智能烤火箱的设计与制作

引言课题背景及意义在社会各个行业飞速发展，社会群众的日常生活条件得到了极大地提高的情况下，人们的物质需求也逐渐增多，对社会的要求也越来越多的。当冬天来临时，世界各地的人们将采取不同的取暖方式来取暖，人们对取暖的需求促使了各种取暖设备的出现。19世纪初，国外出现了一种采暖散热器，由于这种采暖散热器的便利性和舒适性，它得到了各大制造商的认可，并用于高级社交场所，因此产生了散热能力强且外形美观的铸铁式采暖散热器。在19世纪20年代至19世纪30年代，采暖散热器出现了第一次变革，这次变革给它带来了新的发展契机，革命的产物就是出现了一种单根柱式钢制采暖散热器，这种取暖设备的出现满足了当时社会的大量需要，也促进了取暖行业的发展，使得采暖散热器的使用更加普及[1]。19世纪50年代，人们生活水平得到了极大地提高，大多数的人舍弃了烧柴取暖的方式，去追求更高水平的生活方式，因此又产生了当时较为流行多柱式铁制散热器和多柱式钢制散热器，丰富了取暖器的种类。在19世纪60年代，人们刚刚经历了第二次世界大战，各个行业就像经历过寒冬的枝丫一样，开始展现蓬勃生机，社会工业的发展就像火山喷发一样，社会群众的生活水平也有了进一步的提高[2]。在满足取暖器基本功能的同时，人们开始关注取暖器的在节能环保、装饰美观等方面，对取暖设备提出了更高的要求，因此出现了一种铜板式暖气片，以强大的散热能力，美观大方的外形，适中的价格受到人们的热烈追捧，进而成为了当时的热门产品。时间一直到19世纪80年代，制造商们发现了铝材的传热系数高，觉得使用在取暖器十分合适，因此短暂的出现了一种铝质采暖散热器，代替了原本的铸铁采暖散热器和钢质采暖散热器，但由于铝型材质本身质地粗疏，根本没有办法解决碱性水腐蚀采暖散热器外部结构的问题，因此在19世纪80年代至90年代期间采暖散热器流行起了钢质式散热器，但是由于人们对散热器外观的要求以及当时家庭装修的普遍风格[3]。因此，在满足人们对物品的实用性以及针对性需求的同时，当时社会的生产制造行业出现了一种氩弧焊技术，极大提高了生产制造工艺水平，因此，绝大多数的生产制造商都普遍采用这种工艺来对散热器进行焊接。时间来到90年代以后，因为超声波自动焊接技术已经在制造业中普及还有焊接成本的降低，这让国内的生产制造商只能通过改造生产设备，再结合独特的设计理念与自身品牌文化，优化外观外形，创造出了针对性与功能强于一身的现代钢质采暖散热器。但是，随着社会的发展，各个方面的技术也越来越好，公众对自动取暖器提出了新的期望。但是，在这个信息时代，如果想满足大多数人的需求，就必须具有创新精神，更重要的是需要不断尝试新的方式来更好地满足人们的需求，并使人们使用更方便，直观的体验[4]。如今，随着电力的大量使用和单片机的应用，微控制器已渗透到各个领域，并广泛用于军事装备，工厂设施，公共场所和家用电器。在当今社会，随着对自动控制系统的不同要求的生产过程的改进，使用微控制器的智能设备应运而生，并且发展得越来越快。使用微控制器控制温度加热设备的取暖器不仅在运行过程中更加智能，而且在节能和安全等细节上也更符合现代社会的生活理念以及时代的各种趋势[5]。本次设计的智能烤火箱，具有分级加热、恒温控制、液晶显示和自动断电等功能。用户可以通过红外遥控器或烤火箱外壁上的按键来实现对温度的设定，以及加温度、减温度、保护锁等状态的改变。在本次设计过程中，通过实际动手，巩固单片机和传感器相关的基本原理以及应用方法，并且能够提升系统硬件电路设计、焊接，以及软件程序编写、调试的能力，最终设计出能够对人们生活有小小帮助的毕业作品。课题研究现状和发展趋势自第一台取暖器诞生至今，取暖器成为越来越多的家庭生活必要家用电器，使得取暖器的发展前景更加广阔。取暖器的优势在于它与木炭类的燃烧物比较更加干净卫生，舒适环保，安全性更高；与家用空调比较，电火箱的优势在于价格相对实惠一点，更适合生活水平一般的家庭。