Проектирование схемы контроля работы бытовой стиральной машины

Проектирование схемы контроля работы бытовой стиральной машины

1.Техническое задание

2 Описание устройства

3. Выбор элементной базы

3.1 Выбор контроллера

3.2 Выбор датчика температуры

3.3 Выбор датчика уровня воды

3.4 Выбор ЖКИ

4. Распределение портов ввода/вывода контроллера

5.Описание и функционирование программы

Листинг программы

Функционирование современных систем управления немыслимо без использования микроконтроллеров. МК полностью вытеснили собой элементы жёсткой логики, которая не может полностью удовлетворить потребности современных систем. Основной недостаток жёсткой логики является то, что при изменении (даже незначительном) в алгоритме работы системы повлечёт за собой существенные изменения принципиальной схемы. Очевидно, что МК не обладают этим недостатком. Кроме того, многие МК имеют встроенные АЦП, ЦАП, таймеры и другие полезные элементы, над реализацией которых уже не приходится задумываться. Более того, МК относительно недороги и могут использоваться даже в простых устройствах, требующих тем не менее постоянного контроля.

Из вышесказанного очевидны преимущества использования МК.

1. Техническое задание

Необходимо спроектировать схему на основе микроконтроллера Aduc812, которая будет контролировать работу бытовой стиральной машины. Исходя из требований, предъявляемых к стирке, можно сформулировать последовательность функций, которые должна реализовывать МПС:

1.Установка параметров для всех режимов:

a) для замачиваниядлительность и температура режима.

b) для стиркизадаются аналогичные параметры, что и для замачивания, а также выбирается тип режима (мягкая, грубая ткань, шерсть, белье и нормальный режим).

c) Полоскание—————

d) для отжимазадается время отжима и скорость оборотов двигателя.

2.Забор необходимого количества воды, уровень которой контролируется датчиками уровня воды. Вода заливается самотекам при открытии клапана, а выкачивается насосом.

3.Нагрев воды до температуры заданной в режимах замачивания и стирки осуществятся с помощью нагревательного элемента (электрическая спираль).и контролируется датчиком температуры .

4. Вращения барабана осуществляется с помощью двигателя, скорость и направление вращения завися от режима и типа стирки и задаются шим.

5.Задаваемые параметры отображаются ЖКИ дисплее на нем же отражается остаток времени для конца, действующего режима.

6.Задаются параметры режимов с помощью клавиатуры, при этом во время выполнения режимов она не блокируется, что позволяет изменять текущее значение остатка временя для действующего режима.

2 Описание устройства

2.1Описание функциональных клавиш

— startзапуск стиральной машинки.

— P1 осуществляет переключение в режим задания параметров для замачивания.

— Р2 осуществляет переключение в режим задания параметров для стирки.

— Р3 осуществляет переключение в режим задания параметров для полоскания.

— +, — осуществляют увеличение/уменьшение значении соответствующих параметров заданных по умолчанию, а осуществляют выбор режима стирки .

ок — осуществляет подтверждение установленных параметров.

2.2 Задание параметров

1) Режим замачивания требует задания 2-х параметров (температуры и времени).При этом на ЖКИ выводится следующее сообщение :

При этом время указывается в минутах (по умолчанию 120 минут) .Данное значение можно увеличить или уменьшить с помощью клавиш «+»," -" и затем необходимо подтвердить установленное значения клавишей «ОК «.

Далее вводится температура замачивания :

Температура замачивания указывается в градусах Цельсия (по умолчанию 40 градусов).

2) Режим стирки требует задания 3-х параметров (температуры, времени, режима стирки).

Температура и время стирки задаются аналогично задания данных параметров для режима замачивания.

Выбор режима стирки (мягкая, грубая ткань, шерсть, белье и нормальный режим), осуществляется перебором, с помощью клавиш «+»,"-", данных режимов .

При этом на ЖКИ выводится следующие сообщение :

При нажатии клавиш +, — меняется только название режима. Подтверждение выбранного режима осуществляется клавишей «ОК».

3)режим отжима требует задания 2-х параметров (времени и скорости вращения барабана стиральной машинки).

Время задается аналогично заданию данного параметра в режимах замачивания и стирки .

При задании старости вращения на ЖКИ выводится следующее сообщение:

2.3 Запуск стиральной машины После запуска (при нажатии клавиши start) стиральная машина переходит в автоматический режим и выполняет заданную программу:

1)на замачивании по умолчанию включено медленное вращение барабана

2)на экране отображается режим и его параметры:

Время каждую минуту убывает на единицу и по достижению нулевого значения переходит на следующий шаг.

