【基于单片机的微波炉控制器设计9100字（论文）】

基于单片机的微波炉控制器设计本设计基于单片机控制技术设计了一款微波炉控制器。在硬件上，选择了STC89C52单片机作为主控制器，LCD1602液晶屏作为显示器，直流电机作为转盘驱本文首先介绍了微波炉发展状况，接着完成对系统给控 31.1课题研究的目的与意义 3 31.3论文主要内容 42系统分析及控制方案 42.1微波炉工作原理 42.2微波炉控制系统 2.3系统基本功能 2.4系统控制方案确定 3系统硬件设计 73.1系统组成框图 83.2STC89C52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 3.5报警电路设计 3.6电机电路设计 3.7按键功能设计 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系统功能的调试 5.1液晶显示测试 5.3电机旋转测试 5.4低中高温调试 5.5系统整体功能测试 26 28参考文献 29附录 1.1课题研究的目的与意义们的需求1。1.2国内外研究现状家。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4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I²。第1章是绪论部分，主要简述了本课题研究目的和意义，国内外的研究方向，本文的主要内容。第2章要介绍两个方面，一个是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，系统的测试，以及对于测试结果的分析，最终完成对本次设计的检验。2系统分析及控制方案2.1微波炉工作原理微波炉的工作原理是通过微波加热食物，加热的实质是通过微波对食物进行介质加热，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2450兆赫为微波炉的工作频率13。微波炉的组成核心是磁控管，当它发出微波时，微波一旦辐射到需要烹饪的食品上，食物中的各个分子本身会一直不断的振动，与此同时不同分子间也在频繁的发生52.2微波炉控制系统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[4。2.3系统基本功能(1)设置三种工作模式，分别为低温模式(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。6能把软件重写和反复升级，能够保存部分用户数据与掉电数据，以防止丢失5。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，使用简单并且价格成本低，但是LED数码管显示内容过于贫乏，耗能方案二：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，能显示更加丰富通过比较上述方案，选择方案二，屏幕显示内容较丰富，以LCD液晶作显示作而各个I/O端□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7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。3.1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。9STC89C52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[8。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3.2:567891234PO□:一个8位双向I/O□。它可以驱动8个TTL逻辑门。端□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□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I⁹1。P1□:内部上拉电阻的8位双向I/O端□。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P2□:8位的，双向内置上拉电阻的I/O□。当P2□是高电平时，具有的内置上拉电阻拉高接口，可以当作输入口用。作为输入使用时，引脚被从外部拉低，但由于内部电流的存在，将输出为额定电流[11。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[121。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)单片机作为整个电路系统的核心部分，其电路的设计是非常重要的，单片机本身加上时钟振荡和复位电路，可以构成单片机的最小系统，在配合上相应的显示、测温和电机驱动电路，可以完成微波炉的相应功能[13。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。993.3LCD1602显示电路设计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：cmcm寸:2二二二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□;3.4DS18B20测温电路设计DS18B20可以直接将温度转化为数字信号传送给单片机处理，作为普遍使用的数字温度传感器，具有能耗低，精度高的优点。优秀的抗干扰能力让它适合在不良的环境测量温度，如户外温度、精密设备测温等[16。DS18B20的主要元件包含：64位激光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。其主要引脚功能说明如下：VDD:是一个可选电源脚。当此引脚接地时，才可工作于寄生电源。DQ:其常态下高电平，数据的传输都通过此引脚。3.4.2测温电路设计电阻将其端口拉至高电平，此时可作为输入口使用，DS18B20漏极开路输出，接上拉电阻，保持稳定工作，见下图3.8:3.5报警电路设计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：通过来1293D驱动电机运行。L293D是一款微型电机驱动集成电路芯片，可达到最大输出电流为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，可以用作电力负载装置，还可以驱动感应负载继电器等等[18。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按钮按与之相同，S2按钮按下时，即设置加热为中温30摄氏度，S3为3分钟，S6按键设为启动按钮。如下图3.11所示：图3.11按键连接图3.8微波驱动电路设计888|图3.12微波驱动电路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7805稳压，让单片机正常工作，220V交流电先降压，经过全桥整流后变为直流，然后对其滤波排除干扰，最后7805对其稳压，得到5V直流电压。下图3.13为电源电路。V4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"0"SLOTMASTDS18B20对工作时序要求严格，延时时间需准确无误，否则容易出错，在写数据时，单片机将高电平拉为低电平，分为写“0”和写“1”两种时序，写“0”操作时，DS18B20需要至少60us的总线被拉低，然后将“0”写入DS18B20中，持续时分为读“0”和读“1”操作，读“0”操作时，总线需要15us被拉低，再拉高45us,然后再15us内将数据读走，读“1”操作同读“0”操作。骤：每一次读写之前都要对DS18B20进行复位，复位成功后发送一条ROM指令，最后发送RAM指令，这样才能对DS18B20进行预定的操作。DS18B20程序流程图如图4.6所示：DS18B20初始化部分子程序如下所示：ucharInit_DS18B20()4.5LCD1602数据显示LCD1602液晶显示屏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口写入“0”,会将数据送到数据□D0~D7,然后给E引脚一个高脉冲将数据写入。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：ucharnum;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DS18B20温度能正常在图5.1所示：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5图5.2声光报警5.3电机旋转测试按下启动按钮后，电机开始旋转，当达到加热时间时，电机停止旋转，如下图图5.3电机旋转5.4低中高温调试当按下低中高温相应的温度按钮后，微波驱动电路启动相应的挡位，控制磁控管的功率，再完成设置时间后，液晶显示模块显示相应的内容，同时将DS18B20设置到相应的温度后，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：822盖豆2图5.4低档测试图2s2B多B三8图5.5中温档测试图&芒品8图5.6高温档测试图5.5系统整体功能测试下复位按钮，系统回到初始状态，系统整体功能如下图5.7所示：多图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，实现在本次设计的过程中，我遇到了各种各样的问题，比如LCD1[4]周康生.微波炉的使用、原理及维修[M].成都：成都科技大学出版社，1997:21-23.[6]黄继昌.传感器工作原理及应用实例[J].人民邮电出版社，1998(07):17.[8]童诗白，华成英.模拟电子技术基础[M].北京：高等教育出版社，2012:50-51.[10]杨将新.单片机程序设计及应用从基础到实践[M].北京：电子工业出版社，2006:81-86.[12]阎石.数字电子技术基础[M].北京：高等教育出版社，2004:73-76.[13]罗印升.单片微机原理与应用[M].北京：机械工业出版社，2012:48-52.[14]纪宗男.单片机外围器件实用手册[M].北京：航天航空大学出版社，1998:26-28.[15]肖忠祥.数据