传统的家用取暖器或者公共场所使用的加热取暖设备的使用效果不仅不理想，而且还容易发生安全事故，在节能环保方面更是不合理。尽管在市面上流行的取暖器种类非常多，但是仍然没有一款在各个方面都能让使用者满意的取暖器出现，所以目前急需一款在温度控制和人机交流方面都有非常良好的性能，还能符合环保观念的取暖器[6]。现代社会对于物品的要求越来越高，集安全性、舒适性、环保性、智能化于一体的物品往往受到大家的追捧，这些要求也指引着了各种取暖方式的发展方向。安全性，安全是人类生存的最基本条件，任何物品的安全性，都是衡量物品是否能够用于人们日常生活的基本要求。特别是在农村及部分偏远地区，常常出现因为烤火导致的煤气中毒事件，此类事件必须全力防止，安全应该是所有取暖方式及取暖设施必须要确保的底线[7]。舒适性，在满足社会群众的日常生活取暖需求的条件下，随着日益提升的生活水平以及对节能环保越来越关注的情形下，目前的取暖设施已经难以满足人们对舒适化、个性化追求，尤其是随着南方分户式取暖方式的不断兴起，舒适性能更强的取暖设备才具备更强的社会竞争性，也更能满足普遍群众对于取暖消费的相关需求，因此，新型取暖设备必须满足用户在改善性和提升生活质量等方面需求，才可以获得用户的认可[8]。环保性，由于环境污染问题的越发严重，环境问题已经引起了全社会的关注与重视，其中，如何减少二氧化碳的产生与排放，减缓全球气候变暖，是人类目前最迫切需要解决的气候变化难题，早期采用烧炭取暖方式在现在是万万不可行的，因此，取暖方式的环保性，降低煤炭以及其它的影响环境的材料的使用，降低取暖产生的污染物排放，显得十分重要和迫切[9]。智能化，智能化是利用信息化手段实现取暖行业节能减排的重要途径。信息化的时代已经来临，各个行业与信息化的结合是必然的，云计算、物联网和大数据的实现赋予了这个时代新的可能，科技兴国，这些技术的出现也带动了其他行业的发展。随着智能家居产业的不断发展，人们经常在各种媒体上看到智能家居的概念。随着人们日常消费水平的日益提高以及对生活质量的不断追求，人们对于家用电器智能化、舒适化、安全化的需求也越来越强烈，促使着智能家居的发展也越来越迅速[10]。同时，现代电力电子技术，计算机技术，控制理论已经成熟，采用单片机控制技术是实现家电智能化重要且流行的一部分。单片机的优点众多，单片机的使用也非常简单，所以是作为智能烤火箱的微控制器的最优选择，当今社会几乎每个行业都有用到单片机，未来单片机在家用电器中使用也将会是一种主流趋势，也会为家用电器的发展提供不竭的动力。由微控制器控制的智能加热系统只需要较少的元器件，并且电路结构简单，日常操作简单，外部结构坚固耐用，应用范围广泛，还能够与数字信号兼容通信，因此这种智能加热系统得到了业界的广泛应。因此，今后人们工作学习研究物联网智能家用系统变得非常重要，因为每一项突破都有可能带来新的发展。随着智能家居和智能家电的即将流行化，烤火箱作为家用生活电器之一，也必须要有新的突破和创新，并且这种突破和创新是要符合生活要求的，是要实用的，同时也要贴合人们的时代观念以及生活观念，所以还要考虑美观性、安全性和环保性[11]。如今时代发展迅速，科技兴国，各个行业都将迎来新的发展曙光，烤火箱也不外乎与此。在未来，肯定会出现更多的更加具有特点、性价比更高的新型取暖产品来服务人们的生活。因此，暖器产品作为大多数家庭寒冷时节的必备品，未来有着无限的发展空间。

