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洗碗机 自动洗碗机 课程设计

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大连海洋 大学 家用自动洗碗机 课程设计 设计说明书 起止日期： 2016 年 12 月 12 日 至 2016 年 12 月 30 日 学生姓名 班级 成绩 指导教师 ( 签字 ) 机械 与 动力 工程 学院 2016 年 12 月 29 日 课程设计任务书 机械 与 动力 工程 学院 机械设计制造及其自动化 专业 1304 班级 设计题目： 家用 自动洗碗机设计 完成期限： 自 2016 年 12 月 12 日至 2016 年 12 月 30 日共 3 周 设计依据、要求及主要内容（可另加附页）： 一 、课 程设计的目的 1、 完成有关内部的机械系统的设计，及各零件的布局 。 2、 掌握单片机的接口技术及相关外围芯片的外特性，控制方法。 3、 通过课程设计，掌握以单片机 为 核心的电路设计的基本方法和技术。 4、 通过实际程序设计和调试，逐步掌握模块化程序设计方法和调试技术。 5、 通过完成一个包括电路设计和程序开发的完整过程，了解开发一单片机应用系统的全过程，为今后从事相应打下基础。 二、课程设计的基本要求 1、认真 认识设计的意义，掌握设计工作程序，学会使用工具书和技术参考资料，并培养科学的设计思想和良好的设计作风。 2、 提高模型建立和设计能力，学会应用相关设计资料进行设计计算的方法。 3、 提高独立分析、解决问题的能力，逐步增强实际应用训练。 4、 课程设计的说明书要求简洁、通顺，计算正确，图纸表达内容完整、清楚、规范。 三、课程 设计具体要求 1、 小组 3名成员， 要求每位同学独立完成设计任务。 2、 原理图设计。 1） 原理图设计要符合项目的工作原理，连线要正确。 2） 图中所使用的元器件要合理选用，电阻，电容等器件的参数要正确标明。 3） 原理图要完整， 围器件，扩器接口，输入 /输出装置要一应俱全。 3、 程序调计 1） 根据要求，将总体项能分解成若干个子功能模块，每个功能模块完成一个特定的功能。 2） 根据总体要求及分解的功能模块，确定各功能模块之间的关系，设直出完整的程序流程图。 4、 设计说明书 1） 原理图设计说明 简要说明设计目的，原理图中所使用的元器件功能及在图中的作用，各器件的工作过程及顺序。 2） 程序设计说明 对程序设计总体功能及 结构进行说明，对各子模块的功能以及各子模块之间的关系作较详细的描述。 3） 画出工作原理图，程序流程图 如 并给出 相应的 程序清单。 四、设计任务 使用 单片机 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 应能 实现洗碗机的自动控制，完成自动进水、清洗等功能。 摘 要 介绍了一种以 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、 冲水 、清洗等功能。 关键词： 全自动； 碗机 目录 一 . 1 二 . 1 三 . 2 计思路 . 2 部各零件的参数及整体布局 . 2 四 . 2 声波清洗技术简介 . 8 声波清洗原理介绍 . 9 声波发生器 . 6 声波换能器 . 7 五 碗机的 控制系统的 设计 . 8 统总体设计方案 . 9 碗机控制系统硬件设计 . 10 碗机控制系统的软件设计 . 12 制器程序设计 . 13 六 . 14 七 . 14 一、绪论 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、清洗、排水 ,以及定时等功能。从被控制量角度出发 ,一个洗碗机通常需要满足图 1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 ;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的工作等。