：AT89S52的P2.0P2.6口通过继电器OJE和OMI来控制除蜂鸣器和指示灯外的部件工作。OJE和OMI均为功率继电器，OJE的功率为450mW，OMI为540mW，输入电压范围均为348VDC，即当输入348V的直流电源时，常开触点闭合，使外接电路导通。之所以选择这种器件，是因为它结构紧凑，而且可靠性好，使用寿命长，可重复开关1千万次。其引线图如3-4所示。继电器的驱动器件采用摩托罗拉的ULN2003A芯片。它是一个内部集成7个NPN型达林顿管阵列的芯片。芯片的控制电平是TTL电平，输出为最高达50V的电平。芯片的内部结构如图3-5所示。芯片内部集成了7个保护作用的二极管，7个反相器的加入，使ULN2003A具有反相放大作用。其主要技术指标如表3-3所示。同时，为了更好的驱动器件工作，让电路动作更加准确，在P2口加IOK的上拉电阻，且输出信号经过74LS04反相再接入ULN2003A。74LS04为六反相器，一方面它有驱动作用，另一方面它在单片机复位时(I/O均为1时)，保证后面的器件不工作，即只有当P2口的某位为0时，相应的继电器才接通，与此继电器相连的部件才会得电处于工作状态。最大输出电压（V）50最大输入电压（V）30最大输入电流（mA）500最大输入电流（mA）1.35最大响应时间（uS）1.0表3-3 ULN2003A主要技术指标 图3-4 继电器引线图 图3-5 ULN2003A 逻辑图发声器件采用JD系列压电式陶瓷蜂鸣器，型号为JD-24GC-3801。他的声压电平90dB min（12VDc 10Cm 测量值），额定电压2.0VDc，最大工作电流12mA，谐振频率3.80.4KHz，电压工作范围3.0到20.0VDc。具有耐高温、低温，防潮、防污染，声音动听悦耳，性能稳定可靠等优点。P1.7的输出信号经过两个9013(NPN型)三极管的放大驱动蜂鸣器发声。2.输入信号的采集对洗碗机门和限温器的状态采用TLP521-1型光耦来进行检测。此光耦由发光二极管和光敏三极管组成，当二极管导通时，三极管接收到发出的光而导通。它的结构图如图3-6所示，工作条件如表3-7所示。分别把光耦的1、2两个脚即输入脚接门开关和限温器的两端，输出分别接P1.5、地和P1.6、地。对于门开关，当门是闭合时，光耦有输入而导通，使P1.5输入为低电平，通过扫描Pl.5的电平的高低就可以知道门的开关状态。同样，对于限温器，当处于正常工作状态(没有熔断)时，它相当于导线，处于短路状态，光耦无输入，使P1.6为高电平，通过扫描P1.6的电平高低同样也可以知道限温器的状态。为了防止电流过大击穿光耦，在电路中加47K的大功率电阻进行限流，并串接整流二极管。同时，为了防止220V交流电接通瞬间对光耦的高压冲击，在l，2两脚反向串接二极管来保护光耦。此处采用光祸一方面简化电路，另一方面还可使强、弱两类电完全隔离，减少干扰，保证线路板的稳定和安全。 图 3-6 TLP521-1结构图表3-7 TLP521-1工作条件水位开关选用干簧管，外加磁铁构成。干簧管由一对磁性材料制造的弹性舌簧组成，密封于玻璃管中，舌簧端面互叠留有一条细间隙，触点镀有一层贵金属，使开关具有稳定的特性和延长使用寿命。其工作原理为:把磁铁装在浮子上，当磁铁靠近两弹性舌簧时，使两舌簧受磁力作用接触而导通。高、中、低3个水位开关分别接脚P1.l、P1.0和P1.3。洗涤程序键接P1.2，按下此键，洗涤就开始进行。此外，此按键还有第二功能，当洗碗机发生故障转入报警程序后，按下此键可使洗碗机退出报警状态回到开始状态。18，19脚外接12MHz的晶振。20，40脚分别为电源地和+5V电源。