電飯煲模糊智能控制.doc

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本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 說明書 電飯煲模糊智能控制 學(xué) 院 華南理工大學(xué)廣州學(xué)院 專業(yè)班級(jí) 機(jī)械工程及其自動(dòng)化 學(xué)生姓名 朱偉江 指導(dǎo)教師 姚錫凡 提交日期 2012 年 5 月 18 日 華南理工大學(xué)廣州學(xué)院 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明 所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究 所取得的研究成果 除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外 本論文不包 含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品 對(duì)本文的研究做出 重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體 均已在文中以明確方式標(biāo)明 本人完全意識(shí)到 本聲明的法律后果由本人承擔(dān) 作者簽名 日期 年 月 日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留 使用學(xué)位論文的規(guī)定 同 意學(xué)校保留并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版 允許 論文被查閱和借閱 本人授權(quán)華南理工大學(xué)廣州學(xué)院可以將本學(xué)位論文 的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索 可以采用影印 縮印或掃 描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文 保密 在 年解密后適用本授權(quán)書 本學(xué)位論文屬于 不保密 請(qǐng)?jiān)谝陨戏娇騼?nèi)打 學(xué)位論文作者簽名 日期 年 月 日 指導(dǎo)教師簽名 日期 年 月 日 華 南 理 工 大 學(xué) 廣 州 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 論文 任 務(wù) 書 茲發(fā)給機(jī)械工程及自動(dòng)化專業(yè) 4 班學(xué)生朱偉江畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 任務(wù)書 內(nèi)容如下 1 畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 題目 電飯煲模糊智能控制 2 應(yīng)完成的項(xiàng)目 1 智能電飯煲控制系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì) 2 智能電飯煲控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 重點(diǎn) 3 智能電飯煲控制系統(tǒng)軟件程序設(shè)計(jì) 重點(diǎn) 4 在 PROTEUS 中對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真驗(yàn)證 5 完成電路原理圖 1 張 軟件程序清單 1 份 仿真效果圖數(shù)張 畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書 論文 1 份 3 參考資料以及說明 1 AT89S51 單片機(jī)原理及其應(yīng)用教材 2 單片機(jī) C 語言開發(fā)環(huán)境及使用教材 3 智能電飯煲控制原理及實(shí)現(xiàn)方法等相關(guān)資料 4 模擬電路設(shè)計(jì)技術(shù)教材 5 數(shù)字電路設(shè)計(jì)技術(shù)教材 6 PROTEUS 仿真環(huán)境使用手冊(cè) 7 單片機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用教材 4 本畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 任務(wù)書于 2011 年 12 月 20 日發(fā)出 應(yīng)于 2012 年 5 月 18 日前完成 然后提交畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 答辯委員會(huì)進(jìn)行答辯 專業(yè)教研組 系 負(fù)責(zé)人 審核 2011 年 12 月 20 日 指導(dǎo)教師 導(dǎo)師組 簽發(fā) 2011 年 12 月 20 日 畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 評(píng)語 畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 總評(píng)成績(jī) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 答辯小組負(fù)責(zé)人簽字 年 月 日 摘要 本課題以 AT89C51 單片機(jī)為核心器件 設(shè)計(jì)了智能電飯煲控制系統(tǒng) 并在 PROTEUS 環(huán)境中對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行了仿真驗(yàn)證 首先 對(duì)電飯煲的發(fā)展?fàn)顩r進(jìn)行了闡述 分析了電飯煲的發(fā)展趨勢(shì) 以及智能 電飯煲的發(fā)展優(yōu)勢(shì) 在此基礎(chǔ)上 對(duì)智能電飯煲控制系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了論證 并確定了本課題智能電飯煲控制系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案 其次 從實(shí)用性 智能化 節(jié)約成本 環(huán)保節(jié)能等角度出發(fā) 對(duì)智能電飯煲控 制系統(tǒng)的硬件 軟件進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì) 按照實(shí)現(xiàn)功能對(duì)硬件 軟件進(jìn)行了功能劃分 并對(duì)各部分的原理 實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行了詳細(xì)說明 最后 在 PROTEUS 仿真環(huán)境中對(duì)該設(shè)計(jì)進(jìn)行了仿真驗(yàn)證 仿真結(jié)果表明 基于 單片機(jī)的智能電飯煲控制系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案的可行性 軟件和硬件設(shè)計(jì)的正確性 整體效果較為滿意 關(guān)鍵詞 智能控制 電飯煲 單片機(jī) Proteus Abstract AT89C51 MCU was chosen as the core component to complete the intelligent electric cooker control system design and validated via simulation in the PROTEUS environment is Firstly the current situation of the development of electric rice cooker is addressed and electric rice cooker development trend and the development advantage of intelligent electric cooker are analyzed On this basis the intelligent electric cooker control system overall