图 1中所涉及的模拟量信号主要用于实现以下几方面的功能 : (1)通过人机接口的显示输出、键盘输入和声音输出等、洗涤过程显示以及故障类型显示等 ; (2)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 ; (3)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 ; (4)故障报警以及、洗涤完成报告等。 图 1 洗碗机被控制量 二、自动洗碗机基本机构工作原理 本设计的全自动洗碗机是前开门式结构的，它的外部结构如图 2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、排气风扇等。 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 3所示。由于喷水孔喷水时，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。 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。 图 2 全自动洗碗机外部结构 图 3 旋转臂装置结构图 (16停按钮 8 9012 三 计思路 根据洗碗机的控制要求，洗碗机主要过程为： (1) 冲水与洗涤。利用单片机控制电磁阀门，向水箱中注水，然后进行适当加热，冲水只要控制阀门的开关就可以实现。 (2) 反复冲洗。由于乙肝类细菌高温杀菌不能实现清除，需要反复冲洗实现，大概控制在 57次。 部各零件的参数及整体布局 洗槽，碗架 清洗槽用来盛水和存放污垢的地方，也是器皿放置的容器，它主要为方形结构，精度要求较低，附带进排水口等。清洗槽同其他一样可以使用不锈钢材料，因为不锈钢材料便于制作，焊接性比较强，市场上许多的容器产品都有不锈钢的运用，现在加工厂家也相对比较多，所以总的制造成本低。而且不锈钢也有良好的耐腐蚀性的功能，一般不容易生锈，不用担心碗筷受到其他化学物质的影响，从而发生食品健康问题。最主要的是不锈钢的抛光性能好，制成清洗槽下方的倾斜槽不容易藏污纳垢，当从餐具清洗下来的食物残渣，可以很轻易地冲出洗碗机。 设计最主 要的食物残渣可以通过水流带出清洗槽，而两边的斜面的倾斜角度大概为 5度，一方面主要是倾斜角太多的话会导致碗架的固定强度变低，容易变形，而清洗槽的厚度也是有一定要求的，他必须经受水压的冲击，而且需要存储一定的水量，我们根据材料学研究结果选材为 2质同为 清洗槽有“左进右出”两个端口，由过滤池到蓄水池进来的水，经过过滤器达到一定的合格标准，大大降低，清洗机越洗越脏的尴尬。 所以我们可以得到一个简单的清洗槽模型 ： 碗架部分： 碗架是用来放置固定餐具的支架，必须有一定的 强度，也要有一定的可塑性，碗架多使用不锈钢小管焊接而成，具有卫生防污染的特定，刚度也可以达到预想中的要求。 碗架只要设计在于一家四口人的筷子，饭碗，碟子和汤勺等几种常用用具的空间放置问题。左边是放置筷子的区域，最右边是放置汤勺的空间。中间部分并未区分得很清楚，在于现代餐具的复杂性，所以中间设计为不规则支架，便于各种餐具的放置和固定，使得适应性更强。 压力是一个关键因素，现在对于清洗机的设计，必须为它选取一个最合适的数值。当压力超过阀值压力的射流，射流压力的增加，洗涤的具体的能源消耗（污 染的单位面积上的能量减少所需清洗）。但是，超过此值不断提高喷射压力，清洗的具体的能源消耗将增加。因此，为了使高压水射流清洗性能与最低的功率水射流产生最大的撞击力，必须合理匹配的高压水射流清洗机，结构和径流量和喷嘴。 在清洗喷嘴孔数对工作的影响工程中常用的高压射流清洗 70 70L/清洗机在额定工况下，不同数量的对应的喷嘴孔径的孔，最大喷射和射流冲击力当目标距离是 10 悬臂系统是用来固定喷头的一个装置，可以带动喷头在餐 具上面旋转，以此来增强洗涤的范围，其中悬臂的长度大概要覆盖整个清洗槽的空间，以免有清洗死角。 可以看到，悬臂的中间是中空的，这是为了方便水流直接到达喷头；悬臂有设计安装 8个喷头位置，而固定点为中间。 单相交流电动机及带轮的选取 在水泵的选取上，充分考虑到所需要的工作环境不需要过大的功率，故洗碗机内部水泵采用微型水泵即可。