方案设计智能烤火箱的设计概况本课题是设计一款基于单片机的智能烤火箱，主要应用于秋冬季节，人们脚部取暖使用。智能烤火箱的控制方式分为按键控制和红外遥控器控制，并且这两种控制方式都带有单独的保护设置，保护烤火箱温度设置。当烤火箱检测到压力时就开始工作，首先通过DS18B20温度传感器采集实时的环境温度，再将采集到的温度数据输送给STC89C52单片机，再经过单片机对数据做出相应的分析处理，若是环境温度数据正常，LCD1602液晶显示器会显示温度并且单片机会控制加热模块进行工作，若是环境温度超出用户设定的温度值，则报警单元开始报警，即蜂鸣器发出警报声，并且通过继电器关闭烤火箱加热。本次设计的智能烤火箱系统主要由八个模块组成：（1）主控模块（主控芯片及单片机最小系统）；（2）压力开关模块；（3）温度检测模块；（4）升温模块；（5）液晶显示模块；（6）报警模块；（7）电源模块；（8）手动控制模块（按键及红外遥控器）。其中，单片机为核心控制单元，主要负责烤火箱压力开关和DS18B20温度传感器反馈数据的分析处理。压力开关和温度传感器，分别负责外部环境的压力以及温度进行检测，当控制单元读取到数据后，会对其检测到的数据进行分析并做出相应的响应，若检测的温度数据无异常，再将温度信号传送给液晶显示模块，由LCD1602液晶显示器进行显示，在液晶显示器显示温度的同一时刻，若温度出现异常，即温度传感器检测到的环境温度等于或高于用户自定义设置的温度时，单片机会控制所有加热模块停止工作，同时会向报警模块传送信号，使其控制蜂鸣器发出警报声[12]。此外，本设计是直接连接5V电源作为电压电源。系统硬件框图如图2.1所示。图2.1系统硬件框图主控芯片及单片机最小控制系统单片机全称单片微型计算机，英文名称为：Single-ChipMicrocomputer，缩写为SCM。单片机与我们日常所使用的个人计算机(PersonalComputer)的区别是，单片机是将微型处理器、储存器、IO口及对应电路都集成在同一块芯片上。根据单片机的位数分类可以将单片机分为5类，分别是4位机、8位机、16位机、32位机和64位机，其中64位单片机是目前为止速度最快，性能最强，性价比最高的单片机[13]。单片机是现代社会各大领域中使用的最多的芯片，单片机的使用制造业、工业发展向前迈进的最重要的一步。结合单片机的各种优点，本设计采用STC89C52单片机作为智能烤火箱的主控芯片，使其对烤火箱的数据进行分析并处理，控制调节各个功能模块，从而实现预期的目标功能[14]。单片机具有以下优点：（1）体积微小；（2）能耗低；（3）价格便宜；（4）数据内存大；（5）向外扩展能力强；（6）使用方法简单易懂。本次设计需要STC89C52单片机的超强储存容量以及对数据快速处理的能力，其次就是和其它的51系列单片机相比，STC89C52单片机的价格更便宜，阻抗外部干扰的能力更强，性价比最高，所以是本次设计最合适的选择。STC89C52单片机引脚图如图2.2所示。图2.2STC89C52引脚图温度采集模块结合智能烤火箱的设计需求，本次设计选择了日常生活中使用比较多的DS18B20温度传感器作为温度采集模块中的传感器，原因是DS18B20温度传感器具备传统热温度检测设备所没有的迅速处理数据的能力，即DS18B20温度传感器读出被测量温度的速度更加快速准确，并且可以通过更加简单的程序编写方式来实现读数模式[15]。DS18B20温度传感器作为生活中常用的数字温度传感器之一，通常在各种狭窄空间中进行温度数据的采集，它还具有体积轻巧，外形坚固，形状多样，操作方式简单等优点，所以与智能烤火箱的设计需求更加贴合。此外，DS18B20数字温度传感器的接线方法简单易懂，方便后期焊接，更有利于本次设计的完成。DS18B20数字温度传感器在本次设计中使用的好处有：（1）特殊的接口方式：只需要将DS18B20温度传感器与单片机的连接在同一个I/O口就可以实现单片机与DS18B20温度传感器双向通讯功能，也不需要再变换其他电路，就可以输出检测对象的温度值；（2）使用时不需要再添加其他的辅助元器件；（3）与烤火箱的供电方式相同，可以由数据线来提供电源；（4）温度检测范围为-10°C到+85°C之间，符合烤火箱的测温要求，温度检测精度以及温度检测分辨率比较高；（5）DS18B20温度传感器在连接错误的情况下不会损坏其他元器件，只需要对其进行更换，方便后期的调试。