全自动洗碗机毕业论文.doc

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1、目 录中文摘要1英文摘要21 绪论31.1 全自动洗碗机的发展31.2 全自动洗碗机概述41.2.1 全自动洗碗机的分类41.2.2 全自动洗碗机的基本结构41.2.3 全自动洗碗机的工作原理61.2.4 系统的设计框架和设计原则72 全自动洗碗机控制系统硬件设计82.1 控制系统硬件结构82.2 AT89C51单片机简介92.3 键盘/显示电路122.4 温度检测电路132.5 水位检测电路142.6 看门狗复位电路152.6.1 看门狗芯片MAX813简介152.6.2 看门狗复位电路工作原理162.7 过零检测电路162.8 输出驱动电路设计172.8.1 电机驱动电路182.8.2 进

2、水电磁阀驱动电路212.8.3 继电器驱动电路212.9 音响提示电路222.10 漏电检测电路232.11 源电路设计233 全自动洗碗机控制系统软件设计253.1 系统主程序设计253.2 各功能模块子程序263.3 汇编语言编程程序清单30结论34谢辞35参考文献36附录：全自动洗碗机控制系统原理图37摘要：目前我国家电产品普及程度已经相当高，然而家用洗碗机却一直是一块存在巨大市场潜力而又未被开发的领域。这主要是由于传统的洗碗机不能适应中餐餐具的洗涤要求，并且能耗大，安全性不够。针对这种问题，开发出一款节能环保安全型家用全自动自动洗碗机。基于全自动洗碗机的功能要求，这款洗碗机在洗涤工艺、

3、自动控制和安全保障三个方面作出了全新设计。1. 自动控制方面，选择使用AT89C51单片机为控制核心，以各个部件的作用时间为逻辑顺序，实现了洗涤过程的智能化控制；2.洗涤工艺方面，可提供三种不同方式的洗涤，即清洗、标准洗和烘干，使清洗效果达到最佳； 3.安全保障方面，采用漏电检测和看门狗复位电路，充分保障洗涤过程的安全性要求。该系统具有结构简单，可靠性高，成本低的特点。关键词：洗碗机，键盘/显示，双向可控硅，AT89C51Abstract：Now the popularization of our electrical household products has already reache

4、d to quite high degree. However, the field of home dishwasher has had enormous market potential but undeveloped field all the time. It is mainly because the traditional dishwasher products cant meet the needs of washing of Chinese tableware, energy consumption is great and provide lessly safty . Aim

5、ed at these problems, an ultrasonic dishwasher with energy-conservation and environmental protection was encouraged to research and develop.with the function of automatic dishwasher,a bran-new design is made in three aspects of the dishwasher: washing technique,automatic control and Security. 1. In

6、the aspect of automatic control,AT89C51 is chosen as the core of the control and the working time of every assembly unit is used as logic order.So the intellectualized control of washing process is realized；2.In the aspect of cleaning technique,these can supply there washing methods,washing, standar

7、d washing and dring to make the cleaning effect best； 3.In the aspect of Security,We uesd creepage detecting and watchdog rest circuit to ensure safety demands adequately. This control system has simple structure,high dependability,and low costs.Key words：Dishwasher，Keybord/Display，D.U.T，AT89C511 绪

8、论1.1 全自动洗碗机的发展随着人们生活品质的提高和工作节奏的加快，选购家用电器为自己减轻家务，享受更多的休闲时间，已经是不争的时尚。过去，人们对家用电器的需求，只是停留在“希望能帮助减轻家务劳动”这种思想水平上，或者满足某种简单的功能水平上。但是，现在人们已不是单纯处于“有家用电器”这种状态上，而是期望 “有智能家用电器”这种追求之中。这和现代生活进程是息息相关的。对于家庭主妇而言，洗碗是一件既脏又累的劳动，随着厨房现代化步伐的加快和深入，尤其在中国，人们喜欢饭后马上洗碗，这无疑给家庭带来了更大的负担。洗碗过程是先用洗洁剂去油污，再用清水冲洗，然后擦干放入消毒柜中消毒。这个过程简单枯燥，而且