design scheme is discussed and confirmed this topic intelligent electric cooker control system overall design scheme confirmed Secondly in view of practice intelligence cost saving environmental protection and energy conservation the detailed design of the intelligent electric cooker control system hardware and software were given According to the functions hardware and software of the system was divided and principle realization method was described in detail Finally in the PROTEUS simulation environment the design was verified by simulation The simulation results show that the intelligent control scheme based on single chip microcomputer for the electric cooker is feasible software and hardware design is correct and the overall performance is satisfactory Key words Intelligent control Electric cooker Single chip microcomputer Proteus 目 錄 摘要 I ABSTRACT II 第一章 緒論 1 1 1 背景及發(fā)展 1 1 2 課題任務(wù)及意義 1 第二章 智能電飯煲控制系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案 2 2 1 智能電飯煲控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介 2 2 2 智能電飯煲控制系統(tǒng)電路組成 3 2 3 本章小結(jié) 3 第三章 智能電飯煲控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 4 3 1 控制系統(tǒng)單片機(jī)最小系統(tǒng)工作電路 4 3 1 1 AT89C51 單片機(jī)的引腳及其排列 4 3 1 2 AT89C51 單片機(jī)時(shí)鐘電路 6 3 1 3 AT89C51 單片機(jī)復(fù)位電路 7 3 1 4 控制系統(tǒng)單片機(jī)最小系統(tǒng)電路設(shè)計(jì) 8 3 2 控制系統(tǒng)電源電路 9 3 2 1 穩(wěn)壓器件 78L05 簡(jiǎn)介 9 3 2 2 電源電路設(shè)計(jì) 11 3 3 按鍵輸入電路 11 3 3 1 按鍵分類 11 3 3 2 按鍵結(jié)構(gòu)與特點(diǎn) 11 3 3 3 按鍵輸入電路設(shè)計(jì) 12 3 4 溫度傳感器電路 13 3 4 1 DS18B20 簡(jiǎn)介 13 3 4 2 DS18B20 的使用方法 14 3 4 3 溫度傳感器電路設(shè)計(jì) 16 3 5 LED 狀態(tài)指示電路 16 3 5 1 LED 簡(jiǎn)介 16 3 5 2 狀態(tài)指示電路設(shè)計(jì) 17 3 6 LCD 顯示電路 17 3 6 1 LCD 1602 簡(jiǎn)介 18 3 6 2 LCD 顯示電路設(shè)計(jì) 18 3 7 電飯鍋加熱電路 19 3 8 本章小結(jié) 20 第四章 智能電飯煲控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 21 4 1 軟件整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 21 4 2 子程序設(shè)計(jì) 22 4 2 1 系統(tǒng)工作模式控制流程 22 4 2 2 定時(shí)功能控制流程 23 4 2 3 加熱功能控制流程 25 4 3 本章小結(jié) 26 第五章 智能電飯煲控制系統(tǒng)的仿真驗(yàn)證 27 5 1 本章小結(jié) 30 結(jié)束語 31 致 謝 32 參考文獻(xiàn) 33 附 錄 34 附錄 1 智能電飯煲控制系統(tǒng)電路原理圖 34 附錄 2 智能電飯煲控制系統(tǒng)軟件源程序清單 35 第一章 緒論 1 1 背景及發(fā)展 在科學(xué)技術(shù)進(jìn)步 日新月異的今天 節(jié)能 高效 環(huán)保的觀念逐漸深入人心 人們對(duì)家電智能化的要求也越來越高 在今天 電飯煲已經(jīng)成了家庭必備的電器之 一 電飯煲最初是機(jī)械式控制 這種控制方式具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 技術(shù)門檻低 價(jià)格便 宜等優(yōu)點(diǎn) 但同時(shí)也有功能單一 控制方式不靈活等不足之處 自從 1965 年美國(guó)的控制論專家 L A Zadeh 教授創(chuàng)立了模糊集合論以來 將模糊 集合理論運(yùn)用于自動(dòng)控制而形成的模糊控制理論 在近年得到了迅速的發(fā)展 隨著 計(jì)算機(jī)及其相關(guān)技術(shù)的發(fā)展 模糊控制也由最初的經(jīng)典模糊控制發(fā)展到自適應(yīng)模糊 控制 專家模糊控制和基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自學(xué)習(xí)模糊控制 近年來 隨著電子技術(shù)的 發(fā)展 元器件的制造成本不斷下降 電飯煲也迎來了智能化的春天 智能電飯煲修 改過去功能簡(jiǎn)單的煮飯模式 將煮食這一事件細(xì)分為煮飯 煲湯 煮粥等多種任務(wù) 模式 此外還具有預(yù)約定時(shí) 自動(dòng)保溫等功能 提升了產(chǎn)品的人性化設(shè)計(jì) 使得煮 食過程更加方便 快捷 滿足了人們的需求 1 2 課題任務(wù)及意義 本課題是以 AT89C51 單片機(jī)為核心控制器件 對(duì)智能電飯煲控制系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè) 計(jì) 并在 PROTEUS 環(huán)境中對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行了仿真驗(yàn)證 本設(shè)計(jì)將電飯煲的煮食這一過程細(xì)分為煮飯 煲湯 保溫等多種工作模式 控 制系統(tǒng)可對(duì)電飯煲的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè) 并以此靈活調(diào)節(jié)火力大小 自動(dòng)完成煮食 過程 控制系統(tǒng)支持對(duì)煮飯時(shí)間進(jìn)行提前預(yù)約 定時(shí)時(shí)間到后自動(dòng)進(jìn)行煮飯 煮飯 結(jié)束后自動(dòng)轉(zhuǎn)入保溫模式 此系統(tǒng)提高了電飯煲煮食自動(dòng)化水平 提升了產(chǎn)品的人 性化設(shè)計(jì) 使電飯煲具有 煮飯好吃 預(yù)約定時(shí) 多種功能 三大特點(diǎn) 滿足了人 們不斷增長(zhǎng)的物質(zhì)文化需求 第二章 智能電飯煲控制系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案 2 1 智能電飯煲控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介 該控制系統(tǒng)是以單片機(jī)為核心控制器件 結(jié)合按鍵 溫度傳感器等輸入電路 以及加熱 狀態(tài)指示等輸出電路 實(shí)現(xiàn)對(duì)電飯煲的智能控制 該系統(tǒng)可使電飯煲工作在 保溫 煲湯 煮飯 三種工作模式 每種工作 模式下 