【《基于以AT89C51单片机的智能电饭煲控制系统的设计（附图）》14000字】

基于以AT89C51单片机的智能电饭煲控制系统的设计目录摘要 5Abstract 51绪论 61.1背景及发展 61.2课题任务及意义 62智能电饭煲控制系统整体设计方案 62.1智能电饭煲控制系统简介 62.2智能电饭煲控制系统电路组成 72.3本章小结 83智能电饭煲控制系统硬件设计 83.1控制系统单片机最小系统工作电路 83.1.1AT89C51单片机的引脚及其排列 93.1.2at89c51MCU时钟信号控制电路框图 103.1.3AT89C51单片机复位电路 113.1.4控制系统单片机最小系统电路设计 123.2控制系统电源电路 133.2.1稳压器件78L05简介 133.2.2电源电路设计 143.3按键输入电路 143.3.1按键分类 143.3.2按键结构与特点 153.3.3按键输入电路设计 153.4温度传感器电路 163.4.1DS18B20简介 163.4.2DS18B20的使用方法 173.4.3温度传感器电路设计 193.5LED状态指示电路 193.5.1LED简介 193.5.2状态指示电路设计 203.6LCD显示电路 213.6.1LCD-1602简介 213.6.2LCD显示电路设计 223.7电饭锅加热电路 233.8本章小结 244智能电饭煲控制系统软件设计 254.1软件整体结构设计 254.2子程序设计 264.2.1系统工作模式控制流程 264.2.2定时功能控制流程 264.2.3加热功能控制流程 284.3本章小结 285智能电饭煲控制系统的仿真验证 295.1本章小结 32结论 32参考文献 33附录 34附录1：智能电饭煲控制系统电路原理图 34附录2：智能电饭煲控制系统软件源程序清单 34

摘要：本次设计所完成的课题目标是要求我们以AT89C51单片机作为主要核心部件和设备的智能家用电饭煲自动控制系统。首先，简要解释了电饭煲的产品发展历史，分析了电饭煲未来在国内的发展方向和趋势，以及智能电饭锅在当前市场上的优缺点。此外，对智能家用电饭煲自动控制系统的总体设计方案也作出了分析，最后确定了一套关于智能家用电饭煲控制系统的总体设计方案。其次，为了满足现如今家用电器智能性、实用性、降低成本，环保和节能性的需求，我们已经详细设计了智能电饭锅控制系统的各个模块。它根据功能要求区分硬件和软件，并详细说明每个部分的工作方式和实现方式。经过验证后的结果表明，该智能控制系统能够实现定时煮饭，自动保温以及自动进入节能模式等功能。关键词：智能控制，电饭煲，单片机，Proteus1绪论1.1背景及发展在20世纪的今天，科学带来了社会巨大的进步，技术带来了人们生活质量的巨大进步。因此，环保、节能和便利生活的观念自然而然地出现了。最基本的表现是，人们对家用电器智能化的要求正在逐步提高，电饭煲已经成为家庭中必不可少的家用电器。初代电饭煲的工作原理和内部构造很简单，主要是机械式控制的。由于技术含量低，价格相对较低而受到人们的喜爱，同时又以功能单一和繁琐的操作逐渐退出市场。1965年，美国洛杉矶扎德（Zadeh）教授提出了模糊集与自动控制相结合的理论。模糊控制理论在本世纪迅速兴起和发展。模糊控制理论伴随着计算机的发展，逐渐应用到智能控制领域，进而，智能电饭煲迎来了一个新的发展趋势。智能电饭煲不仅可以实现简单的烹饪功能，还可以通过集成煮饭，煮粥，煮汤等各种功能来完成各种工作模式，并且具有预约和节能加热的功能，节省煮饭时间并简化烹饪过程。1.2课题任务及意义本次课题主要目的是实现智能电饭煲的三大功能，首先就是定时煮饭功能，其次是自动加热功能和节能模式。该课程使用AT89c51单片机来构造该智能系统，通过温度传感器等模块的有效配合来实现各个功能的正常运行。该智能电饭煲会在预先下达煮饭命令后进行煮饭工作。当煮饭任务结束后会自动进入保温模式，然后根据保温时间的长短会进入节能模式。并且根据温度的变化自动调节加热模式的开启与闭合。该系统自动化水平较高，符合人性化的设计，能够满足人们日常生活中对之智能化电器的需求，有利于提高了人们的生活水平。2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智能控制管理系统基于一个数控单片机,它是一个智能关键输入控制电路单元,并通过结合了其他诸如控制按钮,温度传感器等各种输入控制电路以及其他加热和降温状态信息显示之类的各种输出控制电路,从而基本实现了智能电饭煲的内部智能自动控制。该操作系统通常可以三种操作方式进行操作比如电饭锅:"加热","汤"和"煮饭"。在每种工作模式下,控制温度系统均与炊具锅盖温度传感器系统结合一起使用,以自动温度调节炊具火力并自动限制使用炊具。