9、对手也有很大的伤害，因此人们迫切希望能有一种替代人洗碗的机器。顺应人们的这一要求，从1850年起，美国科学家开始着手研制洗碗机，经15年的反复研究和试制，采用曲柄带动叶片或推杆的原理，终于制造出第一台洗碗机。1912年，出现了电机驱动的洗碗机，并于20年代在美国开始小批量的生产。然而，由于电动洗碗机自身的局限，它并未真正实现人的解放，至多只是实现了人的部分解放。于是，人们又设想一种能自动进行的洗碗机，终于在1940年研制出了第一台自动洗碗机，1960年开始走向欧洲市场，到八十年代以后，洗碗机在欧洲和北美等国己基本普及，普及率约在60%-70%之间。在中国，全自动洗碗机尚属超前消费产品，在大多数

10、人认识中还是一个新鲜事物，远没有洗衣机、电风扇和电冰箱那样和人们的生活己紧密结合在一起。但其发展前景非常乐观。从本世纪九十年代开始，国外品牌洗碗机开始在中国市场上出现，1997年低，无锡小天鹅集团公司和意大利梅洛尼公司，合资成立了小天鹅梅洛尼洗碗机有限公司，引进了意大利全套国际先进水平的生产和测试设备，最早开始正式生产家用全自动柜式、台式洗碗机，并投放市场，并且取得了不错的销售成绩。随后，国内各大电器厂商都相继推出自己的产品，全自动洗碗机在中国家电行业开始占据一定的市场。相信在不久的将来，随着中国经济发展和人们对生活质量的追求日益提高及洗涤技术逐渐完善，全自动洗碗机就会在中国得到普及。1.2

11、全自动洗碗机概述洗碗机又称洗碟机或餐具清洗机，是一种代替人工洗涤碗、碟、杯、盘、勺、筷等餐具的家用电器。它集洗涤、消毒、烘干和储存于一体。具有造型美观新颖、使用方便、省时省力、清洁卫生和不需要特殊安装等优点，越来越受到广大消费者的青睐，成为现代家庭的好帮手。1.2.1 全自动洗碗机的分类现有的洗碗机种类繁多，款式多样。按餐具的装取方式的不同分为顶开门式(上掀盖式)和前开门式(推拉式)；按洗涤方式的不同分为叶轮式、喷臂式、超声波式及水流式；按控制方式的不同分为机械控制式和电脑控制式；按洗碗机的外形的不同分为柜式和台式；按自动化程度的高低的不同分为普通型(P)、半自动型(B)和全自动型(Q)三大类

12、型。1.2.2 全自动洗碗机的基本结构本设计的全自动洗碗机是前开门式结构的，它的外部结构如图1.1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。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-启动停止按钮 8-状态指示灯； 9-电源插头 10-排水管 11-进水管 12-机壳 图1.1全自动洗碗机外部结构图（1）机壳 机壳多用塑料或薄钢板制成。塑料机壳多用于顶开门式洗碗机如海尔WQP3-型、澳柯玛WQP4-3型洗碗机等。塑料机壳优点是整机重量轻，永不生锈，制作成本低，缺点是机械强度较低，久用易老化，

13、耐热性能差等。薄钢板机壳多用于前开门式洗碗机，如海尔WQP4系列、WQP6系列以及WQP12系列、小天鹅WQP-4100型和美的WP5A和WP5B型洗碗机等。薄钢板机壳优点是机械强度高，整机牢固，缺点是使用年限长会氧化锈蚀，制作成本较高等。（2）机门 机门为双层结构，采用冷轧薄钢板冲压而成，表面喷涂白色环氧树脂，不会生锈。对于上开式洗碗机机门设置在机壳上方;而前开式机门则设置在机壳的正前方。机门柜边一般装有门控开关，关门接通电源，开门切断电源。有的洗碗机的机门还设置透明观察窗，便于随时观察机内洗涤情况。（3）选择按钮 这里的选择按钮有3个，分别是方式选择按钮、时间选择按钮、启动/停止按钮。方式

14、选择按钮按下一、二、三次分别对应于清洗、标准洗、烘干三种方式。时间选择是用于烘干方式下的烘干时间，按下它一、二、三次分别对应于15min、30min、45min三种时间。启动/停止按钮是控制洗碗机的工作/停机的，其中，按动奇数次是启动，按动偶数次是停止。（4）进水电磁阀 台式洗碗机一般采用电磁阀进行进水。进水电磁阀不通电时，堵头受弹簧力作用而堵住进水口，不进水；电磁阀通电时，电磁力克服弹簧力作用并通过拉杆将堵头提起，打开进水口，进水。（5）洗涤装置 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

