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自动洗碗机控制系统硬件设计

发布人:lyqlkj发布时间:2019-7-30浏览次数:182次

自动洗碗机控制系统硬件设计

2.1控制系统硬件结构

自动洗碗机制定了洗涤与消毒方式及时间的设定,对其时间在单片机程序上进行了精确设定。洗濯方式是固定设置的模式的,本次洗碗机的硬件系统设计如图2-1所示四个功能模块。

此设计自动洗碗机的硬件使用的是美国ATMEL公司生产的微控制器AT89C52快速存储器(FlashMemory)与MCS-51微控制器相结合研发的8位单片机,其单片机控制芯片拥有强大的功能、功率损耗低、集成度高、发出的噪音小、而且造价低廉。它的功能能够满足绝大部分用户的功能需求。
输出辅助启动电路包括电机辅助启动电路、喷水辅助启动电路以及继电器辅助启动电路。辅助启动电路主要用于辅助启动振动电机和喷水电机。而加热管由于功率较大,采用继电器辅助启动。
因为单片机本身就具备有集成看门狗复位电路,确保能在电源电压万一出现故障时使单片机复位来保证洗碗机正常工作。提高系统的稳定性
液晶显示电路中主要是显示待机状态、洗涤过程、定时时间、消毒过程和消毒时间。显示器是以LCD1602液晶显示器显示,英文写的开始、洗涤、消毒然后又开始三种状态。可以更加直观的让我们看到其工作的模式。

基于单片机洗碗机的设计

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2.2AT89C52单片机简介
AT89C52单片机芯片是美国半导体ATMEL公司出产的低电压、功能强大、功率损耗低的CMOS8位单片机,片内集成有8Kbyles的可反复擦写的只读程序存储器和256byles的随机存取数据存储器,器件使用的是半导体ATMEL公司的高密度、不容易丢失存储技术,片内设置集成有8位中央处理器和快速存储单元。AT89C52单片机功能强大,足够满足用户对各类电子产品的功能需求。引脚图2-2所示。

AT89C52单片机的主要性能参数:





1.与MCS-52产品指令系统完全兼容;2.8K字节反复檫写快速存储器;3.1000次檫写周期;
4.全静态操作:0Hz到24MHz;5.三级加密程序存储器;
6.256x8字节内部存储器(RAM);7.32个可编程I/O口线;8.三个16字节定时记数器;9.
9个中断源;
10.可编程串行URAT通道;11.低功耗空闲和掉电模式。
其主要功能可概述为下面几点:拥有8Kbyles字节快速存储器,单片机芯片内有256字节数据存储器,32个外接功能线,和三个16位时间设置,一个9两级优先选择结构,一个数据双向传输端口,内设时间电路和晶振电路。同时,AT89C52可降至0HZ的静止状态下的规律操作,软件上可支持两种节能方式,空闲方式停止中央处理器的工作。
AT89C52芯片的结构端口如图2.2所示,其中P0、P1、P2三个接线端都为数据双向传输端口。除了P3口作普通接线端口,可获取一些用于快速存储器编程和检验程序的控制信息。同时它还具备第二功能,如表2-1所示:





