Блок управления стиральной машиной

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО  ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное  учреждение

высшего профессионального  образования

«Алтайский государственный  технический университет им. И.И. Ползунова»

Бийский технологический  институт (филиал)

 

 

Факультет ИТАУ

 

 

Кафедра МСИА

 

 

Блок управления стиральной машиной

 

 

Курсовая работа

по курсу «Применение  микропроцессоров в технике и  технологии»

 

 

 

 

Выполнил:         студент гр. ИСТ-52 Гаськов М.Б.

 

Проверил:                     асс. Абраменко Д.С.

                                        асс. Лебедев А.Н.

 

 

 

 

БИЙСК 2008

СОДЕРЖАНИЕ

Введение……………………………………………………………......3

1   История стиральных машин……………………………….……… 4

1.2 Стирка под контролем электроники  …………………………….. 5

2  Аппаратная реализация…………………………………………… 7

2.1 Описание микроконтроллера……………………………………... 7

2.2 Описание датчика температуры…………………………………..  9

2.3 Описание датчика уровня воды………………………………..…10

2.4 Структурная схема………………………………………………… 12

3    Алгоритм работы программы.……………………………………. 13

Заключение …………………………………………………………….  15

Используемая литература……………………………………………..  16

Приложение А………………………………………………………….  17

Приложение Б…………………………………………………….…….  20

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

Цель курсовой работы – разработать структурную схему блока управления стиральной машины, которая должна иметь два режима стирки (с отжимом и без отжима) две кнопки, включающие режимы стирки, два светодиода для индикации этих режимов, а так же два семисегментных индикатора показывающих время стирки.

 Было предложено использовать микроконтроллер ATmega48, среду разработки AVR Studio и язык программирования C .

В курсовой работе должны использоваться датчики температуры с аналоговым выходом, способные измерять температуру в диапазоне от 0 до +90 °С, а также датчик уровня воды.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. История стиральных машин

 Основные этапы эволюции стиральных машин:

1. 1920-е годы - деревянные баки, обитые листовой медью, уступают место эмалированным стальным бакам;
2. 1930-е годы - в машинах появляются механические таймеры и сливные насосы с электрическим мотором;
3. 1949 г. - создано программное устройство для стиральной машины (программы набиваются на перфокартах);
4. Выпущена первая в США автоматическая стиральная машина;
5. начало 1950-х годов - машины обретают функцию отжима (центрифугирование);
6. 1951 г. - первая автоматическая стиральная машина выпущена в Европе;
7. 1978 г. - создана стиральная машина с системой управления на основе микропроцессора;
8. середина 1990-х годов - разработаны стиральные машины с системой управления, работающей на принципах «нечеткой логики» (Fuzzy Logic) и позволяющей реализовать огромное число программ стирки;
9. начало XXI века - стиральные машины интегрируются во внутриквартирную сеть бытовых приборов «интеллектуального дома» с возможностью доступа к сети Интернета.

Шаги технического прогресса в сфере стирки белья ничуть не менее масштабны, чем в области мобильной телефонии, где фирмы-производители непрерывно поражают новинками потребителей услуг сотовой связи. Просто смена мобильных телефонов происходит гораздо чаще, чем стиральных машин. Но это лишь означает, что, если появилась перспектива покупки новой стиральной машины, нужно быть в курсе новинок, чтобы сделать осознанный и правильный выбор. А выбрать сегодня есть из чего, и в любом вопросе, связанном со стиркой, от системы управления машиной до контроля за утечками воды, имеются новые эффективные решения.

 

1.2 Стирка под контролем электроники

В стиральных машинах  начала XXI века дискретная машинная логика с возможностью выбора, ограниченного вариантами «да» и «нет», «включено» и «выключено», уступила место более нечеткой логике (Fuzzy Logic), в которой многопараметрическому набору исходных данных - сведений о температуре и жесткости воды, степени и характере загрязнений, поступающих от многочисленных сенсоров, - ставится в соответствие массив вариантов действий всех электрических и механических компонентов машины. Сейчас число программ даже не фигурирует в паспортных данных машины: с учетом ввода самим пользователем различных дополнительных опций (увеличить число полосканий, ввести экономичный режим, отменить отжим и т.д.) оно исчисляется многими десятками, если не сотнями.