15、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1.2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。清洗和标准洗的区别在于，标准洗是包括清洗过程，在清洗后再加热洗的过程。图1.2旋转喷臂装置结构图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、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。1.2.3 全自动洗碗机的工作原理其工作原理是通过控制保护系统及电路的切换实现各系统的功能的。首先是上电先检测洗碗机内是否又残余的水，如果有就须及

16、时排出。在确保洗碗机内为低水位后，再根据用户的方式选择进行不同的操作。如果是选择清洗方式，首先打开进水电磁阀，自动进水，到达高水位时停止进水，洗涤泵电机对水加压，清洗电机驱动洗涤泵使水在一定压力下从上下喷臂的喷水孔喷出，由于喷臂受到喷水的反作用力而不断地沿轴心均匀地反方向转动，喷臂不断将带有洗涤剂或漂洗剂的水以一定的压力山上向下从三维方向均匀密集地喷射到餐具表面，进行强力冲洗，然后将污水排出，这样的过程重复三次。如果是选择标准洗方式，首先将清洗过程进行一遍，然后再次进水，到达高水位时启动加热管对水进行加热，再加热温度到达6065时清洗电机用热水冲洗餐具，同时热水对食物残渣进行浸泡膨化，洗涤剂对

17、污垢与残油污乳化分解并杀菌消毒。然后，污水经排水泵排出，最后利用高温余热完成餐具的烘干。如果是选择的是烘干方式，则首先启动加热管，再启动风扇电机，待温度到达70时停止加热管，利用热气流对餐具表面残留的水进行烘干。1.2.4 系统的设计框架和设计原则本设计将分为两个大方面进行阐述，一方面讲述全自动洗碗机控制系统硬件的设计，一方面讲述实现其功能的软件设计。全文将整个系统分为各个功能子模块分别阐述，做到条例清晰，易懂。在设计上面，做到使洗碗机具有结构简单，工作可靠，选择器件的原则是在不影响功能的前提下尽量节省成本和能源。本控制系统设计将会提供用Protel绘制的整个控制系统原理图、各功能模块的电路图

18、、工作流程图以及程序清单，还有所用到的一些功能器件都将作简单介绍。2 全自动洗碗机控制系统硬件设计2.1 控制系统硬件结构为了实现对洗涤方式和时间的选择设定以及洗涤过程的全自动控制，全自动洗碗机控制系统应具有温度检测、过零检测、漏电检测、水位检测、键盘输入、状态显示、音响提示及输出驱动等功能。其硬件结构如图2.1所示。AT89C51键盘显示电路温度检测电路水位检测电路输出驱动电路音响提示电路过零检测电路看门狗复位电路漏电检测电路图2.1 全自动洗碗机控制系统硬件结构图设计中采用的微控制器AT89C51是美国ATMEL公司的闪电存储器（Flash Memory）与MCS-51微控制器相结合开发生

19、产的8位单片机，具有性能高、功耗低、体积小、噪音小、价格便宜等特点。输出驱动电路包括电机驱动电路、进水电磁阀驱动电路以及继电器驱动电路。电机驱动电路用于驱动清洗电机、排水电机、风扇电机，进水电磁阀驱动电路用于驱动进水电磁阀，而加热管由于功率较大，采用继电器驱动。音响提示电路是由一个蜂鸣器组成，其目的是在洗涤过程结束时发出声响提示用户，以及在故障时发出报警信号。为了保证控制系统的稳定工作和使用安全，系统中还设计有电流过零、漏电检测、看门狗复位电路。电流过零检测电路是为了向微控制器提供交流电源过零点信息，从而使控制系统对加热管的投入或切除在电源过零点时附近操作，从而避免了继电器在交流电源的波峰或波

