自動洗碗機的控制系統(tǒng)設計

關鍵詞：洗碗機；控制器；鍵盤／顯示

１　引言

隨著數(shù)字信息家用電器應用的普及，洗碗機已經廣泛進入人民大眾的家庭之中，從而使得人們能夠從繁雜的家務勞動中逐步解放出來。作為一種家庭自動化設備，洗碗機一般需要實現(xiàn)諸如自動控制進水、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)，一個洗碗機通常需要滿足圖１所示的一些具體要求，其中涉及的開關量信號有兩種，一種是傳感器的高、低電平信號檢測，如機門開關、水位高低、溫度調節(jié)保護器和行程開關等；另一種開關信號經由固態(tài)繼電器控制強弱電壓信號的斷開和加載，如進水電磁閥門的開合、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現(xiàn)以下幾方面的功能：

（１）用溫度傳感器實現(xiàn)水溫／消毒水溫度檢測；

（２）通過人機接口的顯示輸出、鍵盤輸入和聲音輸出等實現(xiàn)水溫顯示、洗滌過程顯示以及故障類型顯示等；

（３）根據(jù)用戶需要通過設置鍵選擇洗滌模式，并通過功能鍵啟動相關功能；

（４）機器使用情況統(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 洗碗機控制系統(tǒng)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(tǒng)。

單片機最小系統(tǒng)采用與ＭＣＳ－５１兼容的ＡＴ-ＭＥＬ公司低功耗高性能ＣＭＯＳ芯片ＡＴ８９ＬＳ８２５２設計，其中片內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則用以存放關鍵參數(shù)，如開機維護密碼、產品的序列號、開機次數(shù)、洗滌設置參數(shù)等；２５６字節(jié)的ＲＡＭ用來存放臨時變量。

鑒于本洗碗機有較多的開關量信號，故此，設計中使用并行芯片８２５５來擴展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]到部分驅動信號所要求的驅動電流較大，因此，本設計選用功率驅動器件ＵＬＮ２８０３來驅動。

溫度采集有兩種方案：一是使用熱敏電阻配合芯片ＭＡＸ１５０進行ＡＤ轉換，然后通過存放在程序存儲器里的表格來求得當前溫度；二是使用三端溫度傳感器ＤＳ１８Ｂ２０進行采集，直接得到溫度數(shù)據(jù)。相比之下，后一種方案較為經濟簡捷。

鍵盤和ＬＥＤ顯示選用ＨＤ７２７９Ａ?３?來進行控制，其電路圖如圖３所示。ＨＤ７２７９Ａ無需外圍元件即可直接驅動８位共陰式ＬＥＤ數(shù)碼管；引腳ＤＩＧ０～３對應０～３位數(shù)字輸出驅動；引腳ＳＡ～ＳＧ和ＤＰ則對應于段ａ～ｇ及小數(shù)點的驅動輸出；各位可獨立控制譯碼／不譯碼及消隱和閃爍等屬性。

該芯片共有三種類型的指令：第一種是６條不帶數(shù)據(jù)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(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、段點亮、關閉等；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進行通訊，串行數(shù)據(jù)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(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片內含有去抖動電路，可控制６４鍵鍵盤矩陣。圖３中，元件ＪＫＥＹ為４４鍵盤接口，當有鍵按下時，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(tǒng)的軟件設計

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

圖3

用戶使用前，應首先檢查洗碗機狀態(tài)是否正常，若狀態(tài)正常，按下弱電源開關，根據(jù)洗滌要求設置洗滌模式（或使用默認方式），將碗放入清洗室，然后關上機門，按下開始鍵。之后，控制器檢測水位高低和水溫，以決定是否進水與恒溫加熱，至此準備工作完成，啟動電機進行清洗。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，洗碗機再注入高溫消毒水進行消毒。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置模式。洗滌中每一過程和按鍵均對應有一發(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，用戶打開機門，取出碗盤，然后斷電即可結束整個洗碗過程。

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置模塊可以設定洗滌模式、每一過程的時間長短以及洗滌劑量大小，也可隨時按相應的功能鍵暫?；蛑兄瓜礈爝^程。技術維護人員可以通過鍵盤／顯示管理模塊輸入正確密碼來查詢機器的使用狀況，如機器序列號、機器的使用次數(shù)等，也可對關鍵參數(shù)根據(jù)實際情況進行設置。

故障報警功能模塊可在工作電壓故障、進水閥故障、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)生時用蜂鳴器報警，同時斷掉強電控制信號，以確保系統(tǒng)安全。

４　結論

該控制系統(tǒng)目前已經調試成功，試驗性能良好，可實現(xiàn)本自動洗碗機所要求的功能，而且簡捷實用。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(tǒng)集成度有待提高等。