基于单片机液晶显示电饭煲控制系统毕业设计论文.doc

毕业设计 论文 I 基于单片机液晶显示电饭煲控制系统基于单片机液晶显示电饭煲控制系统 摘摘 要要 随着社会发展 智能电饭煲的应用已经越来越普遍了 电饭煲的发展也经历了很 大的变化 随着单片机技术的飞速发展 在其推动下 现代的电子产品几乎渗透到了 社会的各个领域 有力地推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提高 同时也 使现代电子产品性能进一步提高 本课题以 AT89C51 单片机为核心器件 设计了智能电饭煲控制系统 并在 PROTEUS 环境中对设计进行了仿真验证 首先 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 对智能电饭煲控 制系统整体设计方案进行了论证 并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 按照电饭煲实现的功能 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 最后 在 PROTEUS 仿真环境中对该设计进行了仿真验证 仿真结果表明 基于 单片机的智能电饭煲控制系统整体设计方案的可行性 软件和硬件设计的正确性 整 体效果较为满意 关键词关键词 智能控制 电饭煲 LCD 单片机 Proteus 基于单片机液晶显示电饭煲控制系统 II Rice Cooker LCD Display and Control System Based on SCM Abstract With the development of society the intelligent electric cooker has been more and more common and the development of the rice cooker has undergone a great change with the rapid development of the single chip microcomputer technology modern electronic product almost permeated every area of society a powerful impetus to the development of the social productive forces and the enhancement of social informatization and at the same time make modern electronic products to further improve the performance This design with AT89C51 for the whole the core of the system designs the intelligent control system and has carried on the simulation to design in the PROTEUS environment First of all elaborates the development of the rice cooker analyzes the development trend of rice cooker and the development advantages of the intelligent electric cooker On this basis the overall design scheme of intelligent rice cooker control system is discussed and determines the overall design scheme of the intelligent electric cooker control system Secondly from practical intelligent cost saving environmental protection energy conservation perspective the intelligent cooker has carried on the detailed design of hardware and software of the control system According to the function of electric rice cooker to achieve do the functional division of software and hardware and the principle of each part the implementation method are