20、谷时动作对继电器的触头造成的损伤；漏电检测电路是为了防止漏电造成洗碗机的外壳带电，从而保护人身的安全；看门狗复位电路是为了在电源电压出现故障时使单片机复位从而保证洗碗机正常工作。键盘显示电路中键盘是选择清洗方式和烘干时间以及启动/停止选择，显示电路以发光二极管显示当前状态。温度检测电路是为了随时检测洗碗机内温度，以保证某些操作在特定温度区间内进行；水位检测电路可以检测洗碗机内当前水位状态，它可以检测出高低两个水位，以便控制洗碗机的洗涤和排水操作。2.2 AT89C51单片机简介AT89C51单片机是美国ATMEL公司生产的低电压、高性能CMOS 8位单片机,片内含4K字节的可反复擦写的Flas

21、h只读程序存储器和128字节的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS51单片机指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元。AT89C51单片机的主要性能参数：1. 与 MCS-51产品指令系统完全兼容；2. 4K字节可重檫写flash闪速存储器；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；图2.2 AT89C51外部引脚6. 128 x 8字节内部存储器；7. 32个可编程 I/O 口线；8. 两个 16字节定时记数器；9. 六个中断源；10. 可编程串行URAT通道；11.

22、 低功耗空闲和掉电模式。其主要功能可概述为：4K字节FLASH闪速存储器，128字节内部RAM，32个I/O口线，两个16位定时计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89C51可降至0HZ的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式，空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。它的外部引脚如图2.2所示，其中P0、P1、P2三个端口均为双向I/O口。P3口除了作普通I/O口外,还接收一些用于FLASH闪速存储器编程和程

23、序校验的控制信号。更重要的是它的第二用途,如表2.1所示：表2.1 P3口的第二用途端口引脚第二功能P3.0RXD(串行输入口)P3.1TXD(串行输出口)P3.2(外中断0)P3.3(外中断1)P3.4T0(定时器/计数器0)P3.5T1(定时器/计数器1)P3.6(外部数据存储器写选通)P3.7(外部数据存储器读选通)其它引脚的定义为：VCC：电源电压。GND：地。RST：复位输入。当振荡器工作时，RST引脚出现两个周期以上的高电平将单片机复位。ALE/：当访问外部存储器和程序存储器时,ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。即使不访问外部存储器，ALE仍以时钟振荡频率的1

24、/6输出固定的正脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。要注意的是：每当访问外部存储器时将跳过一个ALE脉冲。：程序存储允许输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89C51由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次有效，即输出两个脉冲。在此期间，当访问外部数据存储器，这两次有效的信号不出现。/VPP：外部访问允许。欲使CPU仅访问外部程序存储器（地址为0000H-FFFFH）, 端必须保持低电平(接地)。需注意的是：如果加密位LB1被编程，复位时内部会锁存端状态。如端为高电平（接VCC端），CPU则执行内部程序存储器中的指令。FLASH存储器编程时，该引脚上加+12V的编程允

25、许电源VPP，当然这必须是该器件是使用12V编程电压VPP。XTAL1：振荡器反向放大器的及内部时钟发生器的输入端。XTAL2：振荡器反向放大器的输出端。AT89C51有两种可用软件编程的节电模式，它们是空闲模式和掉电工作模式。在空闲工作模式状态，CPU保持睡眠状态而所有片内的外设仍保持激活状态，这种方式由软件产生。此时，片内RAM和所有特殊功能寄存器的内容保持不变。空闲模式可由任何允许的中断请求或硬件复位终止。终止空闲工作模式的方法有两种，其一是任何一条被允许中断的指令被激活；其二是通过硬件复位也可将空闲工作模式终止。在掉电模式下，振荡器停止工作，进入掉电模式的指令是最后一条被执行的指令，片

26、内 RAM和特殊功能寄存器的内容在终止掉电模式前被冻结。退出掉电模式的唯一方法是硬件复位，复位后将重新定义全部特殊功能寄存器但不改变RAM中的内容，在VCC恢复到正常工作电平前，复位应无效，且必须保持一定时间以使振荡器重启动和稳定工作。2.3 键盘/显示电路键盘/显示电路设计了三个按钮和七个LED显示。三个按钮为方式选择、时间选择和启动停止按钮。方式选择按钮用于选择清洗、标准洗和烘干三种工作方式，并通过对应的LED显示状态；时间选择按钮用于选择烘干的工作时间，有15分钟、30分钟和45分钟三档工作时间可选，并通过对应的LED显示状态；键盘/显示电路如图2.3所示。图2.3 键盘/显示电路图中，