压力开关模块根据烤火箱的用途以及外形结构，本设计选择简易的压力开关作为用来判断是否有压力的装置。压力开关是一种简单的压力控制装置，由高精度、高稳定性能的压力传感器和其它电路组成，结合智能烤火箱的设计需求，去除了压力开关中的压力传感器，只保留了压力弹片的部分在本次设计中使用。只保留了压力弹片的压力开关使用方法非常的简单，十分适合在本设计中使用。通过接触按压压力弹片，以此来模拟用户的使用过程，从而实现烤火箱开启或关闭的功能[16]。升温模块智能烤火箱中的升温模块由8个加热模块组成，每个加热模块都添加了一个继电器，用来控制此加热模块，从而实现安全用电的预期功能目标[17]。继电器作为一种电控制元器件，继电器在电路中主要作为“自动开关”使用，其原理就是通过小电流去控制大电流工作，从而实现预想器件的开起或关闭[18]。继电器在本次设计中起着关键性的作用，它是保证用电安全的第一道屏障，也是组成智能烤火箱的核心元器件，继电器在烤火箱中的主要作用有：（1）对每个加热模块电路起着转换、断开、接通的作用；（2）单片机向各个加热模块中的继电器发送信号，从而控制整个升温模块；（3）加热模块出现异常时，及时断电，保障整个烤火箱的其他模块不会被损坏。液晶显示模块本设计采用LCD1602液晶显示器作为烤火箱显示模块中的显示器，主要用来显示烤火箱的实时环境温度和用户设定温度，还有烤火箱的控制状态[19]。LCD1602液晶显示器是一种字符型液晶显示模块，它能够同时显示32个字符。它是主要由字符型液晶显示屏、控制驱动主电路以及其扩展驱动电路，外加少量电阻、电容元件和结构元件等装配在一块PCB板上而组成。LCD1602液晶显示器可以分为3种类型，分别是字段型，字符点阵型，图形点阵型。各类行业对于LCD1602液晶显示器的应用已经十分常见了，生活中随处可见它的身影[20]。目前只有图形点阵式显示器可以显示汉字和图形，这种显示器在电子行业中使用的比较多，由于本设计只需要显示温度数值以及表示控制状态的字母，因此本次选择的是字符点阵型液晶显示器。LCD1602液晶显示器使用方法简单，价格也在可接受范围内，相应程序的编写也较为简单，所以用于本设计十分合适。学习使用LCD1602液晶显示器各引脚的功能并不复杂，其中只需要注意并联一个10K大小的排阻，保证内容的正常显示。报警模块本设计设置了高温报警功能，当DS18B20温度传感器检测到的环境温度大于或等于用户自定义设置的温度时，报警模块中的蜂鸣器将会发出警报声，提醒人们可能会发生的危险，同时单片机最小系统会向继电器发送指令，通过继电器关闭烤火箱，从而达到安全用电的目标功能。蜂鸣器是一种结构化一体的电子讯响设备，与本设计的供电方式一致，都是采用直流电压供电的供电方式。蜂鸣器在许多行业，尤其是在电子类相关行业中使用频繁。根据烤火箱的设计相关需求，选择了适用于本设计的有源蜂鸣器作为报警装置中的蜂鸣器[21]。蜂鸣器有以下优点：（1）体积小；（2）反应快速；（3）焊接简单；（4）制造成本低；（5）驱动电路简单；（6）对应的程序编写简单；（7）良好的频率特性。手动控制模块根据智能烤火箱的预定目标，以及人们日常生活的需要，还有操作的便捷性，将烤火箱的控制方式分为以下两种方式：（1）按键控制。根据烤火箱的外形结构，在烤火箱外壳上设计了按键模块，按键包括有温度加、温度减和童锁按键。按一下童锁按键才能使用温度加和温度减，再按一下就温度加和温度减按键就进行保护，以防止意外发生。（2）红外遥控器。考虑到日常生活中使用烤火箱的各种情景，因此为烤火箱添加了红外遥控器，方便人们的操作。红外遥控器在人们的日常生活使用的比较多，实用性也比较强，有助于提高用户的对智能烤火箱的接受程度。智能烤火箱的红外遥控器具有温度加、温度减、童锁按钮，关闭蜂鸣器的功能[22]。红外遥控器有以下优点：（1）信息传输可靠；（2）能耗低；（3）应用广泛；（4）可靠性好；（5）造价低廉；（6）抗干扰能力强；（7）硬件使用简单。本章小结智能烤火箱的控制方式分为按键控制和红外遥控器控制，并且这两种控制方式都带有单独的保护设置，保护烤火箱温度设置。本章主要对各个功能模块进行阐述。

