洗碗机的控制系统设计及系统优化

李国良

摘要：随着国家经济的发展和人民生活水平的提高，国内日常家用生活电器已经十分普遍了，市场上也出现了各种用途的家用电器，其中洗碗机的出现极大的便利了人们餐后手洗餐具的烦琐，解决了手洗餐具费时费力、消毒状况不佳的缺点。国际上洗碗机已经广泛普及的，然后国内的洗碗机市场一直发展缓慢。针对这一现象，我们对洗碗机的控制系统及存在的问题进行分析，对洗碗机的控制系统进行设计及优化，以期让洗碗机更加的适用及便利。

关键词：洗碗机；控制系统设计；系统优化

引言：随着数字信息家用电器应用的普及，洗碗机已经广泛进入人民大众的家庭之中，从而使得人们能够从繁杂的家务劳动中逐步解放出来。从被控制量角度出发，一个洗碗机通常需要满足的一些具体要求，其中涉及的开关量信号有两种，一种是传感器的高、低电平信号检测，如机门开关、水位高低、温度调节保护器和行程开关等；另一种开关信号经由固态继电器控制强弱电压信号的断开和加载，如进水电磁阀门的开合、恒温加热器的开合、瞬间加热器的开合、清洁剂控制盒和消毒剂控制盒的工作等。

一、洗碗机种类概述

1、淋浴式洗碗机。其工作原理是通过一洗涤泵将水流通过喷淋器高压喷出，水流的反作用力使喷淋器旋转，从而使水流可以达到洗碗机的任何角落，水流经过加热器加热后温度可达60至80度，在高温水流和强碱性洗涤剂的作用下，有效地除去餐具上的油污。其内部结构又可分为上下回转喷嘴式、下回转喷嘴式、下回转喷嘴反射式、多孔管式、雨弹头式及旋转汽缸式等。这种洗碗机的洗涤效果较好，现世界上大部分家用洗碗机采用这种洗涤方式。

2、水流式洗碗机。这种洗碗机与普通的波轮洗衣机工作原理基本相同，不同的是洗碗机的机槽架下面装有波轮。电动机带动波轮盘高速运转，从而使机槽内的洗涤水旋转滚溅，以充分达到洗涤洗净的目的。这种洗碗机用水量大，且洗涤度不高。

二、洗碗机控制要求

1、按键按一下，显示按顺序变化一次；若按住保持，显示每秒钟变化一次。每次按键蜂鸣器伴音，如果按住并保持，则只在开始时发音。除启动／暂停按键外，其他按键只有在暂停及待机状态下操作才有效。预约按键，延时开始洗涤时间：0：00-9：00，每次增加30min。预约时间以按键形式增加至9：00后再增加变为O：00，若3s内无任何操作，恢复显示相应程序界面；预约时间到，显示已选择的程序界面并开始运行。对洗碗量采用键盘人工设置的方法，在控制软件中由键盘输入加以识别。

2、工作时，打开洗碗机的门，暂停洗碗机负载工作，且通过显示和语音进行提示，关门后延时再继续工作。门打开期间，除电源开关外，所有其他操作都无效。

3、洗碗机开机、程序结束及各种异常情况，都有语音提示。洗碗机工作期间突然失电，再次来电时，经提示和延时后，可按原运行状态继续。温度到达要求值后，立即关断电加热管。数码管温度显示范围是0-99度。除预约状态下显示预约时间（随时间推移显示递减），其他状态下显示当前水温。

4、更改设置转到其他模式，若还未执行（没有负载输出），再转回原模式，计时从中断开始。当盐、光亮剂不足时，盐、光亮剂检测开关闭合；当盐、光亮剂充足时，盐、光亮剂检测开关断开。洗涤过程中不进行盐检测，盐指示灯保持洗涤前的状态。

5、出现进水异常、排水异常、加热异常、溢流等情况时，应立即启动排水泵，关闭其它负载，排水至水位开关复位后再持续一定时间才停止。出现上述异常情况时都有报警，且通过液晶屏显示故障代码，其间不响应按键，掉电后才能恢复。

