智能電飯煲控制系統(tǒng)課程設計

1、 廣州學院課程設計說明書 智能電飯煲控制系統(tǒng)設計 院（系） 機械工程學院 專 業(yè) 機械工程及自動化 班 級 學生姓名 指導老師 2012 年1月1日 課 程 設 計 任 務 書茲發(fā)給2009級機械工程及自動化 班學生 課程設計任務書，內(nèi)容如下：1 設計題目： 智能電飯煲控制系統(tǒng)設計 2 應完成的項目： （1） 智能電飯煲控制系統(tǒng)整體方案設計 （2） 智能電飯煲控制系統(tǒng)硬件電路設計 （3） 智能電飯煲控制系統(tǒng)軟件程序設計 （4） 完成電路原理圖1張、軟件程序清單1份 3 參考資料以及說明： 1余永權.單片機與家用電器智能化技術M.北京：電子工業(yè)出版社，1995. 2李士勇.模糊控制·神

2、經(jīng)控制和智能控制論M.黑龍江：哈爾濱工業(yè)大學出版社，1998 3周鮮成.模糊電飯煲的控制原理J.株洲工學院學報，2000, 14 (6) : 35-37. 4李宇成，盧俊峰.電飯煲的模糊控制器J.北方工業(yè)大學學報，1998, 10 (3) : 85-90.4 本設計任務書于2012 年12月24日發(fā)出，應于2013年1月4日前完成，然后進行答辯。指導教師 簽發(fā) 2012 年 12 月 24 日課程設計評語：課程設計總評成績：指導教師簽字：年 月 日目 錄摘要2第一章 緒論11.1 背景及發(fā)展11.2 設計任務錯誤!未定義書簽。第二章 智能電飯煲控制系統(tǒng)整體設計方案錯誤!未定義書簽。第三章 智能

3、電飯煲控制系統(tǒng)硬件設計33.1 單片機的選擇33.2 傳感器DS18B20的簡介錯誤!未定義書簽。3.3 顯示模塊的設計53.4 鍵盤模塊的設計6 3.5 火力控制模塊73.6 電源模塊設計83.7功率調節(jié)8第四章 智能電飯煲控制系統(tǒng)軟件設計104.1主程序設計104.2子程序設計11定時功能控制流程114.2.2 加熱功能控制流程13結束語14參考文獻15附 錄16附錄1：智能電飯煲控制系統(tǒng)電路原理圖16附錄2：智能電飯煲控制系統(tǒng)軟件源程序清單17摘要本次課程設計是以AT89C52單片機為核心器件，設計了智能電飯煲控制系統(tǒng)。在當今科技發(fā)達的時代，智能科技成為了我們生活中必不可少的生活幫手，在

4、家用電器中運用智能科技可以使我們的生活更加方便。智能電飯煲的設計原則就是“方便人們的生活”。本次的課程設計是先對電飯煲的發(fā)展狀況進行了闡述，分析了電飯煲的發(fā)展趨勢，以及智能電飯煲的發(fā)展優(yōu)勢。在此基礎上，確定了本課題智能電飯煲控制系統(tǒng)整體設計方案。其次，從實用性、智能化、節(jié)約成本、環(huán)保節(jié)能等角度出發(fā)，對智能電飯煲控制系統(tǒng)的硬件、軟件進行了詳細設計。按照實現(xiàn)功能對硬件、軟件進行了功能劃分，并對各部分的原理、實現(xiàn)方法進行了詳細說明。關鍵詞：智能控制，電飯煲，單片機，傳感器第一章 緒論1.1 背景及發(fā)展 電飯煲，又稱作電鍋、電飯鍋。是利用電能轉變?yōu)閮?nèi)能的炊具，常見的電飯鍋分為保溫自動式、定時保溫式以及

5、新型的微電腦控制式三類?，F(xiàn)在已經(jīng)成為日常家用電器，電飯煲的發(fā)明縮減了很多家庭花費在煮飯上，在今天，電飯煲已經(jīng)成了家庭必備的電器之一。電飯煲最初是機械式控制，這種控制方式具有結構簡單、技術門檻低、價格便宜等優(yōu)點，但同時也有功能單一、控制方式不靈活等不足之處。近年來，隨著電子技術的發(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單的煮飯模式，將煮食這一事件細分為煮飯、煲湯、煮粥等多種任務模式，此外還具有預約定時，自動保溫及功率選擇等功能，提升了產(chǎn)品的人性化設計，使得煮食過程更加方便、快捷，滿足了人們的需求。1.2設計任務 試設計電飯煲控制器，要求可以有預約煮飯、

