МП Сам раб. Самостоятельная работа По дисциплине Микропроцессорная система Микропроцессорная система управление стиральной машиной Выполнил студент группы 42717 Пернекулов А. А

• Название: Самостоятельная работа По дисциплине Микропроцессорная система Микропроцессорная система управление стиральной машиной Выполнил студент группы 42717 Пернекулов А. А
• Дата: 14.01.2020
• Размер: 450.98 Kb.
• Имя файла: МП Сам раб.docx
• Тип: Самостоятельная работа; #104018
• страница: 1 из 3

МИНИСТЕРСТВО ПО РАЗВИТИЮ ИНФОРМАЦИОНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ И КОММУНИКАЦИЙ РЕСПУБЛИКИ

УЗБЕКИСТАН

ТАШКЕНТСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ИМЕНИ МУХАММАДА АЛЬ-ХОРАЗМИ

Самостоятельная работа

По дисциплине: Микропроцессорная система

Микропроцессорная система управление стиральной машиной

Выполнил студент группы 427-17

Пернекулов А.А

Принял: Абдурахманов Р.П

Ташкент-2019
СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1. Поиск прототипа

1.1 Прототип стиральной машины

1.2 Описание объекта

2. Уточнение технического задания

3. Разработка функциональной спецификации

3.1 Входы

3.2 Выходы

3.3 Функции

4. Разработка функциональной схемы

5. Выбор элементной базы

5.1 Выбор датчика температуры

5.2 Выбор нагревательного элемента

5.3 Выбор микроконтроллера

5.4 Выбор насоса

5.5 Выбор двигателя

5.6 Выбор датчика блокировки двери

5.7 Выбор клапана залива

5.8 Выбор замка

5.9 Выбор светодиода

6. Разработка принципиальной электрической схемы

7. Разработка алгоритма

7.1 Разработка алгоритма программы

7.2 Структурная схема алгоритма

8. Построение программы

Заключение

Список использованных источников

Приложение А - Принципиальная электрическая схема

Приложение Б – Код программы с комментариями
Введение

В данном курсовом проекте производилась разработка блока управления стиральной машиной, обеспечивающей полностью автоматизированный процесс стирки при различных режимах, различных температурах воды и различных режимах отжима белья. Задание режима стирки и количество оборотов при отжиме должно задаваться с панели управления. Так же текущее состояние стирки должно отображаться на панели управления.

Автоматические стиральные машины предназначены для стирки белья по заданной программе. Замачивание, стирка и полоскание осуществляются механическим перемешиванием белья, помещенного в барабан. Как правило, барабан имеет три ребра для лучшего перемешивания белья в процессе стирки, а также перед программой отжима. Отжим белья осуществляется в том же барабане, но при вращении барабана с большими оборотами. Все процессы стирки, полоскания, отжима, регулирования заданной программы и температуры, сушки - выполняются автоматически. Автоматические стиральные машины работают от сетей холодного и горячего водоснабжения, а также электрической сети. Современные схема принципиально отличаются от выпускающихся ранее стиральных машин по конструкции и сложности. В них используются сложные элементы автоматики и электроники, ранее никогда не применяемые. Большой выбор программ позволяет хорошо отстирать белье разной степени загрязненности из тканей различного состава, и, не снижая степени износа.

1. ПОИСК ПРОТОТИПА

1.1 Прототип стиральной машины

Считается, что первую запатентованную стиральную машину представил миру американец по фамилии Мур. Имя его потерялось в истории, однако дата официальной регистрации изобретения сохранилась с точностью до дня: 7 июня 1856 года. Устройство на колёсах состояло из бочки, в которой монтировалась подвижная вертикальная рама с деревянными «пальцами». К машине для стирки прилагались и деревянные шарики: при возвратно-поступательном движении рамы вверх-вниз они перемещались внутри емкости с бельём, создавая дополнительное механическое воздействие. Обеспеченные американцы быстро сообразили, что внутренний механизм можно привести в действие не только вручную и приспособили для этих целей паровые машины. Однако за четыре года до патента Мура соотечественник американского изобретателя Джеймс Кинг предложил устройство, ставшее прототипом барабанных стиральных машин. Его машина состояла из кадки, куда заливался мыльный раствор, и встроенной в неё оси с дырчатым цилиндром. Внутрь помещалось бельё, а затем барабан вращался вручную.

