自動(dòng)洗碗機的控制系統設計

關(guān)鍵詞：洗碗機；控制器；鍵盤(pán)／顯示

１　引言

隨著(zhù)數字信息家用電器應用的普及，洗碗機已經(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(dòng)中逐步解放出來(lái)。作為一種家庭自動(dòng)化設備，洗碗機一般需要實(shí)現諸如自動(dòng)控制進(jìn)水、自動(dòng)加洗滌劑、冷洗、自動(dòng)加溫洗、清洗、排水、殺菌消毒，以及定時(shí)和故障報警等功能。從被控制量角度出發(fā)，一個(gè)洗碗機通常需要滿(mǎn)足圖１所示的一些具體要求，其中涉及的開(kāi)關(guān)量信號有兩種，一種是傳感器的高、低電平信號檢測，如機門(mén)開(kāi)關(guān)、水位高低、溫度調節保護器和行程開(kāi)關(guān)等；另一種開(kāi)關(guān)信號經(jīng)由固態(tài)繼電器控制強弱電壓信號的斷開(kāi)和加載，如進(jìn)水電磁閥門(mén)的開(kāi)合、恒溫加熱器的開(kāi)合、瞬間加熱器的開(kāi)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)現以下幾方面的功能：

（１）用溫度傳感器實(shí)現水溫／消毒水溫度檢測；

（２）通過(guò)人機接口的顯示輸出、鍵盤(pán)輸入和聲音輸出等實(shí)現水溫顯示、洗滌過(guò)程顯示以及故障類(lèi)型顯示等；

（３）根據用戶(hù)需要通過(guò)設置鍵選擇洗滌模式，并通過(guò)功能鍵啟動(dòng)相關(guān)功能；

（４）機器使用情況統計、清潔劑和消毒劑劑量的使用情況計數等；

（５）故障報警以及、洗滌完成報告等。

２ 洗碗機控制系統的硬件設計

針對上述功能及可靠性、成本和方便使用維護等因素，筆者設計了圖２所示的洗碗機控制系統。

單片機最小系統采用與ＭＣＳ－５１兼容的ＡＴ-ＭＥＬ公司低功耗高性能ＣＭＯＳ芯片ＡＴ８９ＬＳ８２５２設計，其中片內８ｋ字節在線(xiàn)可編程閃存用以存放系統程序，可通過(guò)ＳＰＩ接口來(lái)下載程序；而２ｋ字節的ＥＥＰＲＯＭ則用以存放關(guān)鍵參數，如開(kāi)機維護密碼、產(chǎn)品的序列號、開(kāi)機次數、洗滌設置參數等；２５６字節的ＲＡＭ用來(lái)存放臨時(shí)變量。

鑒于本洗碗機有較多的開(kāi)關(guān)量信號，故此，設計中使用并行芯片８２５５來(lái)擴展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?？紤]到部分驅動(dòng)信號所要求的驅動(dòng)電流較大，因此，本設計選用功率驅動(dòng)器件ＵＬＮ２８０３來(lái)驅動(dòng)。

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轉換，然后通過(guò)存放在程序存儲器里的表格來(lái)求得當前溫度；二是使用三端溫度傳感器ＤＳ１８Ｂ２０進(jìn)行采集，直接得到溫度數據。相比之下，后一種方案較為經(jīng)濟簡(jiǎn)捷。

鍵盤(pán)和ＬＥＤ顯示選用ＨＤ７２７９Ａ?３?來(lái)進(jìn)行控制，其電路圖如圖３所示。ＨＤ７２７９Ａ無(wú)需外圍元件即可直接驅動(dòng)８位共陰式ＬＥＤ數碼管；引腳ＤＩＧ０～３對應０～３位數字輸出驅動(dòng)；引腳ＳＡ～ＳＧ和ＤＰ則對應于段ａ～ｇ及小數點(diǎn)的驅動(dòng)輸出；各位可獨立控制譯碼／不譯碼及消隱和閃爍等屬性。