Микропроцессорные системы  управления стиральных машин до предела  облегчают пользование машиной. Например, владельцу стиральной машины с системой управления «6-е чувство» достаточно установить селектор на тот тип ткани, которую он собирается постирать. На дисплее он прочтет установленные машиной для этого типа ткани температуру стирки, скорость вращения барабана при отжиме и расчетное время стирки. При желании он может войти в меню и скорректировать параметры, предложенные машиной. Но она не позволит ему, скажем, отжать изделия из шерсти при 1200 об/мин или установить для деликатных тканей режим кипячения.

Электронный интеллект  под названием UseLogic®, применяемый в стиральных машинах последнего поколения, анализирует, корректирует и оптимизирует процесс стирки. С помощью невидимых пользователю сенсоров достигается возможность диалогового общения стиральной машины с человеком. Оперативное внесение изменений в программу в соответствии с поступающей от сенсоров информацией позволяет достичь высокой эффективности и отличных результатов стирки, исключив при этом нештатные ситуации.

Работа с такой стиральной машиной напоминает общение с  компьютером: при необходимости с сенсорного дисплея машины можно войти в программу Fuzzy Wizard («Помощник»), которая поможет выбрать нужный режим работы машины и наиболее подходящую из дополнительных функций.

Оптический сенсор Clear Water определяет степень загрязненности воды и при необходимости активирует дополнительное полоскание белья. Это особенно важно для детей и людей, чувствительных даже к мельчайшим остаткам моющих средств. Сенсор определяет наличие в воде остатков грязи, стиральных средств, ниток, накипи и определяет, сколько полосканий потребуется для их устранения (машина может производить до трех дополнительных полосканий). Данный сенсор вмешивается в работу машины при выполнении программ «Хлопок», «Синтетика», «Бережная стирка», программы стирки смешанных тканей MIX, программы стирки спортивной одежды SPORT. А вот программы «Шерсть» и «Ручная стирка» дополнительных полосканий не допускают.

В стиральных машинах Gorenje последнего поколения есть еще один очень важный сенсор - избыточного пенообразования. Слишком обильная пена ухудшает результаты стирки. Более того, если пена превысит заданный уровень, она может достигнуть электрических компонентов машины и вызвать короткое замыкание. Сенсор определяет наличие избыточного количества пены, и по его сигналу стиральная машина автоматически снижает уровень пены до нормального. Для этого из бака сливается вода и производится дополнительное полоскание: свежая вода разбавляет лишнюю пену и вымывает ее из бака.

На сегодняшний день уже ни кого не увидишь на речке или озере стирающим бельё. [1]

 

 

 

 

2. Аппаратная реализация

2.1  Описание микроконтроллера

ATMega48/ATMega88/ATMega168 - 8 битные КМОП микроконтроллеры с AVR RISC архитектурой. Выполняя команды за один цикл, ATMega48/ATMega88/ATMega168 достигают производительности 1 MIPS при частоте задающего генератора 1 МГц, что позволяет разработчику оптимизировать отношение потребления к производительности.

AVR ядро объединяет систему команд и 32 рабочих регистра общего назначения. Все 32 регистра непосредственно связаны с арифметико-логическим устройством (АЛУ), что позволяет получить доступ к двум независимым регистрам при выполнении одной команды. В результате эта архитектура позволяет обеспечить в десятки раз большую производительность, чем стандартная CISC архитектура.

• ATMega48/ATMega88/ATMega168 имеют следующие характеристики:
• 4/8/16 кБ внутрисистемно программируемая Flash память программы;
• 256/512/512 байтная EEPROM память данных;
• 512/1К/1К байтная SRAM (статическое ОЗУ);
• 23 линии ввода - вывода общего применения;
• 32 рабочих регистра общего назначения;
• три гибких таймера/счетчика со схемой сравнения, внутренние и внешние источники прерывания;
• последовательный программируемый USART;
• байт-ориентированный последовательный двухпроводной интерфейс;
• шестиканальный АЦП (8-канальный у приборов в TQFP и MFL корпусах);
• SPI порт и пять программно инициализируемых режима пониженного потребления;

 В режиме Idle останавливается  ядро, а SRAM, таймеры/счетчики, SPI порт  и система прерываний продолжают  функционировать. В Power-down режиме содержимое регистров сохраняется, но останавливается задающий генератор и отключаются все внутренние функции микропроцессора до тех пор, пока не произойдет прерывание или аппаратный сброс. В режиме Power-save асинхронные таймеры продолжают функционировать, позволяя отсчитывать временные интервалы в то время, когда микропроцессор находится в режиме сна. В режиме ADC Noise Reduction останавливается вычислительное ядро и все модули ввода-вывода, за исключением асинхронного таймера и самого АЦП, что позволяет минимизировать шумы в течение выполнения аналого-цифрового преобразования. В Standby режиме задающий генератор работает, в то время как остальная часть прибора бездействует. Это позволяет быстро сохранить возможность быстрого запуска приборов при одновременном снижении потребления.

