基于AVR单片机的烹饪温度自动控制系统设计

1、基于基于AVR单片机的烹饪温度自控系统设计单片机的烹饪温度自控系统设计The Design of Cooking Temperature Auto-control System based on AVR Microcontroller2021年12月12日 第1页主要内容主要内容1、设计的目的及意义设计的目的及意义2、研究现状研究现状3、硬件设计、硬件设计4、软件设计、软件设计5、设计结果、设计结果2021年12月12日 第2页1.设计的目的及意义设计的目的及意义 实现烹饪设备温度的测量和控制并可以自动烹实现烹饪设备温度的测量和控制并可以自动烹调一些食物。我们设计一个温控装置并把这种烹调一些食

2、物。我们设计一个温控装置并把这种烹饪辅助装置加到加热锅上，通过程序驱动步进电饪辅助装置加到加热锅上，通过程序驱动步进电机来控制加热锅的旋钮，实现对旋钮的物理控制机来控制加热锅的旋钮，实现对旋钮的物理控制，从而间接地控制加热锅的温度，这样可以使烹，从而间接地控制加热锅的温度，这样可以使烹饪变得更简单方便，使人能从复杂的烹饪环境中饪变得更简单方便，使人能从复杂的烹饪环境中解脱出来。解脱出来。2021年12月12日 第3页2.研究现状研究现状 从工业温度控制器的发展来看大致可分三类：从工业温度控制器的发展来看大致可分三类：定时开关控制法、定时开关控制法、PID线性控制法、智能温度控制线性控制法、智能

3、温度控制法。国内温控仪表控制精度低，自适应性较差。法。国内温控仪表控制精度低，自适应性较差。 目前国内烹饪温度自控的发展中比较先进的测目前国内烹饪温度自控的发展中比较先进的测温技术主要由中科院高级工程师王永光先生提出温技术主要由中科院高级工程师王永光先生提出的。的。 我现在要设计的是通过系统自动调节温度，在我现在要设计的是通过系统自动调节温度，在烹饪过程中完全不需要人力的介入。烹饪过程中完全不需要人力的介入。2021年12月12日 第4页3.硬件设计硬件设计3.1硬件框图硬件框图2021年12月12日 第5页3.硬件设计硬件设计 3.2温度传感器温度传感器 2021年12月12日 第6页 为了

4、防止出现传感器损坏导致无法探测温为了防止出现传感器损坏导致无法探测温度的情况，保证测量结果的可靠性、准确性度的情况，保证测量结果的可靠性、准确性，选用两种不同的探针，一个是，选用两种不同的探针，一个是DS18B20DS18B20。测量温度范围测量温度范围-50-50摄氏度到摄氏度到150150摄氏度。数字摄氏度。数字集成传感器的精确度为正负集成传感器的精确度为正负2%2%。 第二个是第二个是NTCNTC热敏电阻，其原理是利用热敏电阻，其原理是利用NTCNTC热敏电阻在一定的测量功率下，电阻值热敏电阻在一定的测量功率下，电阻值随着温度上升而迅速下降这一特性，可通过随着温度上升而迅速下降这一特性，

5、可通过测量测量NTCNTC热敏电阻的电阻值来确定对应的温热敏电阻的电阻值来确定对应的温度。度。NTCNTC探针的特点是灵敏度高、响应速度探针的特点是灵敏度高、响应速度快但是精度不高快但是精度不高 3.硬件设计硬件设计3.3测量电路测量电路2021年12月12日 第7页低通滤波器去除高频率噪声非反相运算放大器3.硬件设计硬件设计 3.4单片机单片机 AVR单片机指令系统比较精简，总线结构与单片机指令系统比较精简，总线结构与51不同，因此速度更快，高性能，低功耗。不同，因此速度更快，高性能，低功耗。 单片机选用单片机选用ATmega128是基于以下特性：是基于以下特性： （1）先进的）先进的RIS

6、C结构结构 （2）非易失性的程序和数据存储器）非易失性的程序和数据存储器 （3）JTAG接口与接口与IEEE1149.1标准兼容标准兼容 （4）丰富的外设）丰富的外设 （5） 特殊的处理器特点特殊的处理器特点2021年12月12日 第8页3.硬件设计硬件设计2021年12月12日 第9页3.5步进电机驱动设计步进电机驱动设计 经测量电位器可以转过经测量电位器可以转过300300圈，步进电机的圈，步进电机的步距角设定为步距角设定为1.81.8度。我们期待温度调节能达度。我们期待温度调节能达到的精度是到的精度是1 1度。本文使用的是四相混合式步度。本文使用的是四相混合式步进电机，步进电机的驱动脉冲

7、是由单片机产进电机，步进电机的驱动脉冲是由单片机产生的。生的。 3.硬件设计硬件设计2021年12月12日 第10页步进电机工作原理图步进电机工作原理图3.硬件设计硬件设计3.6外围设备外围设备 为实现人机对话为实现人机对话，本系统设计扩展了，本系统设计扩展了44按钮矩阵键盘和按钮矩阵键盘和12864LCD屏幕，可屏幕，可手动直接操作该控制手动直接操作该控制系统。系统上电后，系统。系统上电后，通过键盘输入设定温通过键盘输入设定温度、时间等，由度、时间等，由LCD屏幕显示。屏幕显示。 2021年12月12日 第11页4.软件设计软件设计4.1软件流程图软件流程图2021年12月12日 第12页4

8、.软件设计软件设计4.2PID控制算法控制算法 PID算法是将运算控制符按照一定的线性组合算法是将运算控制符按照一定的线性组合构成控制量构成控制量u(t),实施控制。本质就是偏差的比例实施控制。本质就是偏差的比例、积分、微分的组合控制。、积分、微分的组合控制。 根据加热管内温度变化的要求根据加热管内温度变化的要求,可将其分为三可将其分为三段来进行控制：自由升温段、保温段和自然降温段来进行控制：自由升温段、保温段和自然降温段。为避免过冲段。为避免过冲,从室温到从室温到80%额定温度为自由升额定温度为自由升温段温段,在在20%额定温度时为保温段。输入的电功额定温度时为保温段。输入的电功率为率为Ci,Ci=0 时电功率最小时电功率最小,Ci=1 时为全功率。时为全功率。 2021年12月12日 第13页4.软件设计软件设计2021年12月12日 第14页PIDPID控制原理图控制原理图5.设计的结果设计的结果5.1成果展示图成果展示图2021年12月12日 第15页5.设计的结果设计的结果5.2结果分析结果分析 1.系统能检测出准确的温度系统能检测出准确的温度 2.系统采用智能系统采用智能