9脚通过10uF电容接到+5V电源，实现上电自动复位，再并联一按键进行强制复位。3.1.4电源的设计 本控制系统由单片机及其外围电路、继电器电路组成，需要5V、12V两组电源。5V电源主要给单片机供电，12V给继电器、蜂鸣器以及电源总开关线圈供电。电源的总体设计为，采用变压器变压，电桥整流，电容滤波，再接稳压电路。 稳压电路有两种方式，即线性稳压和开关稳压。线性稳压的调整管工作在放大区，输出纹波小，但效率较低:开关稳压的调整管工作在开关状态。开关电源与线性稳压电源相比，具有功耗小、效率高、体积小、重量轻、稳压范围宽等特点，但开关电源的突出缺点是会产生较强的电磁干扰(EMI)。由于EMI信号既占有很宽的频率范围，又有一定的幅度，经传导和辐射会污染电磁环境，会对通信设备和电子仪器造成干扰。如果处理不当，开关电源本身就会变成一个干扰源。而单片机为一个敏感元件，外界干扰对它的性能有很大影响。且考虑到线性稳压器可提供较大的电流，因而采用线性稳压器。图3-8 电源图 此电源电路首先把220V交流电用变压器变换成输出电压11V、输出电流150mA左右的交流电，再通过整流桥进行全波整流得到直流电，此电源给需12V器件供电，且此直流电压是线性串联稳压器7805的输入。7805的特性和封装有关，TO一92(类似于普通塑封三极管)，0.7W(0.15A)；TO一220(使用最广泛)，7W(l.5A)，散热良好；TO一3(金封大功率)，25W(5A)。选用TO一92封装的7805，其输出值即为+5V电源，给单片机供电。 图中的2200uF电容是整流滤波电容，对整流输出的纹波分量进行滤波，容值越大，滤波效果越好，与它并联的104电容主要是抑制高频干扰，同时也有抑制高频振荡的作用。输出端并接的470uF极性电容主要为稳压电源提供瞬间的脉冲响应电流输出，并联的104电容也是抑制高频干扰的作用。4 软件设计4.1软件设计 根据第3章确定的洗涤流程，超声洗碗机的工作程序框图如图4-1所示。从程序框图可以看出洗碗的基本流程。系统上电复位后，首先进行初始化，洗碗机处于待命状态，然后扫描洗涤程序键是否按下，通过延时消抖确认确实有键按下时，洗碗机从待命状态进入工作状态。 洗碗机进入工作程序后，首先判断洗涤槽内是否有水，即检测低水位开关的状态， 当P1.3为1时，说明洗涤槽内有水，则先排水再进水；当P1.3为0时，则直接进水。进水操作将P2.0置0，使继电器得电，接通进水阀开始进水。进水期间系统不断检测中间水位开关即P1.0脚的状态，当P1.0为0时，说明进水已达到预定水位。同时也循环检测门的状态，当P1.5为1时，说明门处于打开状态，系统给出报警声，并停止进水，直到门关闭才继续执行。假如在预定的2min极限时间内，进水没有完成，说明进水存在故障，程序发出报警并跳至故障处理子程序，直到人工干预后按下程序洗涤键重新开始进水。进水完毕后，洗碗机进入下一程序即加热和消毒过程。设置加热时间为8min，在加热过程中，不断检测限温器和门的状态，当P1.6为0，说明限温器熔断，则洗碗机中止正在进行的一切操作，并报警，直到人工干预即按下洗涤程序键(按下此键后，程序跳回主程序起始地址，洗碗机又回到待命的初始状态)。预加热时间到，进入喷臂冲洗，P2.1置0，洗涤泵开始工作，洗涤时间5min，同时检测门的状态。冲洗结束后，系统开始排水，通过检测低水位开关的状态判断排水是否完成，在低水位开关断开后再延时105确保水完全排干净。若在规定3min极限时间内，系统检测不到低水位开关的断开，说明排水系统出现故障，程序发出报警并跳转至故障处理子程序，其处理方法与进水系统故障相同。