Шли годы, приспособления для стирки совершенствовались и становились всё удобнее. А в 1900 году производитель маслобоек Карл Миле решил внести свой вклад в помощь прачкам всего мира. Впрочем, за пределами Германии его изобретения стали известны чуть позже, а пока, доработав конструкцию маслобойки – деревянной кадки с вращающимися лопастями, он получил довольно эффективное устройство для стирки. Стиральные машины Карла Миле стали выпускаться серийно, и потребители по достоинству оценили их преимущества. Партия устройств была привезена и в Россию, однако по назначению машины использованы не были: потребность в масле была у всех, а женский труд ценили, увы, немногие. Поэтому продукция фирмы MIELE&CIE по-прежнему ассоциировалась с маслобойками. Всего через 10 лет после этого Алва Фишер запатентовал свой вариант стиральной машины, ставший популярным под названием «электрическая прачка». А с 30-х годов эти устройства стали выходить за пределы Америки, заставляя изобретателей придумывать всё новые и новые варианты, способные конкурировать с машиной Фишера.

Сейчас производством стиральных машин занимается множество крупных корпораций и ещё не слишком известных компаний. Приспособления активаторного типа быстро сменились барабанными, а системы управления совершенствуются год от года. Теперь стиральные машины успешно выполняют свою работу практически без вмешательства человека. Компании Siemens, Bosch, Electrolux, Miele и другие представляют самые современные модели своей продукции. Помимо многочисленных режимов стирки, полоскания и даже сушки в них предусмотрены функции защиты от протечек, контроль чистоты воды, встроенные весы и даже диалоговая система общения с владельцем машины. Оценив уровень загрязнения белья, встраиваемые или отдельно стоящие стиральные машины предлагают оптимальный тип стирки, используют нужное количество порошка и ополаскивателя и отжимают в режиме, обеспечивающем дальнейшее легкое глажение. Потребителям остается лишь загрузить одежду в барабан, нажать пару кнопок и спокойно отправляться по своим делам. Любое бельё, даже из тонких и деликатных тканей, стиравшееся раньше только вручную, теперь может быть отправлено в «недра» стиральной машины совершенно безбоязненно.

1.2 Описание объекта

Внутри корпуса стиральной машины установлен бак, с закрепленным на нем электродвигателем привода барабана. На передней части бака находятся противовесы, а сам бак подвешен на двух или четырех цилиндрических пружинах, которые крепятся к упорам корпуса. К нижней части бака приварены пластины. К этим пластинам крепится электродвигатель и амортизаторы. Амортизаторы служат для уменьшения вибрации машины.

Основные узлы и агрегаты стиральной машины, а также их функции:

• 
  электромагнитный клапан - залив воды;
  
• 
  электродвигатель (мотор стирки, привод барабана) - вращение барабана;
  
• 
  крестовина бака - в ней находится подшипниковый узел, в котором вращается барабан, а сама крестовина крепится к баку;
  
• 
  ремень - передает вращение от электродвигателя к барабану;
  
• 
  сливной насос - слив воды из бака в канализацию;
  
• 
  нагревательный элемент (тэн) - нагрев воды в баке;
  
• 
  температурный датчик - контроль температуры нагрева воды;
  
• 
  электронный блок управления (электронный модуль) - вращение барабана с различными оборотами, а также реверсивное вращение барабана;
  
• 
  датчик блокировки загрузочного люка - блокировка загрузочного люка во время выполнения программ;
  
• 
  индикаторы режима работы;
  

2. Уточнение технического задания

После исследования прототипа и принципов построения разрабатываемой системы, можно внести необходимые уточнения в техническое задание:

1. 
   Себестоимость производства системы должна быть минимальной.
   