explained in detail Finally the design has carried on the simulation in the PROTEUS simulation environment The simulation results show that the feasibility of overall design of intelligent electric cooker control system based on single chip microcomputer and the correctness of the software and hardware design the overall effect is satisfied Key words Intelligent control Electric cooker Single chip microcomputer Proteus LCD 毕业设计 论文 原创性声明和使用授权说明毕业设计 论文 原创性声明和使用授权说明 原创性声明原创性声明 本人郑重承诺 所呈交的毕业设计 论文 是我个人在指导教 师的指导下进行的研究工作及取得的成果 尽我所知 除文中特别 加以标注和致谢的地方外 不包含其他人或组织已经发表或公布过 的研究成果 也不包含我为获得 及其它教育机构的学位 或学历而使用过的材料 对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人 或集体 均已在文中作了明确的说明并表示了谢意 作 者 签 名 日 期 指导教师签名 日 期 使用授权说明使用授权说明 本人完全了解 大学关于收集 保存 使用毕业设计 论 文 的规定 即 按照学校要求提交毕业设计 论文 的印刷本和 电子版本 学校有权保存毕业设计 论文 的印刷本和电子版 并 提供目录检索与阅览服务 学校可以采用影印 缩印 数字化或其 它复制手段保存论文 在不以赢利为目的前提下 学校可以公布论 文的部分或全部内容 作者签名 日 期 学位论文原创性声明学位论文原创性声明 本人郑重声明 所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行 研究所取得的研究成果 除了文中特别加以标注引用的内容外 本 论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品 对本 文的研究做出重要贡献的个人和集体 均已在文中以明确方式标明 本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担 作者签名 日期 年 月 日 学位论文版权使用授权书学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留 使用学位论文的规定 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版 允许论文被查阅和借阅 本人授权 大学可以将本学位 论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索 可以采用影印 缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文 涉密论文按学校规定处理 作者签名 日期 年 月 日 导师签名 日期 年 月 日 指导教师评阅书指导教师评阅书 指导教师评价 指导教师评价 一 撰写 设计 过程 1 学生在论文 设计 过程中的治学态度 工作精神 优 良 中 及格 不及格 2 学生掌握专业知识 技能的扎实程度 优 良 中 及格 不及格 3 学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力 优 良 中 及格 不及格 4 研究方法的科学性 技术线路的可行性 设计方案的合理性 优 良 中 及格 不及格 5 完成毕业论文 设计 期间的出勤情况 优 良 中 及格 不及格 二 论文 设计 质量 1 论文 设计 的整体结构是否符合撰写规范 优 良 中 及格 不及格 2 是否完成指定的论文 设计 任务 包括装订及附件 优 良 中 及格 不及格 三 论文 设计 水平 1 论文 设计 的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格 2 论文的观念是否有新意 设计是否有创意 优 良 中 及格 不及格 3 论文 设计说明书 所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格 建议成绩 建议成绩 优优 良良 中中 及格及格 不及格不及格 在所选等级前的 内画 指导教师 指导教师 签名 单位 单位 盖章 年年 月月 日日 评阅教师评阅书评阅教师评阅书 评阅教师评价 评阅教师评价 一 论文 设计 质量一 论文 设计 质量 1 