27、D1-D8七个发光二极管分别代表启动/停止，三个方式选择指示，三个时间选择指示,故障指示，他们分别通过限流电阻和74LS04反向器驱动分别连接与AT89C51的P1.0-P1.6，P3.4端口。AT89C51右侧是键盘输入电路，三个按键分别代表启动/停止按钮，方式选择按钮，时间选择按钮。其中S1按奇数次是启动，指示灯D1亮，偶数次是停止，指示灯D1灭；按S2一次是清洗，指示灯D2亮，按两次是标准洗，指示灯D3亮，按三次是烘干，指示灯D4亮；按S3一次是表示烘干时间选择为15min，按两次是选择为30min，按三次是选择为45min。如果系统工作时发生故障D8灯亮与音响报警一起构成声光报警。控制

28、器工作原理是：由定时中断控制CPU定时扫描键盘的输入，当S1奇数次按下时即P2.0口电平奇数次由高变低，即判断为启动信号，于是P1.0输出高电平，从而D1亮，当S1偶数次按下时即P2.0口电平偶数次由高变低，即判断为停止信号，于是P1.0输出低电平，从而D1灭。当检测到P2.1口电平第一次由高变低则表示选择清洗方式，P1.1输出高电平，D2亮，当检测到P2.1口电平第二次由高变低则表示选择标准洗方式，P1.2输出高电平，D3亮，同理，当检测到P2.1口电平第三次由高变低则表示选择烘干方式，P1.3输出高电平，D4亮；与方式选择类似，S3按下一、二、三次分别对应于15min、30min、45mi

29、n，分别使D5、D6、D7亮。2.4 温度检测电路图2.4 温度检测电路全自动洗碗机的温度检测电路是由热敏电阻和三路比较器电路组成，为了满足控制的需要，温度检测分60、65和70三个温度档次。其中这里所选用得热敏电阻TR的属性为负温度系数（NTC），即随着温度上升其阻值下降。 温度检测电路如图2.4所示。由图可知，由三个运算放大器组成三路比较器。在没有下面热敏电阻电路时，三组比较器输出均为高电平，用二进制代码记为111。这里设定P2.5所连接的比较电路整定温度为60，依次向上分别时65、70。当洗碗机内温度上升到60，热敏电阻阻值减小，于是R24分得电压增大并超过运放正端电压，经过比较电路，此

30、时P2.5端口输入低电平，用二进制代码记为110；同理当温度达到65，P2.4端口输入低电平，记为100，温度到达70时P2.3端口输入低电平，记为000。因此只需检测这三个端口电平得高低就可以测出当前温度范围。图中得R23和与其并联得电容得作用是与热敏电阻阻抗匹配，消除非线性因素。2.5 水位检测电路图2.5 水位检测电路全自动洗碗机的水位检测电路是利用浮子带动传感器测量水位，动作开关采用干簧管，当水位到达指定点时，干簧管吸合。根据控制的需要，控制系统设计有高、低两个检测水位，分别用于洗碗机的进水和排水的控制。水位检测电路如图2.5所示。S1为高水位干簧管动作开关，当水位达到高水位指定点时，

31、S1闭合，P2.6口电平由高变低，通知单片机此时已达高水位，可进行下一步操作；S2为低水位干簧管动作开关，当水位达到低水位指定点时，S2闭合，P2.7口电平由高变低，通知单片机此时已达低水位。2.6 看门狗复位电路2.6.1 看门狗芯片MAX813简介图2.6 MAX813外部引脚这里的看门狗复位电路采用的是MAXIM公司的MAX813芯片，外部引脚如图2.6所示，目的是提高系统的抗干扰性。当电源和单片机发生故障时可通过它产生中断信号使单片机复位，确保单片机正常工作。MAX813外部各引脚的定义为： VCC：电源输入。为看门狗芯片提供直流稳压+5V电源； PFI：电源故障电压输入。在其输入电压