系统硬件设计单片机最小系统电路STC89C52单片机最小系统主要由电源部分、时钟振荡电路部分和复位电路部分共同组成。单片机电源部分为5V电压，是由数据线直接提供的，接地电源连接在单片机20号引脚上，VCC连接在40号引脚上。时钟振荡电路由一个约为11Hz的晶振并联两个30pF的陶瓷电容组成，这样的连接方式有助于振荡电路起振。复位功能由一个按键控制。本设计一共使用了单片机的23个IO口，其中LCD1602液晶显示器使用8个引脚用于的与单片机间通信，它们分别是P00、P01、P02、P03、P04、P05、P06和P07。烤火箱蜂鸣器信号驱动引脚是P10号引脚。P11、P12和P13号引脚是烤火箱按键的输入引脚。P14、P15号引脚是烤火箱压力开关的输入引脚。加热模块中的8个继电器加热输出端口分别连接在P20、P21、P22、P23、P24、P25、P26、P27号引脚上。P32号引脚是作为烤火箱红外遥控器的信号接收端口。P34是DS18B20温度传感器信号的接收端口。P30和P31用于烤火箱的数据下载口。具体原理图分别如图3.1、图3.2、图3.3所示。图3.1单片机最小系统电路原理图图3.2单片机最小系统电源部分电路原理图图3.3单片机最小系统时钟振荡部分和复位部分电路原理图温度检测电路智能烤火箱的温度检测电路设计并不复杂，只需要将DS18B20温度传感器与STC89C52单片机的P34号引脚连接，再并联一个4.7K的电阻即可实现预期功能目标。STC89C52单片机的P34号引脚与DS18B20温度传感器的数据输入输出端DQ引脚连接，主要作用是用于环境温度的采集。经过DQ端，将DS18B20温度传感器发出的信号传递给单片机，再经单片机处理后，将数据传送给LCD1602液晶显示模块显示数据。具体电路图如图3.4所示。图3.4温度检测电路原理图升温继电器电路为了实现分级加热功能和自动断电功能，为烤火箱设置了8个带有继电器控制的加热模块，这8个加热模块分别与STC89C52单片机P2口对应的8个I/O口连接。每个加热模块都主要由1个继电器、1个三极管、1个电阻以及1个加热阻丝组成，但由于条件有限，加热阻丝由LED灯代替，当LED灯亮即说明加热模块正在运行。具体电路图如图3.5所示。图3.5升温继电器电路原理图液晶显示电路智能烤火箱中的液晶显示模块主要由一个LCD1602液晶显示屏和一个10K排阻组成，LCD1602液晶显示屏的8个数据端口分别连接到单片机P0口的8个I/O口，加上10K的上拉电阻。另外LCD1602液晶显示屏的4号引脚、6号引脚分别连接单片机的P16、P17端口。具体电路图如图3.6所示。图3.6液晶显示电路原理图蜂鸣器报警电路智能烤火箱中的报警模块主要由蜂鸣器、PNP三极管再加上一些外围元器件组成。在烤火箱功能设计时，考虑到有源自蜂鸣器的工作原理，就在报警模块中添加了一个PNP三极管并将STC89C52单片机的P10口连接在三极管的基极，这样就可以让三极管驱动蜂鸣器，每当单片机输出的是低电平时，三极管导通，蜂鸣器发出报警声；当单片机输出的是高电平时，三极管截止，蜂鸣器停止发出报警声。但是因为蜂鸣器是感性元件，所以需要并联一个反向的二极管。具体电路图如图3.7所示。图3.7报警模块原理图整体硬件设计电路智能烤火箱的整体电路是由温度检测电路、升温继电器电路、液晶显示电路、蜂鸣器报警电路以及部分功能电路围绕在STC89C52单片机周围组成的。