Прибор изготовлен по высокоплотной  энергонезависимой технологии изготовления памяти компании Atmel. Встроенная ISP Flash позволяет перепрограммировать  память программы в системе через  последовательный SPI интерфейс программой-загрузчиком, выполняемой в AVR ядре, или обычным программатором энергонезависимой памяти. Программа-загрузчик способна загрузить данные по любому интерфейсу, имеющегося у микроконтроллера. Программа в загрузочном секторе продолжает выполняться даже при загрузке области памяти прикладной программы, обеспечивая реальный режим "считывания при записи". Объединив 8- битное RISK ядро с самопрограммирующейся внутри системы Flash памятью, корпорация Atmel сделала приборы ATMega48/ATMega88/ATMega168 мощными микроконтроллерами, обеспечивающими большую гибкость и ценовую эффективность широкому кругу управляющих устройств.

ATMega48/ATMega88/ATMega168 поддерживается различными  программными средствами и интегрированными  средствами разработки, такими как  компиляторы C, макроассемблеры, программные отладчики/симуляторы, внутрисхемные эмуляторы и ознакомительные наборы. [2]

 

 

 

2.2 Описание датчика температуры

В проекте можно использовать датчики температуры LM94021 и LM94022, так как они удовлетворяют требуемому диапазону температур.

LM94021, LM94022 - прецизионные интегральные датчики температур с аналоговыми выходами, которые могут работать при напряжении питания 1,5В. Выходной усилительный каскад соответствует классу АВ, что делает выход датчиков сильным источником втекающего и вытекающего тока для управления нагрузкой. Датчики генерируют напряжение, пропорциональное температуре в широком диапазоне -50°C…+150°C. Малый потребляемый ток делает датчики идеальным выбором для систем с батарейным питанием, а также для приложений температурного контроля общего назначения.

Два логических входа GS1 и GS0 определяют коэффициент передачи передаточной функции температура-напряжение. Можно выбрать следующие степени усиления: -5,5 мВ/°C, -8,2 мВ/°C, -10,9 мВ/°C или -13,6 мВ/°C. 
При установке минимального коэффициента передачи (GS1=0, GS0=0) датчики могут работать при напряжении питания 1,5В, при этом сохранив диапазон измерения температуры в пределах рабочего температурного диапазона                                                                                      -50°C…+150°C. Входы выбора коэффициента передачи можно непосредственно связывать с VDD или общим без использования подтягивающих резисторов. Применение датчиков в герметичной упаковке предоставляет возможность использования для измерения температур жидких сред. Данные датчики выпускаются фирмой National Semiconductor.

Основные характеристики:

1. напряжение питания 1,5…5,5 В;
2. потребляемый ток 9 и 5,4 мкА;
3. нагрузочная способность ±50 мкА;
4. четыре выборочных диапазона;
5. высокая точность в широком температурном диапазоне -50°C…+150°C;
6. выход защищен от короткого замыкания;
7. сверхминиатюрный корпус SC70;

Рабочий температурный  диапазон -50°C…+150°C .

Типовая схема включения представлена на рисунке 1.

Рисунок 1

 

Расположение выводов представлено на рисунке 2.

 

Рисунок 2

[3]

 

2.3 Описание  датчика уровня воды

   В данном проекте используется простейший датчик уровня воды ДУ-2, принцип работы которого основан на электропроводности воды, которая в свою очередь, попадая между электродами датчика, приводит в действие исполнительное реле – кнопку.  Данный датчик нужен для поддержания заданного уровня воды в резервуаре. Датчик имеет три электрода: электрод нижнего уровня воды, электрод верхнего уровня воды, контролирующий электрод.

Функциональная схема  приведена на рисунке 3.

 

 

 

 

 

Рисунок 3

Принцип работы датчика.

Когда уровень жидкости в резервуаре (баке) доходит до нижней отметки, на которой установлен длинный электрод датчика бака, резервуар автоматически заполняется до верхнего уровня, на котором установлен короткий электрод датчика бака.  
Компараторы 1-2 сравнивают значение входного сигнала с опорным значением и выдают (в соответствии с условиями блока логики) сигнал на включение или выключение реле техническая характеристика датчик уровня воды ДУ-2 приведена в таблице 1. [4]