在系统设定的最高烹饪温度控制范围内每当完成一次烹饪后,它将自动切换到加热状态。该计时控制管理系统与单片机的工作计时模块功能相互结合,可以为你的烹饪工作自行设置一个烹饪时间,当你所设置的烹饪时间全部用完时,它们就会自动进行切换并回到系统预定的一个烹饪时间工作计时模式。该自动控制显示系统能够与LED两种模块结合一起使用,以通过实时信息显示智能电饭锅的具体工作原理,而且是当与它和LCE液晶电视显示器系统结合一起使用时,它不仅可以实时显示更多样的信息。包括开机时间,运行系统状态,故障事件警报和其他详细信息。电饭煲整体控制面板结构如下列图片2-1所示,主要模块包括电子显示屏,工作状态知识灯和控制按键几个部分。该智能控制管理系统大大提高了智能电饭锅的操作自动化,智能化和满足人性化需求的特点,不仅使用起来很方便，而且在安全问题方面也有很高的提升。图2-1智能电饭煲控制系统操作面板效果图2.2智能电饭煲控制系统电路组成控制电路系统主要可以有三种基本的控制电路元件构成:第一个指的是电源输入输出控制电路,第二个是单片机的输入输出控制电路和一个基于单片机的输入输出控制电路,如下列图片2-2所示。电源控制电路把220V的三相交流电通过变频器转换成5V的直流电,以便于提供电流给一个用于控制变频系统的专用电源。单片机的按键输入输出电路主要组成包括一个按键信号输入输出电路,顶盖式温度传感器的按键输入输出电路,复位式信号输出输入电路和一个时钟式信号输出输入电路。单片机的驱动输出控制电路主要功能包括一个lcd信号显示控制电路,led显示工作时的状态信号显示控制电路及一种用于自动加热台式电饭锅的微型单片机驱动输入输出信号状态显示控制电路。图2-2智能家用电饭煲自动控制器的系统部件组成框架图2.3本章小结本章从一个系统总体设计的角度考虑出发,首先，我们确定了该控制系统是自动控制与模糊理论相结合而产生的。该系统运用一块数控单片式单片机为主要控制核心的模糊控制元件,结合控制按键,温度控制传感器和控制器等软硬件综合设计,使得一台电饭煲系统能够轻松实现"保温"、"煲汤"、"煮饭"等多种控制功能。3智能电饭煲控制系统硬件设计智能台式电饭锅硬件控制驱动系统的主要组成硬件控制电路根据其主要功能范围大小不同可以大致细分如下为7个组成部分,即进入控制驱动系统中输入单片机最小值的操作温度电路,控制驱动系统的输出电源和控制按键进入输出控制电路,温度传感器。led电源状态自动指示控制电路,lcd状态显示控制电路和智能电饭煲电源加热控制电路。3.1控制系统单片机最小系统工作电路本设计选择AT89C51单片机作为核心控制芯片。AT89C51是一款低电压,高性能CMOS8位微处理器,具有可编程和可擦除只读存储器,通常被称为单芯片微型计算机。单片机的只读可重复擦除数据存储器，每分钟可同时重复进行擦除1000次。该系列器件产品不仅集成密度很高，而且在结构上也很坚固，不易损坏，并且可以兼容于符合行业标准的MCS-51指令集及其输入输出引脚。AT89C51在一个32位硬件控制芯片上充分地利了一个多功能8位闪存cpu和64位闪存,是一种高效的小型通用微控制器。AT89C51单片机已经给其他嵌入型的控制系统提供了一个灵活又便宜的基本解决办法。在本文的系统设计中,鉴于其使用经济性及设备实用性的程度,选取了AT89C51单片机可以作为现代智能家用台式电饭锅自动控制管理系统的主要一个核心组成部分用以进行自动控制。3.1.1AT89C51单片机的引脚及其排列AP0端口:P0端口是一个8位漏极电平开路双向I/O端口,每个引脚可以直接吸收8TTL栅极电流。当端口P0上的一个引脚首次写入1时,它被定义为高阻抗输入。P0可用直接用作外部程序数据存储器,并且它也可以被定义为一个数据/地址的第8位。在FIASH编程期间,端口P0用作原始代码输入端口，并且当选中FIASH时,P0输出原始代码。此时,必须将P0的外部拉高。端口p1:端口p1是一个带有内部上拉稳压电阻的8位双向模拟i/o输入端口。将一个p1端口的引脚写为1后,内部将其上拉为高并将它作为一个输入,当外部将其从p1端口下降并拉到一个小的低电平时,将其作为输出。在进行程序编程及数据验证期间,端口中的p1被程序接受了并成为第八位存储地址。端口p2:端口中的p2是一个同时具有内部上或下拉稳压电阻的8位双向端口i/o数据端口,可以从这个双向端口p2接收数据到一个缓冲区。输出4个ttl栅极管并输出输入电流。如果一个输入端口上的p2写"1",则端口会自动使该引脚被内部的上或下拉稳压电阻电路触发而拉高,并且端口可以直接用作射频输入。因此,当它被用作一个电流输入时,端口位于p2的引脚的值会在外部时被拉低以便于获得一个进入输出端的电流。它主要原因是由于内部的上压下拉结构造成。