本次水泵采用 形尺寸 120*95*130（ 此微型水泵的扬程为 5m，功率为 1500W，流量为 5550L/h，符合我们所使用的范围。 洗碗机的工作环境为家用，所以电源为 220在设计时选用单相交流电动机 率为 速为 1400r/ 电动机和旋转水盘之间为带链接，根据空间的大小采用 带传动，大小带轮轮径分别为 25和 50动比为 2： 1，带速度为为 s。具体布局详见装配图。 四、 超声波技术的应用及设计 声波清洗技术简介 超过人类可听到的 400 倍率的电频率是超声波的发生器发生基础，换能器能够在水中引起像蜜蜂飞翔时的翅膀时的翅膀高效动作，产生无数肉眼看不见的气泡在比零界更低的压力的形成和长大并发生超声波竖直的方向传播直至很快打破正向极区。其中肉眼看不见的气泡形成生长并且很快破裂的这个过程称为“空化”。产生超过 10 千个大气压的压力一下子气泡发生破裂后，产生的一系 列连续的类似炸药般冲击表面的压力使表面污物迅速脱落。 把一定能量的声波冲击到一个新的液体环境中，对被清洗物最上层来来回回的加压、以及减去压力的情况下发生机械反应，液体细微空隙的同时，超声波可以到达一定额度的能量，空隙将会猛烈地冲击，并且有强烈的碰撞，大概是 5 /厘米压力，这时具备很多的能量，因此，水在对象的表面过剩 10000g 加速度冲击被清洗，可以打来附着的污物，从而达到清洗效果明显，这种作用与液体可以达到的对象的所有表面进行清洁，这是一个传统的手工清洁装置，机械振动等无法实现。 当声波产生的能量和空化形成的热效应，他可以是由细小生物，尤其是它们的战斗链，可以达到消灭有害物质的效果。此外，一个强大的超声的反应能起到均匀混合，研磨和抛光效果加速想象中的反应。 声波清洗原理介绍 超声波清洗是加速流体的细微流动，根据物理学原理，一个物体的速度加快可以具备很高的动能，加速度的影响作用于液体，使里边附带残渣团块的分开，产生化学反应以此来达到取物的目的。目前在超声波清洗机使用，气浊获得直接进入的动作流应用更多。 声作用效果 （ 1）空化作用：高频超声波转换为空化每 秒二十千次以上的压缩力群互动进行交换互射。当减少压力，在压缩力产生的液体气泡核内真空现象，通过真空气泡核的强大冲击波破碎产生的压力，从而清洁表面的污垢，达到洗净的目的精度。 （ 2）直进流的影响：在液流中产生的声学现象沿直线传播方向的超声波的统称。 强，肉眼可以看到的直流，流动在振动平面垂直的直流产生约 10cm/s 流量进行清洗，表面的微油污垢表面污垢清洗液搅拌溶解污垢溶解液混合对流也有了新的解决方案，溶解速度快，发挥大作用的污垢清除。 （ 3）加速度：液体粒子加速度促进速度的增加。高频率的超声 波清洗机，就显的很模糊，这主要取决于清洗液粒子加速度下的超精密清洗污垢粒子。 用超声波洗碗机注意事项 （ 1）由于超声波洗碗机具备电源和水源，本身的电路保护装置必须设计完整，超声波清洗设备电源及电热器电源必须有良好接地装置。 （ 2）超声波清洗设备严禁未清洗流体动力使用，清洗部位不具备一定量的清洗液不得闭合超声开关。 （ 3）清洗设备加热设备加热开关打开时，禁止无液体。 （ 4）禁止使用的重（铁）的影响下洗涤槽，以避免能量转换器芯片损坏。 （ 5）超声波发生器电源应单独使用，或沿 220v/50000W 电力供应和安装调节器。 （ 6）底部定期冲洗清洗槽，没有过多的碎片或污垢。 是发生模拟超声波，应用了逆变电路，随着电子电器的极速发展，超声波发生器已经融合了反馈环节，反馈环节可以反馈给超声波发生器一些信息，分别有输出的功率的大小和频率的跟踪信号。比如，当超声波发生器的上级电源产生波动变化时，发生器的功率会随之上下波动变化，这时候会导致换能器输出的机械波忽大忽小，导致清洗效果不理想，所以就需要超声波发生器随时可以监控到输出功率的大小，通过反馈回来的功率信号随时调整功放，使功 放处于一个稳定的输出状态；超声波换能器效率最高的时候有一个最佳的谐振频率点。而换能器的最高效率点往往因为装配误差和长时间使用后老化等缘故发生偏移，频率跟踪信号使信号发生器可以稳定最佳的点位，达到最好的工作状况。 