Во время исполнения режима клавиатура не блокируется и мы можем с помощью клавиш «+» ,"-" изменять значение времени для данного режима.

3. Выбор элементной базы Для реализации заданной МПС необходимы следующие элементы:

— Микроконтроллер Aduc812.

— ЖКИ фирмы Hitachi серии 44 780

— 3 инвертора

— датчик температуры

— Нагревательный элемент (электрическая спираль) с блоком управления

— Насос с БУ

— Двигатель с БУ

— Клапан с БУ.

— Шести кнопочная клавиатура для задания необходимых параметров .

— ЖКИ фирмы Hitachi серии 44 780

— Датчики уровня воды

— Стабилизатор K145EH5A.

3.1 Выбор Контроллера Для реализации МПС выбран МК Aduc812. Это контроллер по своим параметрам полностью подходит для выполнения поставленной задачи, имеет небольшую стоимость, и программируется на языке PL/M-51.

Технические характеристики:

Общее описание:

Микроконтроллер ADuC812: интегральная 12- разрядная система сбора информации, включающая в себя 3 счетчика таймера, 8-ми канальный 12-ти разрядный АЦП и два 12-ти разрядных ЦАП, 8 Кб FLASH ПЗУ, 640 байт FLASH данных, 256 Байт внутреннего ОЗУ. Позволяет адресовать 16 Мб внешнего ОЗУ и 64 Кб памяти программ. Система прерываний имеет 9 источников, 2 уровня приоритетов.

Память

8 Кбайт Flash памяти программ

640 байт Flash памяти данных

Внутренний генератор подкачки заряда

256 байт внутренней памяти данных

16 Мбайт пространства внешней памяти данных

64 Кбайт пространства внешней памяти программ

Аналоговый ввод/вывод

8-канкльный прецизионный 12-разрядный АЦП

Встроенный 200ppm/^oC ИОН

Высокая скорость выборок 200 к SPS

Контроллер канала ПДП к внешней памяти данных

Два 12-разрядных ЦАП с вольтовым выходом

Внутренний температурный сенсор

8051-совместимое ядро

12МГц номинальная частота [16 МГцмакс.]

Три 16-разрядных счетчика/таймера

32 программируемые линии ввода/вывода.

Порт с высоким токомПорт 3

9 источников прерываний, 2 уровня приоритета.

Питание Специфицирован для работы от 3 В до 5 В Режимы работы нормальный, холостой и дежурный

Последовательный порт UART

2-х проводной (I²C) и SPI порт Сторожевой таймер (WDT)

Монитор источника питания

Функциональная блок-схема

3.2 Выбор ЖКИ Для реализации системы воспользуемся индикатором фирмы Hitachi серии 44 780, вид которого показан на рисунке:

Рис. 1 ЖКИ фирмы Hitachi

Индикатор поставляется в виде печатной платы с собственно индикатором и схемой управления. Электронная схема облегчает управление ЖКИ со стороны контроллера, которому не приходится формировать сложные сигналы. Данные на индикатор подаются по восьми линиям (DB0-DB7). Линии управления:

— Eлиния стробирования /синхронизации.

— R/W — линия выбора операции (запись или чтение)

— RS — линия определяет тип передаваемой информации (данные или команды) Также имеются две линии для подачи напряжения 5В-Vdd и Vcc и линия для управления контрастом ЖКИ-Vo., напряжения на которой обычно регулируется с помощью подстрочного резистора, который позволяет регулировать контраст при отображении информации.

3.3 Выбор датчиков уровня воды Датчики уровня воды организованы следующим образом. В резервуаре установлены контакты подключенные к питанию через сопротивление, а сам резервуар подключен к массе. При заполнении резервуара водой (т.к вода имеет сопротивление порядка 10−100кОм, в зависимости от состава), происходит замыкание контактов на массу, и тем самым мы можем определить уровень воды. При заполнении мы смотрим на состояние датчика максимального уровня, и если состояние равно логическому нулю то резервуар полон. При откачки мы смотрим на состояние датчика уровня минимума, и если равно единице, то вода откачена. Основным достоинством такого датчика является его дешевизна и простота замены.

3.4 Выбор датчика температуры

Датчик температуры представляет собой терморезистор, сопротивление которого изменяется за счет изменения температуры, а следовательно меняется и величина проходимо через него напряжения, по величине которого (при помощи встроенного в микроконтроллер АЦП) можно определить значение температуры. Основным достоинством такого датчика является его дешевизна и простота замены.

