智能电饭煲控制系统课程设计

广州学院广州学院 课程设计说明书课程设计说明书 智能电饭煲控制系统设计 院 系 院 系 机械工程学院机械工程学院 专专 业业 机械工程及自动化机械工程及自动化 班班 级级 学生姓名学生姓名 指导老师指导老师 2012 年 1 月 1 日 2 课 程 设 计 任 务 书 兹发给 2009 级机械工程及自动化 班学生 课程设计任务 书 内容如下 1 设计题目 智能电饭煲控制系统设计 2 应完成的项目 1 智能电饭煲控制系统整体方案设计 2 智能电饭煲控制系统硬件电路设计 3 智能电饭煲控制系统软件程序设计 4 完成电路原理图 1 张 软件程序清单 1 份 3 参考资料以及说明 1 余永权 单片机与家用电器智能化技术 M 北京 电子工业出版社 1995 2 李士勇 模糊控制 神经控制和智能控制论 M 黑龙江 哈尔滨工业大学出版 社 1998 3 周鲜成 模糊电饭煲的控制原理 J 株洲工学院学报 2000 14 6 35 37 4 李宇成 卢俊峰 电饭煲的模糊控制器 J 北方工业大学学报 1998 10 3 85 90 4 本设计任务书于 2012 年 12 月 24 日发出 应于 2013 年 1 月 4 日前完成 然后进行答辩 指导教师 签发 2012 年 12 月 24 日 1 课程设计评语 课程设计总评成绩 指导教师签字 年 月 日 目 录 摘要 2 第一章 绪论 1 1 1 背景及发展 1 1 2 设计任务 错误错误 未定义书签 未定义书签 第二章 智能电饭煲控制系统整体设计方案 错误错误 未定义书签 未定义书签 第三章 智能电饭煲控制系统硬件设计 3 3 1 单片机的选择 3 3 2 传感器 DS18B20 的简介 错误错误 未定义书签 未定义书签 3 3 显示模块的设计 5 3 4 键盘模块的设计 6 3 5 火力控制模块 7 3 6 电源模块设计 8 3 7 功率调节 8 第四章 智能电饭煲控制系统软件设计 10 4 1 主程序设计 10 4 2 子程序设计 11 4 2 1 定时功能控制流程 11 4 2 2 加热功能控制流程 13 结束语 14 参考文献 15 附 录 16 附录 1 智能电饭煲控制系统电路原理图 16 附录 2 智能电饭煲控制系统软件源程序清单 17 2 摘要 本次课程设计是以 AT89C52 单片机为核心器件 设计了智能电饭煲控制系统 在当今科技发达的时代 智能科技成为了我们生活中必不可少的生活帮手 在 家用电器中运用智能科技可以使我们的生活更加方便 智能电饭煲的设计原则就是 方便人们的生活 本次的课程设计是先对电饭煲的发展状况进行了阐述 分析 了电饭煲的发展趋势 以及智能电饭煲的发展优势 在此基础上 确定了本课题智 能电饭煲控制系统整体设计方案 其次 从实用性 智能化 节约成本 环保节能 等角度出发 对智能电饭煲控制系统的硬件 软件进行了详细设计 按照实现功能 对硬件 软件进行了功能划分 并对各部分的原理 实现方法进行了详细说明 关键词 智能控制 电饭煲 单片机 传感器 1 第一章第一章 绪论绪论 1 11 1 背景背景及发展及发展 电饭煲 又称作电锅 电饭锅 是利用电能转变为内能的炊具 常见的电饭锅分 为保温自动式 定时保温式以及新型的微电脑控制式三类 现在已经成为日常家用 电器 电饭煲的发明缩减了很多家庭花费在煮饭上 在今天 电饭煲已经成了家庭 必备的电器之一 电饭煲最初是机械式控制 这种控制方式具有结构简单 技术门 槛低 价格便宜等优点 但同时也有功能单一 控制方式不灵活等不足之处 近年 来 随着电子技术的发展 元器件的制造成本不断下降 电饭煲也迎来了智能化的 春天 智能电饭煲修改过去功能简单的煮饭模式 将煮食这一事件细分为煮饭 煲 汤 煮粥等多种任务模式 此外还具有预约定时 自动保温及功率选择等功能 提 升了产品的人性化设计 使得煮食过程更加方便 快捷 满足了人们的需求 1 21 2 设计任务设计任务 试设计电饭煲控制器 要求可以有预约煮饭 定时做饭功能 煮饭 煮粥等功率 选择 具体要求如下 1 2 11 2 1 控制策略控制策略 控制系统支持对煮饭时间进行提前预约 定时时间到后自动进行煮饭 煮饭结束 后自动转入保温模式 1 2 21 2 2 定时定时 用户可以是电饭煲在预约时间 倒计时方式 开始工作 1 2 31 2 3 功率选择功率选择 煮饭 煮粥时可选择不同的功率 相对于煮饭 煮粥的功率可选择较小 1 2 41 2 4 显示器显示器 本设计中选用 LCD 1602 作为显示器件 用于向用户传递更多的信息 包括定时 时间显示 工作模式显示 故障提示等信息 2 第第 2 2 章章 智能电饭煲控制系统整体设计方案智能电饭煲控制系统整体设计方案 智能电饭煲控制系统硬件电路按照功能可划分为七个组成部分 即控制系统单片 机最小系统工作电路 控制系统电源电路 按键输入电路 温度传感器电路 LED 