在智能烤火箱的设计过程中，主要使用万能板对各个功能模块元器件进行焊接，但是由于烤火箱的功能模块以及对应的电路比较丰富，因此将本设计的功能划分在两块硬件电路板中，对其分开焊接，再用数据接口短接，从而实现整体功能，将单片机最小系统电路、液晶显示电路、蜂鸣器报警电路以及按键和红外遥控器的接口焊接在一块电路板中，而另一块电路板主要焊接的有温度采集电路、升温继电器电路以及压力开关电路。在智能烤火箱焊接的过程中需要特别注意各个引脚的焊接，防止出现焊接错误。当整个硬件电路焊接完成后，需要进行硬件调试，直至实现各个功能模块的预期目标，达到智能烤火箱的设计要求。烤火箱的整体硬件设计电路图如图3.8所示。图3.8整体硬件设计电路图本章小结系统硬件设计，分析单片机最小系统电路，对温度检测电路、升温继电器电路、液晶显示电路、蜂鸣器报警电路及整体电路进行设计。

系统软件设计程序开发环境本次智能烤火箱的软件设计采用模块化编程方式，将烤火箱的各个模块要实现的功能分别定义.C文件和.h文件，虽然.C文件与.h文件的命名规则是一样的，但是对于后续的程序编译以及部分功能的修改是有极大地益处的，也让整个程序编写思路更有条理。采用模块化程序编写方式有以下优点：（1）使得整个程序编写思路清晰合理；（2）有利于各个模块之间相同的代码的多次使用，减少程序编写时间，缩短整个设计时间；（3）后期程序出现错误或模块之间出现功能不配合的情况时，有利于快速查找和修改错误。烤火箱的各个功能模块的程序编写都是在Keil程序编写软件中完成，Keiluvision5是美国KeilSoftware公司研发并发布的程序编写软件，它是以C语言的语法规则为程序编写核心，这样的编写规则更加有利于程序编写效率的提高以及缩短各个模块程序设计时间。具体操作方法如下：（1）点击Keiluvision5软件图标，进入到Keil软件中；（2）在工具栏中点击Project选项，然后选择NewμVisionProject...选项，成功建立并保存新的项目工程，具体操作如图4.1所示；图4.1新建Project项目工程（3）选择File，点击New...新建文本，保存文本，将文件后缀名为“.C”，如图4.2所示；图4.2新建文本（4）编写C程序，程序编写完成进行编译、生成Hex文件。系统主程序本次设计绘制的主程序流程图主要是用于查看各个功能模块之间的进程关系以及需要实现烤火箱的每个功能如何调用，再就是对烤火箱有一个整体上的思路把握。绘制主程序流程图更有利于每个功能模块程序的调用，它可以决定其它的子程序什么时候该做什么，有着很好的引导性作用。本次设计的智能烤火箱的程序编写采用的是模块化编写方式。除驱动程序外，包含的各个功能模块的程序有：（1）DS18B20温度传感器驱动程序；（2）LCD1602液晶显示器驱动程序；（3）蜂鸣器报警程序；（4）压力检测程序；（5）升温继电器控制程序；（6）按键及红外遥控控制程序。系统主程序流程图如图4.3所示。图4.3主程序流程图数据采集与监测程序智能烤火箱的数据采集程序分为DS18B20温度传感器驱动程序与压力监测程序两个部分。DS18B20温度传感器驱动程序主要是驱动温度传感器检测实时环境温度以及环境温度的变化，并向单片机传送温度信号。压力监测程序是用于检查烤火箱的实际使用情况的，它决定着烤火箱的工作状态。DS18B20温度传感器在程序编写时严格遵守单总线的通信协议，在编写数据和命令时，采用的都是字节低位在前的编写方式。但是由于DS18B20温度传感器只有在出现读时序命令时才能进行数据传输，并且数据的传输还需要经历复位、发送ROM指令、发送功能指令这三个步骤，所以在程序编写时需要注意预留出时间，以便这些步骤的完成。流程图如图4.4所示。