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自動洗碗機(jī)的控制系統(tǒng)設(shè)計
摘要：基于自動洗碗機(jī)的功能要求，介紹了用單片機(jī)ＡＴ８９ＬＳ８２５２和鍵盤／顯示管理芯片ＨＤ７２７９Ａ設(shè)計的自動洗碗機(jī)的硬件控制系統(tǒng)的設(shè)計方法，給出了用ＨＤ７２７９控制鍵盤和顯示的硬件電路，同時給出了系統(tǒng)軟件和功能軟件模塊的流程圖。該系統(tǒng)經(jīng)過試驗(yàn)調(diào)試，可有效地實(shí)現(xiàn)洗碗機(jī)的自動控制，完成自動進(jìn)水、加溫、清洗、消毒等功能。
關(guān)鍵詞：洗碗機(jī)；控制器；鍵盤／顯示
１ 引言
隨著數(shù)字信息家用電器應(yīng)用的普及，洗碗機(jī)已經(jīng)廣泛進(jìn)入人民大眾的家庭之中，從而使得人們能夠從繁雜的家務(wù)勞動中逐步解放出來。作為一種家庭自動化設(shè)備，洗碗機(jī)一般需要實(shí)現(xiàn)諸如自動控制進(jìn)水、自動加洗滌劑、冷洗、自動加溫洗、清洗、排水、殺菌消毒，以及定時和故障報警等功能。從被控制量角度出發(fā)，一個洗碗機(jī)通常需要滿足圖１所示的一些具體要求，其中涉及的開關(guān)量信號有兩種，一種是傳感器的高、低電平信號檢測，如機(jī)門開關(guān)、水位高低、溫度調(diào)節(jié)保護(hù)器和行程開關(guān)等；另一種開關(guān)信號經(jīng)由固態(tài)繼電器控制強(qiáng)弱電壓信號的斷開和加載，如進(jìn)水電磁閥門的開合、恒溫加熱器的開合、瞬間加熱器的開合、清潔劑控制盒和消毒劑控制盒的工作等。圖１中所涉及的模擬量信號主要用于實(shí)現(xiàn)以下幾方面的功能：
（１）用溫度傳感器實(shí)現(xiàn)水溫／消毒水溫度檢測；
（２）通過人機(jī)接口的顯示輸出、鍵盤輸入和聲音輸出等實(shí)現(xiàn)水溫顯示、洗滌過程顯示以及故障類型顯示等；
（３）根據(jù)用戶需要通過設(shè)置鍵選擇洗滌模式，并通過功能鍵啟動相關(guān)功能；
（４）機(jī)器使用情況統(tǒng)計、清潔劑和消毒劑劑量的使用情況計數(shù)等；
（５）故障報警以及、洗滌完成報告等。
２ 洗碗機(jī)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計
針對上述功能及可靠性、成本和方便使用維護(hù)等因素，筆者設(shè)計了圖２所示的洗碗機(jī)控制系統(tǒng)。
單片機(jī)最小系統(tǒng)采用與ＭＣＳ－５１兼容的ＡＴ-ＭＥＬ公司低功耗高性能ＣＭＯＳ芯片ＡＴ８９ＬＳ８２５２設(shè)計，其中片內(nèi)８ｋ字節(jié)在線可編程閃存用以存放系統(tǒng)程序，可通過ＳＰＩ接口來下載程序；而２ｋ字節(jié)的ＥＥＰＲＯＭ則用以存放關(guān)鍵參數(shù)，如開機(jī)維護(hù)密碼、產(chǎn)品的序列號、開機(jī)次數(shù)、洗滌設(shè)置參數(shù)等；２５６字節(jié)的ＲＡＭ用來存放臨時變量。
鑒于本洗碗機(jī)有較多的開關(guān)量信號，故此，設(shè)計中使用并行芯片８２５５來擴(kuò)展Ｉ／Ｏ接口，以配合Ｐ１和Ｐ３口部分管腳的使用，其輸出和輸入的比例為２１／１４，其中蜂鳴器由Ｐ１．３控制。從可靠性角度出發(fā)，輸入和輸出部分都采用光電隔離措施。考慮到部分驅(qū)動信號所要求的驅(qū)動電流較大，因此，本設(shè)計選用功率驅(qū)動器件ＵＬＮ２８０３來驅(qū)動。
溫度采集有兩種方案：一是使用熱敏電阻配合芯片ＭＡＸ１５０進(jìn)行ＡＤ轉(zhuǎn)換，然后通過存放在程序存儲器里的表格來求得當(dāng)前溫度；二是使用三端溫度傳感器ＤＳ１８Ｂ２０進(jìn)行采集，直接得到溫度數(shù)據(jù)。相比之下，后一種方案較為經(jīng)濟(jì)簡捷。
鍵盤和ＬＥＤ顯示選用ＨＤ７２７９Ａ３來進(jìn)行控制，其電路圖如圖３所示。ＨＤ７２７９Ａ無需外圍元件即可直接驅(qū)動８位共陰式ＬＥＤ數(shù)碼管；引腳ＤＩＧ０～３對應(yīng)０～３位數(shù)字輸出驅(qū)動；引腳ＳＡ～ＳＧ和ＤＰ則對應(yīng)于段ａ～ｇ及小數(shù)點(diǎn)的驅(qū)動輸出；各位可獨(dú)立控制譯碼／不譯碼及消隱和閃爍等屬性。