状态指示电路 LCD 显示电路以及电饭锅加热电路 AT89C51 单片机 按键操作输入电路 顶盖温度传感器 复位电路 时钟电路 220VAC DC5V电源 LCD显示电路 LED工作状态指示电路 加热电路 图一 智能电饭煲控制系统组成图 3 第三章第三章 系统硬件设计系统硬件设计 3 13 1 单片机的选择单片机的选择 中央处理模块单片机芯片通过比较 选用了 AT89C521 单片机来作为本系统的核 心 图二所示的是单片机的最小系统电路 图二 智能电饭煲控制系统单片机最小系统电路 2 3 23 2 传感器传感器 DS18B20DS18B20 简介简介 DS18B20 数字温度计是 DALLAS 公司生产的 1 Wire 即单总线器件 具有线路简 单 体积小的特点 因此用它来组成一个测温系统 具有线路简单 在一根通信线 可以挂很多这样的数字温度计 十分方便 DS18B20 是一款功能独特的产品 其特点如下 1 只要求一个端口即可实现通信 2 在 DS18B20 中的每个器件上都有独一无二的序列号 3 实际应用中不需要外部任何元器件即可实现测温 4 测量温度范围在 55 C 到 125 C 之间 5 数字温度计的分辨率用户可以从 9 位到 12 位选择 6 内部有温度上 下限告警设置 DS18B20 有两种封装形式 即 TO 92 封装和 8 pinSOIC 封装 每种封装的样式及 引脚排列见图三 其引脚功能描述见表 3 2 图三DS18B20 的引脚排列 表 3 2 DS18B20 详细引脚功能描述 序号名称引脚功能描述 1GND地信号 5 2DQ数据输入 输出引脚 开漏单 总线接口引脚 当被用着在 寄生电源下 也可以向器件 提供电源 3VDD可选择的 VDD 引脚 当工 作于寄生电源时 此引脚必 须接地 3 33 3 显示模块设计显示模块设计 液晶显示器以其微功耗 体积小 显示内容丰富 超薄轻巧的诸多优点 本设计 中选用的字符型液晶模块是一种用 5x7 点阵图形来显示字符的液晶显示器 根据显 示的容量可以分为 1 行 16 个字 2 行 16 个字 2 行 20 个字等等 本设计中选用常 用的 2 行 16 个字的 1602 液晶模块 LCD 1602 共有引脚 16 个 各引脚的功能如下 第 1 脚 VSS 为地电源 第 2 脚 VDD 接 5V 正电源 第 3 脚 V0 为液晶显示器对比度调整端 接正电源时对比度最弱 接地电源时 对比度最高 第 4 脚 RS 为寄存器选择 高电平选择数据寄存器 低电平时选择指令寄存器 第 5 脚 RW 为读写信号线 高电平时进行读操作 低电平时进行写操作 当 RS 和 RW 共同为低电平时可以写入指令或者显示地址 当 RS 为低电平 RW 为高电平时可 以读忙信号 当 RS 为高电平 RW 为低电平时可以写入数据 第 6 脚 E 端为使能端 当 E 端由高电平跳变成低电平时 液晶模块执行命令 第 7 14 脚 D0 D7 为 8 位双向数据线 第 15 16 脚 BLA BL1 LED 背光正极 需要背光时 BLA 串接一个限流电阻接 VDD BLK 接地 实测该模块的背光电流为 50mA 左右 一般接一个几十欧姆的电阻 BLK BL2 LED 背光地端 如图四所示 2 图四为显示模块电路 3 43 4 键盘模块设计键盘模块设计 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 0 至 p1 5 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 为消除触点式按键开 关的机械抖动 单片机内部有程序进行消抖处理 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 该控制系统键盘接入电路如图五所示 7 图五 控制系统键盘输入电路 3 53 5 火力控制模块设计火力控制模块设计 电饭煲采用加热盘作为加热部件 加热盘需要直接与 220V 交流电压相连接 而 且功率一般在 1500 瓦以上 因此其工作电流也比较大 因此控制系统需要专门设计 驱动加热盘的电路 如图五所示 本设计中采用继电器驱动加热盘与 220V 交流电源接通 原因有二 一是继电器具有驱动电流大 控制简单 稳定可靠的优点 适合电饭 煲中开关频率不高的应用场合 二是继电器的线圈与输出节点之间有天然的隔离作 用 无需另外添加光耦等隔离器件 本电路中加热盘驱动电路如图 单片机引脚通过驱动 NPN 三极管间接驱动继电器 当与之相连的单片机引脚电平为高时 三极管处于导通状态 继电器线圈中有电流 流过 从而触电吸合 电路中将继电器触点通过插接器件引出 方便将加热盘与电 源串接起来 其中 R8 为限流电阻 阻值定为 3 3K D1 为二极管 在此电路中起到对继电器 线圈续流作用 避免线圈感生高电压击穿三极管 