论文 设计 的整体结构是否符合撰写规范 优 良 中 及格 不及格 2 是否完成指定的论文 设计 任务 包括装订及附件 优 良 中 及格 不及格 二 论文 设计 水平二 论文 设计 水平 1 论文 设计 的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格 2 论文的观念是否有新意 设计是否有创意 优 良 中 及格 不及格 3 论文 设计说明书 所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格 建议成绩 建议成绩 优优 良良 中中 及格及格 不及格不及格 在所选等级前的 内画 评阅教师 评阅教师 签名 单位 单位 盖章 年年 月月 日日 教研室 或答辩小组 及教学系意见教研室 或答辩小组 及教学系意见 教研室 或答辩小组 评价 教研室 或答辩小组 评价 一 答辩过程一 答辩过程 1 毕业论文 设计 的基本要点和见解的叙述情况 优 良 中 及格 不及格 2 对答辩问题的反应 理解 表达情况 优 良 中 及格 不及格 3 学生答辩过程中的精神状态 优 良 中 及格 不及格 二 论文 设计 质量二 论文 设计 质量 1 论文 设计 的整体结构是否符合撰写规范 优 良 中 及格 不及格 2 是否完成指定的论文 设计 任务 包括装订及附件 优 良 中 及格 不及格 三 论文 设计 水平三 论文 设计 水平 1 论文 设计 的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格 2 论文的观念是否有新意 设计是否有创意 优 良 中 及格 不及格 3 论文 设计说明书 所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格 评定成绩 评定成绩 优优 良良 中中 及格及格 不及格不及格 在所选等级前的 内画 教研室主任 或答辩小组组长 教研室主任 或答辩小组组长 签名 年年 月月 日日 教学系意见 教学系意见 系主任 系主任 签名 年年 月月 日日 目录目录 引 言 1 第 1 章 绪论 2 1 1 背景及发展 2 1 2 课题任务及意义 2 第 2 章 智能电饭煲控制系统整体设计方案 3 2 1 智能电饭煲控制系统简介 3 2 2 智能电饭煲控制系统电路组成 3 2 3 本章小结 4 第 3 章 智能电饭煲控制系统硬件设计 5 3 1 控制系统单片机最小系统工作电路 5 3 1 1 AT89C51 单片机的引脚及其排列 5 3 1 2 AT89C51 单片机时钟电路 7 3 1 3 AT89C51 单片机复位电路 8 3 1 4 控制系统单片机最小系统电路设计 8 3 2 控制系统电源电路 9 3 2 1 稳压器件 7805 简介 9 3 2 2 电源电路设计 10 3 3 按键输入电路 10 3 3 1 按键分类 11 3 3 2 按键结构与特点 11 3 3 3 按键输入电路设计 11 3 4 温度传感器电路 12 3 4 1 DS18B20 简介 12 3 4 2 DS18B20 的使用方法 14 3 4 3 温度传感器电路设计 14 3 5 LED 状态指示电路 14 3 5 1 LED 简介 15 3 5 2 状态指示电路设计 16 3 6 LCD 显示电路 16 3 6 1 LCD 1602 简介 16 3 6 2 LCD 显示电路设计 16 3 7 电饭锅加热电路 17 3 8 本章小结 17 第 4 章 智能电饭煲控制系统软件设计 18 4 1 软件整体结构设计 18 4 2 子程序设计 19 4 2 1 系统工作模式控制流程 22 4 2 2 定时功能控制流程 23 4 3 本章小结 24 第 5 章 智能电饭煲控制系统的仿真验证 25 结论与展望 28 致谢 29 参考文献 30 附录 A 总体系统硬件原理图 31 附录 B 一篇引用的外文文献及其译文 32 附录 C 主要参考文献的摘要或内容提要和关键字 37 附录 D 总体源程序清单 39 插图清单插图清单 图 2 1 智能电饭控制系统组成结构图 4 图 3 1 AT89C51PDIP 封装外形及引脚 6 图 3 2 AT89C51 时钟电路 7 图 3 3 AT89C51 复位电路 8 图 3 4 控制系统单片机最小系统电路 9 图 3 5 7805 的典型应用电路 10 图 3 6 控制系统电源电路 10 图 3 7 触点式开关按键 11 图 3 8 控制系统键盘输入电路 12 图 3 9 DS18B20 实体描述 12 图 3 10 DS18B20 复位时序 13 图 3 11 DS18B20 的读时序 13 图 3 12 DS18B20 的写时序 13 图 3 13 温度传感器电路 14 图 3 14 LED 的 I V 特性 14 图 3 15 控制系统状态指示电路 15 图 3 16 LCD 显示电路设计 16 图 3 17 加热盘 16 图 3 18 