带语音的智能电饭煲控制器

1、本科毕业设计（论文）带语音的智能电饭煲控制器的设计DesignofIntelligentControllerofElectricRiceCookerwithVoice学院：理学院专业班级：一光信息科学与技术光信121学生姓名：、学号：一指导教师：、2016年06月毕业设计（论文）中文摘要带语音的智能电饭煲控制器的设计摘要：本文将研究了如何利用STC12C5A60S2单片机做开发出具有语音功能的电饭煲控制器的核心。根据煮饭专家加热曲线，使语音电饭煲控制器控制煮饭的过程，同时实现了显示温度和语音提示的功能。本次设计采用的电路结构简单，使用到的器件也比较少，从而达到了减少体积，节约成本的目的。STC

2、12C5A60S2单片机性能良好，在智能电饭煲控制器设计上非常适用。本文中，该电路各个部分的电路原理、功能和设计过程将得到详细的介绍，以及通过本次设计，最终获得的相关经验。除此之外，在本文中各个程序的设计方法和调试方法也将得到很好的说明，希望能给初学单片机的读者些许借鉴。关键词：电饭煲控制器；语音功能；STC12C5A60S2单片机；单片机应用毕业设计（论文）外文摘要DesignofIntelligentControllerofElectricRiceCookerwithVoiceAbstract:ThispaperstudieshowtousetheSTC12C5A60S2microcont

3、rollerasthecoretodeveloptheelectricricecookercontrollerwithvoicefunction.Thevoiceelectriccookercontrolleraccordingtothecookingexpertheatingcurvetocontrolstateintheprocessofcooking.Atthesametime,realizethefunctionoftemperatureandvoiceprompt.Thecircuitstructureissimple,andthedeviceisrelativelysmall,so

4、astoachievethegoalofreducingthevolumeandsavingthecost.STC12C5A60S2singlechipperformanceisgood,verysuitablefortheapplicationofintelligentelectricricecooker.Inthispaper,theprinciple,functionanddesignprocessofeachpartofthecircuitareintroducedindetail,andsomeexperiencegainedduringthedesignprocesareintro

5、duced.Inaddition,thedetailedintroductionofeachprogramdesignanddebuggingmethods,hopingtogivebeginnersalittlereference.Keyword:Electriccookercontroller;Speechfunction;STC12C5A60S2;Applicationofsinglechipmicrocomputer1概述12智能电饭煲可实现的功能11.1 电饭煲煮饭原理11.2 控制器功能介绍21.3 设计方案介绍53 STC12C5A60S2单片机的硬件及软件编程环境53.1 ST

6、C12C5A60S2单片机简介53.2 控制器硬件介绍73.2.1 温度传感器DS18B2073.2.2 时钟芯片DS130293.2.3 液晶FYD1286493.2.4 音频解码芯片MP3-TF-16P103.3 软件编译环境104 系统硬件设计114.1 系统硬件设计114.1.1 芯片简介114.1.2 电源滤波电路124.1.3 复位电路125系统软件设计135.1 主程序介绍135.2 主程序流程说明13结论14致ft错误！未定义书签。参考文献15淮海工学院二。一六届本科毕业设计（论文）第9页共21页1概述电饭煲，又被人们叫作电锅、电饭锅，是一种新型多功能的烹饪器具，能够将电能转化

7、成内能。当今时代，科学技术迅猛发展，科技产品日新月异。人们在日常生活中对各类家用电器也提出了越来越多的要求，电饭煲也不例外。它经历了从简单到复杂，从纯手动到半自动化、全自动化和智能化产品升级的过程。然而，由于智能化电饭煲价格居高不下，不能被大众家庭接受。一种领先于老式电饭煲，且价格低廉、具有语音功能的人性化的电饭煲的设计是有相当大的市场竞争力的。2智能电饭煲可实现的功能2.1 电饭煲煮饭原理普通电饭煲的结构组成部分：发热盘保温开关限温器杠杆开关限流电阻插座指示灯发热盘：电饭煲煮饭加热的主要部件是发热盘。电饭煲通电之后，发热盘内有的电阻发热丝产生了内能。根据金属的导热原理，发热盘将热能传递给了电

8、饭锅。简而言之，电饭煲煮饭就是发热盘给内锅加热的过程。保温开关：又被人叫作恒温器，保温开关的工作原理主要利用的是双金属片的在不同温度表现的不同的伸缩率。双金属片由两片不同的金属片组成，区别在于两片金属片的热伸缩率是不同的，这就是导致双金属片能够控制电饭煲加热保温的主要原因。电饭煲温度大于80c的时候，此时两片金属片表现出来的伸缩率不同，将双金属片向上顶起弯曲；与之相反，当温度小于80c的时候，两金属片会复原。金属片在温度80c上下浮动时，它的状态是不同的，从而控制着加热部分。使得加热部分的装置能够自动的连接电源和断开电源，达到保温的效果。限温器：又被人称作磁钢。取下电饭锅的内锅，在发热盘的中央