3.5Стабилизатор Стабилизатор К145ЕН5А предназначен для получения из напряжения питания 12 В, напряжение питания 5 В для питания МК, цифровой логики и ЖКИ.

3.6 Блоки управления Блоки управления — реализованы в виде внешних модулей (ключей на полевых транзисторах), при подаче на них управляющего напряжение 0.5 В с контролера и они камутируют мощную 220 В нагрузку.

3.7 Клавиатура Клавиатура построена как коммутационная матрица. Матрица коммутации в данном случае двумерная, каждый ее узел содержит клавишу, которая коммутирует один столбец матрицы с одной из строк.

Путем сканирования столбцов можно следить за состоянием клавиатуры.

Когда ни одна из кнопок не нажата, на всех линиях строк должен быть высокий уровень (1).При замыкании одной из кнопок во время опроса соответствующего столбца на линии строк вместо 1 будет 0.

В результате МК может зафиксировать факт нажатия и определить, какая клавиша нажата.

4. Распределение портов ввода/вывода

5.Описание и функционирование программы

В программе предусмотрены 2 обработчика прерываний:

1) от АЦП (канал 6)-…

2) от таймерав нем мы выполняем:

а) подсчет секунд, минут, и определение прошедшего времени для заданного режима, при этом заданное время дикриминтируется и выводится на ЖДИ .(вывод осуществляется не в обработчики, а в основной программе, т. к ЖКИ достаточно медленен), по установленному флагу обработчика дисплея.

б) Сканирование клавиатуры — осуществляется поочередной подачей нулей на Р2.3 и Р2.4,что определяет сканируемы столбец, при этом проверяются разряды с Р2.0 по Р2.3 и определяется какая клавиша нажата.

г)Управление направлением и

по таймеру 1 скоростью вращения двигателя, в соответствии с установленным режимом. При этом бит Р3.4 задает направление вращения, а бит Р 3.3 -скорость вращения с помощью широтно импульсной модуляции.

Основная программа состоит из 2-х основных блоков :

1)Инициализации и установка параметров для всех режимов

Для каждого режима выводится стандартное время и пользователь может увеличить или уменьшить это значение .так же для режимов стирки и замачивания вводится и температура, при этом смена параметров аналогична.

В режиме стирка добавляется перебор типов стирки (мягкая, грубая ткань, шерсть, белье и нормальный режим) .Для режима отжима задается время и скорость вращения двигателя.

2)Непосредственное прохождение всех режимов стирки заданных в 1-ой

части, при этом клавиатура не блокируется и можно изменить текущее значение времени для действующего режима

Листинг программы

микроконтроллер схема стиральная машина

list p=16c57, f=inhx8m

PORTA EQU 0×0005

PORTB EQU 0×0006

PORTC EQU 0×0007

STATUS EQU 0×0003

TEMP EQU 0×0010

TIMEF EQU 0×0011

INCR EQU 0×0012

;Registers Delay

REG1 EQU 0×0013

REG2 EQU 0×0014

REG3 EQU 0×0015

ORG 0

GOTO START

;Delay 1min

DELAY

MOVLW 0FFH

MOVWF REG1

MOVLW 0FFH

MOVWF REG2

MOVLW 074H

MOVWF REG3

LOOP1:

CLRWDT

DECFSZ REG1,1

GOTO LOOP1

DECFSZ REG2,1

GOTO LOOP1

DECFSZ REG3,1

GOTO LOOP1

RETLW 0

WARM

;SWITCH ON TEMP

MOVLW 0H

MOVWF PORTB

;Change datchik

MOVLW 1H

SUBWF TEMP, 0

BTFSC STATUS, 2

GOTO T40

MOVLW 2H

SUBWF TEMP, 0

BTFSC STATUS, 2

GOTO T60

MOVLW 3H

SUBWF TEMP, 0

BTFSC STATUS, 2

GOTO T80

T40:

BTFSC PORTB, 5

GOTO OFF_TEMP

GOTO T40

T60:

BTFSC PORTB, 4

GOTO OFF_TEMP

GOTO T60

T80:

BTFSC PORTB, 3

GOTO OFF_TEMP

GOTO T80

OFF_TEMP:

;SWITCH OFF TEMP

MOVLW 81H

MOVWF PORTB

RETLW 0

DISPLAY

;PortA on write

MOVLW 0FH

TRIS 5

;PortC on write

MOVLW 0FFH

TRIS 7

;Clear LCD

MOVLW 1

MOVWF PORTC

;LCD — DATA

MOVLW 0FH

MOVWF PORTA

;INPUT — TERM:

;T

MOVLW 54H

MOVWF PORTC

;E

MOVLW 45H

MOVWF PORTC

;R

MOVLW 52H

MOVWF PORTC

;M

MOVLW 4DH

MOVWF PORTC

;:

MOVLW 3AH

MOVWF PORTC

RETLW 0

START:

;Begin setting and control

MOVLW .5

MOVWF INCR

MOVLW .4

MOVWF TEMP

;Set PortB on read

MOVLW 0FFh

TRIS 6

CONTROL:

;if press '+' then goto ADD

BTFSC PORTB, 0

CALL ADD

;if press '-' then goto SUB

BTFSC PORTB, 1

CALL SUB

;Read time wash

BTFSC PORTB, 3

BSF TIMEF, 0

BTFSC PORTB, 4

BSF TIMEF, 1

BTFSC PORTB, 5

BSF TIMEF, 2

;if press 'Wash' then goto WASH

BTFSC PORTB, 2

CALL WASH

GOTO CONTROL

ADD:

CALL DISPLAY

;Temp<>80 — ?

MOVLW 80

SUBWF TEMP, 0

BTFSC STATUS, 2

GOTO EXIT_ADD

;Increament meaning temperature — 0×0010

MOVLW 2

ADDWF TEMP, 1

;Temperature in W

MOVLW 48

ADDWF TEMP, 1

MOVWF PORTC ;Output on LCD — TEMP — ASCII

MOVLW 48

MOVWF PORTC ;Output on LCD — 0 — ASCII

EXIT_ADD:

RETLW 0

SUB:

CALL DISPLAY

;Temp<>40 — ?

MOVLW 40

SUBWF TEMP, 0

BTFSC STATUS, 2

GOTO EXIT_SUB

;Decreament meaning temperature — 0×0010

MOVLW 2

SUBWF TEMP, 1

;Temperature in W

MOVLW 48

ADDWF TEMP, 1

MOVWF PORTC ;Output on LCD — TEMP — ASCII

MOVLW 48

MOVWF PORTC ;Output on LCD — 0 — ASCII

EXIT_SUB:

RETLW 0

WASH:

;Process wash

MOVLW 0C1H ;1 100 0001b

TRIS 6 ;PortB

;Input water — SWITCH ON PUMP

MOVLW 1H

MOVWF PORTB

INPUT_WATER:

BTFSC PORTB, 2

GOTO OFF_PUMP

GOTO INPUT_WATER

OFF_PUMP:

;SWITCH OFF PUMP

MOVLW 0C0H

MOVWF PORTB

CALL WARM

ROUND:

;SWITCH ON MOTOR — ON CLOCK

MOVLW 41H

MOVWF PORTB

CALL DELAY

;SWITCH OFF MOTOR

MOVLW 0C1H

MOVWF PORTB

CALL WARM

;SWITCH ON MOTOR — UN CLOCK

MOVLW 80H

MOVWF PORTB

CALL DELAY

;SWITCH OFF MOTOR

MOVLW 0C1H

MOVWF PORTB

CALL WARM

DECFSZ INCR, 1

GOTO INCTIME

GOTO ROUND

INCTIME:

DECFSZ TIMEF, 1

GOTO EXIT

MOVLW .5

MOVWF INCR

GOTO ROUND

EXIT:

;SWITCH ON PUMP

MOVLW 40H

MOVWF PORTB

CALL DELAY

;SWITCH OFF PUMP

MOVLW 0C0H

MOVWF PORTB

;RINSE

;SWITCH ON PUMP

MOVLW 1H

MOVWF PORTB

INPUT_WATER_R:

BTFSC PORTB, 2

GOTO OFF_PUMP_R

GOTO INPUT_WATER_R

OFF_PUMP_R:

;SWITCH OFF PUMP

MOVLW 0C0H

MOVWF PORTB

;SWITCH ON MOTOR — ON CLOCK

MOVLW 41H

MOVWF PORTB

CALL DELAY

;SWITCH OFF MOTOR

MOVLW 0C1H

MOVWF PORTB

;SWITCH ON PUMP

MOVLW 40H

MOVWF PORTB

CALL DELAY

;SWITCH OFF PUMP

MOVLW 0C0H

MOVWF PORTB

;INPUT LCD — STOP

;Clear LCD

MOVLW 1

MOVWF PORTC

;LCD — DATA

MOVLW 0FH

MOVWF PORTA

;INPUT — STOP:

;S

MOVLW 53H

MOVWF PORTC

;T

MOVLW 54H

MOVWF PORTC

;O

MOVLW 51H

MOVWF PORTC

;P

MOVLW 50H

MOVWF PORTC

end