6、定時做飯功能、煮飯、煮粥等功率選擇具體要求如下。1.2.1 控制策略 控制系統(tǒng)支持對煮飯時間進行提前預約，定時時間到后自動進行煮飯，煮飯結束后自動轉入保溫模式。1.2.2 定時 用戶可以是電飯煲在預約時間(倒計時方式)開始工作。1.2.3 功率選擇 煮飯、煮粥時可選擇不同的功率，相對于煮飯，煮粥的功率可選擇較小。1.2.4 顯示器 本設計中選用LCD-1602作為顯示器件，用于向用戶傳遞更多的信息，包括定時時間顯示、工作模式顯示、故障提示等信息。第2章 智能電飯煲控制系統(tǒng)整體設計方案 智能電飯煲控制系統(tǒng)硬件電路按照功能可劃分為七個組成部分，即控制系統(tǒng)單片機最小系統(tǒng)工作電路、控制系統(tǒng)電源電路、按

7、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。圖一 智能電飯煲控制系統(tǒng)組成圖 第三章 系統(tǒng)硬件設計 3.1 單片機的選擇 中央處理模塊單片機芯片通過比較，選用了 AT89C521單片機來作為本系統(tǒng)的核心，圖二所示的是單片機的最小系統(tǒng)電路。圖二 智能電飯煲控制系統(tǒng)單片機最小系統(tǒng)電路 3.2傳感器DS18B20簡介 DS18B20數(shù)字溫度計是DALLAS公司生產(chǎn)的1Wire，即單總線器件，具有線路簡單，體積小的特點。因此用它來組成一個測溫系統(tǒng)，具有線路簡單，在一根通信線，可以掛很多這樣的數(shù)字溫度計，十分方便。 DS18B20是一款功能獨特的產(chǎn)品，其特點如下： (

8、1)、只要求一個端口即可實現(xiàn)通信。 (2)、在DS18B20中的每個器件上都有獨一無二的序列號。 (3)、實際應用中不需要外部任何元器件即可實現(xiàn)測溫。 (4)、測量溫度范圍在55。C到125。C之間。 (5)、數(shù)字溫度計的分辨率用戶可以從9位到12位選擇。 (6)、內(nèi)部有溫度上、下限告警設置。 DS18B20有兩種封裝形式，即TO92封裝和8-pinSOIC封裝。每種封裝的樣式及引腳排列見圖三，其引腳功能描述見表3-2。圖三DS18B20的引腳排列表3-2 DS18B20詳細引腳功能描述序號名稱引腳功能描述1GND地信號2DQ數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳。開漏單總線接口引腳。當被用著在寄生電源下，也可以

9、向器件提供電源。3VDD可選擇的VDD引腳。當工作于寄生電源時，此引腳必須接地。3.3顯示模塊設計 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，本設計中選用的字符型液晶模塊是一種用5x7點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個字、2行16個字、2行20個字等等，本設計中選用常用的2行16個字的1602液晶模塊。LCD-1602共有引腳16個，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為液晶顯示器對比度調整端，接正電源時對比度最弱，接地電源時對比度最高。 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

10、選擇指令寄存器。 第5腳：RW為讀寫信號線，高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作。當RS和RW共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當RS為低電平RW為高電平時可以讀忙信號，當RS為高電平RW為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)。 第6腳：E端為使能端，當E端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令。 第714腳：D0D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。 第1516腳：BLA(BL1)：LED背光正極。需要背光時，BLA串接一個限流電阻接VDD，BLK接地，實測該模塊的背光電流為50mA左右,一般接一個幾十歐姆的電阻。 BLK(BL2)：LED背光地端。如圖四所示。 圖四為顯示模塊電路3.4鍵盤模塊設計 該系統(tǒng)的鍵盤

11、由5個獨立鍵盤構成，包括一個中斷鍵盤單元。來完成智能電飯煲的手動控制。鍵盤的一腳接在單片機的p1.0至p1.5腳上，另外一腳接在電源地上，當有鍵盤按下時對應的鍵盤就會有一低電平送進單片機內(nèi)部。為消除觸點式按鍵開關的機械抖動，單片機內(nèi)部有程序進行消抖處理，然后確定那一個鍵盤被按下后來執(zhí)行程序完成該系統(tǒng)的指定工作。 該控制系統(tǒng)鍵盤接入電路如圖五所示。圖五 控制系統(tǒng)鍵盤輸入電路3.5火力控制模塊設計 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)需要專門設計驅動加熱盤的電路，如圖五所示 本設計中采用繼電器驅動加