2 图六 控制系统热盘驱动电路 3 63 6 电源模块设计电源模块设计 本设计中 控制系统电源电路设计如图 3 6 所示 220V 交流电源由 J1 接入电路 后经变压器 T1 将 220V 降压为 8 5V 交流电压 该 低交流电压经 N1 进行全波整流 变为脉动直流 最后 该脉动直流经过低压差稳压 芯片 78L05 稳定为纹波系数较小的 5V 直流电源 图七 整流流程图 3 73 7 功率调节设计功率调节设计 本电饭煲功率调节电路 可获得四挡火力 用以适应不同火候的要求 电路工作 原理 电路原理图如图九所示 调节波段开关 SA 的挡位 可以改变电容 C1 的充放电 速率 利用 C1 两端交流电压通过双向触发二极管 VD3 去触发双向晶闸管 VS 导通 并改变了 VS 的导通角 使负载 RL 两端交流电压随之发生变化 发光二极管 9 VD2 VD5 作为信号指示 由于导通角不同 发光亮度各异 SA 置于 1 挡 VD5 显示 SA 置于 4 挡 则 VD2 显示 R5 是限流电阻 用来保护 VS 电阻 R7 电容 C2 为吸收回路 用来吸收 SA 在选挡时所产生的干扰脉冲 否则在 SA 选挡过程中将 对电视机 音响及其他电声器件产生一定的干扰 元器件选择 电容 C1 选用 0 1uF 160V C2 选 0 022uF 400V 涤纶电容器 电阻 R1 为 56k 1 2W R2 为 39k 1 4W R3 为 27k 1 4W R4 为 2k 1 4W R5 为 47 1 2W R6 为 100k 1 2W 可变 R7 为 300 1 4W R8 为 43k 1 2W 二极管 VD1 VD4 用 1N4004 发光二极管 VD2 用 BT104 黄色 VD5 用 BT103 绿色 触发二极管 VD3 为 DB3 或 VR60 双向晶闸管 V5 用 TLC226B 3A 400V 或 TLC336A 3A 600V 波段开 关 SA 用 KZX 1 2D 11W 负载 RL 为交流 220V 1500W 加热盘 图九 功率调节电路 2 第第 4 4 章章 智能电饭煲控制系统软件设计智能电饭煲控制系统软件设计 4 14 1 主程序设计主程序设计 系统的软件设计采用结构化和模块化设计的方法 便于程序的编写 调试和排除 错误 同时也便于检验和维护 根据设计的要求和前面描述的控制器系统硬件设计 的具体情况 单片机系统的软件程序主要由以下模块组成 初始化主程序 输入及 显示 温度采集 火力控制 主程序流程图如图 11 所示 图 11 主程序结构图 11 4 24 2 子程序设计子程序设计 4 2 14 2 1 定时功能控制流程定时功能控制流程 软件实现该功能的流程如图 12 所示 系统运行后 若按下 SET 按键 系统即可进入预设定时时间状态 此时 时 位数值开始闪烁 表示 时 位数值处于可设定状态 此时按下 ADD 键 预定时 间的小时数将累加 1 若按下 DEC 键 预定时间的小时数减 1 本控制系统支持最大定时 12 小时 当小时数超出 12 后会溢出为 0 即置 时 位数值时 若当前示数为 12 且按下 ADD 键 则小时数由 12 变为 0 时 0 分 小时数设定完成后 按下 OK 键 进入设定 分 状态 同时 分 位数值开 始闪烁 此时按下 ADD 键 预定时间的分钟数加 1 若按下 DEC 键 则预定 时间的分钟数减 1 若当前的分钟数为 59 且按下 ADD 键 则分钟数溢出为 0 同时小时数加 1 若当前分钟数为 0 且按下 DEC 键 则分钟数溢出为 59 同时小时数减少 1 分钟数设定完成后 再次按下 OK 键 系统则保存用户设定的定时时间并退出 定时时间设定状态 随后系统暂停所处的工作模式 进入倒计时程序 定时时间到 系统自动进入预 定的工作模式 或煮饭或煲汤或保温 2 进入预约时间设定状态 可设定 时 且 时 位数字闪烁提示 按下 SET OK 进入设定 分 状态 且 分 数字 闪烁提示 时 位数值增加1 减少1 按下ADD键 DEC键 一次 按下 SET OK 分 位数值增加1 减少1 按下ADD键 DEC键 一次 开始 保存设定数值 并退出设定状态 按下 SET OK 定时时间到 进入预设工作模式 倒计时程序 是 否 图 12 定时功能控制流程 13 4 2 24 2 2 加热功能控制流程加热功能控制流程 智能电饭煲控制系统对电饭煲加热与否需要根据当前锅内温度以及所处的工作 模式做出选择 其软件控制流程如图 13 所示 控制器先通过置于盖顶的温度传感器获得当前锅内温度 根据所处的工作模式 得到需要到达的目标温度 若当前锅内温度小于目标温度 则控制器接通加热盘加 热 否则断开加热盘 停止加热 开始 当前温度 目标温度 停止加热 结束 是 否 是 否 图 13 加热功能控制流程图 2 结束语结束语 本次的电饭煲控制系统设计完全实现智能控制 