控制系统热盘驱动电路 17 图 4 1 主程序结构图 18 图 4 2 定时功能控制流程 20 引言引言 电饭煲是人们日常生活中最普遍的家用电器 随着人们生活水平的提到 电饭煲 也日趋智能化 电饭煲因其安全 简便 实用而普及到千家万户 随着科技的不断发 展 这类小家电也在不断的完善和提升自己 并向着智能化 节能化 网络化的方向 发展 本课题研究的是智能电饭煲的硬件和软件的设计以及煮饭功能的实现过程 智 能家用电器不仅仅实现了产品的原始属性 更融入了我们人类的智慧结晶 也随着节约型社会的形成 单片机技术在社会的各个领域中越来越来显示出它的 优越性 用单片机设计的产品有体积小 价格低 功能全 应用灵活等特点 所以单 片机技术得到了不断的向前发展 用单片机技术设计一种电饭煲的定时预约工作系统 要求用键盘输入定时工作时间和实时时间对比达到长时间精确的定时功能 单片机采 用 AT89C51 单片机 要求定时时间和实时时间相同时通过 51 单片机控制继电器电路 来控制电饭煲的工作 以单片机为核心控制器件 结合按键 温度传感器等输入电路 以及加热 状态指示等输出电路 实现对电饭煲的智能控制 本课题主要基于家电智 能化的背景下 根据智能电饭煲的发展和现状 探讨智能电饭煲如何实现智能化的煮 饭 预约 再加热等功能 该系统可使电饭煲工作在 保温 煲汤 煮饭 三种工作模式 每种工作模 式下 控制系统结合盖顶温度传感器 并将电饭煲限制在设定的最高温度之内 煮饭 结束后自动转入保温状态 并在 LCD 的基础上 智能实现了显示智能电饭煲的工作状 态 第第 1 章章 绪论绪论 1 1 背景及发展 在科学技术进步 日新月异的今天 节能 高效 环保的观念逐渐深入人心 人 们对家电智能化的要求也越来越高 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 电饭煲因其安全 简便 实用而普及到千家万户 随着科技的不断发展 这类小 家电也在不断的完善和提升自己 并向着智能化 节能化 网络化的方向发展 本课 题研究的是智能电饭煲的硬件和软件的设计以及煮饭功能的实现过程 智能家用电器 不仅仅实现了产品的原始属性 更融入了我们人类的智慧结晶 随着以计算机技术为核心的信息技术 特别是数字化技术 多媒体技术和网络技 术的飞速发展 智能家电产业也在迅速崛起 世界著名的电脑和家电企业如 IBM 夏 普 微软 英特尔 松下 NEC 东芝等都大力开发研制自己的智能家电产品 我国 的许多公司如联想 长虹 海信 TCL 海尔等也都投入到智能家电的开发工作 作 为传统家电代表 电饭煲也已融入到系统化的信息家电系统中 它的功能已不再只是 单纯的煮饭 功能齐全 操作简便 人性化的界面 烹调过程自动化 甚至是网络控 制的信息化电饭煲已成为现代人的新需求 伴随着生活水平的提高 电饭煲的智能化 和网络化将成为一种趋势 机械式饭煲必将退出市场舞台 智能化家电 指运用现代 最新科技研制开发的新一代具有智能功能的家用电器 它所涉及的高新技术领域十分 广泛 其中包括 多媒体技术 数字技术 模糊控制技术 太阳能技术 专家系统 人工智能 生物技术等 而人工智能的载体通过传统的逻辑电路实现显然是不现实的 而通过嵌入式系统就能轻松实现 嵌入式系统是将计算机硬件和软件结合起来 构成 一个专门的计算装置 完成特定的功能和任务 在嵌入式系统中 单片机是最重要也 是应用最多的智能核心器件 1 2 课题任务及意义 本课题是以 AT89C51 单片机为核心控制器件 对智能电饭煲控制系统进行了设计 并在 PROTEUS 环境中对设计进行了仿真验证 本设计将电饭煲的煮食这一过程细分为煮饭 煲汤 保温等多种工作模式 控制 系统可对电饭煲的温度进行实时监测 并以此灵活调节火力大小 自动完成煮食过程 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 此系统提高了电饭煲煮食自动化水平 提升了产品的人性化设计 使电饭煲具有 煮饭好吃 预约定时 多种功能 三大特点 满足了人们不断增长的 物质文化需求 第第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 2 1 智能电饭煲控制系统简介 该控制系统是以单片机为核心控制器件 结合按键 温度传感器等输入电路 以 及加热 状态指示等输出电路 实现对电饭煲的智能控制 该系统可使电饭煲工作在 保温 煲汤 煮饭 三种工作模式 每种工作模 式下 控制系统结合盖顶温度传感器 并将电饭煲限制在设定的最高温度之内 煮饭 结束后自动转入保温状态 控制系统结合单片机的定时功能 可对煮食时间进行预约设定 设定时间到后自 动转入预定的工作模式进行煮饭 控制系统可结合 LED 实时指示电饭煲工作状态 结合 LCD 液晶显示器可显示更 多信息 包括定时时间 工作状态 故障报警等信息 智能电饭煲控制系统控制面板设计如图 2 1 所示 主要包括显示屏 状态指示 输入按键等几部分 