32、小于1.25V时，输出低电平； ：手动复位输入。此引脚输入电压低于0.8V时，即产生复位信号； ：看门狗输出，也叫监视跟踪定时器输出。当内部监视跟踪定时器完成1.6s计时后，输出低电平直到定时器被清零。VCC低于复位门限电压时，也保持低电平直到VCC上升到复位门限电压以上； GND：接地端； ：电源故障输出。当PFI输入电压小于1.25V，输出低电平； WDI：看门狗输入，也叫监视跟踪定时器输入。若WDI保持高电平或低电平1.6s，就输出低电平。有三种情况可使内部监视跟踪定时器清零：发生复位、WDI处于三态及WDI检测到一个上升沿或下降沿； RESET：高电平有效复位输出。当引脚输入电压低于0

33、.8V时，其输出200ms正脉冲，只要VCC低于复位门限电压，RESET就保持200ms正脉冲；当输出低电平，看门狗将不能触发RESET。2.6.2 看门狗复位电路工作原理看门狗复位电路与单片机接口电路如图2.7所示。其中RESET引脚与AT89C51的RST相连，WDI引脚与AT89C51的P3.1口相连，引脚与AT89C51的P3.2口（）相连。具体工作原理如下：图2.7 看门狗复位电路与单片机接口电路当电源电压出现故障，监测点电压小于1.25V (PFI输入电压1.25V) , 就会输出低电平，通过P3.2口（）对单片机产生中断请求信号，单片机采取相应保护措施；看门狗定时器的输入WDI监

34、测单片机P3.1口的脉冲变化，当单片机运行有故障，P3.1口连续1.6s无上升沿或下降沿变化时，输出低电平，由于通过二极管接，导致输入电压低于0.8V，使单片机复位后重新进入正常运行。同时在这两端接手动复位按钮，可以通过手动产生复位信号。当电源电压降至4.40V以下时，RESET输出高电平，即AT89C51的RST口输入高电平，单片机复位，直到VCC升到4.40V以上，RESET仍保持高电平，保证单片机的可靠复位，然后降为低电平，单片机正常工作。2.7 过零检测电路本系统需直接控制加热管220V交流负载的投入或切除，继电器方式的开关量输出，是目前最常用的方式。再驱动交流负载时，我们利用继电器作

35、为测控系统输出到驱动级之间的第一执行机构，通过单片机控制继电器的切换。图2.8 过零检测电路由于普通的机械式继电器采用的是电磁吸合方式，因此在开关瞬间，触点容易产生火花对继电器触头造成损伤，产生强电磁干扰通过输出通道反串到测控系统。为了防止此类干扰，我们在继电器投切时需要在交流电压/电流过零点附近，因此首先需要检测到过零信息以便通知单片机什么时候可以投切继电器即启动/停止加热管。过零检测电路如图2.18所示，由于交流信号的负电压信号不能驱动三极管，所以这里的输入端采用交流半波信号，其中输入端a,b分别是电源设计电路(2.11节)中的整流输出端，此处输出电压是交流24V。整流后的电压/电流波形如

36、图2.9所示。图2.9 经整流后的电压/电流波形由图2.8可见，交流电压经R13、R14分压，以及电容滤波后，得到三极管Q2的的基极电压,当电压低于0.5V时，Q2的集电极C与发射极E间截止。当大于1.6V时，Q2工作在饱和区，集电极C与发射极E间导通。当Q2截止时，经过反向器的P3.0口可测得低电平。当Q2导通时，P3.0口可测得高电平。当控制器测得P3.0口电平变化时，即判定为电压/电流过零，此时继电器可投切。2.8 输出驱动电路设计这里的输出驱动电路将分为电机驱动电路、进水电磁阀驱动电路和继电器驱动电路。其中电机驱动电路和进水电磁阀驱动电路是用双向可控硅驱动实现；继电器驱动电路是通过三极

37、管和光电耦合器件实现的。2.8.1 电机驱动电路1.双向可控硅的原理、特点双向可控硅是一个三端交流半导体开关，当一个低能量信号加到它的门级，开关就被触发而导通。双向可控硅导通时它的导通电流可在两个方向上流动，而且不论加正的或负的门级信号都能触发使其导通。其伏安特性如图2.10所示，在任何直至电压值下，加一门级信号双向可控硅就被触发进入导通状态。其中，是器件的击穿电压，即双向可控硅可能在没有门级信号的情况下也可能导通；是维持电流，即维持导通所必须的电流的最小值；是在没有门级信号情况下，器件两端电压为时，流经器件的泄漏电流。图2.10 双向可控硅电压电流特性因为双向可控硅能够在两个方向上导电，所以