該芯片共有三種類型的指令：第一種是６條不帶數(shù)據(jù)的８位純指令，如復(fù)位、測試、左／右（循環(huán)）移位等；第二種是７條１６位帶數(shù)據(jù)指令，包括下載數(shù)據(jù)按方式０／１譯碼、下載不譯碼、閃爍、消隱、段點(diǎn)亮、關(guān)閉等；第三種是讀取鍵盤數(shù)據(jù)指令。它們均采用串行方式與ＡＴ８９ＬＳ８２５２進(jìn)行通訊，串行數(shù)據(jù)從ＤＡＴＡ引腳送入芯片并由ＣＬＫ端同步。當(dāng)片選信號ＣＳ變?yōu)榈碗娖胶?，ＤＡＴＡ引腳上的數(shù)據(jù)將在ＣＬＫ引腳的上升沿時被寫入ＨＤ７２７９Ａ的緩沖寄存器。
此外，ＨＤ７２７９Ａ片內(nèi)含有去抖動電路，可控制６４鍵鍵盤矩陣。圖３中，元件ＪＫＥＹ為４×４鍵盤接口，當(dāng)有鍵按下時，ＫＥＹ引腳輸出低電平，發(fā)光二極管ＬＥＤ１發(fā)亮，該狀態(tài)一直保持到按鍵松開。此時如果接收到“讀鍵盤”指令１５Ｈ，在指令前半段，ＤＡＴＡ引腳將處于高阻狀態(tài)以接受來自微處理器的指令。而在指令后半段，ＤＡＴＡ引腳則從輸入狀態(tài)轉(zhuǎn)為輸出狀態(tài)，用以輸出所按下的鍵代碼值。
３ 洗碗機(jī)控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計
本系統(tǒng)功能模塊按洗碗過程可分為六個階段：進(jìn)水過程、加溫過程、注入清潔劑過程、控制電機(jī)旋轉(zhuǎn)清洗過程、注入消毒水消毒過程和排水過程。同時為確保洗碗機(jī)正常工作，對容易出故障的過程，系統(tǒng)還設(shè)置了故障報警或停機(jī)功能。系統(tǒng)軟件可按照洗碗機(jī)的工作流程進(jìn)行編寫。主要的軟件模塊有開機(jī)自檢、狀態(tài)初始化、顯示當(dāng)前默認(rèn)狀態(tài)，進(jìn)入鍵盤掃描狀態(tài)并等待操作鍵按下，以及根據(jù)操作鍵轉(zhuǎn)入相應(yīng)流程等，其主程序流程見圖４所示。
??? 用戶使用前，應(yīng)首先檢查洗碗機(jī)狀態(tài)是否正常，若狀態(tài)正常，按下弱電源開關(guān)，根據(jù)洗滌要求設(shè)置洗滌模式（或使用默認(rèn)方式），將碗放入清洗室，然后關(guān)上機(jī)門，按下開始鍵。之后，控制器檢測水位高低和水溫，以決定是否進(jìn)水與恒溫加熱，至此準(zhǔn)備工作完成，啟動電機(jī)進(jìn)行清洗。接下來再把清潔劑注入清洗室，同時檢測水位高低，若水位較低，則立即進(jìn)水，以保證清洗效果。清洗完成后，等碗上的水空一段時間后，洗碗機(jī)再注入高溫消毒水進(jìn)行消毒。洗滌完成后，蜂鳴器鳴叫，表明洗滌完成，同時控制器回到用戶初始設(shè)置模式。洗滌中每一過程和按鍵均對應(yīng)有一發(fā)光二極管的亮滅，用以顯示過程和按鍵的正常與否。洗滌完成后，用戶打開機(jī)門，取出碗盤，然后斷電即可結(jié)束整個洗碗過程。
在該系統(tǒng)軟件子程序中，需要對鍵盤／顯示管理模塊進(jìn)行說明，包括初始化子程序、發(fā)送子程序、接收子程序、中斷子程序、顯示子程序等。其中用戶通過鍵盤設(shè)置模塊可以設(shè)定洗滌模式、每一過程的時間長短以及洗滌劑量大小，也可隨時按相應(yīng)的功能鍵暫?；蛑兄瓜礈爝^程。技術(shù)維護(hù)人員可以通過鍵盤／顯示管理模塊輸入正確密碼來查詢機(jī)器的使用狀況，如機(jī)器序列號、機(jī)器的使用次數(shù)等，也可對關(guān)鍵參數(shù)根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)置。
? 故障報警功能模塊可在工作電壓故障、進(jìn)水閥故障、加熱器故障、電機(jī)故障、清潔劑注入故障以及高溫消毒水注入故障發(fā)生時用蜂鳴器報警，同時斷掉強(qiáng)電控制信號，以確保系統(tǒng)安全。
４ 結(jié)論
該控制系統(tǒng)目前已經(jīng)調(diào)試成功，試驗(yàn)性能良好，可實(shí)現(xiàn)本自動洗碗機(jī)所要求的功能，而且簡捷實(shí)用。但還有需要完善提高的地方，如排水需要人工干預(yù)、人機(jī)接口可考慮選用效果更好的字符或圖形ＬＣＤ、系統(tǒng)集成度有待提高等。