该控制系统使电饭煲提高了自动化 智能化 人性化设计水平 具有操作方便 安全可靠的特点 2 2 智能电饭煲控制系统电路组成 该控制系统主要由电源电路 单片机输入电路 单片机输出电路三类电路组成 如图 2 1 所示 电源电路将 220V 交流电转为直流 5V 作为控制系统的电源 单片机输入电路有按键输入电路 顶盖温度传感器输入电路 复位电路以及时钟 电路 单片机输出电路包括 LCD 显示电路 LED 工作状态指示电路以及用于电饭煲加热 的加热电路 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 2 1 智能电饭煲控制系统组成结构图 2 3 本章小结 本章从整体出发 首先确定电饭煲的模糊智能控制系统由单片机为核心控制器件 结合按键 温度传感控制器等硬件设计电饭煲实现 保温 煲汤 煮饭 等 功能 第第3章章 智能电饭煲控制系统硬件设计智能电饭煲控制系统硬件设计 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 3 1 控制系统单片机最小系统工作电路 本设计选用 AT89C51 单片机作为核心控制芯片 AT89C51 是一种带 4K 字节闪存可编程可擦除只读存储器 FPEROM 的低电 压 高性能 CMOS 8 位微处理器 俗称单片机 单片机的可擦除只读存储器可以反 复擦除 1000 次 该器件采用 ATMEL 高密度非易失存储器制造技术制造 与工业 标准的 MCS 51 指令集和输出管脚相兼容 由于将多功能8 位 CPU 和闪烁存储器 组合在单个芯片中 因此 AT89C51 是一种高效微控制器 AT89C51 单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案 本设计选择 AT89C51 单片机作为智能电饭煲控制系统核心控制芯片 兼顾了经济 性和实用性的需求 3 1 1 AT89C51 单片机的引脚及其排列 AT89C51 具有 40 只引脚 其中 32 个是可编程输入输出口 AT89C51 有三种 封装形式 即 PLCC TQFP 和 PDIP 三种 其中最为常见的封装是 PDIP 其外形 及引脚配置如图 3 1 所示 VCC 供电电压 GND 接地 P0 口 P0 口为一个 8 位漏级开路双向 I O 口 每引脚可吸收 8TTL 门电流 当 P0 口的管脚第一次写 1 时 被定义为 高阻输入 P0 能够用于外部程序数据存 储器 它可以被定义为数据 地址的第八位 在 FIASH 编程时 P0 口作为原码输 入口 当 FIASH 进行校验时 P0 输出原码 此时 P0 外部必须被拉高 P1 口 P1 口是一个内部提供上拉电阻的 8 位双向 I O 口 P1 口缓冲器能接收 输出 4TTL 门电流 P1 口管脚写入 1 后 被内部上拉为高 可用作输入 P1 口被 外部下拉为低电平时 将输出电流 这是由于内部上拉的缘故 在FLASH 编程 和校验时 P1 口作为第八位地址接收 P2 口 P2 口为一个内部上拉电阻的 8 位双向 I O 口 P2 口缓冲器可接收 图 3 1 AT89C51PDIP 封装外形及其引脚 输出 4 个 TTL 门电流 当 P2 口被写 1 时 其管脚被内部上拉电阻拉高 且作为输入 并因此作为输入时 P2 口的管脚被外部拉低 将输出电流 这是由于内部上拉的缘故 当 P2 口用于外部程序存储器或 16 位地址外部数据存储器进行存取时 P2 口输出地址 的高八位 在给出地址 1 时 它利用内部上拉优势 当对外部八位地址数据存储器进 行读写时 P2 口输出其特殊功能寄存器的内容 P2 口在 FLASH 编程和校验时接收高 八位地址信号和控制信号 P3 口 P3 口管脚是 8 个有内部上拉电阻的双向 I O 口 可接收输出 4 个 TTL 门电 流 当 P3 口写入 1 后 它们被内部上拉为高电平 并用作输入 作为输入 由于外 部下拉为低电平 P3 口将输出电流 ILL 这是由于上拉的缘故 P3 口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号 RST 复位输入 当输入的复位信号延续两个机器周期以上的高电平时即为有效 用以完成单片机的复位初始化操作 ALE PROG 当访问外部存储器时 地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地 位字节 在 FLASH 编程期间 此引脚用于输入编程脉冲 在平时 ALE 端以不变的 频率周期输出正脉冲信号 此频率为振荡器频率的 1 6 因此它可用作对外部输出的脉 冲或用于定时目的 然而要注意的是 每当用作外部数据存储器时 将跳过一个 ALE 脉冲 如想禁止 ALE 的输出可在 SFR8EH 地址上置 0 此时 ALE 只有在执行 MOVX MOVC 指令 是 ALE 才起作用 另外 该引脚被略微拉高 如果微处理器在外部执行状态 