3. РАЗРАБОТКА ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СПЕЦИФИКАЦИИ
3.1 Входы

• 
  режим работы;
  
• 
  кнопка запуска(включение питания);
  
• 
  количество оборотов при отжиме;
  
• 
  датчик температуры воды;
  
• 
  датчик блокировки двери;
  

3.2 Выходы

• 
  нагревательный элемент;
  
• 
  блокировка двери;
  
• 
  индикатор режима;
  
• 
  насос;
  
• 
  двигатель;
  
• 
  клапан залива;
  

3.3 Функции

Проверка концевого датчика закрытия дверцы и блокировка/разблокировка дверцы в случае если концевой датчик замкнут;

возможность проведения стирки в одном из семи доступных режимов;

управление двигателем барабана (возможность установки одного из восьми скоростных режимов);

световая индикация текущего состояния стиральной машины (6 состояний);

управление клапаном залива воды (открытие/закрытие);

включение/выключение насоса залива воды;

управление нагревательным элементом для установления одного из двух возможных температурных режимов стирк

4. РАЗРАБОТКА ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СХЕМЫ

Функциональная схема отражает взаимодействие основных функциональных блоков устройства.


Рисунок 4.1 Функциональная схема стиральной машины

5. ВЫБОР ЭЛЕМЕНТНОЙ БАЗЫ

В целях разработки принципиальной электрической схемы устройства нужно в первую очередь выбрать элементную базу.

Выбирая датчики, запчасти и микроконтроллер, будем исходить из требований технического задания по надежности и атмосферным параметрам, а так-же из экономических соображений и соображений простоты установки и эксплуатации.

5.1 Датчик температуры воды

Накладной датчик ОВЕН дТС3225-Pt1000.В2 предназначен для измерения температуры воды в трубопроводах систем отопления и вентиляции. Датчик устанавливается на трубопровод, крепление осуществляется с помощью хомута. Для улучшения теплопроводности имеет медную пластину, изогнутую под соответствующий диаметр трубопровода. Для подключения кабеля в корпусе предусмотрено отверстие, которое закрывается заглушкой.

Технические характеристики датчика температуры воды:

• 
  Температура среды ……………………………….-50…+120^оС;
  
• 
  Тип сенсора …………………………….Pt1000PCA1.2010.10L;
  
• 
  Диаметр трубопровода:
  

• 
  Номинальный………………………………………………. 40мм;
  
• 
  Минимальный. ………………………………………………20мм;
  
• 
  Максимальный…………..ограничен только размером хомута;
  

• 
  Схема подключения…………………………….двухпроводная;
  
• 
  Степень защиты……………………………………………... IP54.
  

Габаритный чертеж:



Рис. 5.1. Накладной датчик температуры ОВЕН дТС3225-Pt1000.В2

5.2 Выбор нагревательного элемента

Трубчатые электронагреватели служат для преобразования электрической энергии в тепловую и применяются в промышленных установках и бытовых приборах. На оболочке ТЭН отсутствует напряжение, поэтому их можно эксплуатировать при непосредственном контакте с нагреваемой средой, в отличии от большинства других нагревательных элементов. ТЭНы могут быть двухконцевыми и одноконцевыми (патронными).

ТЭН (рис. 5.2.а) двухконцевой состоит из тонкостенной металлической оболочки (сталь 08 Ю или нержавеющей - сталь 12Х18Н10Т), выполненной из трубы соответствующего диаметра (8-16 мм) ,внутри размещена спираль высокого сопротивления (нихром), прикрепленная к контактному стержню. Между спиралью и трубой находится диэлектрический наполнитель, имеющий высокий коэффициент теплопроводности (периклаз). Торцы ТЭН (рис.5.2.б) герметизируются термостойким лаком, контактные стержни изолируются керамическими изоляторами.

