【正文】 1 第 1 章 緒論 隨著人們的生活質(zhì)量的提高，對于健康生活的 要求也隨之提高，飲食健康 成為了人們所關(guān)注的重點(diǎn)問題 。消毒柜的誕生和普及， 適應(yīng)了人們對于健康生活 的 要求。本章就本課題的研究意義 及研究 現(xiàn)狀 等做詳細(xì)的概述。 研究 意義 臭氧技術(shù)產(chǎn)品功能強(qiáng)，產(chǎn)品新穎，屬高科技環(huán)保型產(chǎn)品，符合國家 21 世紀(jì)優(yōu)先項(xiàng)目計(jì)劃中的清潔產(chǎn)品行業(yè)，而且涉及國內(nèi)各種產(chǎn)業(yè)，潛力極大。 由于小型臭氧技術(shù)產(chǎn)品對發(fā)生器性能要求較低，由于小型臭氧技術(shù)產(chǎn)品對發(fā)生器性能要求較低，價(jià)格便宜，應(yīng)用面廣，因此從八十年代中期開始在我國迅速發(fā)展。在國內(nèi)大市場的 吸引下，在短短十幾年內(nèi)，發(fā)展了不下十幾種小型臭氧產(chǎn)品如礦泉水處理設(shè)備、臭氧管、臭氧發(fā)生器、空氣凈化器、消毒柜、消毒盒等 。 隨著人們對消毒柜的需求要求，各廠家也在相繼改進(jìn)自己的產(chǎn)品。同時(shí) 隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，消毒柜新品的高技術(shù)含量 也 體現(xiàn)在模糊邏輯化的控制、觸摸屏式面板、數(shù)碼、微電腦液晶顯示和納米等新材料的使用上?？梢哉f，家電產(chǎn)品的新技術(shù)已全面使用在消毒柜上了。 研究現(xiàn)狀 我國臭氧技術(shù)的研究及應(yīng)用起步較晚， 70 年代中期由華東化工學(xué)院、北京環(huán)保所、清華大學(xué)的水處理技術(shù)人員借鑒國外技術(shù)，進(jìn)行了試驗(yàn)性研究。 80 年代在蛋果蔬易腐食品防霉保鮮、食品加工、殺菌凈化領(lǐng)域有一定發(fā)展。 90 年代，臭氧技術(shù)進(jìn)入醫(yī)療、家電行業(yè)。到目前有機(jī)構(gòu)或企業(yè)研究生產(chǎn)、使用和研制用于水消毒、食品加工殺菌凈化、易腐儀器儲藏防霉保鮮、醫(yī)療衛(wèi)生與家庭消毒凈化等方面臭氧產(chǎn)品。但生產(chǎn)單位分解，規(guī)模小，技術(shù)力量不足，資金短缺，目前最高水平僅停留在 1kg/h 的水平。按產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域分屬國家環(huán)保局（建設(shè)部）、醫(yī)藥管理局、輕工總會等部門管理。主要部門近來陸續(xù)制定了臭氧消毒柜、家用食具消毒柜的二個行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。 從對家用電器的控制手段來看，經(jīng)歷了兩個階段，在上世紀(jì) 70 年 代到 80 年代，家用電器基本上屬于機(jī)電控制功能；進(jìn)入 90 年代，家用電器出現(xiàn)了智能化，轉(zhuǎn)向電腦控制的智能化型家電，這種智能家電一般通過微控制器（即單片機(jī)）實(shí)現(xiàn)對家電的控制操作；未來的家電將實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化， Bluetooth,HomeRF 以及 等標(biāo)準(zhǔn)的制定表明了這個趨勢。 