ALE 禁 止 置位无效 PSEN 外部程序存储器的选通信号 在由外部程序存储器取指令期间 每个机器 周期两次 PSEN 有效 但在访问外部数据存储器时 这两次有效的 PSEN 信号将不出 现 EA VPP 当 EA 保持低电平时 则在此期间外部程序存储器有效 不管是否有内 部程序存储器 注意加密方式 1 时 EA 将内部锁定为 RESET 当 EA 端保持高电平 时 此间内部程序存储器有效 在 FLASH 编程期间 此引脚也用于施加 12V 编程电 源 VPP XTAL1 反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入 XTAL2 来自反向振荡器的输出 振荡器特性 XTAL1 和 XTAL2 分别为反向放大器的输入和输出 该反向放大器可以配置为片 内振荡器 石晶振荡和陶瓷振荡均可采用 如采用外部时钟源驱动器件 XTAL2 应不 接 有余输入到内部时钟信号要通过一个二分频触发器 因此对外部时钟信号的脉宽 无任何要求 但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度 3 1 2 AT89C51 单片机时钟电路 XTAL1 和 XTAL2 分别为反向放大器的输入和输出 该反向放大器可以配置为片 内振荡器 石晶振荡和陶瓷振荡均可采用 如采用外部时钟源驱动器件 XTAL2 应不 接 有余输入接至内部时钟信号要通过一个二分频触发器 因此对外部时钟信号的脉 宽无任何要求 但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度 电路结构如图 3 2 所示 XTAL2 XTAL1 AT89C51 C1 C2 CYS XTAL2 XTAL1 AT89C51 5V VSS TTL 外部时钟源 图 3 2 AT89C51 时钟电路 3 1 3 AT89C51 单片机复位电路 AT89C51 单片机的复位引脚为施密特出发输入 当振荡器起振以后 在 RST 引脚 上输入连续两个机器周期的高电平 器件便进入复位状态 根据 AT89C51 的复位特性 设计复位电路如图 3 3 所示 图 3 3 AT89C51 单片机复位电路 电路中将 C1 R1 串联后接入 RST 引脚 在上电之初 电容通过电阻充电 在复 位引脚上出现充电的正脉冲 只要正脉冲宽度足够宽 就可以使单片机复位 本设计 中单片机选用 24M 晶振 故复位电路中选用 10uf 电容和 10K 电阻可以满足 AT89C51 的复位要求 3 1 4 控制系统单片机最小系统电路设计 根据以上分析 本设计中单片机最小系统如图 3 4 所示 复位电路采用较为常用且结构简单的阻容复位电路 可为 AT89C51 单片机提供大 于 10ms 的高电平复位脉冲 时钟电路采用外接晶振方式 由一只 24M 晶振和 2 只 30pf 电容组成的振荡电路 由于 P0 口的特殊结构 本电路中 P0 口中部分接口线是用于数据输出 故本设计 中采用 10K 电阻作为上拉电阻 图 3 4 智能电饭煲控制系统单片机最小系统电路 3 2 控制系统电源电路 智能电饭煲控制系统需要 5V 直流供电电源 本设计中 5V 电源由 220V 交流电 源变压 整流 稳压后得到 其中 核心期间为三端稳压器件 7805 3 2 1 稳压器件 7805 简介 7805 是常用的三端稳压器件 顾名思义 05 就是输出电压为 5V 7805 输出波纹很 小 其输出电源品质能满足大多数器件需求 稳压器的工作指标是指稳压器能够正常工作的工作区域 以及保证正常工作所必 须的工作条件 这些工作参数取决于构成稳压器的组件性能 1 输出电压范围 符合稳压器工作条件情况下 稳压器能够正常工作的输出电压范围 该指标的上 限是由最大输入电压和最小输入 输出电压差所规定 而其下限由稳压器内部的基准电 压值决定 2 最大输入 输出电压差 该指标表征在保证稳压器正常工作条件下稳压器所允许的最大输入 输出之间的 电压差值 其差值主要取决于于稳压器内部调整晶体管的耐压指标 3 最小输入 输出电压差 该指标表征在保证稳压器正常工作条件下 稳压器所需的最小输入 输出之间的 电压差值 4 输出负载电流范围 输出负载电流范围又称为输出电流范围 在这一电流范围内 稳压器应能保证符 合指标规范征所给出的指标 三端固定集成稳压电路的输出电压是固定的 常用的是 CW7800 CW7900 系列 W7800 系列输出正电压 其输出电压有 5 6 7 8 9 10 12 15 18 20 和 24V 共 11 个档次 该系列的输出电流分 5 档 7800 系列是 1 5A 78M00 是 0 5A 78 L00 和是 0 1 A 78T00 是 3A 78H00 是 5A W7900 系列与 W7800 系列所不同的是输出 电压为负值 三端稳压器的工作原理与前述串联反馈式稳压电源的工作原理基本相同 只有三 个引出端子 输入 输出和公共端 