图4.4数据采集与监测程序流程图液晶显示程序根据LCD1602液晶显示器的工作原理，即通过电压对显示器的显示区域进行控制，接通电源就可以显示功能，从而显示出对应图形这一工作原理，所以当智能烤火箱接通电源时，温度传感器会采集周边的环境温度并将温度数据传送给单片机，然后通过单片机的P34端口将数据传送到控制单元，再通过LCD1602液晶显示屏显示当前的温度。LCD1602液晶显示作为烤火箱的功能之一，与温度传感器有着紧密的联系，它的实际工作就是显示环境温度，以方便人们对温度以及烤火箱工作状态进行观察。具体流程图如图4.5所示。图4.5液晶显示流程图升温继电器程序当DS18B20温度传感器将环境的温度采集发送到单片机，用户通过按键或红外遥控器来自定义设置烤火箱的温度，再通过环境温度与用户设定温度的比较，程序会发出对应的指令，控制对应的加热器进行工作，当DS18B20温度传感器检测到的环境温度与用户自定义设置的温度相差10度时，加热模块中的8路加热器同时工作；环境温度与用户自定义设置的温度相差5度时，4路加热器同时工作；环境温度与用户自定义设置的温度相差2度时，2路加热器同时工作；环境温度与用户自定义设置的温度相差1度时就只需要有1路加热器工作。当DS18B20温度传感器检测到的环境温度大于或等于用户自定义设置的温度时，单片机会控制所有加热器停止工作，同时蜂鸣器报警程序会控制蜂鸣器发出警报声。程序执行流程图如图4.6所示。图4.6加热模块流程图本章小结绘制的主程序流程图，用于查看各个功能模块之间的进程关系以及需要实现烤火箱的每个功能如何调用，本次设计的智能烤火箱的程序编写采用的是模块化编写方式。除驱动程序外，包含的各个功能模块的程序有：DS18B20温度传感器驱动程序、LCD1602液晶显示器驱动程序、蜂鸣器报警程序、压力检测程序、升温继电器控制程序及按键及红外遥控控制程序。

系统调试验证系统的软件调试软件程序调试是指将编写完成的全部程序在编译软件中进行编译，然后分析通过编译得出的程序问题的错误原因，再对语法错误和逻辑错误进行一次次修改的过程，其中语法错误有时不会影响程序正常运行。软件程序调试是可以缩短设计时间，提高设计效率，保证程序正确的不可或缺的步骤。本次设计的软件程序编写编译以及程序调试过程都是在Keiluvision5软件完成的。本次系统的软件调试分为两部分，分别是程序调试和电路图仿真，程序调试过程中主要采用动态调试的方法，主要通过Keiluvision5软件自带的编译功能来寻找程序错误并对其修改。本次电路图的仿真是在Proteus软件中完成的，当在Keil5软件中编译的程序无错误后，就进入到了Proteus软件仿真的环节。Proteus仿真首先需要绘制电路图，添加智能烤火箱中需要用到的元器件，然后将编译好的程序在Proteus软件中进行再次编译修改，再与电路图联合调试，最后看是否实现预期的功能。智能烤火箱的各个功能模块的主要调试步骤如下：（1）首先将STC89C52单片机最小系统在Proteus仿真软件中绘制好；（2）然后在上一步的基础上对烤火箱的各个功能模块中使用到的元器件进行添加；（3）将写好的程序在Keil软件上进行编译；（4）将编译成功程序下载在Proteus软件中；（5）在Proteus软件中运行已经绘制好的仿真图以及对应的程序，观察各个功能模块的是否符合设计要求以及整个单片机系统电路的情况是否正常；（6）检查并修改各个功能模块中的不符合设计要求的程序和电路；（7）将修改完成后的程序重新进行编译，然后再下载仿真测试，直到达到预期的功能目标。智能烤火箱Proteus仿真图如图5.1所示。图5.1Proteus仿真图系统的硬件调试硬件调试主要是对智能烤火箱的各个器件进行功能性和可靠性的调试，主要是利用万用表对焊接电路进行电路测验，检测电路的完整性和正确性。其次就是将部分无法通过仿真调试出结果的模块，需要将其子程序下载到实物当中进行测试。最后，还需要将所有功能模块的程序下载到实物进行调试，查看烤火箱预期功能实现的完整度。