使一种功率输出的装置，它能产生一定频率信号以提供给超声换能器工作在谐振状态。超声波发生器按激励方式分一般可分为他激式和自激式。他激式超声波发生器分为两部分，前级振荡器和后级放大装置，其一般通过输出变压器耦合把能量输出到换能器上。自激式是将振荡、功放、输出变压器、换能器集为一体形成一个闭环的回路，回路必须满足幅值和相位反馈条件，其最后的输出频率也必须使得换能器工作于谐振频率上。 五 碗机的 控制系统的 设计 统总体设计方案 洗碗机自动控制系统的总体设计框图如图 5所示。系统以单片机 含门控电路、键盘电路及强电驱动电路等部件。其中，控制进水电磁阀和排水电磁阀开关；门控电路判断洗碗机门是否关闭；键盘电路设置洗涤时间。为了实时显示洗碗机工作状态及可能出现的故障信息，方便用户知道洗碗机工作模式和工作状态，便于故障排查。强电驱动电路作为单片机与外部器件的接口电路，驱动电磁阀、电阻丝工作。 倒计时显示（数码管） 键及按键指示灯 直流电机 驱动电路 直流电机 图 总体设计方案 碗机控制系统硬件设计 本设计中的核心器件 微控制器，我们采用了 司的 面简单介绍一下 性能 位微控制器，具有 8。使用 器技术制造，与工业 80上适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的 8位 得 有效的解决方案。 8 256字节 32位 I/门狗定时器， 2个数据指针，三个 16位定时器 /计数器，一个 6向量 2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外， 态逻辑操作，支持 2种软件选择节电模式。空闲模式下， 许 时器 /计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下， 荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。 与 8储器 1000次擦写周期 全静态操作： 033 三级加密程序存储器 32个可编程 I/ 三个 16 位定时器 /计数器 八个中断源 全双工 低功耗空闲和掉电模式 掉电后中断可唤醒 看门狗定时器 双数据指针 掉电标识符 图 6 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 三 个阶段 :进水过程、控制电机旋转清洗过程、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 6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 。 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 ,以保证清洗效果。清洗完成后 ,等碗上的水空一段时间后。洗涤完成后 ,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 ,同时断掉强电控制信号 ,以确保系统安全。 制器程序设计 整个洗碗过程分为：进水，冲水 ， 洗涤 三 个过程。因此可以按照这 三 个过程设计主程序，主程序流程图如图 8。 主程序代码如下 #数据类型的宏定义 #数据类型的宏定义 20; 定义独立按键“冲水” 21; 定义独立按键“洗涤” 24; 定义独立按键“停止” 25; 定义直流电机 +端 26; 定义直流电机 = 0“ 0” 0“ 1” 0“ 2” 0“ 3” 0“ 4” 0“ 5” 0“ 6” 0“ 7” 0“ 8” 0“ 9” 0“ -” 0熄灭 ; 延时 1 t; t=0;t110;t+) ; 初始函数 P1=0; 数码管显示“ -” 110 1111“停止”指示灯亮 ; 使电机两端输入相同，电机不转 i; 定义一个计数变量 i，数据类型为无符号字符型 ) 死循环 ; 调用初始函数 if(0) 0); 延时 20if(0) 判断“冲水”键是否按下 i=5; i+1) 条件循环 若（ i+1)不为 0，则执行 里的 P1=i; 数码管显示 i 1111 1110 “冲水”指示灯亮 if(0) 0); 延时 