智能电饭煲的主要设计原理.doc

引 言电饭煲作为传统的厨房家电，发展至今，家家厨房差不多都摆上一个，对于这种持有率极高的产品，厂家的唯一策略就是运用新技术生产新产品，电饭煲技术已经从机械、电子控制、转入微电脑智能化控制阶段，数字技术、电磁技术也将纷纷应用到了电饭煲的更新换代产品中。而今，智能电饭煲不仅在市场将占据主导地位，而且前景一片光明，因此我们选择智能电饭煲的开发。1 电饭煲智能控制工作原理该设计为电饭煲智能控制，其工作原理为以AT89C51为控制核心，带有定时功能的实时时钟为基础，和光耦进行电气隔离来完成单片机对大功率高电压进行控制。工作原理图如图1：显示电路AT89C51按键电路上电复位电路晶振电路电源电路220V控制电路机械控制电路光耦光耦 图1系统工作原理图2 电源电路硬件构成该设计电源电路有7805和7812俩个稳压管组成，系统电源如图3所示 图3系统工作电源电路由该电源电路提供+5V和+12V电压。+5V为单片机，光耦器和74LS245等提供工作电压。交流和直流可直接输入，使用范围广泛。3 显示电路 数码管显示电路工作原理1. 7段LED数码显示器俗称“数码管”，其工作原理是将要显示的十进制数码分成7段，每段为一个发光二极管，利用不同发光段组合来显示不同的数字。图4（a）上图所示为数码管的外形结构。 图4 7段显示器LED的外形图及二极管的连接方式数码管中的7个发光二极管有共阴极和共阳极两种接法,分别如图4(a)、(b)所示，图中的发光二极管ag用于显示十进制码的10个数字09，h用于显示小数点。从图中可以看出，对于共阴极的显示器，某一段接高电平时发光；对于共阳极的显示器，某一段接低电平时发光，使用时每个二极管要串联一个约100的限流电阻。前已述及，7段数码管是利用不同发光段组合来显示不同的数字。以共阴极显示器为例，若a、b、c、d、g各段接高电平，则对应的各段发光，显示出十进制数字3；若b、c、f、g各段接高电平，则显示十进制数字4。ag组合成为7位代码，要显示的数字一般首先转换成为7段码，然后驱动7段数码管显示。LED显示器的特点是：清晰悦目、工作电压低（1.53V），BS202每段最大驱动电流约为10mA，体积小、寿命长（大于100KH）、响应速度快（1100ns）、颜色丰富(有红、绿、黄等色)、工作可靠。Led工作显示数字码型如图5下表所示：段码位 D7 D6 D5 D4 D6 D2 D1 D0 显示段 pd g f e d e b a 字型 共阳极段码 共阴极段码 字型 共阳极段码 0 C0H 3FH 9 90H 1 F9H 06H A 88H 2 A4H 5BM B 83H 3 B0H 4FH C C6H 4 99H 66H D A1H 5 92H 6DH E 86H 6 82H 7DH F 84H 7 F8H 07H 空白 FFH 8 80H 7FH P 8CH 图5 Led工作显示数字码型2. LED数码显示器的接口方法与电路 （1）LED数码显示的接口方法。单片机与LED数码显示器有以硬件为主和以软件为主的两种接口方法，以硬件为主的接口方法，这种接口方法的电路如图6所示：单片机51驱动电路 图 6 led数码管常用驱动电路（2） LED数码显示器的接口电路。 实际使用的LED数码显示器位数较多。为降低成本，大部分以软件为主的接口方法对于多位LED数码管显示器，通常采用动态扫描显示方法，即逐个循环点亮各位显示器。这样虽然在任一时期只有一位显示器被点亮，但是由于人眼有视觉残留效应，看起来与全部显示持续点亮的效果基本一样（在亮度上要有差别）。3. 驱动器 LED显示是单片机控制产品中常见的应用。使用LED模块,这种模块中带有LED显示管和LED驱动电路,用起来较方便。 