p3端口:p3端口引脚内部是8个双向整流i/o输出端口,带有内部的上拉整流电阻,能够同时接收和控制输出4个点在ttl栅极上的电流。rst:复位后的输入。当系统输入的一个自动复位控制信号以一个高电平不断地重复持续运行超过某一个单片机器工作周期时有效,并且它可以广泛用于直接完成对整个单片机硬件进行自动复位和硬件初始化。ale/prog:当我们需要访问外部地址存储器时,地址锁存器所提供允许的一个进入输出锁定电平就是我们用来用于锁定保存这个存储地址的一个特定状态值的字节。在进行flash程序编程期间,此引脚被自动设置为一个用来中断输入一个程序编程器的脉冲。但是,无论何时我们使用它自身来将其作为外部的一个数据缓冲存储器,它们自身都会自动不断跳过一个alee的脉冲。若要同时禁用一个ale的地址输出,可以把alsfr8eh两个地址的输出值分别设置为0到0。此时,仅当我们需要执行一个movx并且执行movc并将指令转换成一个ale时应该ale指令才有效。同样,该引脚也可能会被轻轻地向下拉起。若两个微处理器同时处于一个禁止外部指令执行的特殊状态例如ale,则这种状态设置不能正常。ea/vpp:如果/ea被控制器程序保持在一个小的低电平,则无论该控制程序是否有效或没有内部的任何程序文件存储器,外部的所有程序文件存储器均有效。在一个内部加密的应用模式1中,/ea将内部加密数据电平锁定为/ereset,如果/ea在两端子之间能够继续保持一个新的高电平,则此处的内部加密应用程序将对存储器有效。在一个flash的可编程期间,该引脚还通常可以用来作为一个直流施加12v的可编程的直流电源(VPP)。xtal1:外部反相时钟振荡器信号放大器的信号输入及内部反相时钟信号运算控制电路的信号输出。XTAL2:反相振荡器的输出。振荡器特性:xtal1与新的xtal2分别提供作为两个反相信号放大器的低通输入与正相输出。反相信号放大器也也可以被直接配置为集成片内式反相振荡器。石材砖的振动及其他陶瓷砖的振动都有可能被广泛使用。如果我们需要使用外部的一个时钟信号源将它作为一个驱动控制装置,则我们时钟不应与它的xtal2连接。内部的分频时钟控制信号其余的电流输入必须由外部二分频时钟触发器件来进行,因此不再规定需要外部的分频时钟控制信号输入脉冲区的宽度,但是输入脉冲的电流高电平和脉冲低电平之间所占的需要输入脉冲区的宽度可以作为输入保障。3.1.2at89c51MCU时钟信号控制电路框图xtal1与电路xtal2分别控制作为两个反相信号放大器的瞬时输入与正相输出。反相信号放大器也可以被直接配置为集成片内式反相振荡器。如果我们需要使用外部的一个时钟信号源将它作为一个驱动控制装置,则我们的时钟不应与它的xtal2连接。其余的脉冲输入由一个二分频脉冲触发器直接控制连接至内部的脉冲时钟转换信号,因此不一定需要外部脉冲时钟转换信号的外部脉冲时间宽度,但是在脉冲的外部高电平和脉冲低电平之间所连接需要的外部脉冲时间宽度可以作为输入保障。集成电路软件结构图可参见软件图3-1。图3-1AT89C51时钟电路3.1.3AT89C51单片机复位电路 at89c51的启动和复位引脚采用施密特启动信号输入。振荡器开始振动后,连续两个工作机械周期下,向rst引脚输入一个高电平将使得器件处于复位。按照at89c51的复位电路特性,设计了一种复位控制电路,如图3-2所示。图3-2AT89C51单片机复位电路在电路中,串联连接C1和R1并连接到RST引脚。上电时,电容器经过一个电阻进行充电,并且在正负荷的脉冲下出现了一个复位引脚。如果脉冲宽度足够宽,则可以重置微控制器。为了满足单片机AT89C51的的复位需求，我们选用了晶体振荡器和电容器以及电阻器，分别是24m，10uf和10k的电阻器。3.1.4控制系统单片机最小系统电路设计根据上述实例分析,该系统设计中微型单片机及微控制器系统结构设计如框图3-3所示。复位集成电路采用了更简单的RC复位电路,可以为AT89C51微控制器提供10ms或更高电平的复位脉冲。时钟控制电路主要采用外部晶体振荡器模式,该时钟振荡器控制电路由24m晶体振荡器和两个30pf电容器共同组成。由于p0端口的特殊结构,在此电路中,po端口的一个部分接口导线被广泛应用于控制器的数据输入,因此在本次的设计中,将10k电阻作为一个上拉电阻。图3-3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 该智能控制电路设计的智能电饭煲需要5v直流电源供电的移动电源。本电路工程设计中,5v的电压不足以支持电路进行各种变压和整流，所以选用了220v的电压进行多次变压才能满足要求。其中,核心期间元件是用于作为一个三端的直流稳压元件78l05。3.2.1稳压器件78L05简介78l05为常见的三端式稳压器。