三、洗碗机控制系统设计

1、洗碗机控制系统硬件设计。自动洗碗机是通过控制器进行程序运行控制，洗碗机的控制系统需要通过单片机来控制，目前常用的单片机有AT89C51、AT89C52等。控制系统主要是以单片机为控制核心，另外还包括水温检测电路、水位检测电路、门控电路、蜂鸣器、液晶显示电路及驱动电路等部件。水温检测采集水温信息，控制电阻丝加热；水位检测电路进行水位判断，用来控制进排水；门控电路用来判断洗碗机是否关闭；蜂鸣器及液晶显示主要是方便用户在洗碗机出现故障时能够及时发现，有利于故障排查。驱动电路主要是驱动电磁阀、电阻丝、电动机及消毒器工作。

水温检测电路，利用模拟温度传感器，实现高精度测温，在短时间内将温度转换为数字。 水位检测电路，为了实现洗碗机的自动进出水，洗碗机通常采用光电水位传感器进行水位检测。光电水位传感器还具有体积小、易于安装和水位控制精度高等优点。液晶显示电路，液晶显示系统能够显示洗碗机工作状态、洗涤情况等信息，以及发生的故障信息。

2、洗碗机软件控制系统设计。洗碗机软件控制系统按照洗碗机工作过程可以分为六个步骤：进水过程、加温过程、注入洗涤剂过程、控制电机清洗过程、消毒过程和排水过程。为了保证整个过程洗碗过程正常进行，对容易出现问题及故障的过程，我们需要设置故障警报或者紧急停机等功能。控制系统软件的编写可以按照洗碗机的工作顺序进行，其中主要的部分有开机自检、开机初始化等步骤。

状态正常，即可以将餐具放入洗碗机，门控电路关闭，人工设置洗涤条件，如洗涤水温和洗涤时间等；设置完成后启动洗碗程序，在控制系统的控制下洗碗机自动打开进水电磁阀，通过自来水压注入自来水；然后水位检测系统检测水位是否合适，水位合适就关闭进水阀，加入洗涤剂；根据设置的洗涤温度开始加热，同时开始清洗过程；按照设定的时间清洗，清洗结束后自动打开排水电磁阀进行排水；水位检测系统检查水是否排尽；排完水就进行消毒过程，打开紫外或者臭氧消毒系统，按照设定的消毒程序进行消毒；消毒完成后进行烘干，烘干后蜂鸣器工作，提醒整个洗涤过程完成，无后续设定即自动关闭整个洗碗机系统及电源。在整个洗涤过程中，洗涤的状态都会通过液晶显示系统实时显示，包括洗涤过程中出现的故障。

四、洗碗机控制系统设计及优化

1、洗碗机控制系统硬件优化：

（1）人机交互电路：采用控制面板形成界面直观的人机交互系统。用户可以根据需要选择任务按钮，设置洗碗、消毒、烘干等任务。执行任务时相应的任务指示灯会显示运行状态。

（2）控制电路：主要包括进水排水阀、电动机的运转、烘干器等，采用双向可控硅进行控制。进出水阀在输入低电平控制信号后打开，输入高电平信号后关闭。

（3）降噪优化：洗碗机在运行时由于振动会产生一定的噪声，因此需要对整体进行设计来降低噪声。首先在洗碗机各连接部分增加防护减振器具；使用平衡袋与驱动电机对称放置，调节平衡；机身使用全塑注模，可以一定程度减燥。

（4）碗篮架优化：中国餐具具有碗口深等特点，为加强洗涤效果，需要对碗篮架进行优化设计。可以将盘碟架和碗架都由软弹簧固定，这样可以提高清洗效果。

2、洗碗机控制系统软件优化：

（1）软件实现功能：洗碗机控制系统启动后，洗碗机将按照用户设置的任务时间进行工作。在执行用户设定的所有任务时相应的任务指示灯都会亮，显示器会显示当前任务剩余运行时间。当按照用户设定按照顺序完成整个洗碗过程后，系统的控制蜂鸣器发出提醒，然后一定时间内自动断电。洗碗机按照设定正常工作时，若洗碗机机门被打开，系统会自动启动保护程序，启动安全开关，停止正在运行的任务。

（2）故障显示：设定程序进行故障判断，若某一步骤检测判断故障则系统会停止运行，并在液晶显示电路上显示故障类型，这有利于用户了解洗碗机的故障情况，并根据不同情况进行处理。

结束语：作为一种家庭自动化设备，洗碗机的发展势在必行，因为洗碗机一般需要实现诸如自动控制进水、自动加洗涤剂、冷洗、自动加温洗、清洗、排水、杀菌消毒，以及定时和故障报警等功能。并且市场所需要的功能还会增加，所以洗碗机的控制系统设计及系统优化也是势在必行的。

参考文献：

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