12、熱盤與220V交流電源接通。 原因有二，一是繼電器具有驅動電流大，控制簡單，穩(wěn)定可靠的優(yōu)點，適合電飯煲中開關頻率不高的應用場合。二是繼電器的線圈與輸出節(jié)點之間有天然的隔離作用，無需另外添加光耦等隔離器件。 本電路中加熱盤驅動電路如圖。單片機引腳通過驅動NPN三極管間接驅動繼電器。當與之相連的單片機引腳電平為高時，三極管處于導通狀態(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。圖六 控制系統(tǒng)熱盤驅動電路 3.6 電源模

13、塊設計 本設計中，控制系統(tǒng)電源電路設計如圖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進行全波整流，變?yōu)槊}動直流，最后，該脈動直流經(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。 圖七 整流流程圖3.7 功率調節(jié)設計 本電飯煲功率調節(jié)電路，可獲得四擋火力，用以適應不同火候的要求。 電路工作原理 電路原理圖如圖九所示。調節(jié)波段開關SA的擋位，可以改變電容C1的充放電速率。利用C1兩端交流電壓通過雙向觸發(fā)二極管VD3去觸發(fā)雙向晶閘管VS導通、并改變了VS的導通角，使負載RL兩端交流電壓隨之發(fā)生變化。 發(fā)光二極管VD2

14、、VD5作為信號指示，由于導通角不同，發(fā)光亮度各異。SA置于“1”擋，VD5顯示；SA置于“4”擋，則VD2顯示；R5是限流電阻，用來保護VS。電阻R7、電容C2為吸收回路，用來吸收SA在選擋時所產(chǎn)生的干擾脈沖，否則在SA選擋過程中將對電視機、音響及其他電聲器件產(chǎn)生一定的干擾； 元器件選擇 電容C1選用0.1uF/160V，C2選0.022uF/400V(滌綸電容器)。電阻R1為56k、1/2W，R2為39k、1/4W，R3為27k、1/4W，R4為2k、1/4W，R5為47、1/2W，R6為100k、1/2W(可變)，R7為300、1/4W，R8為43k、1/2W。二極管VD1、VD4用1N

15、4004。發(fā)光二極管VD2用BT104(黃色)，VD5用BT103(綠色)。觸發(fā)二極管VD3為DB3或VR60。雙向晶閘管V5用TLC226B(3A/400V)或TLC336A(3A/600V)。波段開關SA用KZX-1-2D-11W。負載RL為交流220V/1500W(加熱盤)。 圖九 功率調節(jié)電路第4章 智能電飯煲控制系統(tǒng)軟件設計4.1 主程序設計 系統(tǒng)的軟件設計采用結構化和模塊化設計的方法，便于程序的編寫、調試和排除錯誤，同時也便于檢驗和維護。根據(jù)設計的要求和前面描述的控制器系統(tǒng)硬件設計的具體情況，單片機系統(tǒng)的軟件程序主要由以下模塊組成：初始化主程序、輸入及顯示、溫度采集、火力控制。主程

16、序流程圖如圖11所示。 圖11 主程序結構圖4.2子程序設計4.2.1 定時功能控制流程 軟件實現(xiàn)該功能的流程如圖12所示。 系統(tǒng)運行后，若按下“SET”按鍵，系統(tǒng)即可進入預設定時時間狀態(tài)，此時“時”位數(shù)值開始閃爍，表示“時”位數(shù)值處于可設定狀態(tài)。此時按下“ADD”鍵，預定時間的小時數(shù)將累加1，若按下“DEC”鍵，預定時間的小時數(shù)減1。 本控制系統(tǒng)支持最大定時12小時，當小時數(shù)超出12后會溢出為0。即置“時”位數(shù)值時，若當前示數(shù)為12，且按下“ADD”鍵，則小時數(shù)由12變?yōu)?時0分。 小時數(shù)設定完成后，按下“OK”鍵，進入設定“分”狀態(tài)，同時“分”位數(shù)值開始閃爍。此時按下“ADD”鍵，預定時間

17、的分鐘數(shù)加1，若按下“DEC”鍵，則預定時間的分鐘數(shù)減1。 若當前的分鐘數(shù)為59，且按下“ADD”鍵，則分鐘數(shù)溢出為0，同時小時數(shù)加1；若當前分鐘數(shù)為0，且按下“DEC”鍵，則分鐘數(shù)溢出為59，同時小時數(shù)減少1。 分鐘數(shù)設定完成后，再次按下“OK”鍵，系統(tǒng)則保存用戶設定的定時時間并退出定時時間設定狀態(tài)。 隨后系統(tǒng)暫停所處的工作模式，進入倒計時程序。定時時間到，系統(tǒng)自動進入預定的工作模式，或煮飯或煲湯或保溫。圖12 定時功能控制流程4.2.2 加熱功能控制流程 智能電飯煲控制系統(tǒng)對電飯煲加熱與否需要根據(jù)當前鍋內(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13所示。 控制器先通過置于蓋頂?shù)臏?/p>