控制系統(tǒng)結(jié)合蓋頂溫度傳感器 自動(dòng)調(diào)整火力大小 并將電飯煲限制在設(shè) 定的最高溫度之內(nèi) 煮飯結(jié)束后自動(dòng)轉(zhuǎn)入保溫狀態(tài) 控制系統(tǒng)結(jié)合單片機(jī)的定時(shí)功能 可對(duì)煮食時(shí)間進(jìn)行預(yù)約設(shè)定 設(shè)定時(shí)間到后 自動(dòng)轉(zhuǎn)入預(yù)定的工作模式進(jìn)行煮飯 控制系統(tǒng)可結(jié)合 LED 實(shí)時(shí)指示電飯煲工作狀態(tài) 結(jié)合 LCE 液晶顯示器可顯示 更多信息 包括定時(shí)時(shí)間 工作狀態(tài) 故障報(bào)警等信息 智能電飯煲控制系統(tǒng)控制面板設(shè)計(jì)如圖 2 1 所示 主要包括顯示屏 狀態(tài)指示 輸入按鍵等幾部分 該控制系統(tǒng)使電飯煲提高了自動(dòng)化 智能化 人性化設(shè)計(jì)水平 具有操作方便 安全可靠的特點(diǎn) 顯示屏 O N O F F M O D E L O K 智能電飯煲 顯示屏 電源 定時(shí) 保溫 煲湯 煮飯 圖 2 1 智能電飯煲控制系統(tǒng)操作面板效果圖 2 2 智能電飯煲控制系統(tǒng)電路組成 該控制系統(tǒng)主要由電源電路 單片機(jī)輸入電路 單片機(jī)輸出電路三類電路組成 如圖 2 2 所示 電源電路將 220V 交流電轉(zhuǎn)為直流 5V 作為控制系統(tǒng)的電源 單片機(jī)輸入電路有按鍵輸入電路 頂蓋溫度傳感器輸入電路 復(fù)位電路以及時(shí) 鐘電路 單片機(jī)輸出電路包括 LCD 顯示電路 LED 工作狀態(tài)指示電路以及用于電飯煲 加熱的加熱電路 A T 8 9 C 5 1 單片機(jī) 按鍵操作輸入電路 頂蓋溫度傳感器 復(fù)位電路 時(shí)鐘電路 2 2 0 V A C D C 5 V 電源 L C D 顯示電路 L E D 工作狀態(tài)指示電路 加熱電路 圖 2 2 智能電飯煲控制系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)圖 2 3 本章小結(jié) 本章從整體出發(fā) 首先確定電飯煲的模糊智能控制系統(tǒng)由單片機(jī)為核心控制器 件 結(jié)合按鍵 溫度傳感控制器等硬件設(shè)計(jì)電飯煲實(shí)現(xiàn) 保溫 煲湯 煮 飯 等功能 第三章 智能電飯煲控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 智能電飯煲控制系統(tǒng)硬件電路按照功能可劃分為七個(gè)組成部分 即控制系統(tǒng)單 片機(jī)最小系統(tǒng)工作電路 控制系統(tǒng)電源電路 按鍵輸入電路 溫度傳感器電路 LED 狀態(tài)指示電路 LCD 顯示電路以及電飯鍋加熱電路 3 1 控制系統(tǒng)單片機(jī)最小系統(tǒng)工作電路 本設(shè)計(jì)選用 AT89C51 單片機(jī)作為核心控制芯片 AT89C51 是 一 種 帶 4K 字 節(jié) 閃 存 可 編 程 可 擦 除 只 讀 存 儲(chǔ) 器 FPEROM 的 低 電 壓 高 性 能 CMOS 8 位 微 處 理 器 俗 稱 單 片 機(jī) 單 片 機(jī) 的 可 擦 除 只 讀 存 儲(chǔ) 器 可 以 反 復(fù) 擦 除 1000 次 該 器 件 采 用 ATMEL 高 密 度 非 易 失 存 儲(chǔ) 器 制 造 技 術(shù) 制 造 與 工 業(yè) 標(biāo) 準(zhǔn) 的 MCS 51 指 令 集 和 輸 出 管 腳 相 兼 容 由 于 將 多 功 能 8 位 CPU 和 閃 爍 存 儲(chǔ) 器 組 合 在 單 個(gè) 芯 片 中 因 此 AT89C51 是 一 種 高 效 微 控 制 器 AT89C 單 片 機(jī) 為 很 多 嵌 入 式 控 制 系 統(tǒng) 提 供 了 一 種 靈 活 性 高 且 價(jià) 廉 的 方 案 本 設(shè) 計(jì) 選 擇 AT89C51 單 片 機(jī) 作 為 智 能 電 飯 煲 控 制 系 統(tǒng) 核 心 控 制 芯 片 兼 顧 了 經(jīng) 濟(jì) 性 和 實(shí) 用 性 的 需 求 3 1 1 AT89C51 單片機(jī)的引腳及其排列 AT89C51 具 有 40 只 引 腳 其 中 32 個(gè) 是 可 編 程 輸 入 輸 出 口 AT89C51 有 三 種 封 裝 形 式 即 PLCC TQFP 和 PDIP 三 種 其 中 最 為 常 見 的 封 裝 是 PDIP 其 外 形 及 引 腳 配 置 如 圖 3 1 所 示 VCC 供 電 電 壓 GND 接 地 P0 口 P0 口 為 一 個(gè) 8 位 漏 級(jí) 開 路 雙 向 I O 口 每 引 腳 可 吸 收 8TTL 門 電 流 當(dāng) P0 口 的 管 腳 第 一 次 寫 1 時(shí) 被 定 義 為 高 阻 輸 入 P0 能 夠 用 于 外 部 程 序 數(shù) 據(jù) 存 儲(chǔ) 器 它 可 以 被 定 義 為 數(shù) 據(jù) 地 址 的 第 八 位 在 FIASH 編 程 時(shí) P0 口 作 為 原 碼 輸 入 口 當(dāng) FIASH 進(jìn) 行 校 驗(yàn) 時(shí) P0 輸 出 原 碼 此 時(shí) P0 外 部 必 須 被 拉 高 P1 口 P1 口 是 一 個(gè) 內(nèi) 部 提 供 上 拉 電 阻 的 8 位 雙 向 I O 口 P1 口 緩 沖 器 能 接 收 輸 出 4TTL 門 電 流 P1 口 管 腳 寫 入 1 后 被 內(nèi) 部 上 拉 為 高 可 用 作 輸 入 P1 口 被 外 部 下 拉 為 低 電 平 時(shí) 將 輸 出 電 流 這 是 由 于 內(nèi) 部 上 拉 的 緣 故 在 FLASH 編 程 和 校 驗(yàn) 時(shí) P1 口 作 為 第 八 位 地 址 接 收 P2 口 P2 口 為 一 個(gè) 內(nèi) 部 上 拉 電 阻 的 8 位 雙 向 I O 口 P2 口 緩 沖 器 可 接 收 圖 3 1 AT89C51PDIP 封 裝 外 形 及 其 引 腳 輸 出 4 個(gè) TTL 門 電 流 當(dāng) P2 口 被 寫 1 時(shí) 其 管 腳 被 內(nèi) 部 上 拉 電 阻 拉 高 且 作 為 輸 入 并 因 此 作 為 輸 入 時(shí) P2 口 的 管 腳 被 外 部 拉 低 將 輸 出 電 流 這 是 由 于 內(nèi) 部 上 拉 的 緣 故 當(dāng) P2 口 用 于 外 部 程 序 存 儲(chǔ) 器 或 16 位 地 址 外 部 數(shù) 據(jù) 存 儲(chǔ) 器 進(jìn) 行 存 取 時(shí) P2 口 輸 出 地 址 的 高 八 位 在 給 出 地 址 1 時(shí) 它 利 用 內(nèi) 部 上 拉 優(yōu) 勢(shì) 當(dāng) 對(duì) 外 部 八 位 地 址 數(shù) 據(jù) 存 儲(chǔ) 器 進(jìn) 行 讀 寫 時(shí) P2 口 輸 出 其 特 殊 功 能 寄 存 器 的 內(nèi) 容 P2 口 在 FLASH 編 程 和 校 驗(yàn) 時(shí) 接 收 高 八 位 地 址 信 號(hào) 和 控 制 信 號(hào) P3 口 P3 口 管 腳 是 8 個(gè) 有 內(nèi) 部 上 拉 電 阻 的 雙 向 I O 口 可 接 收 輸 出 4 個(gè) TTL 門 電 流 當(dāng) P3 口 寫 入 1 后 它 們 被 內(nèi) 部 上 拉 為 高 電 平 并 用 作 輸 入 作 為 輸 入 由 于 外 部 下 拉 為 低 電 平 P3 口 將 輸 出 電 流 ILL 這 是 由 于 上 拉 的 緣 故 P3 口 同 時(shí) 為 閃 爍 編 程 和 編 程 校 驗(yàn) 接 收 一 些 控 制 信 號(hào) RST 復(fù) 位 輸 入 當(dāng)輸入的復(fù)位信號(hào)延續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平時(shí)即為有 效 用以完成單片機(jī)的復(fù)位初始化操作 ALE PROG 當(dāng) 訪 問 外 部 存 儲(chǔ) 器 時(shí) 地 