38、它仅在正弦波电流通过零的短暂期间恢复到它的阻断状态，因此，要求双向可控硅可靠工作需要限制在60HZ或更低频率下。2.触发电路的选择控制平均功率转移到负载上目前有两种方法，一是利用双向可控硅来控制交流电源每个周期内加到负载上时间的比例数，即相位控制。在这种方式下，双向可控硅在每个正或负的周期中都有保持通、断的部分。这种方式主要缺点是在控制过程中会产生较强的电磁干扰，使附近其它电子设备不能正常工作，而且相位控制会引起电网电压波形的畸变，给其它设备和通讯系统造成不良影响。二是过零开关触发，即双向可控硅在正弦波电压过零点的瞬间开门。这就会减小或消除导通的瞬态过程和电磁干扰。本系统采用后一种控制方案，所

39、用器件是MOC3061。3.MOC3061简介传统上的过零触发电路由同步电路、检零电路、隔离电路组成，结构复杂，可靠性也较低，对于一些需要控制多部设备的装置，还带来体积太大的问题。而MOC3061可以很好地解决上述问题，它是MOTOROLA公司专门为解决可控硅触发问题而设计生产的一种模拟芯片，它内部集成了过零检测、过零触发等电路，整个器件外部尺寸小，仅有6个管脚。其输入、输出部分是通过红外光耦合的，电气上实现了完全隔离。其主要性能参数有：A.可靠触发电流（即输入端最小的触发电流）为515mA；B.保持电流（即输出端导通的最小维持电流）为100A；C.超阻断电压(即输入端触发电流为零时,输出端导

40、通的击穿电压)为600V；D.重复冲击电流峰值1A；E.关断状态额定电压上升率dV/dt为100V/S。以上的各项参数都满足系统的要求并有一定的裕度，比如系统触发电流为12mA，系统阻断电压为380V。4.驱动控制电路驱动控制电路如图2.11所示，图2.12是其工作波形图。假设电路处于阻断或“关”状态（为零），全部交流线电压跨在双向可控硅和双向可控硅触发器两端。当足够的输入电流加进来时以及交流线电压在截止电压以下时，则双向可控硅触发器锁存在“通”。这样就给双向可控硅的门级引入触发电流，使得双向可控硅从阻断状态进入全导通状态，每一次触发后跨在双向可控硅两端的电压将为一个很小的值，这就引起触发器输

41、出端电流降低到它可以维持的电流值以下，强迫双向可控硅触发器进入“断”态，即使此时仍然存在。双向可控硅的导通状态一直保持到负载电流降低到双向可控硅的维持电流以下为止，在每个半周期内出现一次。在有效时，双向可控硅在交流线电压的每个半周期上触发，一直到“关断”或双向可控硅到达零电流为止。 图2.11 双向可控硅驱动电路图2.12 控制电路工作波形触发电路中各组件的功能为：（1）电阻R时限制通过双向可控硅触发器的电流。当双向可控硅被强制进入不导通状态，两端电压达到峰值电压时，存储在“缓冲”电容其中的能量就开始放电进入双向可控硅触发器内，形成电流。R的值一般选取大于Vp/Ip的标称值，Vp为线电压有效值

42、，Ip为触发器的最大峰值重复驱动电流。（2）RG时双向可控硅的门级电阻，可防止误触发提高抗干扰能力，阻值一般选在300500。（3）Rs、Cs时针对感性负载而设计的缓冲网络电路。因为对于感性负载，双向可控硅两端的电流与电压之间的相位产生偏移，当电流降到维持电流以下时双向可控硅两端依然存在相当的电压，如果电压出现的太快，双向可控硅会失去控制而继续导通。一般Rs取几欧到几十欧，Cs取0.011.0F。2.8.2 进水电磁阀驱动电路进水电磁阀是由主阀体、线圈、阀芯、膜片、弹簧和先导阀腔等部件组成。其工作原理是在进水电磁阀的线圈不通电时，铁心受弹簧力和自身重力作用下压，其端部的橡胶膜压住橡皮膜中心的导