其它引脚的定义为:VCC:电源电压。GND:地线。
RST:初始输入。晶振运行时,RST接线端出现第二次以上的高电平时可以让单片机恢复初始状态。
ALE/PROG:进入外部存储器和程序存储器时,ALE(管理地址容许)写入信号管理地址的低8位字节。纵使不进入外部存储器,ALE仍以时间振幅频率的1/6传输一定的正脉冲信号,所以可用于外传输时钟和设置时间。
PSEN:程序内部储存容许传送是外部程序存储器的读取选用信号,要是
AT89C51的外部程序存储器取命令(或相关信息)时,每一个机器周期两次PSEN有用,当输出两个信号脉冲。在这段时间,如果进入外部数据存储器,这两次有用的PSEN信号不会出现。
EA/VPP:外部进入许可。要是中央处理器单单只进入外部程序存储器(所
在地为0000H-FFFFH),EA端一定要是低电平。值得注意的是:要是密码位LB1用上了编程,恢复初始时内部会固定EA端状态。当EA端为电源的高电平,中央处理器会执行内部程序存储器中的命令。快速存储器用于编程时,在端口上加+12V的编程许可电源,元器件使用的12V编程电压。
XTAL1:内震荡电路的输入端。XTAL2:内震荡电路的输出端。
AT89C52具有两种由软件编程的节能方式,一种是空闲模式另一种是掉电工作模式。当工作在空闲工作模式状态下,中央处理器保持待机状态而所包含片内外设还是保持可运行状态,可以利用编程程序来设置,同时,片内程序存储器和所有特殊功能寄存器的内容保持原来的状态。空闲模式是可以被任何一个优先的中断信号请求或硬件恢复初始停止。停止空闲模式的解决方案有两种,方案一只要任意一条被许可中断的信息命令被执行;方案二利用硬件恢复初始同样也能将空闲工作模式停止。当出现掉电的情况下,振荡器将停止运行,掉电以后,进入掉电模式的命令是最后一条命令,片内数据存储器和特殊功能寄存器的内容在停止掉电模式前被锁定。离开掉电模式的唯一方法是硬件恢复初始,恢复初始后将重新定义全部特殊功能寄存器不改变其数据内容,只有电源恢复到正常工作电平后,恢复初始才有效,同时还要保持一定时间以使振荡器重新启动和稳定工作一段时间。
2.3手动按键电路
在本自动洗碗机手动按键电路设计了2按钮,它们分别为启动按钮和复位按钮。上电后系统处于等待状态。手动按下S2按钮,系统开始工作,进入震动洗涤状态。恢复初始状态按钮,当单片机芯片在开启时都需要恢复初始,恢复初始状态使中央处理器和系统中的其他部件都处于一个待机的工作状态,在这个工作状态开始工作。在设计的洗碗机系统,偶然显示不正常,是为了调试的工作,需要设计一个恢复初始电路,恢复初始电路主要完成系统的上电恢复初始和系统运行时用户的按键恢复初始功能。
恢复初始是在单片机芯片外接一个恢复初始电路,AT89C52单片机芯片外接端口RST,输入高电平工作。当RST保持高电平,单片机便保持恢复初始的状态,此时ALE/PSEN、P0、P1、P2、P3口都是输送高电平。EST要是低电平了,将离开恢复初始状态,中央处理器开始工作,值得关注的是,开恢复初始不删除数据存储器的内容。
恢复初始电路的作用是系统上提供恢复信号,当设计系统电源稳定下来后,退出复位信号。下图为开恢复初始电路,高电平有效,S1为手动开恢复初始状态开关,可以实现上述基本功能。复位电路图如下2-3所示




2.4输出驱动电路
在电子集成电路中出现了许多被控制的继电器,小型的电机,风扇,电子开关控制,空调,污水处理等元器件和电子设备,通常设备主要由中央处理所控制,因为一些较大功率的元器件不能直接由芯片所控制,就有了功率放大电路来满足器件启动的电流和电压。在输出负载器件中,由于加热棒、振动机、喷水机、消毒灯等较大功率器件,利用ULN2003AN它的高压和大电流晶体管整列的型号产品它是一个可控的大功率元器件,因为元件工作的功率大,使用的范围广。通常用于一般性的电子电路当中。NLN2003AN它属于一个7路反向器电路,当提供高电平供电时,ULN2003AN传送出来的时为低电平,当提供低电平供电时ULN2003AN传送出来的为高电平,继电器供上电之后吸合。当IN3提供的是低电平时,ULN2003AN驱动芯片辅助继电器闭合,加热棒就会开始正常加热。如下图所示就是输出驱动路的原理图2-4所示。








基于单片机洗碗机的设计

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的通断来实现的。同时它还兼顾对两个小电动机和一个消毒灯的启动运行。在程序编写的命令发送以后,通过单片机芯片对ULN2003AN芯片传送低电平命令。利用这个芯片启动喷水机和振动机开始正常工作。当程序执行洗涤完之后,同样有ULN2003AN芯片结束工作,与此同时驱动紫外消毒灯与控制继电器的线圈来执行通断开关来对加热棒加热,消毒结束后,进行关闭。
2.5LCD液晶显示电路
液晶显示选用的是字符型模块显示器其主要作用于显示字母、数字、符号等点阵式LCD,目前常用四种的功能相似的液晶显示的模块。就1602字符型液晶显示器实物如下图2-5所示。





基于单片机洗碗机的设计

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的通断来实现的。同时它还兼顾对两个小电动机和一个消毒灯的启动运行。在程序编写的命令发送以后,通过单片机芯片对ULN2003AN芯片传送低电平命令。利用这个芯片启动喷水机和振动机开始正常工作。当程序执行洗涤完之后,同样有ULN2003AN芯片结束工作,与此同时驱动紫外消毒灯与控制继电器的线圈来执行通断开关来对加热棒加热,消毒结束后,进行关闭。
2.5LCD液晶显示电路
液晶显示选用的是字符型模块显示器其主要作用于显示字母、数字、符号等点阵式LCD,目前常用四种的功能相似的液晶显示的模块。就1602字符型液晶显示器实物如下图2-5所示。