包括预约煮饭 煮粥 定时做饭 煮粥 做饭功率的选择等功能 预约和定时做饭时间可随意调节 预约结束后自动 进行相应的预约动作 这次课程设计是对我学习微机原理及单片机课程的检验及实际应用能力一次提高 在编写程序之前 我们查阅了大量的相关资料 力求做到规范清晰 编程的过程中 我们遇到了很多问题 但在同学和老师的帮助下都得到了解决 经过两个星期的课 程设计 我得到了充分的锻炼 不仅对单片机的学习有深刻的理解 同时也增强了 我们的毅力和处理突发问题的能力 课程设计是一次很好的实践动手机会 通过这 次设计 我们学会了如何将所知识学以致用 为我们的毕业设计奠定了良好的基础 15 参考文献参考文献 1 余永权 单片机与家用电器智能化技术 M 北京 电子工业出版社 1995 2 李士勇 模糊控制 神经控制和智能控制论 M 黑龙江 哈尔滨工业大学出版社 1998 3 周鲜成 模糊电饭煲的控制原理 J 株洲工学院学报 2000 14 6 35 37 4 李宇成 卢俊峰 电饭煲的模糊控制器 J 北方工业大学学报 1998 10 3 85 90 2 附附 录录 附录附录 1 1 智能电饭煲控制系统电路原理图智能电饭煲控制系统电路原理图 1234 A B C D 4321 D C B A 8 9 1 5 8 5V 220V 380V T 1 T 5 W A C 1 A C 2 3 4 N 1 D B 107 C 10 0 1 V 5 C 6 0 1 C 4 100 16V C 5 100 16V V in 1 GND 2 V ou t 3 N 2 78L 05 1 2 J1 CO N 2 SE T O K D E C A D D M O D E L P1 0 1 P1 1 2 P1 2 3 P1 3 4 P1 4 5 P1 5 6 P1 6 7 P1 7 8 RST 9 P3 0 RX D 10 P3 1 T X D 11 P3 2 IN T 0 12 P3 3 IN T 1 13 P3 4 T 0 14 P3 5 T 1 15 P3 6 W R 16 P3 7 RD 17 X T A L 2 18 X T A L 1 19 G N D 20 P2 0 21 P2 1 22 P2 2 23 P2 3 24 P2 4 25 P2 5 26 P2 6 27 P2 7 28 PSE N 29 A L E PRO G 30 E A V pp 31 P0 7 32 P0 6 33 P0 5 34 P0 4 35 P0 3 36 P0 2 37 P0 1 38 P0 0 39 V cc 40 A T 8 9C51 U 2 C2 30P C3 30P Y 1 24M V C C RST R1 10K V C C RST C1 10u F V C C K 1 K 2 K 3 K 4 K 5 K 6 O N O FF K 1 K 2 K 3 K 4 K 5 K 6 V C C 3 D Q 2 G N D 1 U 4 D S1 8B20 V C C R7 4K 7 D Q D Q L E D 1 L E D 2 L E D 3 L E D 4 L E D 5 D 2 保保 D 3 保保 D 4 保保 D 5 保保 D 6 保保 V C C R9 RE S 2 R10 RE S 2 R11 RE S 2 R12 RE S 2 R13 RE S 2 L E D 1 L E D 2 L E D 3 L E D 4 L E D 5 L CD 160 2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 U 5L CD 1602 V C C R3 10K R5 10K R6 10K RS RW E D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 RS RW E D 0 D 1 D 2 D 3 D 4 D 5 D 6 D 7 R 8 3 3 K Q 1 901 3 V C C HO T D 1 M 7 X 20 1 7 X 20 1 8 K 1 972 1C 1 2 J2 CO N 2 H O T 17 附录附录 2 2 智能电饭煲控制系统软件源程序清单 智能电饭煲控制系统软件源程序清单 CPU AT89C51 晶振 24M 版本 V1 0 日期 2012 03 include include include define PORT P2 define NEGATIVE 10 define POSITIVE11 define Y0XFF define N0 x00 define LOW0X00 define HI0 x01 读端口数据 define POWERON P1 sbit workingled P3 1 sbit timerled P3 2 sbit banwenled P3 3 sbit