馬柱養(yǎng)

基于單片機(jī)的全自動(dòng)清洗裝置

馬柱養(yǎng)

本論文闡述了利用單片機(jī)模塊，通過控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)以及進(jìn)水閥和出水閥開關(guān)，運(yùn)用C語言編寫程序，實(shí)現(xiàn)對(duì)蓄水桶或者蓄水池的清潔。本系統(tǒng)的適用性強(qiáng)，穩(wěn)定性、精確性良好，程序開發(fā)通俗易懂，可以適用生活中或者工業(yè)生產(chǎn)中不同容積的蓄水裝置的清潔需求。本文主要介紹了清洗裝置的硬件及軟件設(shè)計(jì)方案。

課題背景。改革開放以來我國(guó)科技一直保持著高速增長(zhǎng)，電子產(chǎn)品以及自動(dòng)化設(shè)備成了當(dāng)代生產(chǎn)和生活中必不可少的組成部分，其中蓄水設(shè)備就已經(jīng)覆蓋了我們大部分地區(qū)人民的生活。為了使生活中用水更加衛(wèi)生、健康，就需要用現(xiàn)代化的技術(shù)手段來代替低效、繁瑣的傳統(tǒng)方式。因此對(duì)儲(chǔ)水設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)化清潔已經(jīng)勢(shì)在必行。

隨著微型計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，生活的自動(dòng)化和智能化正在發(fā)生著重大的變化。單片機(jī)是控制是很多電器控制通用裝置。它具有可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)、應(yīng)用靈活，編程方便、易于安裝，擴(kuò)展、適用性強(qiáng)、體積小，能耗低等一系列優(yōu)點(diǎn)，它價(jià)格低廉是普通的家庭都能接受的。

市場(chǎng)需求。目前，生活智能化的快速發(fā)展，自動(dòng)控制的需求不斷擴(kuò)大，由于單片機(jī)的可靠的性能和抗干擾能力以及人性化的適應(yīng)能力，最主要是其價(jià)格低廉的優(yōu)點(diǎn)，因此在電器設(shè)備中的使用價(jià)值遠(yuǎn)超PLC，在眾多的家用電器中，單片機(jī)的使用越來越廣泛。因此基于單片機(jī)控制的清潔系統(tǒng)在家庭中的應(yīng)用價(jià)值非常高，適應(yīng)家庭生活應(yīng)用的需求。

系統(tǒng)開發(fā)需求。硬件需求：所選元件：AT89C52單片機(jī)，12M晶振，電機(jī)裝置，電磁閥等；PC機(jī)：用來安裝Keil uVision軟件。軟件需求：Keil uVision

系統(tǒng)運(yùn)行需求和設(shè)計(jì)功能要求。本系統(tǒng)中AT89C52模塊使用直流5V供電，電機(jī)和電磁閥采用家用220v電源供電，單片機(jī)的輸入可設(shè)定的清洗周期，采用單片機(jī)中的輸出端口輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)運(yùn)行和進(jìn)出水電磁閥的運(yùn)行。當(dāng)工作開關(guān)打開的時(shí)候，單片機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行，開始計(jì)時(shí)，當(dāng)?shù)竭_(dá)設(shè)定的時(shí)間時(shí)，打開進(jìn)水閥，當(dāng)水達(dá)到設(shè)定水位時(shí)，關(guān)閉進(jìn)水閥，用于清洗的電機(jī)運(yùn)行2分鐘后停止，然后打開出水閥，當(dāng)水位下降到水位下限時(shí)，關(guān)閉出水閥并再次打開進(jìn)水閥，當(dāng)水達(dá)到設(shè)定水位時(shí)，關(guān)閉進(jìn)水閥，用于清洗的電機(jī)運(yùn)行2分鐘后停止，打開出水閥，待水放完后關(guān)閉出水閥，清洗過程完成，系統(tǒng)重新計(jì)時(shí)。可任意時(shí)間進(jìn)行手動(dòng)清洗。

單片機(jī)簡(jiǎn)介

單片機(jī)的概念。單片機(jī)是單片微型計(jì)算機(jī)的簡(jiǎn)稱。包括51系列、STC系列、PIC系列、和AVR系列單片機(jī)。從外觀上，單片機(jī)與人們?nèi)粘Ｊ褂玫呐_(tái)式計(jì)算機(jī)、筆記本電腦大相徑庭，但“麻雀雖小，五臟俱全”。一般計(jì)算機(jī)所擁有的基本結(jié)構(gòu)，如處理器、存儲(chǔ)器、輸入/輸出設(shè)備等，單片機(jī)同樣擁有。之所以成為單片計(jì)算機(jī)，是因?yàn)樗鼈儗⑻幚砥?、存?chǔ)器、輸入/輸出等組件全部集成在一塊芯片上。

單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域。單片機(jī)以其高可靠性、高性價(jià)比、低電壓、低功耗等一系列優(yōu)點(diǎn)，近幾年得到迅猛發(fā)展和大范圍推廣，廣泛應(yīng)用于以下幾個(gè)范疇：