Устройство ТЭН:

а

б

Рис. 5.2. а) ТЭН двухконцевой, б) ТЭН двухконцевой
Выберем ТЭН ARISTON .

Характеристики ТЭНА ARISTON:

• 
  ТЭН ….…………………………………………………гнутый;
  
• 
  L…..…………200 мм, с отверстием под датчик, бак пластик;
  
• 
  Номинальная мощность………………………………. 1800 W;
  
• 
  Номинальное напряжение ……………………………….220 В;
  
• 
  Цена ………………………………………………….400 рублей.
  

5.3 Выбор микроконтроллера

В настоящее время среди всех 8-разрядных микроконтроллеров - семейство MCS-51 является несомненным лидером по количеству разновидностей и компаний, выпускающих его модификации. Оно получило свое название от первого представителя этого семейства - микроконтроллера 8051, выпущенного в 1980 году на базе технологии HMOS. Удачный набор периферийных устройств, возможность гибкого выбора внешней или внутренней программной памяти и приемлемая цена обеспечили этому микроконтроллеру успех на рынке.

Важную роль в достижении такой высокой популярности семейства 8051 сыграла открытая политика фирмы Intel, родоначальницы архитектуры, направленная на широкое распространение лицензий на ядро 8051 среди большого количества ведущих полупроводниковых компаний мира.

В результате на сегодняшний день существует более 200 модификаций микроконтроллеров семейства 8051, выпускаемых почти 20-ю компаниями. Эти модификации включают в себя кристаллы с широчайшим спектром периферии: от простых 20-выводных устройств с одним таймером и 1К программной памяти до сложнейших 100-выводных кристаллов с 10-разрядными АЦП, массивами таймеров-счетчиков, аппаратными 16-разрядными умножителями и 64К программной памяти на кристалле. Каждый год появляются все новые варианты представителей этого семейства. Основными направлениями развития являются: увеличение быстродействия (повышение тактовой частоты и переработка архитектуры), снижение напряжения питания и потребления, увеличение объема ОЗУ и FLASH памяти на кристалле с возможностью внутрисхемного программирования, введение в состав периферии микроконтроллера сложных устройств типа системы управления приводами, CAN и USB интерфейсов и т.п.

Все микроконтроллеры из семейства MCS-51 имеют общую систему команд. Наличие дополнительного оборудования влияет только на количество регистров специального назначения.

Основными производителями клонов 51-го семейства в мире являются фирмы Philips, Siemens, Atmel, Dallas, Temic, Oki, AMD, MHS, Gold Star, Winbond, Silicon Systems и ряд других.

Для данной задачи – разработки блока управления стиральной машиной - микроконтроллер этого семейства является оптимальным, так как сочетает в себе большие возможности управления, необходимые для решения поставленной нами задачи. А так же при серийном выпуске данного изделия большую роль будет играть его малая стоимость и высокая надежность работы.

Для разрабатываемого устройства выберем микроконтроллер Сygnal С8051F064.

Ядро выполняет до 70% инструкций за 1-2 машинных такта. Таким образом, ядро, работающее фактически на частоте тактового генератора обеспечивает производительность 25 MIPS миллионов операций в секунду. Преимущество в производительности достигает нескольких десятков раз по сравнению с аналогами. Ядро содержит 4 шестнадцати битных таймера общего применения.

Расширенный контроллер прерываний ядра семейства С8051F0xx может обслужить 21 источник прерываний, в отличие от 7 у стандартного ядра 8051. Это позволяет повысить общую производительность системы за счет обслуживания прерываний от многочисленных аналоговых узлов и освобождения мощности процессора для основной задачи.

