【微波炉控制器控制系统的设计分析8000字（论文）】

微波炉控制器控制系统的设计分析 2 2 3 3 42.1微波炉工作原理 42.2微波炉控制系统 42.3系统基本功能 42.4系统控制方案确定 53系统硬件设计 73.1系统组成框图 73.2STC89C52单片机及最小系统电路设计 83.3LCD1602显示电路设计 3.4DS18B20测温电路设计 13.5报警电路设计 3.8微波驱动电路设计 3.9电源电路设计 4软件设计 4.1程序设计软件介绍 4.2系统主程序流程图设计 4.3加热控制程序设计 4.4DS18B20测温 4.5LCD1602数据显示 5.1液晶显示测试 5.2声光报警测试 5.5系统整体功能测试 6总结与展望 1.1课题研究的目的与意义3提高。将来微波炉发展主要在推进信息化与智能化方面，使微波的设计更加适合人们的需求1]。因此，为了人们来日能使用优良的微波炉产品，微波炉市场的发展已经迫在眉睫。作为微波炉控制器之一的单片机，也在不断的优化革新中。单片机普遍应用在仪器制作、精密设备、电器控制等方面，有利于提高产品品质以及减少劳动强度，单片机广泛应用的同时，也有利于加速产品的改良，以达到实现多功能控制的目的。1.2国内外研究现状到目前为止，生产制造微波炉的国家为主要是韩国、日本以及部分的欧洲发达国家。自上世纪80年代以来，我国开始不断的生产微波炉，到今天经已具有颇大生产能力，各式各样的微波炉不断在市场上涌现。因需要不断地去完善微波炉的功能和要素，满足消费者的日常生活需求，我国目前主要向人性化、智能化方向做出突破。例如，微波炉技术发展的一个研究方向是通过传感器检测技术和微机控制技术实现微波炉的智能加热。变频微波炉的诞生最早是来自日本松下公司，其技术人员首先将变频技术应用于微波炉，20000~45000HZ高频电源可由50Hz电源任意转换，通过转换高频电源的频率来获得不同的输出功率，实现微波炉不断且可调节的均匀火力的功能，因为这项技术的实现，微波炉得以以更小的体积和更轻的质量出现，与传统微波炉比较，在相同的条件下，腔体内部能有更广阔的容量，使电量相比减少了约百分之二十五2。1.3论文主要内容第1章是绪论部分，主要简述了本次设计研究目的和意义，国内外的研究方向，本文的主要内容。第2章从两个方面阐述，一个微波炉系统工作原理。第二个方面主要介绍系统的功能和控制方案。第3章主要介绍硬件部分，包括控制器及硬件的选型和介绍。第4章叙述系统软件部分，主要有主程序框图，显示程序框图等。第5章主要叙述两个方面，系统各个部分的测试，以及最后的整体测试结果，最42系统分析及控制方案2.1微波炉工作原理加热，通常把的电磁波波长在1毫米到1米之间称为微波，它们的频率一般都在300MHz至300GHz之间。因为要避免对部分通信信号、雷达探测等造成影响，一般选用915兆赫或2450兆赫，作为微波炉的工作频率13。由于社会的不断发展，人们对于各种食品食材的加工烹饪也有了更多的关注，因此，微波炉的智能加热烹饪应运而生。智能化的微波炉只要按一下启动键，食物就会自动被微波炉加热。因此设计一个智能化多功能的微波炉控制系统有实用意义。机电控制式微波炉的工作是通过集成机构和电动定时器完成的。其操作简便、本身的机构比较简单。而电脑控制式是由电子集成的电路构成控制器，可以分多档次调节，且控制精度较好，但价格及维修成本高[41。5(2)可自由设置加热时间，每次加减时间为一分钟，时间最长为加热10分钟。(3)设置有报警模式，当温度在设置温度值，并达到加热时间时，蜂鸣器将启动2.4系统控制方案确定微波炉控制器有很多种，可以通过微机、PLC、单片机等控制，因为单片机相比其它，其在计数、中断、逻辑控制等上的响应速度及精度相对而言较好，编译下载方便，单片机开发性价比高，广泛应用各行各业，且单片机内部的功能完善，不需要系统扩展，符合作为微波炉控制器的功能需要，所以此次设计选择单片机作为微波炉控制器。采用LED数码管动态显示温度与时间，优点是可直观显示出数字，使用简单并方案二：采用LCD液晶显示采用LCD1602液晶显示，不会出现失真，摆脱了单一的显示，能显示更加丰富比较两个方案后，选择方案二，屏幕显示内容较丰富，以6方案一：采用模拟温度传感器测温温度测量时可以采用热敏电阻等元器件，在通过相应的转换后，用单片机进行数据处理，将被测温度显示出来，灵敏度高且价格便宜，,且需要设计A/D转换电路，非常容易受到的干扰。方案二：采用数字温度传感器在温度传感器中，传感器DS18B20其接口简单，不易受到因素的干扰。无需其他电路直接读取测量的温度值[6。综合比较后，采用方案二，电路比较简单，且能满足相应功能。