与单独子程序的测试相比，整体程序的调试要难上很多，各个子程序整合在一起过后，出现的程序错误就会很多，导致无法实现烤火箱的预期功能。其中，最严重的问题是在将智能烤火箱的所有模块组合到一起调试时，加热模块与报警模块的功能一直无法实现预想目标，最后寻找出之所以会出现这样的问题是因为对报警程序设想的不透彻，不符合实际，最后重新设计报警程序并对相应的程序进行了修改，才得以实现烤火箱的预期功能。硬件的主要调试步骤如下：（1）首先连接电源，利用万用表检测单片机外围电路中供电是否正常以及电路中的各个元器件是否正常；（2）通过下载口，将已经编译好的程序下载到单片机中，然后运行程序，以此检测程序下载功能是否能够正常工作；（3）打开电源开关，查看各个元器件的工作电压是否符合设计要求；（4）下载烤火箱的完整程序，查看各个功能模块是否能够正常工作；（5）对烤火箱加热功能进行单独测试；（6）使用打火机测试温度传感器检测是否能够正常工作，自动报警装置是否能够正常运行；（7）对烤火箱的按键模块和红外遥控器进行功能测试。所遇问题及其解决方法在智能烤火箱的整个设计及制作过程中，出现过的问题以及对应的解决方法如下：（1）烤火箱的加热功能无法实现。由于条件有限，烤火箱的加热功能需要用到发热管，但是发热管的具体使用方法无法与烤火箱的实际工作情况相符，根据毕业设计实际情况，将烤火箱加热模块中的发热管用发光二极管替换。在实烤火箱工作过程中，加热模块中的发光二极管发亮就代表加热模块正在正常工作，因此解决了加热模块中加热管的问题。（2）程序下载异常。在第一次将编写好的程序下载到硬件电路板中调试时，出现电路板没有任何响应的情况。最终经过反复的检测，发现是程序没有下载电路板中，单片机程序下载接口损坏，最终更换了下载接口才得以解决了问题。（3）报警功能异常。在第一次将编写好的程序成功下载到硬件电路板中调试时，报警模块出现异常，蜂鸣器出现一直发出警报声并且无法关闭的情况。最终经过反复的检测，发现是报警程序中有一处错误，经过修改调试，最终解决了报警功能异常的问题。（4）温度检测模块实现条件受阻。在烤火箱的功能预期目标中，需要温度检测模块检测出现实温度超出预设温度，即超出烤火箱设定的温度最大值，蜂鸣器才会发出报警，继电器才会自动关闭烤火箱，但是在现实生活中，如果没有外部条件的干预，很难出现四五十左右的环境温度，因此无法进行烤火箱的功能调试，最后选择使用打火机短暂加热DS18B20温度传感器，从而使DS18B20温度传感器检测出预设情况中需要的环境温度，解决了环境温度受限的问题。（5）部分元器件虚焊。在整个硬件的调试过程中会出现某些元器件无法正常工作的问题，最后通过反复检查，发现是在焊接过程中出现了虚焊的情况，经过再次焊接，调试，最终解决了元器件虚焊的问题。（6）显示器中内容排布不美观。在第一次将编译成功的程序下载到电路板中调试时，发现LCD1602液晶显示器中显示的内容排布不美观、影响观看的问题，经过反复修改对应的子程序，使显示内容排布不美观的最终得以解决。本章小结分别对软件和硬件进行调试，软件部分主要通过Keiluvision5软件自带的编译功能来寻找程序错误并对其修改；硬件部分主要是对智能烤火箱的各个器件进行功能性和可靠性的调试，主要是利用万用表对焊接电路进行电路测验，检测电路的完整性和正确性。

结论本次智能烤火箱的设计与制作，通过不断的调试和改善，基本达到了预期的功能设计目标，最终制作完成了智能烤火箱，并且使之能够正常工作。本次设计的智能烤火箱以STC89C52单片机作为核心控制单元，辅之以其它的元器件，每个功能都采用模块化的设计方法，大大缩短了开发时间，提高了整体工作效率，从而实现智能烤火箱的压力与温度检测、过热保护、液晶显示、自动报警等相关功能。在智能烤火箱的设计过程中，因为烤火箱的功能复杂性决定了对应模块性能的变化以及时序编程的不同，所以各个模块的程序编写就成为了整个毕业设计的难点