18、度傳感器獲得當前鍋內(nèi)溫度，根據(jù)所處的工作模式，得到需要到達的目標溫度。若當前鍋內(nèi)溫度小于目標溫度，則控制器接通加熱盤加熱，否則斷開加熱盤，停止加熱。圖13加熱功能控制流程圖結束語 本次的電飯煲控制系統(tǒng)設計完全實現(xiàn)智能控制，包括預約煮飯、煮粥、定時做飯、煮粥、做飯功率的選擇等功能。預約和定時做飯時間可隨意調節(jié)，預約結束后自動進行相應的預約動作。 這次課程設計是對我學習微機原理及單片機課程的檢驗及實際應用能力一次提高。在編寫程序之前，我們查閱了大量的相關資料，力求做到規(guī)范清晰。編程的過程中，我們遇到了很多問題，但在同學和老師的幫助下都得到了解決。經(jīng)過兩個星期的課程設計，我得到了充分的鍛煉，不僅對單

19、片機的學習有深刻的理解，同時也增強了我們的毅力和處理突發(fā)問題的能力。課程設計是一次很好的實踐動手機會，通過這次設計，我們學會了如何將所知識學以致用。為我們的畢業(yè)設計奠定了良好的基礎。參考文獻1余永權.單片機與家用電器智能化技術M.北京：電子工業(yè)出版社，1995.2李士勇.模糊控制·神經(jīng)控制和智能控制論M.黑龍江：哈爾濱工業(yè)大學出版社，19983周鮮成.模糊電飯煲的控制原理J.株洲工學院學報，2000, 14 (6) : 35-37.4李宇成，盧俊峰.電飯煲的模糊控制器J.北方工業(yè)大學學報，1998, 10 (3) : 85-90.附 錄附錄1：智能電飯煲控制系統(tǒng)電路原理圖附錄2：智能

20、電飯煲控制系統(tǒng)軟件源程序清單CPU:AT89C51晶振：24M版本：V1.0日期：2012.03/=/#include<reg51.h>#include<intrins.h> #include<string.h> /-#define PORT P2 #define NEGATIVE10#define POSITIVE11#define Y0XFF#define N0x00#define LOW0X00#define HI0x01/讀端口數(shù)據(jù)-#define POWERON(P1&(1<<0)>>0)/p1.0#define P

21、OWEROFF(P1&(1<<1)>>1)/p1.1#define MODEL(P1&(1<<2)>>2)/p1.2#define ADD(P1&(1<<3)>>3) /P1.3#define DEC(P1&(1<<4)>>4) /P1.4#define OK(P1&(1<<5)>>5) /P1.5/寫端口數(shù)據(jù)-sbit HOT=P30;sbit workingled=P31;sbit timerled=P32;sbit banwenl

22、ed=P33;sbit baotangled=P34;sbit zhufanled=P35;sbit RS=P00; sbit RW=P01; sbit EN=P02; sbit DQ=P17; /-unsigned char code shuzidaima=0x30,0x31,0x32,0x33,0x34,0x35,0x36,0x37,0x38,0x39,0x2d,0x2b;unsigned char temp_lowbyte_unprocess; unsigned char temp_hibyte_unprocess; unsigned char temp_xiao;unsigned ch

23、ar temp_ge;unsigned char temp_shi;unsigned char temp_bai;unsigned char temp_fuhao;/-unsigned char poweron=N;unsigned char model=0;unsigned char dest_temp=0;unsigned char now_temp=255;signed int min_num=0;unsigned char timersetting_state=0;unsigned char timing_state=N;unsigned int loop=0;unsigned cha

24、r loop1=0;unsigned char loop2=0;unsigned int loop3=0;/*=子程序=*/-/函數(shù)名：delay()/-void delay() unsigned int i; for(i=0;i<=800;i+) ; /-/-/函數(shù)名：lcd_wcomd()/-void lcd_wcomd(unsigned char command) RS=0; RW=0; PORT=command; delay(); EN=1; _nop_(); EN=0; delay(); /-/函數(shù)名：lcd_wdata()/-void lcd_wdata(unsigned c