方案一：采用独立式键盘此按键采取对端口直接扫描的形式，任意一个独立按键都独自占据一个I/O端口，而各个I/O端口的工作状态并不相互影响。缺点是在按键数量较多时单片机I/O□不方案二：采用矩阵式键盘使用矩阵键盘行列扫描方式，当设计中所需要的按键较多时，此方式可以有效的让出I/O□,以此实现单片机更多的功能。综合考虑，采用独立式键盘，因为按键需求不多，电路设计及编程都比较容易。方案一：采用声光报警声音报警通过蜂鸣器发出，光源采用发光二极管，虽然报警方式单一，但操作简单，价格低廉方案二：合成语音报警通过语言进行报警，报警信息更加丰富具体，但电路设计比较复杂，成本及维修价格较贵。整体比较后选择方案一，蜂鸣器报警和LED灯光满足报警功能需求。方案一：采用步进电机步进电机输出可以通过脉冲信号实现，它本身结构相对于直流电机更加简单，且价格比较便宜。方案二：采用直流电机直流电机具有低速大力矩的特点，其本身的启动特性和调速特性良好，且直流较环保节能以及更加方便移动。综合来看，选择方案二，直流电机电路较简单，功能良好。3系统硬件设计3.1系统组成框图系统分为直流电机、主控模块、采集温度、液晶显示、声光报警和微波驱动电路等部分，有相应的数据输出与输入时，可实现对应的功能，系统总体设计框图如下图3.1所示：路3.2STC89C52单片机及最小系统电路设计本次系统采用STC89C52单片机当作系统的控制中心。STC89C52设计为CMOS8位单片机，可靠性高，功能强，各个方面的性能优良。它自带8k字节的Flashreview程序存储器，可由系统软件程序写入，完全兼容MCS-51的硬件与软件的单片机，集成Flash存储器，既在线文档编辑(ISP)和传统的编写方法以及单片芯片中的通用8位单片机。STC89C52单片机设计功能齐全，应用于众多嵌入式操作系统，用于很多性价比高的地方7。STC89C52在空闲模式下，CPU将停止工作，让定时器/计数器、RAM、串行通信和终端重新工作。在断电保护措施下，数据将会被储存，单片机终止所有工作，继续到进行下一次硬件配置校准或终止。系统中包含8K字节的可编程Flash8位微处理器81。同时，处理芯片还包括以下三种封装类型：PDIP、TQFP和PLCC,以此来适应各种需要的环境。控制器管脚图如图3.2:1P0.4P0.5P0.7P2.7P2.5P2.4234567899PO□:一个8位双向I/O□。它可以驱动8个TTL逻辑门。端口为高电平，用作高阻抗输入。8个I/O□作为低8位地址/数据时，除了访问数据存储器，也可访问外部程序。在flash编程中，PO端口可用于接收指令字节；当用于程序验证时，输出命令字节必须外部连接上拉电阻91。P1□:内部上拉电阻的8位双向I/O端口。P1端口处于高电平，端□由内部上拉电阻上拉。用作输入端口使用。当P1端口被外部拉低至低电平时，它将P3□:8位的存在内部上拉电阻的双向I/O□,作为输入口使用时，内部上拉电阻拉高端口，此时P3□为高电平，将输出电流[12]。STC89C52的特殊功能(第二功能)可以用P3□来实现，如下图3.3所示：RXD(串行口输入)TXD(串行口输出)/INTO(外部中断0)/INT1(外部中断1)TO(定时器/计数器0外部输入)T1(定时器/计数器1外部输入)/WR(片外数据存储器写允许)/RD(片外数据存储器读允许)从图3.4可以看出，单片机最小系统电路设计并不复杂。由晶振电路、复位电路等组成，可通过复位按钮完成单片机复位。LCD屏对色板进行编程比较复杂，以此其内容更加丰富，LCD1602可以完全直块的输入相应指令和数据后，其屏幕上显示相应的内容[14]。LCD1602主要的RS引脚在高电平时作为数据寄存器，低电平时命令/状态寄存器，它的第五引脚RW为读/写操作选择，使能信号E为第六，七至十四引脚为数据接口，其具体的外形和引脚如下图3.5所示：LCD液晶显示模块内部包含字符库ROM(CGROM)可以显示192字符有还有符，接口显示电路如图3.6所示。液晶屏数据线D0~D7:接单片机PO□;控制线RS:接单片机P2.7□;控制线E:接单片机P2.5□;控制线R/W:接单片机P2.6□;32二DS18B20可以直接将温度转化为数字信号传送给单片机处理，作为普遍使用的激光LaseredROM,温度灵敏元件以及非易失性温度告警触发器TH和TL。其实物引脚如图3.7所示。DS18B20可以设定9~12位的分辨率，其测量的进度非常高，所测温度与实际温度一般不超过±0.5℃。有掉电保护功能，设定的报警温度存储在EPROM中。设计将它的DQ引脚与单片机的P3.2端□相连接，对P3端口写“1”,可通过内部上拉电阻将其端口拉至高电平，此时可作为输入口使用拉电阻，保持稳定工作，见下图3.8:蜂鸣器是一种会发出声音的电子元件，发声原理是一个带电的电磁铁吸引隔膜的振荡产生音频信号，声音由此而出现。