在智能儀器儀表上的應(yīng)用：數(shù)字萬用表、數(shù)字示波器、數(shù)字信號(hào)源等。

在工業(yè)控制中的應(yīng)用：工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)測(cè)控、數(shù)據(jù)采集等。

在家用電器中的應(yīng)用：洗衣機(jī)、電冰箱、空調(diào)、電視機(jī)、電子玩具等。

在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信領(lǐng)域中的應(yīng)用：電話機(jī)、手機(jī)、樓宇自動(dòng)呼叫、無線通信等。

在醫(yī)用設(shè)備領(lǐng)域中的應(yīng)用：病床呼叫、監(jiān)護(hù)儀、呼吸機(jī)等。

在各大型電器中的模塊化應(yīng)用等。

此外，單片機(jī)在工商、金融、科研、教育、國(guó)防航空航天等領(lǐng)域都有十分廣泛的用途。

系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)

任務(wù)要求

系統(tǒng)由單片機(jī)最小系統(tǒng)，電機(jī)，輸入輸出電磁閥組成，單片機(jī)模塊負(fù)責(zé)處理輸入信號(hào)及控制系統(tǒng)何時(shí)進(jìn)行清洗、何時(shí)啟動(dòng)電機(jī)、何時(shí)啟動(dòng)進(jìn)出水電磁閥，電機(jī)模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)儲(chǔ)水裝置進(jìn)行攪拌清洗，進(jìn)出水電磁閥則更換容器中的污水，達(dá)到清潔的效果。

設(shè)計(jì)方案的選擇電機(jī)模塊的選擇

電機(jī)選擇：采用永磁直流電機(jī)。選擇與九陽豆?jié){機(jī)同類型的電動(dòng)機(jī)，該型號(hào)的電機(jī)具有良好的防進(jìn)水功能。直流電機(jī)軸長(zhǎng)型號(hào)：6.3cm/8.0cm/8.5cm/9.0cm/9.8cm；電壓：由AC220V 50HZ整流為DC220V；功率：輸出90W 額定轉(zhuǎn)速11000r/min；4個(gè)螺絲中心孔距離23X23X23X23MM。

電機(jī)驅(qū)動(dòng)的選擇：直流電磁繼電器。電磁式繼電器一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點(diǎn)簧片等組成的。只要在線圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會(huì)流過一定的電流，從而產(chǎn)生電磁效應(yīng)，銜鐵就會(huì)在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動(dòng)銜鐵的動(dòng)觸點(diǎn)與靜觸點(diǎn)(常開觸點(diǎn))吸合。當(dāng)線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會(huì)在彈簧的反作用力返回原來的位置，使動(dòng)觸點(diǎn)與原來的靜觸點(diǎn)(常閉觸點(diǎn))吸合。這樣吸合、釋放，從而達(dá)到了在電路中的導(dǎo)通、切斷的目的。

電磁閥裝置的選擇。本設(shè)計(jì)選擇2W160系列水用電磁閥，工作電壓為交流220V。本閥為二次開閥的先導(dǎo)式電磁閥，其結(jié)構(gòu)主要由導(dǎo)閥和主閥組成，主閥采用橡膠密封結(jié)構(gòu)。常位時(shí)，活動(dòng)鐵芯封住導(dǎo)閥口，閥腔內(nèi)壓力平衡，主閥口封閉。當(dāng)線圈通電時(shí)，產(chǎn)生電磁力將活動(dòng)鐵芯吸上，主閥腔內(nèi)的介質(zhì)自導(dǎo)閥口外泄，以至產(chǎn)生壓力差，膜片或閥杯被迅速托起，主閥口開啟，閥便呈通路了。當(dāng)線圈斷電，磁場(chǎng)消失，活動(dòng)鐵芯復(fù)位，封閉導(dǎo)閥口，導(dǎo)閥和主閥腔內(nèi)壓力平衡后，閥又呈關(guān)閉狀態(tài)。其特點(diǎn)是采用直動(dòng)式膜片結(jié)構(gòu)無壓力啟動(dòng)，擴(kuò)充了其使用領(lǐng)域。采用平板式膜片結(jié)構(gòu)啟閉可靠，并增強(qiáng)了該產(chǎn)品的使用壽命。選用塑封線圈可提高該產(chǎn)品在眾多環(huán)境下的安全使用。

設(shè)計(jì)總結(jié)

本設(shè)計(jì)主要考慮以下幾個(gè)功能，定時(shí)、清洗、控制水流動(dòng)。本設(shè)計(jì)尚未投入使用，仍存在一定的缺陷。在清洗不同的容器時(shí)，根據(jù)容器的實(shí)際情況，可以更改不同功率的電機(jī)或者不同軸距的電機(jī)，還可在電機(jī)的扇葉上可加裝刷子，這樣更能徹底地清洗干凈。

（作者單位：廣東省南方高級(jí)技工學(xué)校）