25、har dat) RS=1; RW=0; PORT=dat; delay(); EN=1; _nop_(); EN=0; delay();/-/函數(shù)名：lcd_ini()/-void lcd_init() lcd_wcomd(0x01); lcd_wcomd(0x06); lcd_wcomd(0x0c); lcd_wcomd(0x38); /-/函數(shù)名：printchar()/-void printchar(unsigned char zifu) unsigned char j,k; k=strlen(zifu); for(j=0;j<=k-1;j+) lcd_wdata(zifuj);

26、/-/函數(shù)名：display_num()/-void display_num(unsigned char shuzi_in) lcd_wdata(shuzidaimashuzi_in);/-/函數(shù)名：display_1602()/-void display_1602()lcd_wcomd(0x80+0x00);printchar("Model:");lcd_wcomd(0x80+0x07);if(timersetting_state>=1)printchar("TimerSet ");else if(model=0)printchar("

27、- - ");if(model=1)printchar("KeepWarm");if(model=2)printchar("PotSoup ");if(model=3)printchar("CookRice");/-/函數(shù)名：delay1()/-void delay1(unsigned int n) for(n;n>0;n-) ;/-/函數(shù)名：rest_1820()/-void rest_1820() DQ=0; DQ=1; delay1(77);/-/函數(shù)名：write_18b20(unsigned char xie

28、can)/-void write_18b20(unsigned char xiecan) unsigned char xie_i; for(xie_i=1;xie_i<=8;xie_i+) DQ=0; delay1(1); _nop_();_nop_(); _nop_();_nop_(); _nop_();_nop_(); _nop_(); _nop_();/DQ=1; DQ=0x01&xiecan; delay1(6); _nop_();_nop_(); _nop_();_nop_(); _nop_();_nop_(); DQ=1; _nop_();_nop_();_nop_(

29、); _nop_();_nop_(); xiecan=xiecan>>1; /-/函數(shù)名：read_18b20()/-unsigned char read_18b20()unsigned char du_i;unsigned char outdata_1820=0x00; unsigned char tmp_du=0x00; for(du_i=1;du_i<=8;du_i+) DQ=1; DQ=0; _nop_ _nop_(); DQ=1; _nop_();tmp_du=P1&0x80;tmp_du=tmp_du<<0; outdata_1820=outd

30、ata_1820|tmp_du;delay1(8);if(du_i=8)break;outdata_1820=outdata_1820>>1; return(outdata_1820);/-/函數(shù)名： readtemp_conver()/-void readtemp_conver() rest_1820(); write_18b20(0xcc); write_18b20(0x44); /-/函數(shù)名： readtemp_readdata()/-void readtemp_readdata() rest_1820(); write_18b20(0xcc); write_18b20(0x

31、be); temp_lowbyte_unprocess=read_18b20(); temp_hibyte_unprocess=read_18b20(); /-/函數(shù)名：hex_dec()/-unsigned char chazhi(unsigned char h_data) if(h_data<=0x05) if(h_data=0x00)return(0);if(h_data=0x01)return(1);if(h_data=0x02)return(2);if(h_data=0x03)return(3);if(h_data=0x04)return(4);if(h_data=0x05)r

32、eturn(5); else if(h_data<=0x0a)if(h_data=0x06)return(6);if(h_data=0x07)return(7);if(h_data=0x08)return(8);if(h_data=0x09)return(9); if(h_data=0x0a)return(10);else if(h_data=0x0b)return(11); if(h_data=0x0c)return(12); if(h_data=0x0d)return(13); if(h_data=0x0e)return(14); if(h_data=0x0f)return(15);

33、else return(0); unsigned int hex_dec(unsigned char hex_canshu) unsigned int dec_jiegou; unsigned char hex_gao,hex_di; hex_di=hex_canshu&0x0f; hex_gao=hex_canshu>>4; hex_di=chazhi(hex_di); hex_gao=chazhi(hex_gao); dec_jieguo=hex_gao*16+hex_di; return(dec_jieguo);/-/函數(shù)名：key()/-void key() if(

34、POWERON=LOW) poweron=Y; workingled=0; model=0; if(POWEROFF=LOW) poweron=N;workingled=1;model=0;if(poweron=Y) if(model>1&&now_temp>dest_temp) model=1;if(MODEL=LOW&&loop>3)model+;if(model=4)model=1;loop=0;if(ADD=LOW&&timersetting_state>=1&&loop>3) if(time

35、rsetting_state=1) min_num=min_num+60;if(min_num>720) min_num=0;if(timersetting_state=2) min_num=min_num+1;if(min_num>720) min_num=0;loop=0;if(DEC=LOW&&timersetting_state>=1&&loop>3) if(timersetting_state=1)min_num=min_num-60;if(min_num<=0) min_num=0;if(timersetting_state=2)min_n