2 單片機(jī)的產(chǎn)生，使計(jì)算機(jī)正式形成了通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的分支。在單片機(jī)產(chǎn)生之前，為了滿足工控對象的嵌入式應(yīng)用要求，只能將通用計(jì)算機(jī)進(jìn)行機(jī)械加固，電氣加 固后嵌入到對象體系（如船艦）中構(gòu)成諸如自動駕駛儀、輪機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)等。由于通用計(jì)算機(jī)的巨大體積和高成本，無法嵌入到大多數(shù)對象體系（如家用電器、汽車、機(jī)器人、儀器儀表）中。單片機(jī)則應(yīng)嵌入式應(yīng)運(yùn)而生，單片機(jī)單芯片的微小體積和極低成本，可廣泛地嵌入到如玩具、家用電器、機(jī)器人、儀器儀表、汽車電子系統(tǒng)、工業(yè)控制單元、辦公自動化設(shè)備、金融電子系統(tǒng)、艦船、個人信息終端及通信產(chǎn)品中，成為現(xiàn)代電子系統(tǒng)中最重要的智能化工具。 單片機(jī)應(yīng)用的意義絕不限于它的功能以及所帶來的經(jīng)濟(jì)效益上；更重要的意義在于，單片機(jī)的應(yīng)用正從根本上改變著傳統(tǒng)的 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)方法。從前必須由模擬電路或數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)的大部分控制功能，現(xiàn)在已能使用單片機(jī)通過軟件方法實(shí)現(xiàn)了，這種以軟件取代硬件，并能提高系統(tǒng)性能的控制技術(shù)，稱之為控制技術(shù)，這標(biāo)志著一種全新概念的建立。 消毒柜的介紹 消毒柜的種類 市 場上銷售的消毒柜品種多樣， 可根據(jù) 不同的標(biāo)準(zhǔn)劃分它們 。 按功能分 , 有單功能的和多功能的兩種。單功能消毒柜通常采用高溫或臭氧或紫外線等單一功能進(jìn)行消毒；多功能消毒柜多采用高溫、臭氧、紫外線、蒸汽、納米等不同組合方式來消毒，能夠殺滅多種病毒、細(xì)菌。 按消毒 方式分，有臭氧、紫外線臭氧、紅外線高溫、超溫蒸汽、紫外臭氧加高溫等類型。其中，臭氧、紫外線臭氧屬于超低溫消毒，消毒溫度一般在 600C 以下，適合各類餐具，特別適合于不耐高溫的塑料、玻璃制品。而紅外線高溫、超溫蒸汽、紫外臭氧加高溫屬于熱消毒或多重組合消毒方式，消毒溫度一般在 1000C 以上，消毒效果好，適合于陶瓷、不銹鋼等耐高溫制品的消毒。另有一些雙門消毒柜上面一層屬臭氧消毒，用于不耐高溫的餐具消毒；下面一層是紅外線高溫消毒，用于給耐高溫餐具消毒。 按消毒室數(shù)量分 , 有單門、單門雙層、雙門及多門消毒柜。單門消毒柜 一般只有一種消毒功能；雙門消毒柜一般為兩種或兩種以上消毒方式的組合。一般地說，單門消毒柜適用于集體飯?zhí)煤途频甑鹊牟途呦荆瑢俑邷叵?；而雙門宜為 家庭選用，因?yàn)榧彝ブ械牟途咭话憧煞譃槟透邷睾筒荒透邷貎深?，而一般的雙門柜都具有高溫和低溫消毒兩種功能。 按容積大小分 , 目前市場上主要有 30 升、 50 升、 80 升、 100 升、 150 升、 250 升、350 升等系列。作為日常家用的消毒柜，容積在 50～ 80 L、功率 600W 左右就比較適宜了。 