一般用户直接采用单片机+LED驱动器+LED显示管的方式, 现在我们向大家推荐一种经常使用的LED驱动器74ls245，它作为共阴数码管的驱动器，用单片机口端直接进行片选，而共阳数码管的驱动器则是74ls245。它们都是集成电路组件。2.2.2 该系统数码管显示电路硬件构成如图7所示 图7 数码管显示电路该系统显示电路由四个数码管和驱动芯片74LS245构成，如图7所示。所要显示的数据有p0口送出，经74LS245提高驱动能力之后直接接在数码管的a到dp口线端，四个数码管的片选有p2口低电平进行片选，从而完成显示电路的工作，使系统更具有可视化操作。4 功率控制电路4.1单片机控制大功率电路工作原理单片机控制输出电压和电流都很小，不能驱动高电压和大功率用电器，用机械性开关不便于集成和自动化智能控制。为了避免机械接触开关的缺点，本系统选用以可控硅为主体的完全光电隔离的中间驱动电路。可控硅是大功率开关型半导体器件。能在高电压、大电流条件下工作，具有无器械接触、体积小、便于安装等优点，广泛应用于电力电子设备中。光电隔离保证了系统的安全性和外界电压波动对系统的影响。系统工作电路如图8所示：单片机光耦驱动器高电压大功率负载 图8 功率控制电路4.2 单片机控制大功率电路硬件构成如图9所示 图9 功率控制电路该设计功率控制部分由如图9完成。P2.0和p2.1各控制一个光耦器，当单片机内部完成预定的时间时此两个端口会产生两个低电压使moc1和moc2两个光耦工作，moc1控制220V电压的导通，当光耦1工作时4、6脚成低阻状态，内部的过零检测电路使光耦输出一个高电压来触发双向可控硅使其导通，在一直保持高电平的同时双向可控硅一直工作来完成对电饭煲的电源打开。Rk3和ck为滤波电路，减少高压对双向可控硅影响。另一个光耦控制机械部分的工作，使电饭煲的工作开关打开。从而来控制电饭煲的实时控制。5 电饭煲智能控制及其附属电路i. 键盘电路工作原理及构成1.键盘分类按键按照结构原理可分为两类，一类是触点式开关按键，如机械式开关、导电橡胶式开关等；另一类是无触点式开关按键，如电气式按键，磁感应按键等。前者造价低，后者寿命长。目前，微机系统中最常见的是触点式开关按键。2. 按键结构与特点 微机键盘通常使用机械触点式按键开关，其主要功能是把机械上的通断转换成为电气上的逻辑关系。也就是说，它能提供标准的TTL逻辑电平，以便与通用数字系统的逻辑电平相容。 机械式按键再按下或释放时，由于机械弹性作用的影响，通常伴随有一定时间的触点机械抖动，然后其触点才稳定下来。其抖动过程如下图所示，抖动时间的长短与开关的机械特性有关，一般为510ms。模拟状态如图 图10模拟开关状态 在触点抖动期间检测按键的通与断状态，可能导致判断出错，即按键一次按下或释放被错误地认为是多次操作，这种情况是不允许出现的。为了克服按键触点机械抖动所致的检测误判，必须采取去抖动措施。这一点可从硬件、软件两方面予以考虑。在键数较少时，可采用硬件去抖，而当键数较多时，采用软件去抖。单片机工作时有外接键盘输入信号，当检到有哪一个键被按下时，单片机内部执行相应的工作程序。该系统的键盘由5个独立键盘构成，包括一个中断键盘单元。来完成智能电饭煲的手动控制。键盘的一脚接在单片机的p1.1至p1.4脚上，另外一脚接在电源地上，当有键盘按下时对应的键盘就会有一低电平送进单片机内部，有单片机内部程序进行消抖处理然后确定那一个键盘被按下后来执行程序完成该系统的指定工作。该系统键盘接口电路如图11 图11 系统按键开关电路ii. 讯响电路工作原理及构成正常情况下单片机p1.7脚是低电平，蜂鸣器不工作，当单片机开始工作时会由于p1.7脚为高电平而发声。则输出端p1.7处于低电平，无电流通过蜂鸣器，蜂鸣器不发声；预定时间到时获需要蜂鸣器响时，p1.7端口电压变高为高电平，蜂鸣器通电，从而发出报警声，R0的阻值为限流电阻。 其工作电路为如图12所示： 图12 系统讯响电路