На кристалле имеется аналого-цифровой преобразователь ADC с разрядностью 12 бит, оснащенный программно-управляемыми входным усилителем и аналоговым мультиплексором. Для входного усилителя может быть программно установлен коэффициент усиления, равный 16, 8, 4, 2, 1 или 0,5. Аналоговый мультиплексор на 8 входов может быть настроен как однополярный или с дифференциальным входом. Аналого-цифровой преобразователь не имеет «пропущенных» кодов и имеет погрешность ±1 младший разряд. Имеется возможность генерации прерываний при изменении значения аналогового сигнала. Имеются два быстродействующих (время установления 10 мкс) цифро-аналоговых 12-разрядных преобразователя DAC с выходом по напряжению [1].

Все входы и выводы совместимы с внешними пятивольтовыми микросхемами.

В данной модели 32 линии ввода/вывода.

Микроконтроллеры C8051F0xx обладают достаточно хорошим быстродействием и относительно малой скоростью АЦП и предназначены для типовых бюджетных приложений.

Преимущества микроконтроллера SiLabs:

- хорошие характеристики встроенного АЦП - 17 разрядов эффективной разрешающей способности;

- большая производительность процессорного ядра C8051F350 по сравнению с аналогами от Analog Devices (ADuC847) и Texas Instruments (MSC1210);

- меньшее энергопотребление, маленький размер корпуса;

- низкая цена.

Ключевые характеристики, по которым микроконтроллеры SiLabs превосходят изделия других производителей: миниатюрные размеры корпуса микроконтроллеров, имеющих на борту АЦП и ЦАП; самая высокая производительность для 8-разрядных микроконтроллеров; ЦАП и АЦП на кристалле превосходят по своим характеристикам аналогичные микроконтроллеры других производителей, их можно сравнивать только с дискретными микросхемами.

Также немаловажным в выборе данного микроконтроллера фактором послужило большое количество доступной технической информации на русском языке.

В заключение отметим, что на сегодняшний день микроконтроллеры фирмы Silicon Laboratories:

1. Имеют наилучшие аналоговые подсистемы, включающие аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи, аналоговые мультиплексоры, программируемые усилители, источники опорного напряжения, масштабирующие узлы кодов аналого-цифровых и цифро-аналоговых преобразователей, аналоговые компараторы питания, линейные регуляторы напряжения и мониторы питания.

2. Имеют наиболее богатую цифровую периферию, включающую один или два последовательных интерфейса UART, интерфейсы SMBus (I2C), SPI, USB, CAN, параллельные аппаратные интерфейсы внешней памяти, охранный таймер WDT, от 3 до 6 каналов программируемого счетчика-массива PCA, расширенную систему прерываний (до 22 векторов прерываний), большой набор таймеров и тактовых генераторов. Некоторые модели имеют также аппаратные умножители чисел.

3. Микроконтроллеры фирмы SiLabs имеют максимальную производительность среди 8-разрядных х51-совместимых микроконтроллеров (от 25 до 100MIPS);

4. Все микроконтроллеры имеют малое энергопотребление (0.3-0.6 мА/MIPS) и низкое напряжение питания, от 2,7 до 3,6 В.

5. Все микроконтроллеры имеют широкий диапазон рабочих температур от -40ºС до +90ºС.

6. Микроконтроллеры выпускаются в сверхнизких малогабаритных корпусах TQFP, LQFP и MLP с размерами от 16х16 мм (TQFP-100) до 3х3 мм (MLP-11).

Таким образом, микроконтроллеры фирмы Silicon Laboratories являются идеальным выбором для широкого спектра микроконтроллерных изделий.

5.4 Выбор насоса

Сливной насос предназначен для слива воды и моющего раствора из стиральной машины или посудомоечной машины. Как правило, насос приводится в действие двигателем. В настоящее время широко используются насосы магнитного типа.

Выбор насоса обуславливается стоимостью и необходимой мощностью. Руководствуясь этими показателями, выбран сливной насос CI.F Mod.50700 фирмы Plaset (Италия) стоимостью 220 рублей.