3 按安裝方式分，有立式、臥式、壁掛式、嵌入式、落地式、臺式、開門式和抽屜式等。目前市場上 較流行與整體廚房配套的嵌入式消毒柜，這種消毒柜集食具消毒、烘干、存放于一體，非常實(shí)用。 近來市場上的消毒柜新品層出不窮，如具有 VFD 動態(tài)顯示、數(shù)碼控制、熱風(fēng)內(nèi)循環(huán)功能的康寶系列消毒碗柜；具有歐式豪華外形，采用微電腦控制，定時(shí)開關(guān)、自動除臭的老板牌消毒柜 ； 采用高新納米磁性門封材料、排氣孔特設(shè)防蟲網(wǎng)，有效杜絕二次污染的美的消毒柜等。 消毒柜的物理特性 1. 電熱食具消毒柜 指由電熱元件加熱空氣來消毒食具的食具消毒柜，如市面上常見的單門電熱型消毒柜，規(guī)定柜內(nèi)消毒溫度應(yīng)不低于 1200C，消毒時(shí)間應(yīng)不少 于 15min；電熱食具消毒柜適用于耐高溫于 1500C 以上的餐具消毒，如陶瓷類碗、盤、茶杯、木筷等。 2. 臭氧食具消毒柜 指通過臭氧發(fā)生器產(chǎn)生的臭氧來消毒食具的食具消毒柜，如市面上各種臭氧保鮮食具消毒柜，規(guī)定柜內(nèi)臭氧濃度應(yīng)不少于 ，消毒時(shí)間應(yīng)不少于 30min；臭氧食具消毒柜適用于非耐高溫類餐具的消毒，如塑料制品等。 3. 組合型食具消毒柜 指由電熱消毒室和臭氧消毒室組合而成的食具消毒柜，如市面上流行的雙門消毒柜，其結(jié)構(gòu)特征是具有一個低溫臭氧消毒室和一個高溫電熱消毒室，其上下室的要求同上述 2 條規(guī)定相同。 4. 臭氧加紫外線食具消毒柜 指由臭氧和紫外線共同作用而成的食具消毒柜，如廣東康寶牌消毒柜，特別適合于大容積消毒，臭氧產(chǎn)生的速度快，濃度分布均勻，消毒時(shí)間短。 消毒柜的工作原理 食具 消毒是利用物理或化學(xué)方法殺滅清洗過的食具中病原微生物的過程。市場上五花八門的消毒柜從功能上說，通常只有高溫消毒、臭氧消毒和紫外線消毒 3 種消毒方式，以及它們之間的組合消毒方式，比如目前市場上流行的 “上層為臭氧保潔，下層為紅外線加熱 ”的消毒方式。 1. 電熱型消毒柜 4 電熱型消毒柜是利用高溫發(fā)揮殺菌作 用。高溫對細(xì)菌有明顯的致死作用。細(xì)菌中的蛋白質(zhì)因受熱而發(fā)生變性凝固，活性消失，代謝發(fā)生障礙，導(dǎo)致死亡。 電熱型消毒柜 ,一般以乳白石英管遠(yuǎn)紅外輻射電熱元件為熱源 ,對消毒柜內(nèi)腔及其中的食 (飲 )具加熱 ,依賴 1200C 以上的高溫 ,以物理方法殺滅或消除食具上的致命微生物 ,以達(dá)到無公害的目的。 乳白石英是高輻射系數(shù)的材料，其熱慣性小，表面允許溫度高，能將輸入電能的 70%轉(zhuǎn)換為輻射能，因此，柜內(nèi)傳熱方式以熱輻射為主。紅外線對食具表面附著的水分和微生物，具有一定的穿透能力，殺菌效果好。作為能量載體的紅外線，具有類光特性。它能以光速直接入射或經(jīng)柜內(nèi)壁反射到食具表面，使消毒工作周期相對減短。紅外線是直接傳播的，被食具遮擋的部位，開成“陰影區(qū)”。 在消毒柜工作時(shí)，柜內(nèi)的空氣和食具托架也被加熱。柜內(nèi)溫度場中存在溫度梯度，形成流體密度差，產(chǎn)生流體與固體表面之間的對流換熱。同時(shí)，柜內(nèi)相接觸物體及同一物體上的不同點(diǎn)之間，因存在溫差而產(chǎn)生人傳導(dǎo)。在加熱過程中，在上述三種傳熱方式的共同作用下，使柜內(nèi)溫度逐漸趨于均勻，以消除消毒“死角”，處于“陰影區(qū)”的致病微生物也能被殺滅。 