78l05中的05是信号输出电压为5v,78l05的输入和纹波都是非常小,并且输出功率质量可以满足大多数设备的需求。（1）.输出电压范围在调节器内部可以正常运行的条件下,指标的参考电压上限由最大输入电压与最低输入和最高输出电压之间的参考电压相差确定,下限由调节器内部参考电压确定。（2）.最大输入/输出电压差该指标是用来表示一个稳压器在正常运行条件下所能够容纳的最高输入和输出电压之间的偏差,这种偏差很大程度上是由稳压器内部可以调节的晶体管耐压性指标决定的。（3）.最小输入/输出电压差该指示器用来指示稳压器在正常运行条件下所需最小的输入与输出之间的电压误。（4）.输出负载电流范围输出的负载的电流范围也可以被称为输入的电流范围,并且在此输入的电流范围内,稳压器必须能够符合索引规格中指定的指标。三端固定集成稳压器电路的输出电压是固定的,通常使用CW7800/CW7900系列。W7800系列输出正电压,输出电压具有11个5V,6V、7V、8V、9V、10V、12V、15V、18V、20V和24V等级。该系列的输入和电压等级划分为5级,7800系列的输入功率等级为1.5a,78M00为0.5A,78L00为0.1A,78T00为3A,78H00为5A。w7900系列与其他w7800系列之间最大区别主要在于其进入输出来源电压分别是正或是负。三端反馈稳压器的主要基本工作电路原理和使用方法与上面关于使用串联端和反馈稳压电源的主要工作电路原理大致相同,它一般只能区别分为三个端的输入,输出和一个公共端。输入输出端直接通过一个高频整流器的滤波输入电路,输出输入端直接通过一个电路连接点达到电路负载,公共端直接通过一个电路连接点达到电路输入和负载输出的公共电路连接点。电容器的输入并联电路连接于具有输入和输出送电两个连接端子和位于公用电源输出两个端子之间,以确保稳定运行。当使用三端式稳压器的时候,必须在其中添加一个散热器。否则,它将不再是在额定的电流下正常工作。7805的一个典型的应用电路结构如图3-4所示。输入和输出两个端口分别设置为0.33uf和0.1uf非极性电容器,以提高优化输出功率质量。图3-47805典型应用电路3.2.2电源电路设计此设计方案中电源控制系统的应用电源控制集成电路的基本设计软件框图结构如下图见表3-5所示。通过它的j1将220v高频交流电源值连接到交流输出端的有源电路,然后再通过有源逆变器上的t1将220v的有源电压值下降到8.5v的高频交流有源电压。低频的交流信号电压n1经过全波信号整流,从而可以产生高频率的脉动式三相直流电压。通过使用低压差分式稳压器的电源芯片78l05的所有直流电源都是在需要使用5v值的直流电源，且其中的纹波振荡系数较小时况下才能稳定。图3-5控制系统电源电路3.3按键输入电路3.3.1按键分类按钮按键的结构和工作原理大致可以划分为两种。一个指的是接触式启动器开关按钮,例如机械式启动器开关,导电式橡胶启动器开关等,另一个指的就是非接触式启动器开关按钮,例如电子式启动器开关,磁性传感器开关等。前者的价格较便宜,而后者的使用寿命较短。当前,微型计算机系统中最常见的开关式按钮种类之一就是接触式开关。在本文的设计中,使用了一个直接接触式开关的按钮,电路原理图中的公共符号如图3-6所示。图3-6触点式开关按键3.3.2按键结构与特点键盘一般都会选择采用机械式的电子接触通断按键作为开关,而且其主要功能作用就是将存在电子式的逻辑关系中的机械式接触通断关系变成了电子式的逻辑关系。换言之,它就是一个可以提供给定通用标准的ttl数字逻辑输入电平相同的两个通用标准数字逻辑系统值并提供一个相应的数字逻辑输入电压水平。在一个机械具有弹性的压力作用下再次按下或连续释放具有机械弹性摩擦力的电动按钮往往可能会因为伴随着持续一段时间内的触点而不断产生机械振动,从而使触点稳定。抖动的过程大致如下图所示,抖动持续时间的增加和长短与启动器的机械运行性能密切相关,通常为5到10ms。图3-7是接触键开关的机械抖动示意图。图3-7触点式按键开关机械抖动示意图在接触点产生振动时,同步检测一个按钮on/off状态,这可能会造成判断错误。必须采取防抖措施,以克服因按键触点内部产生的机械震荡而引起的错误检查。我们可从硬件或者软件两个方面进行考量。如果按键的数量很少,则可以使用硬件防反跳;如果按键的数量很大,则可以使用软件的反跳。例如,当一台单片机正常工作时,有一个外部的键盘会向用户输入一个信号,并且在这时候,当它可以检测得到哪一个键是否被用户按下,单片机就会执行一个相应的操作程序。3.3.3按键输入电路设计系统的键盘由五个独立的键盘组成,其中包含一个设备进行中断。全自动控制的智能家用电饭锅。键盘的一个引脚与微控制器中的p1.0到p1.5引脚,另一个引脚与电源地相连。