输入端接整流滤波电路 输出端接负载 公共端 接输入 输出的公共连接点 为使它工作稳定 在输入和输出端与公共端之间并接一 个电容 使用三端稳压器时注意一定要加散热器 否则是不能工作到额定电流 7805 的典型应用电路如图 3 5 所示 在其输入端口和输出端口分别有 0 33uf 0 1uf 的无极性电容 以优化输出电源品质 图 3 5 7805 典型应用电路 3 2 2 电源电路设计 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 3 6 控制系统电源电路 3 3 按键输入电路 3 3 1 按键分类 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 本设计中采用触点式开关按键 其电路原理图常见符号如图 3 7 所示 图 3 7 触点式开关按键 3 3 2 按键结构与特点 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 5 10ms 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 当按键数较多时 采用软件去抖 单片机工作时有 外接键盘输入信号 当检测到有哪一个键被按下时 单片机内部执行相应的工作程序 3 3 3 按键输入电路设计 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 3 8 所示 图 3 8 控制系统键盘输入电路 3 4 温度传感器电路 3 4 1 DS18B20 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 3 9 表 3 9 DS18B20 实体描述 3 4 2 DS18B20 的使用方法 由于 DS18B20 采用的是 1 Wire 总线协议方式 即在一根数据线里实现数据的双 向传输 而对 AT89S51 单片机来说 硬件上并不支持单总线协议 因此 我们必须采 用软件的方法来模拟单总线的协议时序来完成对 DS18B20 芯片的访问 由于 DS18B20 是在一根 I O 线上读写数据 因此 对读写的数据位有着严格的时 序要求 DS18B20 有严格的通信协议来保证各位数据传输的正确性和完整性 该协议 定义了几种信号的时序 初始化时序 读时序 写时序 所有时序都是将主机作为主 设备 单总线器件作为从设备 而每一次命令和数据的传输都是从主机主动启动写时 序开始 如果要求单总线器件回送数据 在进行写命令后 主机需启动读时序完成数 据接收 数据和命令的传输都是低位在先 1 DS18B20 的复位时序如图 3 10 所示 图 3 10 DS18B20 的复位时序 2 DS18B20 的读时序如图 3 11 所示 对于 DS18B20 的读时序分为读 0 时序和读 1 时序两个过程 对于 DS18B20 的读时隙是从主机把单总线拉低之后 在 15 秒之内就得释放单总 线 以让 DS18B20 把数据传输到单总线上 DS18B20 在完成一个读时序过程 至少需 要 60us 才能完成 图 3 11 DS18B20 的读时序 3 DS18B20 的写时序 对于 DS18B20 的写时序仍然分为写 0 时序和写 1 时序两个过程 如图 3 12 所示 图 3 12 DS18B20 的写时序 对于 DS18B20 写 0 时序和写 1 时序的要求不同 当要写 0 时序时 单总线要被拉 低至少 60us 保证 DS18B20 能够在 15us 到 45us 之间能够正确地采样 IO 总线上的 0 电平 当要写 1 时序时 单总线被拉低之后 在 15us 之内就得释放单总线 3 4 3 温度传感器电路设计 根据 DS18B20 温度传感器的特点 本设计中将温度传感器电路设计为图 3 13 样式 采用电源直接为 DS18B20 供电的方式 为增强对 DS18B20 的读写能力 减少通信传 输错误 设置 R10 作为上拉电阻 图 3 13 温度传感器电路 3 5 LED 状态指示电路 本设计中 LED 状态指示电路用于实时指示智能电饭煲的工作状态 3 5 1 LED 简介 LED 亦即发光二极管 是利用化合物材料制成 PN 结的光电器件 它具有 PN 结 结型器件的电学特性 即 I V 特性 I V 特性是表征 LED 芯片 PN 结制备性能主要参数 LED 的 I V 特性具有非线性 整流性质 单向导电性 即外加正偏压表现低接触电阻 反之为高接触电阻 一般 LED 的 I V 特性曲线如图 3 14 所示 具有以下特点 1 正向死区 a 点对于 V0 为开启电压 当 V Va 时 外加电场尚克服不少因 载流子扩散而形成势垒电场 此时 R 很大 开启电压对于不同 LED 其值不同 GaAs 为 1V 红色 GaAsP 为 1 2V GaP 为 1 8V GaN 为 2 5V 2 正向工作区 电流 IF 与外加电压呈指数关系 