址 鎖 存 允 許 的 輸 出 電 平 用 于 鎖 存 地 址 的 地 位 字 節(jié) 在 FLASH 編 程 期 間 此 引 腳 用 于 輸 入 編 程 脈 沖 在 平 時(shí) ALE 端 以 不 變 的 頻 率 周 期 輸 出 正 脈 沖 信 號(hào) 此 頻 率 為 振 蕩 器 頻 率 的 1 6 因 此 它 可 用 作 對(duì) 外 部 輸 出 的 脈 沖 或 用 于 定 時(shí) 目 的 然 而 要 注 意 的 是 每 當(dāng) 用 作 外 部 數(shù) 據(jù) 存 儲(chǔ) 器 時(shí) 將 跳 過 一 個(gè) ALE 脈 沖 如 想 禁 止 ALE 的 輸 出 可 在 SFR8EH 地 址 上 置 0 此 時(shí) ALE 只 有 在 執(zhí) 行 MOVX MOVC 指 令 是 ALE 才 起 作 用 另 外 該 引 腳 被 略 微 拉 高 如 果 微 處 理 器 在 外 部 執(zhí) 行 狀 態(tài) ALE 禁 止 置 位 無 效 PSEN 外 部 程 序 存 儲(chǔ) 器 的 選 通 信 號(hào) 在 由 外 部 程 序 存 儲(chǔ) 器 取 指 令 期 間 每 個(gè) 機(jī) 器 周 期 兩 次 PSEN 有 效 但 在 訪 問 外 部 數(shù) 據(jù) 存 儲(chǔ) 器 時(shí) 這 兩 次 有 效 的 PSEN 信 號(hào) 將 不 出 現(xiàn) EA VPP 當(dāng) EA 保 持 低 電 平 時(shí) 則 在 此 期 間 外 部 程 序 存 儲(chǔ) 器 有 效 不 管 是 否 有 內(nèi) 部 程 序 存 儲(chǔ) 器 注 意 加 密 方 式 1 時(shí) EA 將 內(nèi) 部 鎖 定 為 RESET 當(dāng) EA 端 保 持 高 電 平 時(shí) 此 間 內(nèi) 部 程 序 存 儲(chǔ) 器 有 效 在 FLASH 編 程 期 間 此 引 腳 也 用 于 施 加 12V 編 程 電 源 VPP XTAL1 反 向 振 蕩 放 大 器 的 輸 入 及 內(nèi) 部 時(shí) 鐘 工 作 電 路 的 輸 入 XTAL2 來 自 反 向 振 蕩 器 的 輸 出 振 蕩 器 特 性 XTAL1 和 XTAL2 分 別 為 反 向 放 大 器 的 輸 入 和 輸 出 該 反 向 放 大 器 可 以 配 置 為 片 內(nèi) 振 蕩 器 石 晶 振 蕩 和 陶 瓷 振 蕩 均 可 采 用 如 采 用 外 部 時(shí) 鐘 源 驅(qū) 動(dòng) 器 件 XTAL2 應(yīng) 不 接 有 余 輸 入 到 內(nèi) 部 時(shí) 鐘 信 號(hào) 要 通 過 一 個(gè) 二 分 頻 觸 發(fā) 器 因 此 對(duì) 外 部 時(shí) 鐘 信 號(hào) 的 脈 寬 無 任 何 要 求 但 必 須 保 證 脈 沖 的 高 低 電 平 要 求 的 寬 度 3 1 2 AT89C51 單片機(jī)時(shí)鐘電路 XTAL1 和 XTAL2 分 別 為 反 向 放 大 器 的 輸 入 和 輸 出 該 反 向 放 大 器 可 以 配 置 為 片 內(nèi) 振 蕩 器 石 晶 振 蕩 和 陶 瓷 振 蕩 均 可 采 用 如 采 用 外 部 時(shí) 鐘 源 驅(qū) 動(dòng) 器 件 XTAL2 應(yīng) 不 接 有 余 輸 入 接 至 內(nèi) 部 時(shí) 鐘 信 號(hào) 要 通 過 一 個(gè) 二 分 頻 觸 發(fā) 器 因 此 對(duì) 外 部 時(shí) 鐘 信 號(hào) 的 脈 寬 無 任 何 要 求 但 必 須 保 證 脈 沖 的 高 低 電 平 要 求 的 寬 度 電 路 結(jié) 構(gòu) 如 圖 3 2 所 示 XTAL2 XTAL1 AT89C 51 C1 C2 CYS XTAL2 XTAL1 AT89C 51 5V VSS TTL 外部時(shí)鐘源 圖 3 2 AT89C51 時(shí)鐘電路 3 1 3 AT89C51 單片機(jī)復(fù)位電路 AT89C51 單片機(jī)的復(fù)位引腳為施密特出發(fā)輸入 當(dāng)振蕩器起振以后 在 RST 引 腳上輸入連續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期的高電平 器件便進(jìn)入復(fù)位狀態(tài) 根據(jù) AT89C51 的復(fù)位 特性 設(shè)計(jì)復(fù)位電路如圖 3 3 所示 圖 3 3 AT89C51 單片機(jī)復(fù)位電路 電路中將 C1 R1 串聯(lián)后接入 RST 引腳 在上電之初 電容通過電阻充電 在復(fù) 位引腳上出現(xiàn)充電的正脈沖 只要正脈沖寬度足夠?qū)?就可以使單片機(jī)復(fù)位 本設(shè) 計(jì)中單片機(jī)選用 24M 晶振 故復(fù)位電路中選用 10uf 電容和 10K 電阻可以滿足 AT89C51 的復(fù)位要求 3 1 4 控制系統(tǒng)單片機(jī)最小系統(tǒng)電路設(shè)計(jì) 根據(jù)以上分析 本設(shè)計(jì)中單片機(jī)最小系統(tǒng)如圖 3 4 所示 復(fù)位電路采用較為常用且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的阻容復(fù)位電路 可為 AT89C51 單片機(jī)提供 大于 10ms 的高電平復(fù)位脈沖 時(shí)鐘電路采用外接晶振方式 由一只 24M 晶振和 2 只 30pf 電容組成的振蕩電路 由于 P0 口的特殊結(jié)構(gòu) 本電路中 PO 口中部分接口線是用于數(shù)據(jù)輸出 故本設(shè) 計(jì)中采用 10K 電阻作為上拉電阻 圖 3 4 智能電飯煲控制系統(tǒng)單片機(jī)最小系統(tǒng)電路 3 2 控制系統(tǒng)電源電路 智能電飯煲控制系統(tǒng)需要 5V 直流供電電源 本設(shè)計(jì)中 5V 電源由 220V 交流電 源變壓 整流 穩(wěn)壓后得到 其中 核心期間為三端穩(wěn)壓器件 78L05 3 2 1 穩(wěn)壓器件 78L05 簡(jiǎn)介 7805 是常用的三端穩(wěn)壓器件 顧名思義 05 就是輸出電壓為 5V 7805 輸出波紋 很小 其輸出電源品質(zhì)能滿足大多數(shù)器件需求 穩(wěn)壓器的工作指標(biāo)是指穩(wěn)壓器能夠正常工作的工作區(qū)域 以及保證正常工作所 必須的工作條件 這些工作參數(shù)取決于構(gòu)成穩(wěn)壓器的組件性能 1 輸出電壓范圍 符合穩(wěn)壓器工作條件情況下 穩(wěn)壓器能夠正常工作的輸出電壓范圍 該指標(biāo)的 上限是由最大輸入電壓和最小輸入 輸出電壓差所規(guī)定 而其下限由穩(wěn)壓器內(nèi)部的基 準(zhǔn)電壓值決定 2 最大輸入 輸出電壓差 該指標(biāo)表征在保證穩(wěn)壓器正常工作條件下穩(wěn)壓器所允許的最大輸入 輸出之間 的電壓差值 其差值主要取決于于穩(wěn)壓器內(nèi)部調(diào)整晶體管的耐壓指標(biāo) 3 最小輸入 輸出電壓差 該指標(biāo)表征在保證穩(wěn)壓器正常工作條件下 穩(wěn)壓器所需的最小輸入 輸出之間 的電壓差值 4 輸出負(fù)載電流范圍 輸出負(fù)載電流范圍又稱為輸出電流范圍 在這一電流范圍內(nèi) 穩(wěn)壓器應(yīng)能保證符合 指標(biāo)規(guī)范征所給出的指標(biāo) 三端固定集成穩(wěn)壓電路的輸出電壓是固定的 常用的是 CW7800 CW7900 系列 W7800 系列輸出正電壓 其輸出電壓有 5 6 7 8 9 10 12 15 18 20 和 24V 共 11 個(gè)檔次 該系列的輸出電流分 5 檔 7800 系列是 1 5A 78M00 是 0 5A 78 L00 和是 0 1 A 78T00 是 3A 78H00 是 5A W7900 系列與 W7800 系列所不同的是 輸出電壓為負(fù)值 三端穩(wěn)壓器的工作原理與前述串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電源的工作原理基本相同 只有 三個(gè)引出端子 輸入 輸出和公共端 輸入端接整流濾波電路 輸出端接負(fù)載 公 共端接輸入 輸出的公共連接點(diǎn) 為使它工作穩(wěn)定 在輸入和輸出端與公共端之間 