9、，我们就能够观察到它。限温器主要利用的是居里温度的退磁效应。当开始煮饭的时候，按下炊饭开关，电饭煲内的发热盘通电加热，是水温迅速的达到沸点。当加热一段时间后，锅内的水分在大米的吸收下和加热导致水分蒸发后逐渐减少。进而在锅底形成一层糊精，此时锅底温度将再次上升。由于感温磁钢的磁性随着温度的升高而减小，当温度达到店里温度点的时候，磁钢就会失去大部分的磁性。这时限温器的弹簧弹力大于磁钢的吸力，弹簧顶起，带动杠杆开关断开电源，结束发热盘的加热过程，从而达到限温的作用。杠杆开关：杠杆开关完全应用了机械原理。煮饭的时候，按下炊饭开关，联动杠杆开关，电源供电，加热指示灯亮。当限温器因店里温度的退磁效应发挥作

10、用的时候，杠杆开关切断电源，保温的指示灯亮。此后电饭煲内的温度由保温开关控制。限流电阻：限流电阻与发热管用联，减少电路中流通的电流，起到分压的作用，从而保护发热管，避免发热管被烧毁。电饭煲的煮饭原理：利用磁钢的居里温度退磁的效应达到煮饭的目的，电饭锅放好了米之后，按下了煮饭开关，此时的磁钢吸合，发热管通电了，开始煮饭过程。因为有了水的存在，磁钢在锅底检测到的温度不会超过100C,磁钢在这个温度的时候不会分离，电饭锅会一直处于一个加热的状态。当米饭被煮熟了之后，水被米吸干了，从而会在锅底形成了一层糊精，这个时候，锅底的温度在发热管的加热下会超过100C,当温度达到了140c时，磁钢到达居里温度点

11、（退磁效应），磁钢的磁性消失，弹簧即会将吸合的磁环分开，杠杆开关断开，电饭锅进入了保温状态，而磁钢在温度恢复到了环境温度后，磁性会自行的恢复，以便下次煮饭。2.2 控制器功能介绍本次设计是设计一个带有语音功能的智能电饭煲控制器，用STC12C5A60S2单片机做控制器的核心。根据煮饭专家的加热曲线模拟整个煮饭过程中的各种情况，并且对电饭煲的操作和各种状态进行语音提示。本设计中包括有吸水过程、快速升温，保沸，小火炯饭，保温等5种煮饭模式，同时实时显示电饭煲的温度。煮饭专家加热曲线1、吸水过程（t0t1）通常的情况下，大米本身里面大概含有了14%勺水分。为了使米粒的内部受热能够均匀，让它能够烧成柔

12、软膨胀状，根据煮饭专家的加热曲线，在开始煮饭的过程后，小功率低温加热一段时间。低温加热最终要使得大米的含水率达到25流右。值得注意的是米中含有的B淀粉在水温超过60c之后，将会转化成a淀粉，表现成糊状。一般的情况下水温应该保持在35c左右，低温加热10分钟15分钟之后，方可达到理想的吸水效果。01530456075901Q512 口分科浸泡时间浸泡时间和含水率的变化2、快速升温（t1t2）吸水过程后，电饭煲采用大功率来加热大米，让水温能够较快的达到沸点，在加热的过程中，升温的速度要求适当。经过多方的收集米饭的a化度、硬度、还元糖量、粘着力、色泽在不同升温的过程中的数据，综合分析过后发现：加热的

13、过程大概持续10分钟，这样烧出来的米饭的效果才是最好的。3、保沸状态（t2t3）当电饭锅内的水温达到沸点温度后，电饭煲继续通电加热，使水保持沸腾的状态。直到米粒里的大部分的B淀粉完成转变，转换变成了a淀粉。因为持续加热的缘故，电饭锅内的水分会不断的被米粒吸收掉或者蒸发掉。继续加热了一段时间过后，电饭锅内的水分会被米粒吸干，在锅底的米粒最后会形成一层薄薄的糊精，这一层薄薄的糊精将最终导致锅底的温度超过100C,达到居里温度点。这个时候电饭锅会停止加热，这样能够使得水分较少的残留在米粒上，使得米粒的颗粒更加均匀、色泽感更强。综合分析煮饭的各种结果，可以得出结论：保沸状态应该保持在20分钟左右，同时