IF IS e qVF KT 1 IS 为反向饱 和电流 V 0 时 V VF 的正向工作区 IF 随 VF 指数上升 3 反向死区 V 0 时 PN 结加反偏压 V VR 时 反向漏电流 IR V 5V 时 GaP 为 0V GaN 为 10uA 4 反向击穿区 V VR VR 称为反向击穿电压 VR 电压对应 IR 为反向漏电 流 当反向偏压一直增加使 V R 时 则出现 IR 突然增加而出现击穿现象 由于所用 化合物材料种类不同 各种 LED 的反向击穿电压 VR 也不同 图 3 14 LED 的 I V 特性 3 5 2 状态指示电路设计 根据 LED 的 I V 特性可知 LED 一旦充分导通电流将会急剧增大 因此使用过程 中需对 LED 增加限流电阻 状态指示电路设计如图 3 15 所示 图中共有五只 LED 指 示灯 分别标志智能电饭煲的电源开关状态 定时状态 以及保温 煲汤 煮饭三种 工作模式 其中 R9 至 R13 为限流电阻 其值选取为 5 1K 图 3 15 控制系统状态指示电路 3 6 LCD 显示电路 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 3 6 1 LCD 1602 简介 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 3 6 2 LCD 显示电路设计 本设计中 LCD 显示电路设计如图 3 16 所示 P0 0 于 LCD 1602 的寄存器选择端 RS 连接 P0 1 与 LCD 1602 的读写选择端 RW 连 接 P0 2 和 LCD 1602 的使能端 E 连接 P2 口作为并行数据端口分别于 LCD 1602 的 D0 D7 引脚相连 由于 P0 口是准输入输出口 内部没有上拉电阻 故需在 P0 0 P0 3 引脚上添加上 拉电阻 本电路中选用 10K 上拉电阻 即图中的 R3 R5 图 3 16 LCD 显示电路设计 3 7 电饭锅加热电路 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 3 18 所示 图 3 17 加热盘 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 3 17 所示 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 图 3 18 控制系统热盘驱动电路 3 8 本章小结 本章主要设计电饭煲的模糊智能控制系统的硬件 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 其中还对 AT89C51 单片机的引脚功能进行细致分析 第第 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 1 软件整体结构设计 电饭煲模糊智能控制系统软件整体结构设计如图 4 1 所示 开始 对电饭煲工作模式 加热控制 LCD 工作方式等初始化 控制温度传感器进行温度转换及数据读取 对数据进行处理 输出显示工作模式 温度等信息 按键扫描及处理 模式切换控制 加热控制 循环 定时时间累计及其处理 图 4 1 主程序结构图 由主程序流程图可以看出 单片机开始运行后首先进行控制系统的初始化操作 初始 化操作包括对电饭煲初始工作状态 加热状态 以及 LCD 1602 的工作方式进行设置 本设计中 系统上电运行后 智能电饭煲工作状态被初始化为保温模式 LCD 1602 初 始化为两行十六字符无光标显示的工作模式 初始化工作完成后 程序进入 main 循环函数 在该函数中 程序依次调用多项 子程序 分时对系统的各项输入输出进行处理 Main 函数中处理的内容包括 控制传感器进行温度转换及数据读取 对读入的温 度数据进行处理 输出显示工作模式温度等信息 按键扫描及处理 定时时间累计及 处理 模式切换控制 加热控制等几项内容 void main T init init LCD display T t while 1 keyscan if miao 0 4 2 子程序设计 4 2 1 系统工作模式控制流程 智能电饭煲有保温 煲汤 煮饭四种工作模式 每种模式分别对应不同的控制方 法以及控制温度 用软件实现对电饭煲工作模式的控制与自动切换 系统工作后电饭煲首先进入保温模式 之后每当 MODEL 按键按下一次 工作状态就 会切换一次 状态的切换次序是 保温模式 煲汤模式 煮饭模式 保温模式 4 2 2 定时功能控制流程 本设计中智能电饭煲控制系统支持用户预约定时 定时时间到后电饭煲自动进入 用户预先设定的工作模式 进行煮饭 煲汤或者保温 定时时间可设定在 0 至 12 小时 之间的任意数值 软件实现该功能的流程如图 4 2 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