20键消抖 if(0) 判断“停止”键是否按下 Z; 跳至初始状态函数 ; 电机正转 00); 电机反转 此表示冲水功能 00); 计数变量自减 1 if(0) 0); 延时 20if(0) 判断“洗涤”键是否按下 i=9; i+1) P1=i; 1111 1101 “洗涤”指示灯亮 if(0) 0); if(0) Z; ; 电机反转 00); 电机正转 以此表示洗涤功能 00); if(0) 0); if(0) 判断“停止”按键是否按下 Z; TZ:; 图 7 主程序流程图 图 8 原件布局布 六 总结 知识来自于课本，知识来自老师同学，知识也来自于自己的实践。有句老话叫实践出真知，课程设计就真正体现了这句话。这其中需要你联系学过的所有知识，用所学知识融合成自己的想法，然后再形成实实在在的流程图，原理图，文字说明。 这次单片机课程涉及的内容比较多，是对课本知识的总结和升华。在这样的求解和研究中，自己学会了怎样去分析，怎样去思考，怎样去领悟。我也在这样的过程中不断地提高了自己，在其中也得到了许多乐趣，使自己在今后的学习中有了不断向前的 动力，这或许是本次课程设计最大的收获 。 该控制系统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 统集成度有待提高等。 七 参考文献 1 洗碗机将成未来市场亮点 J . 技术与市场 ,2000, ( 3) : 10. 2 8- K Z . 1998. 3 行接口 8 位 码管及 64 键键盘智能控制芯片 . 4 宋戈，黄鹤松 等 51 单片机应用开发范例大全 人民邮电出版社 5魏鸿磊 等 单片机原理及应用 同济大学 出版社 三周的课程设计结束了，我和同学们一起度过了这段忙碌而充实的时光。这次的课程设计深刻的反映出实践是检验真理的唯一标准这句话的真谛。课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不少的过程。“千里之行始于足下”，通过这次课程设计，我深深体会到这句千古名言的真正含义。我今天认真的进行课程设计，学会脚踏实地迈开这一步，就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础。 我们组这次课程设计的主题是家用自动洗碗机， 首先老师先介绍了这次课程设计的主要内容和实施步骤，然后同学们进行分组并 选出组长和集成组组员，各组进行分工安排、制定计划，组员明确各自的任务后，互相合作完成工作。 我在这次课设中主要负责画零件图和编写说明书。在这次课程设计中，不仅 检验了我所学习的知识， 而且收获颇多。一方面，课堂的学习并不能全面的理解各方面知识，考试内容也有限。而在课设中，通过查阅资料，了解到国内外在自动洗碗机方面的开发研究和发展趋势， 为我们开阔视野，提供了更多思路；另一方面，通过动手实践画图，学会了更多便捷巧妙的画图技巧，加强了对 而提高了画图能力。 在这次的课程设计中不仅 学到更多知识， 也培养了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。在设计过程中，与同学分工设计，和同学们相互探讨，相互学习，相互监督。学会了合作，学会了运筹帷幄，学会了宽容，学会了理解，也学会了做人与处世。 洗碗机课设个人总结 本次课设让我受益匪浅， 知识来自于课本，知识来自老师同学，知识也来自于自己的实践。有句老话叫实践出真知，课程设计就真正体现了这句话。这其中需要你联系学过的所有知识，用所学知识融合成自己的想法，然后再形成实实在在的流程图，原理图，文字说明。 实验中我负责承担我们组洗碗机里机械系统的部分，具体工作为箱体的尺寸设计，电动机及水泵的选取，旋转水盘形状的设计， 配图以及外形图的设计等。 这次单片机课程涉及的内容比较多，是对课本知识的总结和升华。在这样的求解和研究中，自己学会了怎样去分析，怎样去思考，怎样去领悟。我也在这样的过程中不断地提高了自己，在其中也得到了许多乐趣，使自己在今后的学习中有了不断向前的动力，这或许是本次课程设计最大的收获 。 该控制系统可实现本自动洗碗机所要求的功能 ,而且简捷实用