該芯片共有三種類(lèi)型的指令：第一種是６條不帶數據的８位純指令，如復位、測試、左／右（循環(huán)）移位等；第二種是７條１６位帶數據指令，包括下載數據按方式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(pán)數據指令。它們均采用串行方式與ＡＴ８９ＬＳ８２５２進(jìn)行通訊，串行數據從ＤＡＴＡ引腳送入芯片并由ＣＬＫ端同步。當片選信號ＣＳ變?yōu)榈碗娖胶?，ＤＡＴＡ引腳上的數據將在ＣＬＫ引腳的上升沿時(shí)被寫(xiě)入ＨＤ７２７９Ａ的緩沖寄存器。

此外，ＨＤ７２７９Ａ片內含有去抖動(dòng)電路，可控制６４鍵鍵盤(pán)矩陣。圖３中，元件ＪＫＥＹ為４４鍵盤(pán)接口，當有鍵按下時(shí)，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(kāi)。此時(shí)如果接收到“讀鍵盤(pán)”指令１５Ｈ，在指令前半段，ＤＡＴＡ引腳將處于高阻狀態(tài)以接受來(lái)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)轉為輸出狀態(tài)，用以輸出所按下的鍵代碼值。

３　洗碗機控制系統的軟件設計

本系統功能模塊按洗碗過(guò)程可分為六個(gè)階段：進(jìn)水過(guò)程、加溫過(guò)程、注入清潔劑過(guò)程、控制電機旋轉清洗過(guò)程、注入消毒水消毒過(guò)程和排水過(guò)程。同時(shí)為確保洗碗機正常工作，對容易出故障的過(guò)程，系統還設置了故障報警或停機功能。系統軟件可按照洗碗機的工作流程進(jìn)行編寫(xiě)。主要的軟件模塊有開(kāi)機自檢、狀態(tài)初始化、顯示當前默認狀態(tài)，進(jìn)入鍵盤(pán)掃描狀態(tài)并等待操作鍵按下，以及根據操作鍵轉入相應流程等，其主程序流程見(jiàn)圖４所示。

圖3

用戶(hù)使用前，應首先檢查洗碗機狀態(tài)是否正常，若狀態(tài)正常，按下弱電源開(kāi)關(guān)，根據洗滌要求設置洗滌模式（或使用默認方式），將碗放入清洗室，然后關(guān)上機門(mén)，按下開(kāi)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，至此準備工作完成，啟動(dòng)電機進(jìn)行清洗。接下來(lái)再把清潔劑注入清洗室，同時(shí)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(shí)間后，洗碗機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(shí)控制器回到用戶(hù)初始設置模式。洗滌中每一過(guò)程和按鍵均對應有一發(fā)光二極管的亮滅，用以顯示過(guò)程和按鍵的正常與否。洗滌完成后，用戶(hù)打開(kāi)機門(mén)，取出碗盤(pán)，然后斷電即可結束整個(gè)洗碗過(guò)程。

在該系統軟件子程序中，需要對鍵盤(pán)／顯示管理模塊進(jìn)行說(shuō)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(hù)通過(guò)鍵盤(pán)設置模塊可以設定洗滌模式、每一過(guò)程的時(shí)間長(cháng)短以及洗滌劑量大小，也可隨時(shí)按相應的功能鍵暫?；蛑兄瓜礈爝^(guò)程。技術(shù)維護人員可以通過(guò)鍵盤(pán)／顯示管理模塊輸入正確密碼來(lái)查詢(xún)機器的使用狀況，如機器序列號、機器的使用次數等，也可對關(guān)鍵參數根據實(shí)際情況進(jìn)行設置。

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、電機故障、清潔劑注入故障以及高溫消毒水注入故障發(fā)生時(shí)用蜂鳴器報警，同時(shí)斷掉強電控制信號，以確保系統安全。

４　結論

該控制系統目前已經(jīng)調試成功，試驗性能良好，可實(shí)現本自動(dòng)洗碗機所要求的功能，而且簡(jiǎn)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、人機接口可考慮選用效果更好的字符或圖形ＬＣＤ、系統集成度有待提高等。