并接一個(gè)電容 使用三端穩(wěn)壓器時(shí)注意一定要加散熱器 否則是不能工作到額定電 流 7805 的典型應(yīng)用電路如圖 3 5 所示 在其輸入端口和輸出端口分別有 0 33uf 0 1uf 的無極性電容 以優(yōu)化輸出電源品質(zhì) 圖 3 5 7805 典型應(yīng)用電路 3 2 2 電源電路設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)中 控制系統(tǒng)電源電路設(shè)計(jì)如圖 3 6 所示 220V 交流電源由 J1 接入電路 后經(jīng)變壓器 T1 將 220V 降壓為 8 5V 交流電壓 該低交流電壓經(jīng) N1 進(jìn)行全波整流 變?yōu)槊}動(dòng)直流 最后 該脈動(dòng)直流經(jīng)過低壓差穩(wěn) 壓芯片 78L05 穩(wěn)定為紋波系數(shù)較小的 5V 直流電源 圖 3 6 控制系統(tǒng)電源電路 3 3 按鍵輸入電路 3 3 1 按鍵分類 按鍵按照結(jié)構(gòu)原理可分為兩類 一類是觸點(diǎn)式開關(guān)按鍵 如機(jī)械式開關(guān) 導(dǎo)電 橡膠式開關(guān)等 另一類是無觸點(diǎn)式開關(guān)按鍵 如電氣式按鍵 磁感應(yīng)按鍵等 前者 造價(jià)低 后者壽命長(zhǎng) 目前 微機(jī)系統(tǒng)中最常見的是觸點(diǎn)式開關(guān)按鍵 本設(shè)計(jì)中采用觸點(diǎn)式開關(guān)按鍵 其電路原理圖常見符號(hào)如圖 3 7 所示 圖 3 7 觸點(diǎn)式開關(guān)按鍵 3 3 2 按鍵結(jié)構(gòu)與特點(diǎn) 鍵盤通常使用機(jī)械觸點(diǎn)式按鍵開關(guān) 其主要功能是把機(jī)械上的通斷轉(zhuǎn)換成為電 氣上的邏輯關(guān)系 也就是說 它能提供標(biāo)準(zhǔn)的 TTL 邏輯電平 以便與通用數(shù)字系統(tǒng) 的邏輯電平相容 機(jī)械式按鍵再按下或釋放時(shí) 由于機(jī)械彈性作用的影響 通常伴隨有一定時(shí)間 的觸點(diǎn)機(jī)械抖動(dòng) 然后其觸點(diǎn)才穩(wěn)定下來 其抖動(dòng)過程如下圖所示 抖動(dòng)時(shí)間的長(zhǎng) 短與開關(guān)的機(jī)械特性有關(guān) 一般為 5 10ms 圖 3 8 為觸點(diǎn)式按鍵開關(guān)機(jī)械抖動(dòng)示意圖 圖 3 8 觸點(diǎn)式按鍵開關(guān)機(jī)械抖動(dòng)示意圖 在觸點(diǎn)抖動(dòng)期間檢測(cè)按鍵的通與斷狀態(tài) 可能導(dǎo)致判斷出錯(cuò) 即按鍵一次按下 或釋放被錯(cuò)誤地認(rèn)為是多次操作 這種情況是不允許出現(xiàn)的 為了克服按鍵觸點(diǎn)機(jī) 械抖動(dòng)所致的檢測(cè)誤判 必須采取去抖動(dòng)措施 這一點(diǎn)可從硬件 軟件兩方面予以 考慮 在鍵數(shù)較少時(shí) 可采用硬件去抖 當(dāng)按鍵數(shù)較多時(shí) 采用軟件去抖 單片機(jī) 工作時(shí)有外接鍵盤輸入信號(hào) 當(dāng)檢測(cè)到有哪一個(gè)鍵被按下時(shí) 單片機(jī)內(nèi)部執(zhí)行相應(yīng) 的工作程序 3 3 3 按鍵輸入電路設(shè)計(jì) 該系統(tǒng)的鍵盤由 5 個(gè)獨(dú)立鍵盤構(gòu)成 包括一個(gè)中斷鍵盤單元 來完成智能電飯 煲的手動(dòng)控制 鍵盤的一腳接在單片機(jī)的 p1 0 至 p1 5 腳上 另外一腳接在電源地 上 當(dāng)有鍵盤按下時(shí)對(duì)應(yīng)的鍵盤就會(huì)有一低電平送進(jìn)單片機(jī)內(nèi)部 為消除觸點(diǎn)式按 鍵開關(guān)的機(jī)械抖動(dòng) 單片機(jī)內(nèi)部有程序進(jìn)行消抖處理 然后確定那一個(gè)鍵盤被按下 后來執(zhí)行程序完成該系統(tǒng)的指定工作 該控制系統(tǒng)鍵盤接入電路如圖 3 9 所示 圖 3 9 控制系統(tǒng)鍵盤輸入電路 3 4 溫度傳感器電路 3 4 1 DS18B20 簡(jiǎn)介 DS18B20 數(shù)字溫度計(jì)是 DALLAS 公司生產(chǎn)的 1 Wire 即單總線器件 具有線路 簡(jiǎn)單 體積小的特點(diǎn) 因此用它來組成一個(gè)測(cè)溫系統(tǒng) 具有線路簡(jiǎn)單 在一根通信 線 可以掛很多這樣的數(shù)字溫度計(jì) 十分方便 DS18B20 是一款功能獨(dú)特的產(chǎn)品 其特點(diǎn)如下 1 只要求一個(gè)端口即可實(shí)現(xiàn)通信 2 在 DS18B20 中的每個(gè)器件上都有獨(dú)一無二的序列號(hào) 3 實(shí)際應(yīng)用中不需要外部任何元器件即可實(shí)現(xiàn)測(cè)溫 4 測(cè)量溫度范圍在 55 C 到 125 C 之間 5 數(shù)字溫度計(jì)的分辨率用戶可以從 9 位到 12 位選擇 6 內(nèi)部有溫度上 下限告警設(shè)置 DS18B20 有兩種封裝形式 即 TO 92 封裝和 8 pinSOIC 封裝 每種封裝的樣式 及引腳排列見圖 3 10 其引腳功能描述見表 3 1 圖 3 10 DS18B20 的引腳排列 表 3 1 DS18B20 詳細(xì)引腳功能描述 序號(hào) 名稱 引腳功能描述 1 GND 地信號(hào) 2 DQ 數(shù)據(jù)輸入 輸出引腳 開漏單 總線接口引腳 當(dāng)被用著在 寄生電源下 也可以向器件 提供電源 3 VDD 可選擇的 VDD 引腳 當(dāng)工 作于寄生電源時(shí) 此引腳必 須接地 3 4 2 DS18B20 的使用方法 由于 DS18B20 采用的是 1 Wire 總線協(xié)議方式 即在一根數(shù)據(jù)線里實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的 雙向傳輸 而對(duì) AT89S51 單片機(jī)來說 硬件上并不支持單總線協(xié)議 因此 我們必 須采用軟件的方法來模擬單總線的協(xié)議時(shí)序來完成對(duì) DS18B20 芯片的訪問 由于 DS18B20 是在一根 I O 線上讀寫數(shù)據(jù) 因此 對(duì)讀寫的數(shù)據(jù)位有著嚴(yán)格的 時(shí)序要求 DS18B20 有嚴(yán)格的通信協(xié)議來保證各位數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性和完整性 該 協(xié)議定義了幾種信號(hào)的時(shí)序 初始化時(shí)序 讀時(shí)序 寫時(shí)序 所有時(shí)序都是將主機(jī) 作為主設(shè)備 單總線器件作為從設(shè)備 而每一次命令和數(shù)據(jù)的傳輸都是從主機(jī)主動(dòng) 啟動(dòng)寫時(shí)序開始 如果要求單總線器件回送數(shù)據(jù) 在進(jìn)行寫命令后 主機(jī)需啟動(dòng)讀 時(shí)序完成數(shù)據(jù)接收 數(shù)據(jù)和命令的傳輸都是低位在先 1 DS18B20 的復(fù)位時(shí)序如圖 3 11 所示 圖 3 11 DS18B20 的復(fù)位時(shí)序 2 DS18B20 的讀時(shí)序如圖 3 12 所示 對(duì)于 DS18B20 的讀時(shí)序分為讀 0 時(shí)序和讀 1 時(shí)序兩個(gè)過程 對(duì)于 DS18B20 的讀時(shí)隙是從主機(jī)把單總線拉低之后 在 15 秒之內(nèi)就得釋放單總 線 以讓 DS18B20 把數(shù)據(jù)傳輸?shù)絾慰偩€上 DS18B20 在完成一個(gè)讀時(shí)序過程 至少 需要 60us 才能完成 圖 3 12 DS18B20 的讀時(shí)序 3 DS18B20 的寫時(shí)序 對(duì)于 DS18B20 的寫時(shí)序仍然分為寫 0 時(shí)序和寫 1 時(shí)序兩個(gè)過程 如圖 3 13 所示 圖 3 13 DS18B20 的寫時(shí)序 對(duì)于 DS18B20 寫 0 時(shí)序和寫 1 