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1、学号天津城建大学单片机原理及应用课程设计设计说明书自动洗碗机的控制系统设计起止日期：2014 年 6 月 23 日 至 2014 年 6 月 27 日学生姓名班级成绩指 导 教 师 ( 签 字 )控制与机械工程控制与机械工程学院学院2014 年年 06 月月 27 日日天津城建大学课程设计任务书2013 2014 学年第学年第 1 学期学期控制与机械工程学院电气自动化专业13 电气 11班级课程设计名称：单片机原理及应用 A 课程设计设计题目：自动洗碗机控制系统设计完成期限：自 2014 年 6 月 23 日至2014年 6 月 27 日共 1 周设计依据、要求及主要内容（可另加附页） ：一一
2、、课、课程设计的目的程设计的目的1、进一步熟悉和掌握单片机的结构及工作原理。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
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。5、课程设计说明书封面格式要求见天津城市建设学院课程设计教学工作规范附表 1。三、课程三、课程设计具体要求设计具体要求1、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，CPU，外围器件，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
4、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、设计任务四、设计任务使用单片机 AT89S51 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。该系统应能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。五、
5、参考资料五、参考资料1 http:/ www.datasheets.org.uk/search.php?q=At89s5 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：关键词：全自动；AT89S52；洗碗机目录目录一、绪论1二、自动洗碗机基本机构工作原理1 三 设计思路.2 四、控制器的介绍2 五 洗碗机的设计3 5.1 系统总体设计方案.45.2 洗碗机控制系统硬件设计.45.3 洗碗机控制系统的软件设计.65.4 控制器程序设计.6六 总结11 七 参考文献131一、绪论一、绪论随着数字信息家用电器
6、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 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、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 1 中所涉及的模拟量信号
7、主要用于实现以下几方面的功能:(1)用温度传感器实现水温/消毒水温度检测;(2)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;(3)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;(4)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;(5)故障报警以及、洗涤完成报告等。图 1 洗碗机被控制量AT89S52开关量人机接口模拟量机门磁传感器水位磁传感器进水电磁阀温度调节控制器恒温加热器消毒剂控制盒电机马达传动形成开关消毒水温度清洁器控制盒计数器显示接口键盘接口振铃接口2二、自动洗碗机基本机构工作原理二、自动洗碗机基本机构工作原理本设计
8、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
9、、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 (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-启动止停按钮 8-状态指示灯； 9-电源插头 10-排水管 11-进水管 12-机壳)三三 设计思路设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；洗涤时尽量将混合液温度控制在 40 度到 55 度时，这样洗涤的效果更好。(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
10、洗实现，大概控制在 57 次。(3) 烘干、消毒。烘干与杀菌同步进行，可以节省洗完时间，同时也可以达到要求，需要将温度控制在 60度以上，同时打开紫外线灯，可以消灭大部分细菌。四、控制器的介绍四、控制器的介绍本设计中的核心器件微控制器，我们采用了 Atmel 公司的 AT89S52 单片机。下面简单介绍一下AT89S52。AT89S52 功能特性描述 AT89S52 是一种低功耗、 高性能 CMOS 8 位微控制器， 具有 8K 在系统可编程 Flash存储器。使用 Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业 80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上Flash 允许程序存储器在系统可
11、编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的 8 位 CPU 和在系统可编程 Flash，使得 AT89S52 为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。3AT89S52 具有以下标准功能： 8k 字节 Flash， 256 字节 RAM， 32 位 I/O 口线，看门狗定时器， 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， AT89S52 可降至 0Hz 静态逻辑操作，支持 2 种软件选择节电模式。空闲模式下， CP 停止工作，允许 RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下， RAM 内
12、容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。AT89S521 主要性能：与 MCS-51 单片机产品兼容8K 字节在系统可编程 Flash 存储器1000 次擦写周期全静态操作：0Hz33MHz三级加密程序存储器32 个可编程 I/O 口线三个 16 位定时器/计数器八个中断源全双工 UART 串行通道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 4 AT89S52 结构4五五 洗碗机的设计洗碗机的设计5.15.1 系统总体设计方案系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 AT89S52 为控制核心，包
13、含水温检测电路、水位检测电路、门控电路、键盘电路、蜂鸣器、液晶显示电路及强电驱动电路等部件。其中，水温检测电路结合温度设置，采集水温信息，控制电阻丝加热；水位检测电路进行最高水位和最低水位判断，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； 键盘电路设置洗涤水温及洗涤时间。为了实时显示洗碗机工作状态及可能出现的故障信息，系统中添加液晶显示电路和蜂鸣器，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、电动机及紫外线消毒器工作。图 5系统总体设计方案5.25.2 洗碗机控制系统硬件设计洗碗机控制系统硬件设计针对上
14、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 2 所示的洗碗机控制系统。单片机最小系统采用与 MCS-51 兼容的 AT-MEL 公司低功耗高性能 CMOS 芯片 AT89LS8252 设计2,其中片内 8k字节在线可编程闪存用以存放系统程序,可通过 SPI 接口来下载程序;而 2k 字节的 EEPROM 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; 256 字节的 RAM 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 8255 来扩展 I/ O 接口,以配合 P1 和 P3 口部分管脚的使用,其输出和输入的比例为 21/
15、 14,其中蜂鸣器由 P1.3 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ULN2803 来驱动。温度采集有两种方案:一是使用热敏电阻配合芯片 MAX150 进行 AD 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 DS18B20 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 LED 显示选用 HD7279A 来进行控制,其电路图如图 5 所示。 HD7279A 无需外围元件即可直接驱动8 位共阴式 LED 数码管;引脚 DIG03 对应 03 位数字输出
16、驱动;引脚 SASG 和 DP 则对应于段 ag 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。5该芯片共有三种类型的指令:第一种是 6 条不带数据的 8 位纯指令,如复位、测试、左/右(循环)移位等;第二种是 7 条 16 位带数据指令,包括下载数据按方式 0/ 1 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 AT89LS8252 进行通讯,串行数据从 DATA 引脚送入芯片并由 CLK 端同步。当片选信号 CS 变为低电平后, DATA 引脚上的数据将在 CLK 引脚的上升沿时被写入 HD7279A 的缓冲寄存器。此外, HD7279A 片内含有去抖动电路,可控制 64 键键盘矩阵。图 6 中,元件 JKEY 为 44 键盘接口,当有键按下时,KEY 引脚输出低电平,发光二极管 LED1 发亮,该状态一直保持到按键松开。 此时如果接收到