在空调、计算机、打印机、汽车电子设备行业等电声行业被大量应用17。系统中的光报警电路包含LED灯，限流电阻以及蜂鸣器两部分，分别连接单片机的P3.0和P3.1端□。系统中的声音报警是由R20,Q1和蜂鸣器BUZ1构成，报警电路如下图3.9所示：最大输出电流为1A,由于驱动能力有限，它主要用于小型机器。L293D可提供达到600毫安的双向驱动电流，电压控制在为4.5v至36v。所有的TTL电路都与其适应，电路设计时，其输入接P1.6和P1.7□,当开始启动后，电机旋转，加热结束后停止，电机连接图如上图3.10。3.7按键功能设计采用独立式按键，单片机P1.0到P1.5□分别连接按键S1到S6,其中S1按钮按热为高温50摄氏度。S4和S5按下分别表示加热时间加或减663.8微波驱动电路设计的温度，从下图3.12可以看出，各电路分别由单片机的P2.0至P2.3控制。LM7805是一种常见的三端稳压集成器件，内含过流和过载保护电路，主要是为弱电部分供电，使用方便。由于家用微波炉采用220V交流电源，将其转为5V需要对其滤波排除干扰，最后7805对其稳压，得到5V直流电压。下图3.13为电源电路。4软件设计Keilc51是美国Keil软件公司出产的一种51系列兼容单片机C语言软件开发系调试器，还包括c编译器、宏汇编、链接器和库管理，并建工程，输入程序进行编译，其界面如下图4.1所示。4.2系统主程序流程图设计主程序控制整个系统流程，其流程图如图4.2所示。启动后将显示及温度部分进行初始化，延时500毫秒后，读取DS18B20温度，当S1按下时，加热温度设置为20摄氏度，S2按下时，加热温度设置为30摄氏度，S3按下时，加热温度设置为50摄氏度，S4和S5按键可以分别对加热时间进行一分钟的加减，最长时间为10分钟，当设置完成后，按下S6按键，微波炉开始工作，电有无按键按下?S1按下?NNS4按下?S5按下?NN图4.2主程序流程图4.3加热控制程序设计启动后，给磁控管通电，同时根据之前设置的高中低三档开启相应的档位加热，当时间到达后，关闭磁控管和所有的档位加热，下图4.3为微波加热控制流程图。启动?N高档?中档?低档?返回DS18B20由单总线供电，在信号线输入为“1”时，将能量贮存在内部电容器中；在信号线输入为“0”时，将该电源断开，直到信号线重新接上寄生电源，信号变为高电平[191。如果需要增强稳定，可以给DS18B20接电。下图4.4和图4.5分别为DS18B20读与写时序图：MASTERREAD"0"SLOTMASTERREAD"4"SLOTMASTERREAD"0"SLOTMASTERREAD"4"SLOTDS18B20对工作时序要求严格，延时时间需准确无误，否则容易出错。由DS18B20图4.6所示：后发送RAM指令，这样才能对DS18B20进行预定的操作。图4.6所示：4.5LCD1602数据显示LCD1602液晶显示模块的读写时序图分别如下图4.7和图4.8:设置LCD1602的不同的工作方式，可将RS与RW□写入“0”,会将数据送到数据□D0~将数据写入。想要在显示屏上显示某一字符时，可给RW低电平，给RS高电平，可接通电源后，将LCD1602进行显示初始化，进行双行显示，无光标同时画面清部分子程序如下所示：5系统功能的调试系统运行后，在LCD1602显示屏能显示出字符，且图5.1所示：多多里多多里图5.1液晶显示系统运行后，当加热时间与设置加热时间相同时，即表示加热结束，同时蜂鸣器_图5.2声光报警图5.3电机旋转到相应的温度后，按下启动按钮，系统将会工作，低中高温测试图分别如下图5.4、图5.5及图5.6所示：吕名古吕名盖盖芒石石芒石豆图5.4低档测试图s8s盖图5.5中温档测试图吕8芒昱8低档控制吉图5.6高温档测试图下复位按钮，系统回到初始状态，系统整体功能如下图5.7所示：以)图5.7系统整体功能测试图6总结与展望本文主要介绍了作为微波炉控制器的STC89C52单片机和DS18B20数字传感器的工作原理及其功能，并用它们与LCD1602液晶显示屏组成微波炉控制系统，实现了微波炉相应功能。文首先叙述绪论，国内外的研究意义。紧接着主要介绍两个方面，一个是系统的基本功能，第二个方面主要介绍系统的总体设计部分。接下来主要介绍硬件部分，比如微控制器，以及温度测量模块，显示模块。然后开始叙述系统软件部分，主要有主程序部分，电机旋转部分，数据显示部分等。最后主要叙述对于系统各个功能的测试。在本次设计的过程中，我遇到了各种类型的问题，像LCD1602的使用、电路的连接方式等等，但在指导老师和同学的帮助下—