2. 臭氧消毒柜 臭氧消毒柜是利用臭氧的強(qiáng)氧化性進(jìn)行消毒。臭氧在常溫 下為帶藍(lán)色的爆炸性氣體，有特臭，為已知最強(qiáng)的氧化劑之一，是一種光譜殺菌劑。但是臭氧泄漏會危害人體健康，作業(yè)現(xiàn)場空氣中允許的閥限值為 。所以臭氧型消毒柜需在保證臭氧 在不泄漏的情況下，保持柜內(nèi)臭氧的濃度，以確保消毒效果。 它是以物理方法產(chǎn)生一定濃度的臭氧氣體，依賴生物化學(xué)反應(yīng)殺滅致病微生物。臭氧消毒作為氣相消毒，與直接照射的紫外線消毒相比，不純在“陰影區(qū)”或消毒死角，用于食具消毒的效果好。因?yàn)槌粞醴肿咏佑|細(xì)菌，才能殺菌，不僅需要一定的濃度，還需要足夠的使臭氧分子充分?jǐn)U散的時(shí)間，消毒過程具有積累性。 所以為達(dá)到預(yù)期的消毒效果，柜內(nèi)需保持一定的臭氧體積濃度及消毒時(shí)間。臭氧的殺菌能力還與濕度、溫度及壓力等空氣狀態(tài)參數(shù)有關(guān)。因此，應(yīng)視允許消毒時(shí)間長短而選用。 當(dāng)然污染程度和消毒對象是選擇臭氧發(fā)生裝置的濃度和產(chǎn)品規(guī)格的基礎(chǔ)。消毒柜一旦進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)，就由臭氧濃度建立起物理吸附、化學(xué)氧化、微生物殺滅與自然分解四方面綜合形成的消毒空間。如根據(jù)消毒對象預(yù)先設(shè)定好消毒時(shí)間，當(dāng)運(yùn)轉(zhuǎn)一個周期結(jié)束后，就可以打開柜門（此時(shí)臭氧殘留量應(yīng)不大于 ）完成整個消毒過程。 3. 組合型食具消毒柜 它是高溫殺菌與強(qiáng)氧化消毒相結(jié) 合，其消毒原理與其上 2 相同。 5 4. 臭氧加紫外線食具消毒柜 臭氧加紫外線食具消毒柜是利用紫外線和臭氧作為消毒手段的消毒柜。消毒滅菌使用的紫外燈應(yīng)是高臭氧紫外燈，紫外線的波長范圍是 200～ 275nm ，其中殺菌作用最強(qiáng)的波段是 250～ 270nm。用于消毒的紫外燈在電壓為 220V 時(shí)，輻射的 紫外線強(qiáng)度應(yīng)不低于 70μw/cm2。紫外線輻射能量低，穿透力弱，僅能殺滅直接照射到的微生物，因此消毒時(shí)必須使消毒部位充分暴露于紫外線下。紫外燈同時(shí)產(chǎn)生臭氧，也起到殺菌作用。 兩者的共同作用，使常溫消毒擴(kuò)大了 滅菌范圍，強(qiáng)化了消毒效果。 研究內(nèi)容 目前單片機(jī)在家用電器中得到了廣泛的應(yīng)用，本課題旨在通過設(shè)計(jì)基于單片機(jī)技術(shù)的消毒柜來熟悉單片機(jī)在家用電器中的應(yīng)用，從而掌握一定的單片機(jī)應(yīng)用電路的設(shè)計(jì)方法和編程技巧。綜合運(yùn)用所學(xué)知識，學(xué)會獨(dú)立分析和解決問題的能力，培養(yǎng)查閱文獻(xiàn)，計(jì)算機(jī)操作和處理以及外文解說和翻譯的能力。 第 1 章介紹了本課題的研究背景與研究內(nèi)容及消毒柜的相關(guān)信息。 第 2 章介紹了系統(tǒng)方案的選擇。 對于各法案進(jìn)行比較論證。 第 3 章介紹 了 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，主要 介紹了本 系統(tǒng) 中重要 元器件的選取 ，各個單元電路的 選擇、原理及功能。 