14、合理的断电温度可以更好的保证米饭的质量4、小火炯饭（t3t4）在保沸状态过后，停止加热。一段时间后，再次通电加热，使得剩余的水分完全蒸发掉，保证了米饭的质量。5、保温状态（t4t5）小火炯饭状态过后，电饭锅就会进入保温的状态，此时电饭锅内的温度要保持在70c左右，等待使用者食用。loor7or50 t由于高温，米饭容易变质、变色. 出现保温臭。保温温度从67到窗七（日本工业规格）该段温度下，细菌容易生成，米饭容易腐烂。不适合米饭的保存.0C5t之间，米饭容易从口淀粉回归到B淀粉，不适合米饭的保存.10C15七以下的话，G淀粉不回向'到.（3淀粉，直接口淀粉的状态下保存。米饭的保存温度和

15、米饭的变化本次基于STC12C5A60S2单片机开发带语音的智能电饭煲的控制器的设计具有以下的功能：使用者可以根据个人的需求对煮饭的过程设定相应的温度后，每当电饭锅内温度达到特定的温度，电饭锅将发出对应的语音提示，同时能根据显示器观察到当前电饭煲加热的温度，以便使用者了解电饭锅的煮饭状态。2.3 设计方案介绍利用STC12C5A60S2单片机开发带语音的智能电饭煲的控制器，控制系统原理框图如图所示。按键来开始煮饭过程，显示电路将通过温度传感器实时显示温度和状态。根据程序的设定，通过单片机控制最终完成对继电器状态的控制，判断加热系统是否需要加热，电源部分分别供给单片机系统和外围电路5V的电压，并

16、且对加热盘（使用水泥电阻模拟加热盘的工作原理）进行加热。控制系统原理构成框图3STC12C5A60S2单片机的硬件及软件编程环境3.1 STC12C5A60S2单片机简介当今时代，科学技术迅猛发展，科技产品日新月异。在竞争激烈的今天，宏晶科技研发出了新一代51单片机，即STC12C5A60S2系歹I单片机。和旧版相比,它青出于蓝而胜于蓝。兼容了旧版的指令代码，速度较之快了812倍。1、增强型的8051CPU（即1T,1024G,兼容了旧版的指令代码;2、STC12C5A60S2单片机的工作电压：5.5V3.3V;3、单片机的工作频率范围：0MHz35MHz;4、用户应用程序的空间有8K、16K

17、、20K、32K、40K、48K、52K、60K、62K字节；5、单片机上集成了1280字节RAM6、通用I/O口（36/40/44个），单片机复位后：准双向口/弱上拉。具有的四种模式：准双向口/弱上拉；推挽/强上拉；仅为输入/高阻；开漏；每一个I/O口的驱动能力都能够达到20mA7、采用ISP/IAP,能够通过串口（P3.0/P3.1）直接下载用户的程序，速度快,使用方便；8、有EEPROM能；9、单片机内部具有集成MAX810专用的复位电路；10、外部掉电时检测电路：在P4.6口有一个低电压门槛比较器；11、时钟源：外部是高精度晶体（时钟），内部是R/C振荡器。常温下，单片机5.0V时，内

18、部R/C振荡器的频率是11MH15.5MHz;单片机3.3V时，内部R/C振荡器的频率是8MH12MHz由于存在制造误差和温漂，因此最后以实际测试为准；12、共有4个16位定时器；13、2个时钟输出口；14、外部中断I/O口：7路,传统的下降沿中断或者低电平触发中断。新增了支持上升沿中断的PCA模块；15、PWM2路）/PCA（可编程计数器阵列，2路）：可以当2路D/A使用；可以用来实现2个定时器；可以用来实现2个外部中断；16、A/D转换：8路有10位精度ADC转换速度：250K/S（即转换25万次/每秒钟）；17、通用全双工异步用行口（UART）:由于CP见高速的8051,所以能够实现多串

19、口方式有定时器；PCA®C件；18、S2标志后缀的单片机有双串口；19、单片机的工作温度范围：工业级的范围是-40C+85C,商业级的范围是0c75C；20、封装：PDIP-40,LQFP-44,LQFP-48;21、看门狗。CLKOUT2/ADC0P1.0 = ADCLTU 匚 RxDZtCI/rADC2,Pl 2 匚 TxD2/CPPO ADC3Tl -SS/CPP1 ADC4 Pl 4 匚二 MOSI ADC5/P1.5 匚 MISO/ADC6 P1.6 匚 HlKADl PI U P4 7/RSTIZZ iNTZRxD P3 0 匚TjtDTJ.l 匚 INT/P3 2 匚

20、W1/P3.3 ICTKOUTWJT/TO/P3,4 O CLKOUT1 IN77T1/P3.5 匚 丽/P军6匚 RDP3.7 匚 KTAL2CZ XIAL1 = Gnd f ；012345 67 890 12 3 4 5 6 7 8 9 1111 1- 1 1 1 1- 1 _2)三 rL-L 工Z-KM-S芯SS-7-JI口0987654321094 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 25 4 3 7-12 2 2 2 2nirwnnn01.23 d.5,6.7 VP0取popopo,po.P0P0.NAP4 4 P2.7/A15 P2&A14 P25 Aly P2 4 A