当您再次按下该键盘时,此刻该键的高电平将通过传感器发送给微控制器。为了彻底消除接触键启动开关的机械抖动,单片机内部设置了一个程序,它可以彻底消除抖动,检查是否按下了哪个键盘,然后运行该程序以彻底完成系统的任务。控制系统中的键盘访问电路结构如图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3.4.1DS18B20简介ds18b20数字流式温度计系统采用美国dallas公司设计生产的1-wire控制器件,即单总线控制元件,电路简单,体积小。因此,使用它们对于构造一个完全具有简易控制电路的电子温度自动检测控制系统很方便,并且几个这样的数码式电子温度计都同样可以直接悬挂在用于无线通信的专用电缆上。DS18B20是具有以下独特功能的产品:(1)仅需一个端口即可实现通讯。(2)DS18B20上的每个设备都有其自己的序列号。(3)在实际的应用中,无需外部零部件就能够直接进行温度计的测量。(4)测量温度范围是零下55摄氏度到125摄氏度(5)用户可以在9到12位之间选择数字温度计的分辨率。(6)有内部温度上限和下限警报设置。DS18B20提供两种封装:T0-92封装和8引脚SOIC封装。每个封装的样式和引脚分配如图3-9所示,引脚功能说明如表3-10所示。图3-9 DS18B20的引脚排列表3-10DS18B20详细引脚功能描述序号名称引脚功能描述1GND地信号2DQ数据发出输入信号、输出信号引脚。开漏式的单总线采用接口引脚。而且它应当被指定使用在一个电源寄生的直流电源下,也就是它仍然可以为该电源器件的最长工作时间来提供一个新的电源。3VDD可以被任意选择的引脚vdd。但是当它们都必须是同时工作在一个寄生器的电源上时,此引脚之间必须相同或者相互接地。3.4.2DS18B20的使用方法ds18b20具有严密的网络通讯安全协议,以便于确保其相关数据信息传递的安全准确性与完整。该写入协议软件可以同时定义多个信号寄存器中每个信号的不同时间写入顺序,例如每个寄存器信号初始化的写入时序,读出的写入时序和每个寄存器的信号写入读出时序。每次运行命令与主机数据的一次传输从每台主机自动地运行开始一并编写命令序列。如果单个数据总线上的设备可能需要同时主机发回多个数据,则在一个系统主机执行一个个读写数据命令之后,主机就不得不通过启动程序读出单个数据的启动序列。而且同一数据与多个命令同时传输的优先级相对较低。(1)ds18b20的一个复位运算程序及其序列号的结构图形式如下程序表3-11所示。图3-11DS18B20的复位时序（2）DS18B20的读取时序如图3-12所示。ds18b20的读写时序可以分为两个步骤:读取0的时序和1的读写过程。ds18b20读时隙,必须在15秒内自动拉下释放一个新的单条数据总线,以便保证ds18b20在从另外一台虚拟主机上自动释放拉下这个新的单条数据总线后,能够将所有的主机数据都自动传输并读出来。ds18b20完成了每次读取一个整数序列的计算过程后,至少每次间隔60us计算才能够继续进行。图3-12DS18B20的读时序(3)DS18B20的写时序对于ds18b20的编译和写时序仍可以划分为编译0时序和1写时序两个步骤,如图3-13所示。图3-13DS18B20的写时序ds18b20的对于写入0时序和对于写入1时序的要求是有所区别。写入0时序时,您可以根据需要把单个总线拉低到至少60us,以便ds18b20可以正确地采样io总线上的"0"电平。将单个射频总线的释放频率范围拉低后,必须一定要在15us内重新开始释放一个单总线。3.4.3温度传感器电路设计根据上图ds18b20温度传感器的应用特点,本文所设计的温度传感器软件集成电路硬件设计方案为例。如图3-14所示。电源用于直接为DS18B20供电。为了提高DS18B20的读写能力并减少通信传输错误,R7被设置为上拉电阻。图3-14温度传感器电路3.5LED状态指示电路 本系统在设计中,led状态指示电路是一种用来实时地指示智能家居锅炉粥的正常工作运行状态。3.5.1LED简介 LED或发光二极管是一种使用复合材料创建PN结的光电器件。它同时具有p和pn两种结构元器件的互相放大性和电位化特性,即它和i-v互相放大。i-v的电路特点能够表现出电子显示器和pn元件的性能指标，能够反映各种电路特性。换言之,施加正偏置的接触电压可能会直接造成低于接触点的电阻,反之亦然。典型led的i-v特性曲线结构如图3-15所示,并具有以下特性。(1).负死区:点a是v0的开始和负活动电压。当v<va时,由于受到载流子的扩散,所施加的势垒电场可以克服许多的势垒,并且此时的R非常大。每个LED的导通电压具有不同的值,GaAs为1V,红色GaAsP为1.2V,GaP为1.8V,GaN为2.5V。