第 4 章介紹了系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)， 主要介紹本系統(tǒng)的主程序 以及各功能模塊各完成的功能和流程圖。 第 5 章介紹 了系統(tǒng) 的軟件仿真 ，主要介紹 了 仿真軟件以及本系統(tǒng)的仿真結(jié)果。 6 第 2 章 系統(tǒng)方案的選擇 系統(tǒng)概述 該消毒柜采用臭氧消毒，具有消毒與加熱功能，適合對碗筷等進(jìn)行干燥和消毒。 臭氧消毒指示燈兩個，假設(shè)分別為 LED1， LED2；加熱指示燈兩個，假設(shè)分別為 LED3，LED4；消毒按鍵一個，假設(shè)為 A1；消毒柜照明按鍵一個，假設(shè)為 A2；門吸開關(guān)一個，假設(shè)為 K；按鍵報(bào)鳴器一個。 開機(jī)時(shí)所有的指示燈 均熄滅，按一下 A1 則 LED1 亮，臭氧發(fā)生器開始工作， 45 分鐘后， LED1 熄滅， LED2 點(diǎn)亮； 45 分鐘后， LED2 熄滅， LED3 點(diǎn)亮，臭氧消毒結(jié)束，進(jìn)入加熱干燥階段。 30 分鐘后， LED3 熄滅， LED4 點(diǎn)亮，再經(jīng)過 30 分鐘后 LED4 熄滅，整個消毒、加熱干燥過程結(jié)束。需要不同種類的消毒、加熱干燥時(shí)，可以通過按 A1 進(jìn)行選擇，每按一次 A1，點(diǎn)亮的 LED 指示燈就下移一位，只進(jìn)行余下的消毒、干燥程序。本消毒柜有四種消毒干燥程序： 1. LED1 亮：消毒 45 分鐘→ 消毒 45 分鐘→加熱 30 分鐘→加熱 30 分鐘 2. LED2 亮：消毒 45 分鐘→加熱 30 分鐘→加熱 30 分鐘 3. LED3 亮：加熱 30 分鐘→加熱 30 分鐘 4. LED4 亮：加熱 30 分鐘 用數(shù)碼管顯示消毒加熱的時(shí)間，需體現(xiàn)分鐘、秒的顯示。 A2 單獨(dú)控制，按一下 A2，點(diǎn)亮照明燈，再按一下 A2，關(guān)閉照明燈。當(dāng) A1 或 A2任何一個按下時(shí)，按鍵報(bào)鳴器都會發(fā)出“嘟”的聲音。 門吸開關(guān) K，只有當(dāng)消毒柜門關(guān)閉時(shí)臭氧發(fā)生器才能工作，防止臭氧的泄漏。如果門沒關(guān)好，則報(bào)警器將一直報(bào)警，直到將門關(guān)好為止。如果在消毒過程中，將門打開，為確保安全，蜂鳴器也將一直報(bào)警。 系統(tǒng)方案的選擇與論 證 系統(tǒng)方案的論證 方案 1：僅由硬件電路實(shí)現(xiàn)。 7 根據(jù)系統(tǒng)功能的要求，它主要由電源電路、定時(shí)電路、臭氧發(fā)生電路、加熱控制電路、顯示電路和報(bào)警電路組成。各電路都是由硬件來實(shí)現(xiàn)，不涉及到軟件的設(shè)計(jì)。原理框圖如圖 ： 圖 方案一原理框圖 方案 2：由硬件電路加軟件設(shè)計(jì)相結(jié)合實(shí)現(xiàn)。 采用單片機(jī)作為主控芯片來實(shí)現(xiàn)控制要求，通過軟、硬件相結(jié)合的方式來完成系統(tǒng)功能。原理框圖如圖 ： 圖 方案二原理框圖 系統(tǒng)方案的選擇 從本設(shè)計(jì)的功能要求和實(shí)現(xiàn)的難易