baotangled P3 4 sbit zhufanled P3 5 sbit RS P0 0 sbit RW P0 1 sbit EN P0 2 sbit DQ P1 7 unsigned char code shuzidaima 0 x30 0 x31 0 x32 0 x33 0 x34 0 x35 0 x36 0 x37 0 x38 0 x39 0 x2d 0 x2b unsigned char temp lowbyte unprocess unsigned char temp hibyte unprocess unsigned char temp xiao 2 unsigned char 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 char loop1 0 unsigned char loop2 0 unsigned int loop3 0 子程序 函数名 delay void delay unsigned int i for i 0 i 800 i 函数名 lcd wcomd void lcd wcomd unsigned char command RS 0 RW 0 PORT command delay EN 1 nop EN 0 delay 函数名 lcd wdata 19 void lcd wdata unsigned char dat RS 1 RW 0 PORT dat delay EN 1 nop EN 0 delay 函数名 lcd ini void lcd init lcd wcomd 0 x01 lcd wcomd 0 x06 lcd wcomd 0 x0c lcd wcomd 0 x38 函数名 printchar void printchar unsigned char zifu unsigned char j k k strlen zifu for j 0 j 1 printchar TimerSet else if model 0 printchar if model 1 printchar KeepWarm if model 2 printchar PotSoup if model 3 printchar CookRice 函数名 delay1 void delay1 unsigned int n for n n 0 n 函数名 rest 1820 void rest 1820 DQ 0 DQ 1 21 delay1 77 函数名 write 18b20 unsigned char xiecan void write 18b20 unsigned char xiecan unsigned char xie i for xie i 1 xie i 1 函数名 read 18b20 unsigned char read 18b20 unsigned char du i unsigned char outdata 1820 0 x00 unsigned char tmp du 0 x00 for du i 1 du i 8 du i DQ 1 DQ 0 nop nop 2 DQ 1 nop tmp du P1 tmp du tmp du 1 return outdata 1820 函数名 readtemp conver void readtemp conver rest 1820 write 18b20 0 xcc write 18b20 0 x44 函数名 readtemp readdata void readtemp readdata rest 1820 write 18b20 0 xcc write 18b20 0 xbe temp lowbyte unprocess read 18b20 temp hibyte unprocess read 18b20 函数名 hex dec unsigned char chazhi unsigned char h data if h data 0 x05 if h data 0 x00 return 0 if h data 0 x01 return 1 if h data 0 x02 return 2 if h data 0 x03 return 3 if h data 0 x04 return 4 23 if h data 0 x05 return 5 else if h data 4 hex di chazhi hex di hex gao chazhi hex gao dec jieguo hex gao 16 hex di return dec jieguo 函数名 key void key if POWERON LOW poweron Y workingled 0 model 0 2 if POWEROFF