2.5.2LCD1602的技术参数显示容量:16×2个字符芯片工作电压:4.5—5.5V工作电流:2.0mA(5.0V)模块最佳工作电压:5.0V字符尺寸:2.95×4.35(W×H)mm引脚功能说明
普通的1602LCD拥有14引出脚(没有背光)和16引出脚(背光)端口,及相应端口的作用说明如下表2-7所示


表10-13:引脚接口说明表第1脚:VSS为地电源。第2脚:VDD接5V正电压。
第3脚:VL是显示器显示比较修正引脚,提供正电压时比较修正的功能较弱,连接地线时比较修正最高,比较修正过高时会快闪,可使用一个10K的电位器比较修正。
第4脚:RS选用寄存器引脚,提供高电位时选择数据寄存器、提供低电位时选择命令寄存器。
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第5脚:R/W用两种不同的作用引脚,一种是读取,另一种的是写入。给它一个高电平时,开始读取工作。给它一个低电平时,则开始写入工作。在RS和R/W同时为低电平时可以输入命令和显示地址,当RS为低电平R/W同时为高电平时能读取信号,在RS是高电平与R/W是低电平时的情况下可以写入数据。第6脚:E端为使能端,使能端在高电平情况变成低电平时,液晶显示器开始执行命令。
第7~14脚:D0~D7为8位双向传输数据线。第15脚:背光源正极。第16脚:背光源负极。
下图2-8为自动洗碗机的LCD1602液晶显示的电路接线图


2.6温度控制电路
在上面我们说到自动洗碗机执行洗涤工作后,就进行下一步的工作加温消毒和紫外光消毒两种消毒方式。在这里面我需要考虑到温度大小对餐具消毒的效果。在上述文章中我已经对餐具有效消毒温度和时间进行过详细的介绍,能够导致肠道疾病的病毒细菌绝大多数要经100℃左右高温下,持续高温1-5分钟或在80℃高温下,持续10分钟杀菌时间。考虑到高温试验模型中的安全性,在设计实物中我把温度设计成(36-40)℃之间等效有效杀菌温度,这就需要有温度控制器件来控制温度。下图2-9为控制温度的接线原理图。








使用DS18B20温度传感器来控制温度的上下限值,通过外接一个5V的电压供电,利用单片机芯片设置上下限的温度设定值对加热棒进行温度控制,经过单片机芯片的P3.2口进行信息的传输和发送,使其实现设计的性能技术指标,温度不会超过35摄氏度到40摄氏度之间,(在这里的35-40℃为实际当中的有效杀菌温度80-100℃之间)。


DS18B20内部结构主要由4部分组成:拥有64位程序存储器、温度传感器、利用接触式的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。DS18B20的引脚排列如图2-11所示,DQ是数字信号送入/送出引脚;GND是电源地;VDD是提供一个外接电源的输入端。








基于单片机洗碗机的设计
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图2-11DS18B20内部结构图
(1)利用光刻制程序存储器中的64位序列号是设计者在制作前用光刻好的,可作为该DS18B20的地址排号码。64位光刻程序存储器的排列是:从8位(28H)是元件的型号分类,剩下的48位是DS18B20本身的排列号,剩下的8位是前面56位的循环冗余检验码。光刻程序存储器的功能是可以能把每一个DS18B20都互不相同,这是为了实现一根总线上连接多个DS18B20的目的。
(2)DS18B20是一个温度检测控制传感器,能对温度进行较为精确的测量,在工作的性能上足够满足本次设计的功能要求。同时其价格片便宜,适合模型制作的器件选择。
2.6.2DS18B20温度传感器的主要特性介绍
对于本次设计洗碗机的温度控制电路中,利用的是DS18B20温度传感器。DS18B20温度传感器是美国DALLAS半导体公司最新研发出的一种高性能的温度传感器,和以前的所用来检测温度的电子元件相比,过去温度控制器件不能直接显示温度,而这款温度传感器可以直接显示温度,简化了我们的电路设计。同时还可以利用编程编写来显示9~12位的数字值读数显示。DS18B20的性能特点概述如下:
通信只需要一个引脚就能实现信息的传输;
可利用几个DS18B20并联在一起实现对多点的温度控制;无须外部器件;
只需要有3.0~5.5V,供电的电压低;零待机功耗;
温度以9或12位数字;用户可自定义报警设置;
可设置温度的上下限值,结合蜂鸣器可实现温度声音报警的功能;具有正负电压的特性,当正负引脚接线错接时不会对元件造成伤害,但不能
正常工作;

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