時(shí)序的要求不同 當(dāng)要寫 0 時(shí)序時(shí) 單總線要被 拉低至少 60us 保證 DS18B20 能夠在 15us 到 45us 之間能夠正確地采樣 IO 總線上 的 0 電平 當(dāng)要寫 1 時(shí)序時(shí) 單總線被拉低之后 在 15us 之內(nèi)就得釋放單總線 3 4 3 溫度傳感器電路設(shè)計(jì) 根據(jù) DS18B20 溫度傳感器的特點(diǎn) 本設(shè)計(jì)中將溫度傳感器電路設(shè)計(jì)為圖 3 14 樣式 采用電源直接為 DS18B20 供電的方式 為增強(qiáng)對(duì) DS18B20 的讀寫能力 減少 通信傳輸錯(cuò)誤 設(shè)置 R7 作為上拉電阻 圖 3 14 溫度傳感器電路 3 5 LED 狀態(tài)指示電路 本設(shè)計(jì)中 LED 狀態(tài)指示電路用于實(shí)時(shí)指示智能電飯煲的工作狀態(tài) 3 5 1 LED 簡(jiǎn)介 LED 亦即發(fā)光二極管 是利用化合物材料制成 PN 結(jié)的光電器件 它具有 PN 結(jié) 結(jié)型器件的電學(xué)特性 即 I V 特性 I V 特性是表征 LED 芯片 PN 結(jié)制備性能主要參數(shù) LED 的 I V 特性具有非線性 整流性質(zhì) 單向?qū)щ娦?即外加正偏壓表現(xiàn)低接觸電阻 反之為高接觸電阻 一般 LED 的 I V 特性曲線如圖 3 15 所示 具有以下特點(diǎn) 1 正向死區(qū) a 點(diǎn)對(duì)于 V0 為開啟電壓 當(dāng) V Va 時(shí) 外加電場(chǎng)尚克服不少 因載流子擴(kuò)散而形成勢(shì)壘電場(chǎng) 此時(shí) R 很大 開啟電壓對(duì)于不同 LED 其值不同 GaAs 為 1V 紅色 GaAsP 為 1 2V GaP 為 1 8V GaN 為 2 5V 2 正向工作區(qū) 電流 IF 與外加電壓呈指數(shù)關(guān)系 IF IS e qVF KT 1 IS 為 反向飽和電流 V 0 時(shí) V VF 的正向工作區(qū) IF 隨 VF 指數(shù)上升 3 反向死區(qū) V 0 時(shí) PN 結(jié)加反偏壓 V VR 時(shí) 反向漏電流 IR V 5V 時(shí) GaP 為 0V GaN 為 10uA 4 反向擊穿區(qū) V VR VR 稱為反向擊穿電壓 VR 電壓對(duì)應(yīng) IR 為反向漏電 流 當(dāng)反向偏壓一直增加使 V R 時(shí) 則出現(xiàn) IR 突然增加而出現(xiàn)擊穿現(xiàn)象 由于所 用化合物材料種類不同 各種 LED 的反向擊穿電壓 VR 也不同 圖 3 15 LED 的 I V 特性 3 5 2 狀態(tài)指示電路設(shè)計(jì) 根據(jù) LED 的 I V 特性可知 LED 一旦充分導(dǎo)通電流將會(huì)急劇增大 因此使用過 程中需對(duì) LED 增加限流電阻 狀態(tài)指示電路設(shè)計(jì)如圖 3 16 所示 圖中共有五只 LED 指示燈 分別標(biāo)志智能電飯煲的電源開關(guān)狀態(tài) 定時(shí)狀態(tài) 以及保溫 煲湯 煮飯 三種工作模式 其中 R9 至 R13 為限流電阻 其值選取為 5 1K 圖 3 16 控制系統(tǒng)狀態(tài)指示電路 3 6 LCD 顯示電路 本設(shè)計(jì)中選用 LCD 1602 作為顯示器件 用于向用戶傳遞更多的信息 包括定時(shí) 時(shí)間顯示 工作模式顯示 故障提示等信息 3 6 1 LCD 1602 簡(jiǎn)介 液晶顯示器以其微功耗 體積小 顯示內(nèi)容豐富 超薄輕巧的諸多優(yōu)點(diǎn) 本設(shè) 計(jì)中選用的字符型液晶模塊是一種用 5x7 點(diǎn)陣圖形來顯示字符的液晶顯示器 根據(jù) 顯示的容量可以分為 1 行 16 個(gè)字 2 行 16 個(gè)字 2 行 20 個(gè)字等等 本設(shè)計(jì)中選用 常用的 2 行 16 個(gè)字的 1602 液晶模塊 LCD 1602 共有引腳 16 個(gè) 各引腳的功能如下 第 1 腳 VSS 為地電源 第 2 腳 VDD 接 5V 正電源 第 3 腳 V0 為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端 接正電源時(shí)對(duì)比度最弱 接地電源時(shí) 對(duì)比度最高 第 4 腳 RS 為寄存器選擇 高電平選擇數(shù)據(jù)寄存器 低電平時(shí)選擇指令寄存器 第 5 腳 RW 為讀寫信號(hào)線 高電平時(shí)進(jìn)行讀操作 低電平時(shí)進(jìn)行寫操作 當(dāng) RS 和 RW 共同為低電平時(shí)可以寫入指令或者顯示地址 當(dāng) RS 為低電平 RW 為高電平時(shí)可 以讀忙信號(hào) 當(dāng) RS 為高電平 RW 為低電平時(shí)可以寫入數(shù)據(jù) 第 6 腳 E 端為使能端 當(dāng) E 端由高電平跳變成低電平時(shí) 液晶模塊執(zhí)行命令 第 7 14 腳 D0 D7 為 8 位雙向數(shù)據(jù)線 第 15 16 腳 BLA BL1 LED 背光正極 需要背光時(shí) BLA 串接一個(gè)限流電阻接 VDD BLK 接 地 實(shí)測(cè)該模塊的背光電流為 50mA 左右 一般接一個(gè)幾十歐姆的電阻 BLK BL2 LED 背光地端 3 6 2 LCD 顯示電路設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)中 LCD 顯示電路設(shè)計(jì)如圖 3 17 所示 P0 0 于 LCD 1602 的寄存器選擇端 RS 連接 P0 1 與 LCD 1602 的讀寫選擇端 RW 連接 P0 2 和 LCD 1602 的使能端 E 連接 P2 口作為并行數(shù)據(jù)端口分別于 LCD 1602 的 D0 D7 引腳相連 由于 P0 口是準(zhǔn)輸入輸出口 內(nèi)部沒有上拉電阻 故需在 P0 0 P0 3 引腳上添加 上拉電阻 本電路中選用 10K 上拉電阻 即圖中的 R3 R5 圖 3 17 LCD 顯示電路設(shè)計(jì) 3 7 電飯鍋加熱電路 電飯煲采用加熱盤作為加熱部件 加熱盤需要直接與 220V 交流電壓相連接 而且功率一般在 1500 瓦以上 因此其工作電流也比較大 因此控制系統(tǒng)需要專門設(shè) 計(jì)驅(qū)動(dòng)加熱盤的電路 如圖 3 18 所示 圖 3 18 加熱盤 本設(shè)計(jì)中采用繼電器驅(qū)動(dòng)加熱盤與 220V 交流電源接通 原因有二 一是繼電器具有驅(qū)動(dòng)電流大 控制簡(jiǎn)單 穩(wěn)定可靠的優(yōu)點(diǎn) 適合電 飯煲中開關(guān)頻率不高的應(yīng)用場(chǎng)合 二是繼電器的線圈與輸出節(jié)點(diǎn)之間有天然的隔離 作用 無需另外添加光耦等隔離器件 本電路中加熱盤驅(qū)動(dòng)電路如圖 3 19 所示 單片機(jī)引腳通過驅(qū)動(dòng) NPN 三極管間接 驅(qū)動(dòng)繼電器 當(dāng)與之相連的單片機(jī)引腳電平為高時(shí) 三極管處于導(dǎo)通狀態(tài) 繼電器 線圈中有電流流過 從而觸電吸合 電路中將繼電器觸點(diǎn)通過插接器件引出 方便 將加熱盤與電源串接起來 其中 R8 為限流電阻 阻值定為 3 3K D1 為二極管 在此電路中起到對(duì)繼電 器線圈續(xù)流作用 避免線圈感生高電壓擊穿三極管 圖 3 19 控制系統(tǒng)熱盤驅(qū)動(dòng)電路 3 8 本章小結(jié) 本章主要設(shè)計(jì)電飯煲的模糊智能控制系統(tǒng)的硬件 智能電飯煲控制系統(tǒng)硬件電 路按照功能可劃分為七個(gè)組成部分 即控制系統(tǒng)單片機(jī)最小系統(tǒng)工作電路 控制系 統(tǒng)電源電路 按鍵輸入電路 溫度傳感器電路 LED 狀態(tài)指示電路 LCD 顯示電路以 及電飯鍋加熱電路 其中還對(duì) AT89C51 單片機(jī)的引腳功能進(jìn)行細(xì)致分析 第四章 智能電飯煲控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 