洗碗机的控制系统设计及系统优化

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；优化

现代快速的生活节奏，使人们将更多的私人时间用于处理工作，因此人们通常选择一些家用电器来处理家务以节约时间及精力。有调查显示，在各种家务劳动中，由于烦琐、洗涤液伤手、脏等原因，洗碗这项家务劳动是人们普遍比较厌恶的。洗碗机作为一种新型家用自动化电器，解决了人工洗碗的烦恼，将人们的双手从烦琐的洗涤工作中解放出来，因此，洗碗机被称为继洗衣机后又一解放双手的产品。洗碗机在国内市场发展缓慢，可能与多方面原因有关，如洗碗机的体积较大、洗碗机价格普遍较高、功率较大、使用时噪声大、洗碗机洗出的餐具是否洁净等，我们希望通过对洗碗机的控制系统的改进及优化，尽可能让解决以上问题，让洗碗机的普及程度更进一步，使洗碗机更加有利于解放双手。

1 洗碗机的概述

1.1 洗碗机的分类

洗碗机按照洗涤方式分，主要有喷淋式、水流式、超声波式和叶轮式。喷淋式洗碗机的结构分为多孔管式、下喷嘴式、上下回转喷嘴式等，工作特点都是将水喷射到餐具，利用压力喷嘴将水喷射到待洗餐具的不同方位，从而达到洗涤的作用。水流式洗碗机的工作原理来自于波轮洗衣机，但是水流式洗碗机机槽下有波轮，波轮连接壳体下方的电动机。洗碗机启动时，波轮旋转使机槽内水流旋转从而达到洗涤目的。超声波洗碗机在机体的底部及侧面有振动元件，使洗碗机在工作时产生超声波频率，与水流共同作用，达到清洗的目的。叶轮式洗碗机在机槽下装有叶轮，工作时叶轮旋转将水朝上飞溅，以达到洗涤的目的。

1.2 洗碗机的结构

任何仪器都是由不同的系统组合形成，洗碗机是由机械支撑系统、洗涤消毒及烘干系统、电气控制系统、传动系统和进排水系统组成。

支撑系统：主要指洗碗机的外箱体，对材料选择有一定要求。

洗涤消毒及烘干系统：洗涤是通过超声、叶轮、喷淋和水流等不同方式达到洗涤目的。消毒也有多种方式，臭氧溶于水消毒、高温消毒、紫外线照射消毒等。烘干系统工作原理类似与吹风机，直接热风吹干餐具。

电气控制系统：电气控制系统是一个洗碗机的核心部分，电气系统包括硬件和软件两个系统，硬件系统主要包括电源开关、安全开关和控制面板等；软件系统主要包括程序指令。

传动系统：主要是为洗碗机提供物理作用力，带动水流高速旋转冲击餐具。

进排水系统：进水系统由电磁阀组成，程序控制开启，利用自来水压进入。排水系统由电动牵引器组成，通过程序控制，打开排水阀排水。

2 洗碗机控制系统设计

2.1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。

2.1.1 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。

2.1.2 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。

2.1.3 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。

2.2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。

用户使用洗碗机之前，首先接通电源进行开机自检，根据初始化显示状况进行进行下一步。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。

3 洗碗机控制系统优化

3.1 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。

3.2 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题型，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。

4 结论

洗碗机在国内的发展较慢，我们需要在多方面寻找原因，并根据中国的实际及特色进行合理有效的改变，设计出符合中国家庭及用户的洗碗机，并紧跟时代新技术的脚步，及时运用新技术并融合入洗碗机的设计中，使洗碗机的使用更加便捷。注重洗碗机的硬件设计、控制系统设计，在原有的基础上不断进行优化，实现洗碗机解放双手，提高时间利用等作用。在人机交互、自动化、智能化、浊度检测等方面都需要更多的创新，设置浊度检测来判断洗涤是否干净，让用户使用更加的放心，让用户更加易于接受。■

参考文献

[1] 叶利超，水流式洗碗机的结构设计及系统优化，武汉：武汉理工大学，2012.

[2] 王昊，基于 AT89C52 的洗碗机自动控制系统设计，电子设计工程，2012.

[3] 李庆梅，基于AT89C51的自动洗碗机的控制系统设计，电气技术与自动化，2010.