喷臂冲洗完成后，进入超声清洗过程。首先是进水，与喷臂冲洗时进水唯一不同的是水位要求不一样，它要求检测高水位开关即P1.1的状态，且设定进水的极限时间为6min。进水完成后，开始超声洗涤，P2.3置0，洗涤时间9min，并不断检测门的状态。洗涤时间到后，开始排水。由于此时餐具全部浸泡在水中，在水位下降过程中，漂浮在水中的油渍可能再次赫附在餐具上(这一点在试验中得到了确认)，因而在排水过程中需转动喷臂，避免油污的再次污染。具体处理过程为：接通洗涤泵和排水泵，检测中水位开关，当水位到达中间水位时，延时10s，停止喷臂的冲洗，再不断检测低水位开关的状态，其后处理过程与喷臂冲洗排水相同。同样，若在规定6min极限时间内没有检测到低水位开关的断开，要报警排除故障。 超声过程结束后，进行最后的喷臂冲洗，与第一次喷臂冲洗不同的只有预加热时间不一样，为10min，这样主要是考虑到较高温度能加速餐具的干燥。在喷臂冲洗排水完成后，让蜂鸣器报警5声，然后置P2.6为0，断开总电源，洗涤过程全部结束。整个洗涤过程中，所需的门的检测和处理均相同。以上是洗碗机工作的大概流程，工作过程所需的计时，均由定时器“0”定时中断服务程序提供。定时器“0”设置为定时方式1，每50ms产生一次中断，因此，TL0、TH0装入的时间常数分别为0B0H、3CH。定时器“0”的中断服务子程序入口地址放在0BH单元中，洗碗机进入工作状态后定时器即被启动。70H和50H、7lH和5lH、72H均为计时单元，分别存放50ms、1s、1min。每中断一次，70H、50H单元累加l一次，累加到14H时，为1S，因此71、5lH单元累加1一次，该单元累加至3CH时，为1min，这时72H单元累加1一次。系统根据这几个内存单元中的数据就可以确定洗碗机工作各个进程的时间。在暂停中断以及门开或故障期间，定时中断被禁止，计时各单元内容不变。在洗碗机的程序总体设计思想确定以后，我们开始各个部分的程序设计。图4-1 主程序流程图4.1.1初始化程序 初始化程序用来确定堆栈地址、设置Pl、P3口的状态、装入定时器中断初值、设置定时器中断方式以及开总中断等。其流程框图如图4-2所示。 图4-2 初始化程序流程图 4.1.2进水子程序 洗碗机进水时，首先让计时各单元清0，设定进水极限时间，接通进水电磁阀电路。在此期间，不断检测门的状态以及是否到进水极限时间。超声清洗进水过程和喷臂冲洗进水过程相同，只是检测不同的水位信号。因而它们的流程框图均如图4-3所示。图4-3 进水子程序流程图4.1.3加热子程序 加热开始前，各计时单元清0，加热过程不断检测门和限温器的状态，对出现的异常情况分别处理。其流程图如图4-4所示。图4-4 加热子程序流程图4.1.4喷臂冲洗子程序 计时各单元清0，设定冲洗时间。洗涤过程不断检测门和限温器的工作状态。其程序流程图如4-5所示。图4-5 喷臂冲洗子程序流程图 4.1.5其他程序此外还有下列程序流程，流程图不再一一列出。（1）冲洗排水子程序：洗碗机排水前，计时各单元清0，设定排水极限时间，再接通排水泵、排水电磁阀电路。在此期间，不断检测是否到排水极限时间。（2）故障处理子程序：故障处理主要是先关中断，给出报警信号，等待人为干预，当程序键按下后，确认故障的排除。（3）超声清洗程序：从节电的角度考虑，超声清洗过程不加热;臭氧溶在水中，可能影响空化洗涤效果，且超声清洗过程本身就有消毒作用，因而不进行臭氧消毒。其它与喷臂冲洗程序基本相似。（4）超声排水程序：超声排水过程与喷臂冲洗排水过程相比，超声清洗的水位较高，为防止油污重新勃附在餐具上，在水位下降到中间水位之前，喷