4 1 軟件整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 電飯煲模糊智能控制系統(tǒng)軟件整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖 4 1 所示 開始 對(duì)電飯煲工作模式 加熱控制 L C D 工作方式等初始化 控制溫度傳感器進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換及數(shù)據(jù)讀取 對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理 輸出顯示工作模式 溫度等信息 按鍵掃描及處理 模式切換控制 加熱控制 循環(huán) 定時(shí)時(shí)間累計(jì)及其處理 圖 4 1 主程序結(jié)構(gòu)圖 由主程序流程圖可以看出 單片機(jī)開始運(yùn)行后首先進(jìn)行控制系統(tǒng)的初始化操作 初始化操作包括對(duì)電飯煲初始工作狀態(tài) 加熱狀態(tài) 以及 LCD 1602 的工作方式進(jìn)行 設(shè)置 本設(shè)計(jì)中 系統(tǒng)上電運(yùn)行后 智能電飯煲工作狀態(tài)被初始化為保溫模式 LCD 1602 初始化為兩行十六字符無光標(biāo)顯示的工作模式 初始化工作完成后 程序進(jìn)入 main 循環(huán)函數(shù) 在該函數(shù)中 程序依次調(diào)用多 項(xiàng)子程序 分時(shí)對(duì)系統(tǒng)的各項(xiàng)輸入輸出進(jìn)行處理 Main 函數(shù)中處理的內(nèi)容包括 控制傳感器進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換及數(shù)據(jù)讀取 對(duì)讀入 的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行處理 輸出顯示工作模式溫度等信息 按鍵掃描及處理 定時(shí)時(shí)間 累計(jì)及處理 模式切換控制 加熱控制等幾項(xiàng)內(nèi)容 4 2 子程序設(shè)計(jì) 4 2 1 系統(tǒng)工作模式控制流程 智能電飯煲有保溫 煲湯 煮飯四種工作模式 每種模式分別對(duì)應(yīng)不同的控制 方法以及控制溫度 如圖 4 2 所示用軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)電飯煲工作模式的控制與自動(dòng)切換 按下 M O D E L 保溫模式 煲湯模式 煮飯模式 溫度到達(dá) 6 5 度 溫度到達(dá) 9 8 度 溫度到達(dá) 1 1 0 度 初始化操作 按下 M O D E L 按下 M O D E L 圖 4 2 系統(tǒng)工作模式控制流程 如圖 4 2 所示 系統(tǒng)工作后電飯煲首先進(jìn)入保溫模式 之后每當(dāng) MODEL 按鍵 按下一次 工作狀態(tài)就會(huì)切換一次 狀態(tài)的切換次序是 保溫模式 煲湯模式 煮飯模式 保溫模式 在保溫模式下 電飯煲溫度將會(huì)被控制在 65 攝氏度 當(dāng)溫度低于 65 攝氏度時(shí) 控制系統(tǒng)自動(dòng)接通加熱盤電路進(jìn)行加熱 當(dāng)溫度低于 65 攝氏度時(shí) 控制系統(tǒng)斷開加 熱盤電路 停止加熱 因此可將電飯煲鍋內(nèi)溫度控制在 65 攝氏度 在煲湯模式下 當(dāng)鍋內(nèi)溫度高于 98 攝氏度時(shí) 控制系統(tǒng)自動(dòng)斷開加熱盤電路 停止加熱 之后自動(dòng)轉(zhuǎn)入保溫工作模式 在煮飯模式下 鍋內(nèi)溫度高于 110 攝氏度時(shí) 控制系統(tǒng)斷開熱盤電路停止加熱 自動(dòng)轉(zhuǎn)入保溫工作模式 4 2 2 定時(shí)功能控制流程 本設(shè)計(jì)中智能電飯煲控制系統(tǒng)支持用戶預(yù)約定時(shí) 定時(shí)時(shí)間到后電飯煲自動(dòng)進(jìn) 入用戶預(yù)先設(shè)定的工作模式 進(jìn)行煮飯 煲湯或者保溫 定時(shí)時(shí)間可設(shè)定在 0 至 12 小時(shí)之間的任意數(shù)值 軟件實(shí)現(xiàn)該功能的流程如圖 4 3 所示 系統(tǒng)運(yùn)行后 若按下 SET 按鍵 系統(tǒng)即可進(jìn)入預(yù)設(shè)定時(shí)時(shí)間狀態(tài) 此時(shí) 時(shí) 位數(shù)值開始閃爍 表示 時(shí) 位數(shù)值處于可設(shè)定狀態(tài) 此時(shí)按下 ADD 鍵 預(yù)定時(shí) 間的小時(shí)數(shù)將累加 1 若按下 DEC 鍵 預(yù)定時(shí)間的小時(shí)數(shù)減 1 本控制系統(tǒng)支持最大定時(shí) 12 小時(shí) 當(dāng)小時(shí)數(shù)超出 12 后會(huì)溢出為 0 即置 時(shí) 位數(shù)值時(shí) 若當(dāng)前示數(shù)為 12 且按下 ADD 鍵 則小時(shí)數(shù)由 12 變?yōu)?0 時(shí) 0 分 小時(shí)數(shù)設(shè)定完成后 按下 OK 鍵 進(jìn)入設(shè)定 分 狀態(tài) 同時(shí) 分 位數(shù)值 開始閃爍 此時(shí)按下 ADD 鍵 預(yù)定時(shí)間的分鐘數(shù)加 1 若按下 DEC 鍵 則預(yù) 定時(shí)間的分鐘數(shù)減 1 若當(dāng)前的分鐘數(shù)為 59 且按下 ADD 鍵 則分鐘數(shù)溢出為 0 同時(shí)小時(shí)數(shù)加 1 若當(dāng)前分鐘數(shù)為 0 且按下 DEC 鍵 則分鐘數(shù)溢出為 59 同時(shí)小時(shí)數(shù)減少 1 分鐘數(shù)設(shè)定完成后 再次按下 OK 鍵 系統(tǒng)則保存用戶設(shè)定的定時(shí)時(shí)間并退 出定時(shí)時(shí)間設(shè)定狀態(tài) 隨后系統(tǒng)暫停所處的工作模式 進(jìn)入倒計(jì)時(shí)程序 定時(shí)時(shí)間到 系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)入 預(yù)定的工作模式 或煮飯或煲湯或保溫 進(jìn)入預(yù)約時(shí)間設(shè)定狀態(tài) 可設(shè)定 時(shí) 且 時(shí) 位數(shù)字閃爍提示 按下 S E T O K 進(jìn)入設(shè)定 分 狀態(tài) 且 分 數(shù)字 閃爍提示 時(shí) 位數(shù)值增加 1 減少 1 按下 A D D 鍵 D E C 鍵 一次 按下 S E T O K 分 位數(shù)值增加 1 減少 1 按下 A D D 鍵 D E C 鍵 一次 開始 保存設(shè)定數(shù)值 并退出設(shè)定狀態(tài) 按下 S E T O K 定時(shí)時(shí)間到 進(jìn)入預(yù)設(shè)工作模式 倒計(jì)時(shí)程序 是 否 圖 4 3 定時(shí)功能控制流程 4 2 3 加熱功能控制流程 智能電飯煲控制系統(tǒng)對(duì)電飯煲加熱與否需要根據(jù)當(dāng)前鍋內(nèi)溫度以及所處的工作 模式做出選擇 其軟件控制流程如圖 4 4 所示 控制器先通過置于蓋頂?shù)臏囟葌鞲衅鳙@得當(dāng)前鍋內(nèi)溫度 根據(jù)所處的工作模式 得到需要到達(dá)的目標(biāo)溫度 若當(dāng)前鍋內(nèi)溫度小于目標(biāo)溫度 則控制器接通加熱盤加 熱 否則斷開加熱盤 停止加熱 開始 當(dāng)前溫度 目標(biāo)溫度 停止加熱 結(jié)束 是 否 是 否 圖 4 4 加熱功能控制流程圖 4 3 本章小結(jié) 本章主要是電飯煲的模糊智能控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 單片機(jī)開始運(yùn)行后首先進(jìn) 行控制系統(tǒng)的初始化操作 初始化操作包括對(duì)電飯煲初始工作狀態(tài) 加熱狀態(tài) 以 及 LCD 1602 的工作方式進(jìn)行設(shè)置 