43、流孔.此时，自来水进入到橡皮膜的上方，膜片受水压而把出水口堵住。当进水电磁阀的线圈通电时，电磁力克服弹簧弹力和铁心重力将铁心向上提升，从而膜片中心的导流孔敞开。自来水在自身的压力作用下，通过导流孔进入洗碗机内。当水位到达高水位指定点时，电磁阀的线圈断电，停止进水。因此要控制进水与否只需控制电磁阀线圈的通电与否既可。电磁阀线圈驱动电路与电机驱动电路相似亦为双向可控硅驱动，见图2.9所示。2.8.3 继电器驱动电路在前面2.7过零检测电路介绍中已经提到，启动/停止加热管是通过继电器的投切实现的。继电器的投切是在交流电压/电流过零时通过继电器驱动电路实现的。继电器驱动电路如图2.13所示。图2.13

44、 继电器驱动电路在图2.13中，驱动电路是与AT89C51的P1.7口相连，由于继电器投切时可能会产生火花和电磁干扰，故采用光电耦合器4N25实现电气隔离，继电器驱动采用三极管驱动。当P1.7输出低电平，光电耦合器的发光二极管电路导通，给光电耦合器的三极管基极提供足够的电流而使它导通，从而进一步驱动外三极管导通并工作在饱和区，所以继电器电路导通，继电器吸合。图中的继电器外并联的二极管的作用在于，在继电器投切时会产生较强的关电流，如果没有此二极管就可能导致三极管重新导通而导致继电器切除失败，有了这个二极管就可以在关断时为继电器提供回流电路保证继电器可靠关断。2.9 音响提示电路图2.14 音响提

45、示电路音响提示电路是由蜂鸣器和驱动电路构成，如图2.14所示。当清洗过程全部结束后，P0.3口输出高电平，当为低电平时三极管基极由+5V电源供电而导通，由此三极管作为驱动，蜂鸣器电路导通，蜂鸣器通电发出音响提示。2.10 漏电检测电路洗碗机漏电会造成外壳带电，从而对人员安全构成威胁。因此这里给控制系统添加漏电检测电路，以便随时检测外壳是否带电从而通知控制器及时作出处理。漏电检测电路如图2.15所示，其中D10二极管的作用是使电路单向导通，D11和D12是起钳位作用，使光耦可靠导通而不至于电压过大被损坏。图2.15 漏电检测电路由图2.15可知，在外壳不带电时P3.0输入高电平。当外壳带电且电压

46、到一定大小，由D11和D12两个二极管钳位使光电耦合器可靠导通，随即运放正输入端变为高电平，将高于经分压后的负输入端电压，于是运放输出低电平，即P3.0输入低电平。所以单片机只需检测P3.0口电平高低就可检测是否漏电。2.11 源电路设计图2.16 电源设计电路本控制系统所有电路中将用到两种直流电源供电，分别是+5V和+12V。而家用照明电为交流220V，所以必须设计一个电路可以将220V的交流电转换成+5V和+12V两种直流电。电源设计电路如图2.16所示。图2.16中，220V交流电压首先经过变压器T1将压为交流24V电压，再经过全桥整流得到半波交流电压，然后经过C4、C5稳压滤波变为24

47、V直流电压，再经过三端稳压器TL78012转变为+12V直流电压，然后经过两个电容稳压滤波之后用于提供继电器电路电源。+5V直流电压是在上述电路后串接一个三端稳压器TL78005，再经过两个电容稳压滤波之后转变为+5V直流电压。该电路中全桥整流的原理是：其输入端为1、3，输出端为2、4。当电流从1端流入，则经过1、2之间二极管流入后面电路，然后从4端经1、4之间二极管流回1端；当电流从3端流入，则经过2、3之间二极管由2端流向后面电路，然后经过3、4之间二极管流回3端。从而保证电流全部由2端流出，由4端流回，达到整流效果。3 全自动洗碗机控制系统软件设计3.1 系统主程序设计基于本系统要完成的功能，主程序流程图如图3.1所示。初始化设置 有键按下?延时20ms执行相应洗涤操作结束，音响提示开 始进入睡眠NYNY设置清洗方式设置烘干时间启 动判断低水位、排水判断低水位、排水 有键按下?图3.1 系统主程序流程图在主程序中，首先要对单片机和各芯片进行初始化。初始化的主要任务是：堆栈指针、程序标志寄存器、定时器、I/O口、中断方式、定义的参数等的初始化，以及按键