(2).正向工作区:施加电流if与其所施加的饱和电压之间呈现一个指数性的关系。如果v>0,则v>vf的正工作区域if随vf的增加而增加。(4).反向击穿电压范围v<-vr,vr称为逆向击穿电压;vr电压与ir相对应,这是一个反向泄露电流。例如,当反向偏压继续增加导致v<-r时,则会出现ir突然变大而再次发生击穿。由于使用的化合物原子和材料的种类差异,各个led的反向打孔击穿的电压vr也不相同。图3-15LED的I-V特性3.5.2状态指示电路设计根据LED的I-V特性，当LED完全点亮时，电流会急剧增加。因此，在使用过程中需要向LED添加一个限流电阻。状态指示器电路设计如图3-16所示。图中有5个LED指示灯，每个LED指示灯指示智能炊具的电源开关状态和计时状态。并且有三种操作模式：煮饭、加热，保温其中，R9至R13是限流电阻，其值选择为5.1K。图3-16控制系统状态指示电路3.6LCD显示电路本系统在设计中选择lcd-1602作为一个显示器件,它能够及时向使用者传递各种信息，用来即使关注电饭煲工作的状态。其中包括定时时刻表显示、工作模式显示、故障提醒等。3.6.1LCD-1602简介液晶图形文字显示器是由5个横向点列和7个纵向点列组合而成，来输出文字，因而具有显示字符多，功耗低，色彩丰富的特点。据显示容分类，可以分为1行和2行，均为2x8的字节显示。LCD-1602共有16个引脚,每个引脚的功能如下。引脚1:VSS是接地电源。引脚2:VDD连接到5V正电源。引脚3:V0是一个通常用于同时控制两个液晶lcd显示器电源对比度电压调整器的端子,连接两端到其中的一个正电源时候它们的电源对比度最低,而且在与正电源两端接地的那个时候它们的电源对比度也是最高的。引脚4:RS选择寄存器,高电平选择数据寄存器,低电平选择指令寄存器。引脚5:RW是一条支持读写的数字信号传输接口,读和写运算为一个高电平,写和读运算为一个低电平。例如,当您的rs或rw均显示为一个自动低电平时,您就仍然可以在其上自动编写一个命令或者在其上自动显示它的位置;但是例如,当rs为一个低电平,rw为一个高电平。引脚6:E稳压端子指的是模块作为一个正常活动的稳压端子,当这个E端子由一个高电平转换成了低稳压电平时,lcd三个模块就一定会自动执行这个活动命令。引脚7至14:D0至D7是8位双向数据线。15至16号引脚:bla(bl1):led背光阳极。如果我们需要进行背光时,则将bla与限流电阻相互串联,直至连接到vdd,并且blk相互接地。被检测模块的背光电流大小约为50ma,通常可以直接至数十欧姆之间的电阻。BLK(BL2):LED背光源接地。3.6.2LCD显示电路设计 此设计的LCD显示电路设计如图3-17所示。p0.0连接至lcd-1602的寄存器选择端子(rs),p0.1连接至lcd-1602的读/写选择端子(RW),P0.2连接到使能端子(E)。端口p2用作两个并行的数据端口,用于分别将两个lcd-1602的引脚d0-d7相连接。由于这个端口p0是准输入和输出的端口,因此它们之间没有内部的上拉电阻,因此可能需要在该引脚p0.0-p0.3上重新添加一个上拉电阻。在此电路中,使用10K上拉电阻,即图中的R3-R5。图3-17LCD显示电路设计3.7电饭锅加热电路 由于电饭锅通常采用加热板或者是加热园盘作为主要的加热元件,加热板应直接与直流电压相连接，用来实现电生热，从而实现煮饭的功能。加热盘的功率通常在1500w以上,因此电饭锅的工作容量和电流也相对较大。所以控制系统必须专门地设计用于驱动和控制加热模块的电路,如图3-18所示。图3-18加热盘在本电路设计中的它使用了一个继电器电流带动的高频加热盘和220v的高频交流电源相互进行接通。其形成原因主要因素有二,一个就是继电器在正常工作时需要具有驱动电流大,控制简单,稳定可靠等重要特性,适宜在台式电饭煲中正常使用,但是继电开关器在频率相对较低的场合应用较多。第二种因素是继电器控制线圈和电源输出电路节点之间完全存在着天然的静电隔离控制功能,无须再额外考虑增设静电光耦等其他天然隔离控制元件。该驱动电路元件中的驱动加热盘温度传感器及其驱动加热电路基本结构如下图图3-19所示。单片机的引脚可以经由一个驱动器的npn三极晶体管间接电路驱动一个继电器。例如,当与之直接相连的一个单片机引脚上的水平电压值为高时,三极管就可能会一直处于导线接通的电压状态,在一个继电器的连接线圈中会明显发现此时有一个接触电流从它的三极管上反向流过,从而可以使得其线圈中通电，由于电磁力的作用，产生磁力，吸附内胆从而实现加热功能。在电路内把电源继电器的触点经接口插入电源器件接口引出,方便把电源加热盘和其他电源器件串联在一起。