隨后進(jìn)行系統(tǒng)控制設(shè)計(jì) 令電飯煲實(shí)現(xiàn)有保溫 煲湯 煮飯和定時(shí)四種工作模式 第五章 智能電飯煲控制系統(tǒng)的仿真驗(yàn)證 PROTEUS 是英國(guó) Labcenter Electronics 公司研發(fā)的多功能 EDA 軟件 是目前 最先進(jìn)的單片機(jī)和嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真平臺(tái) 它真正實(shí)現(xiàn)了在計(jì)算機(jī)上完成從 原理圖與電路設(shè)計(jì) 電路分析與仿真 單片機(jī)代碼調(diào)試與仿真 系統(tǒng)測(cè)試與功能驗(yàn) 證到形成 PCB 的完成的電子設(shè)計(jì) 研發(fā)過程 在設(shè)計(jì)智能電飯煲控制系統(tǒng)過程中 利用 PROTEUS 仿真開發(fā)平臺(tái)縮短了軟 硬 件開發(fā)時(shí)間 使設(shè)計(jì)變得更容易 一方面 在設(shè)計(jì)之初利用 PROTEUS 的仿真驗(yàn)證功 能對(duì)系統(tǒng)的硬件原理圖進(jìn)行了仿真驗(yàn)證 調(diào)整了一些不足之處 使得硬件設(shè)計(jì)更加 合理 另一方面 在軟件設(shè)計(jì)過程中 根據(jù)仿真結(jié)果不斷調(diào)整軟件源程序 明顯縮 短了軟件設(shè)計(jì)時(shí)間 此外 利用 PROTEUS 檢驗(yàn)了設(shè)計(jì)效果 包括以下兩點(diǎn) 1 對(duì)控制系統(tǒng)硬件原理設(shè)計(jì)進(jìn)行了仿真驗(yàn)證 包括對(duì)復(fù)位電路 時(shí)鐘電路 按鍵輸入電路 LED 狀態(tài)指示電路 LCD 信息顯示電路以及加熱盤驅(qū)動(dòng)電路的驗(yàn)證 2 對(duì)控制系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)功能進(jìn)行了驗(yàn)證 包括預(yù)約定時(shí)功能 自動(dòng)保溫功能 信息輸出指示功能 狀態(tài)指示功能等 仿真結(jié)果表明 智能電飯煲控制系統(tǒng)達(dá)到了預(yù)期的各種設(shè)計(jì)效果 圖 5 1 Proteus 仿真整體效果圖 圖 5 2 保溫工作模式 圖 5 3 煲湯工作模式 圖 5 4 煮飯工作模式 圖 5 5 定時(shí)設(shè)置狀態(tài) 5 1 本章小結(jié) 本章主要利用 PROTEUS 軟件對(duì)前面設(shè)計(jì)的電飯煲的模糊智能控制系統(tǒng)電路圖進(jìn)行 仿真驗(yàn)證 其中包括整體仿真效果 保溫工作模式 煲湯工作模式 煮飯工作模式 定時(shí)設(shè)置狀態(tài)的仿真 結(jié)束語 本課題設(shè)計(jì)了基于 PROTEUS 仿真的電飯煲的模糊智能控制系統(tǒng) 文章在第一章概述部分簡(jiǎn)述了有關(guān)智能電飯煲的背景知識(shí)和發(fā)展現(xiàn)狀 同時(shí)說 明了本課題設(shè)計(jì)的目的和意義 在第二章介紹了智能電飯煲的控制系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方 案 在文章的第三章和第四章 分別詳細(xì)介紹了智能電飯煲控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和 軟件設(shè)計(jì) 文章在最后在 PROTEUS 環(huán)境中對(duì)所設(shè)計(jì)的智能電飯煲控制系統(tǒng)進(jìn)行了仿 真驗(yàn)證 結(jié)果表明 智能電飯煲控制系統(tǒng)各個(gè)部分全部達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)效果 但本設(shè)計(jì)也存在不足之初 比如由于條件的限制 難以對(duì)設(shè)計(jì)加以實(shí)物驗(yàn)證 對(duì)設(shè)計(jì)效果的驗(yàn)證僅停留在通過實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證的方法上 用應(yīng)到實(shí)際生產(chǎn)中可能會(huì)出 現(xiàn)這樣或那樣的問題 致 謝 經(jīng)過了幾個(gè)月的努力 現(xiàn)在終于完成了這個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì) 今天之所以能夠順利地 按時(shí)完成和指導(dǎo)老師和同學(xué)的幫助是分不開的 首先 要感謝感謝我的指導(dǎo)老師 他嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致 一絲不茍的作風(fēng)一直是我工作 學(xué)習(xí)中的榜樣 他循循善誘的教導(dǎo)和不拘一格的思路給予我無盡的啟迪 篇幅所限 不便把各位恩師一一列舉出來 表達(dá)我的感激之情 在此對(duì)電氣其他專業(yè)老師一并 表示感謝 各位老師鮮明地個(gè)性特點(diǎn)和人格魅力將是我回憶中的大學(xué)生涯重要的組 成部分 其次 感謝我的朋友們 從不同的地方來到這個(gè)陌生的城市里 是你們和我共 同維系著彼此之間兄弟般的感情 最后 感謝我的父母 焉得諼草 言樹之背 養(yǎng)育之恩 無以回報(bào) 你們永遠(yuǎn) 健康快樂是我最大的心愿 在這份畢業(yè)論文即將完成之際 我的心情無法平靜 從開始進(jìn)入課題到論文的 順利完成 有多少可敬的師長(zhǎng) 同學(xué) 朋友給了我無言的幫助 在這里請(qǐng)接受我誠(chéng) 摯的謝意 不積跬步 無以至千里 這次畢業(yè)論文能夠最終順利完成 歸功于各 位老師的認(rèn)真負(fù)責(zé) 使我能夠很好的掌握專業(yè)知識(shí) 并在畢業(yè)論文中得以體現(xiàn) 也 正是你們長(zhǎng)期不懈的支持和幫助才使得我的畢業(yè)論文最終順利完成 再次感謝在設(shè)計(jì)中幫助過我的那些老師和同學(xué)們 參考文獻(xiàn) 1 郁有文 傳感器原理及工程應(yīng)用 M 西安 西安電子科技大學(xué)出版社 2006 2 松井邦彥 傳感器實(shí)用電路設(shè)計(jì)與制作 M 北京 科學(xué)出版社 2009 3 謝自美 電子線路設(shè)計(jì) 實(shí)驗(yàn) 測(cè)試 M 武漢 華中科技大學(xué)出版 2010 4 彭介華 電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo) M 北京 高等教育出版社 2008 5 華成英 童詩(shī)白 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ) 第四版 M 北京 高等教育出版社 2006 6 康華光 電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字部分 第五版 M 北京 高等教育出版社 2010 7 李群芳 單片微型計(jì)算機(jī)與接口技術(shù) 第二版 M 北京 電子工業(yè)出版社 2005 8 蔣立培 單片危機(jī)系統(tǒng)使用教程 M 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 2004 9 凌玉華 單片機(jī)原理及應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì) M 長(zhǎng)沙 中南大學(xué)出版社 2006 10 王瓊 單片機(jī)原理及應(yīng)用實(shí)踐教程 M 合肥 合肥工業(yè)大學(xué)出版社 2005 11 劉丹 例說 8051 M 北京 人民郵電出版社 2011 12 余永權(quán) 單片機(jī)與家用電器智能化技術(shù) M 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100 16V C5 100 16V Vin 1 GND 2Vo ut 3 N2 78L0 5 12J1 CON2 SET OKDECADDMODEL P1 0 1 P1 1 2 P1 2 3 P1 3 4 P1 4 5 P1 5 6 P1