其中,r8为一个自动限流稳压电阻,该电路限流的额定功率可以应用于确定其电阻值为3.3k。d1为控制系统热盘驱动电路的二极管,在此处的工作控制电路中它可以起到同时控制整个继电器的电源线圈短路连接和电源续流的重要作用,避免电源线圈被电流传感生的高频率电压直接振动击穿了三极的管。图3-19控制系统热盘驱动电路3.8本章小结本章主要介绍了设计电饭煲模糊智能化控制系统的软硬件。智能家用电饭锅控制系统的软硬件电路大致可按照各种功能划分为下列几个组成部分,最小控制系统，电源电路控制系统，输入系统，温度实时监测系统，电子显示屏，状态显示电路和状态显示电路和at89c51微控制器引脚的功能详细介绍。4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式智能化控制系统的软件总体结构设计框图如下表4-1所示。图4-1主程序结构图从主程序流程图中,可以看到在微控制器开始运行之后,控制系统已进行了初始操作。初始化操作包括设置电饭锅的初始操作状态,加热状态和LCD-1602的操作模式。在该设计中,系统通电运行后,智能电饭锅的工作状态被初始化为加热模式,LCD-1602通过两行16个字符的命令被初始化为工作模式。初始化的操作结束后,程序将自动进入main循环函数。在此特性的功能中,程序依次地调用若干个子例程,以分时的方式对系统的各种输入和各种输出进行处理。main的函数中需要处理的内容主要包括对温度传感器的控制,以执行温度变化的转换和数据读取,写入温度的数据处理,工作模式的温度,按键扫描和处理,定时的时间积累和处理以及各种模式的信息输出和显示。在多个项目之间切换,例如控制和加热控制。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。如图4-2所示用软件实现对电饭煲工作模式的控制与自动切换。图4-2系统工作模式控制流程如图4-2所示，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”。在保温模式下，电饭煲温度将会被控制在65摄氏度。当温度低于65摄氏度时，控制系统自动接通加热盘电路进行加热，当温度高于65摄氏度时，控制系统断开加热盘电路，停止加热，因此可将电饭煲锅内温度控制在65摄氏度。在煲汤模式下，当锅内温度高于98摄氏度时，控制系统自动断开加热盘电路，停止加热，之后自动转入节能保温工作模式。在煮饭模式下，锅内温度高于110摄氏度时，控制系统断开热盘电路停止加热，自动转入保温工作模式。4.2.2定时功能控制流程在这种设计中，智能电饭锅控制系统支持用户进行约会，并且当时间到时，电饭锅会自动进入用户预设的工作模式以煮饭，煮汤或保温。计时时间可以设置为0到12小时之间的值。实现此功能的软件流程如图4-3所示。系统启动运行后,按下"set"按钮,系统就会自动进入一个预设计时器的工作状态。此时,"小时"这个数字值就开始闪烁以便于指示"小时"值。可以设置号码。此时,按"ADD"键可将预设时间累积1,按"DEC"键可将预设时间减少1。该控制系统最多支持12个小时的计时,而当时间超过12个小时时,它将溢出至零。即,当指示器设置"小时"为数字时,当前的指示器设置为12,按"add"键将小时从12更改为0:00。设置一定工作时间后,按"确定"设置按钮之后即可直接进入自动设置"分钟"的开始状态,"分钟"按钮中的每个数字和分值就一定会自动开始同时不断发生灯光闪烁。此时,按"add"的按键将进入预定计算时间的最终计算结果分数再次增加1,按"dec"的按键将进入预定计算时间的最终计算结果分数再次减少1。如果当前分钟为59,然后再次按"add"键,则分钟的溢出将不会转化成值为0,小时将增加1。如果当前分钟为0并按"dec"键,则分钟将从电机中溢出59,小时将流量减少1。设置分钟后,再次按"确定"的按钮,系统将会自动保存每个用户在设置时间并自动退出该设置的状态。然后系统将会暂停该工作模型并开始进行倒计时。当时间未来,系统将会自动地进入预先设定义的操作模式,或者是煮饭或继续提高米饭或者汤温。图4-3定时功能控制流程4.2.3加热功能控制流程智能电饭锅自动控制系统对电饭锅进行是否加热,都需要按照电饭锅当前工作状态和方式选择。软件控制流程图所示。该控制器首先通过一个位于盖子顶部的温度传感器来获取电动机锅的当前温度,并根据工作模式来获取所需要到达的目标温度。如果电动机锅的当前温度已经低于电动机的目标温度,则控制器将打开一个加热板对其他部件进行加热,否则控制器将自动关闭一个加热板并暂时停止加热。图4-4加热功能控制流程图4.3本章小结本章主要针对电饭煲模糊智能控制系统的软件设计，当单片机开始工作时，首先进行控制系统的初始操作。初始化操作包括设置电饭锅的初始操作状态，加热状态和LCD-1602的操作模式。之后，进行了系统控制设计，使电饭锅具有四种操作模式：加热，煮汤，煮饭和定时。5智能电饭煲控制系统的仿真验证在设计智能电饭锅控制系统的过程中，PROTEUS仿真开发平台的使用减少了软件和硬件的开发时间，并使设计更加容易。同时，在设计之初，我们使用了PROTEUS的仿真验证功能来仿真和验证系统的硬件原理图，并调整一些缺陷以使硬件设计更加合理。另一方面，在软件设计过程中，由于根据仿真结果不断调整软件源程序，大大减少了软件设计时间。我们还使用PROTEUS来测试设计的有效性，包括两件事：（1）模拟并验证控制系统的硬件原理设计。它包括复位电路，时钟电路，按键输入电路，LED状态显示电路，LCD信息显示电路和加热盘驱动电路的验证。（2）已经验证了控制系统软件的实现功能。包括约会定时功能，自动预热功能，信息输出显示功能，状态显示功能等。仿真结果表明，智能电饭煲控制系统已达到各种预期的设计效果。图5-1Proteus仿真整体效果图图5-2保温工作模式图5-3煲汤工作模式图5-4煮饭工作模式图5-5定时设置状态5.1本章小结本章主要使用PROTEUS软件对以前设计的电饭锅模糊智能控制系统的原理图进行仿真和验证，包括整体仿真效果，温热工作模式，煲汤工作模式和烹饪工作模式。结论本此设计方案基于PROTEUS仿真设计了电饭锅模糊智能控制系统。第一章概述部分简要介绍了智能电饭锅的背景知识和开发现状，同时解释了该主题的设计目的和意义。第二章介绍了智能电饭锅控制系统的总体设计。本文的第三章和第四章详细介绍了智能电饭锅控制系统的硬件设计和软件设计。本文结尾处设计的智能电饭锅控制系统在PROTEUS环境中进行了仿真和验证。结果表明，智能电饭煲控制系统的各个部分均达到了预期的设计效果。但是，这种设计即使在早期也有其缺点。例如，由于条件的限制，很难对设计进行物理验证。设计效果验证通过实验保留在验证方法中，并且可以出现。

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sbitRW =P0^1; sbitEN =P0^2; sbitDQ =P1^7; //unsignedcharcodeshuzidaima[]={0x30,0x31,0x32,0x33,0x34,0x35,0x36,0x37,0x38,0x39,0x2d,0x2b};unsignedchartemp_lowbyte_unprocess; unsignedchartemp_hibyte_unprocess; unsignedchartemp_xiao;unsignedchartemp_ge;unsignedchartemp_shi;unsignedchartemp_bai;unsignedchartemp_fuhao;//unsignedcharpoweron=N; unsignedcharmodel=0; unsignedchardest_temp=0; unsignedcharnow_temp=255; signedintmin_num=0; unsignedchartimersetting_state=0; unsignedchartiming_state=N; unsignedintloop=0; unsignedcharloop1=0; unsignedcharloop2=0; unsignedintloop3=0; /*=======子程序=======*/////函数名：delay()//voiddelay(){unsignedinti;for(i=0;i<=800;i++){;}}//////函数名：lcd_wcomd()//voidlcd_wcomd(unsignedcharcommand){RS=0; RW=0; PORT=command; delay();EN=1; _nop_();EN=0;delay();}////函数名：lcd_wdata()//voidlcd_wdata(unsignedchardat){RS=1; RW=0; PORT=dat; delay();EN=1; _nop_();EN=0;delay();}////函数名：lcd_ini()//voidlcd_init(){lcd_wcomd(0x01); lcd_wcomd(0x06); lcd_wcomd(0x0c); lcd_wcomd(0x38); }////函数名：printchar()//voidprintchar(unsignedcharzifu[]){unsignedcharj,k;k=strlen(zifu); 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