21、12 P2 S/AllP2 2/A10P2.1 A5T2STC12C5A60S2 脚图3.2 控制器硬件介绍3.2.1 温度传感器DS18B20温度传感器DS18B20f DS1820的应用和功能是基本相同的。只是因为分辨率的不同，所以采集到的温度值的位数不同，另外温度转换的延时时间也从 秒缩短到750毫秒。低温度系数晶振的振荡频率不随着温度的变化而变化。2此时计数器1接收到的脉冲信号，这种信号是固定频率。对于高温度系数晶振的振荡率而言，温度的变化造成的影响则很明显，该信号输入计数器2。预置温度寄存器和计数器1一个基数值，这个数值与它们在-55C时的值所对应。计数器1接收到了信号，这个时候计数

22、器1显示的数值开始递减，也就是说减法计数。在它计数减到0的时候，温度寄存器的数值也会随着计数器的变化而变化，数值加1。计数器1的数值减到0之后，重新载入预置值，从头开始。当计数器2计数到0时，此时寄存器显示的数值就是测量到的温度。温度传感器DS18B20R线方便，可以改变它的外观以适应各种场合。众多非极限温度场合都能够使用封装后的温度传感器（如洁净室，锅炉，高炉水循环，机房等场合）。即使在各种狭小空间设备中该传感器也能适用，实现数字控制和测温。技术性能描述：1、独特的单线接口方式，让微处理器和DS18B20勺双向通讯仅需要一条端口线。2、它的测温范围在一55C+125C,存在着固有测温误差1C

23、。3、能够支持多点组网的功能，即使在唯一的三线上也能实现多个温度传感器并联，最多能够使8个传感器并联，实现多点测温的功能。如果数量过多，供电电源就会因为电压过低，导致传输的信号不稳定。4、温度传感器DS18B20I勺工作电源：3.05.5V/DC5、在使用时不需要其他的外围元件6、测量结果将会以912位的数字量方式串行传送7、不锈钢的保护管直径是68、能够适用在各种狭小空间设备测温9、使用标准安装螺纹M10X1,M12X1.5,G1/210、使用方便，PVC电缆或者德式球型接线盒出线，其它电器设备连接便利3.2.2时钟芯片DS1302时钟芯片DS1302是一款高性能、低功耗的实时时钟芯片。为了

24、实现同步通信，该芯片采用CPUf口SPI三线接口。时钟芯片DS1302同样可以用于数据记录,另外能够实现同时记录数据和出现该数据的时间的功能，因此在众多测量系统中被广泛应用。技术性能描述：1、该芯片有31X8位暂存数据存储RAM2、采用串行I/O口方式，这让该芯片的管脚数量很少；3、时钟芯片DS1302的工作电压：2.05.5V;4、时钟芯片DS1302的工作电流：电压2.0V的时候，电流小于300nA;5、读/写时钟或者RAM（据的时候，它具有两种传送方式：单字节传送多字节传送；6、封装有：8脚DIP封装可选的8脚SOIC封装（主要根据表面装配的1W女）?7、采用简单3线接口；8、和TTL兼

25、容（Vcc=5V）;9、时钟芯片DS1302的温度范围是：-40C+85C；10、时钟芯片DS1302?口DS1202是兼容的；11、时钟芯片DS1302在DS1202的基础上增加的特性：对Vcc1,DS1302有涓流充电的能力；附加了7字节的暂存存储器；双电源管，可以采用主电源和备份电源供电；备份电源管脚，能够使用电池或者大容量电容输入；3.2.3 液晶FYD12864液晶显示器FYD12864具有可选的4位或8位并行、2线或3线串行等多种接口方式，它的分辨率是128>64,内部含有128个16X8的点阵字符，并且提供8192淮海工学院二。一六届本科毕业设计(论文)第11页共21页个1

26、6X16点阵汉字。该型号还以低电压低功耗著称，电源电压为+3.0V+5.5V,由于它内置DC-DC转换电路，所以不需要外加负压。和同类型的液晶显示器相比，它的硬件电路和显示程序都比之简洁，简单的操作指令就能完美驾驭它。3.2.4 音频解码芯片MP3-TF-16P音频解码芯片MP3-TF-16P是一款能够提供用口的语音模块，它完美的集成了MP3WMAWAVT乐格式的硬解码。该芯片支持TF卡驱动。简单的串口指令就能够实现播放指定的音乐的功能，因此使用该芯片其实很方便。3.3软件编译环境KeliuVision4软件是目前用来开发51系列单片机选用的软件之一，集成开发环境uVision将C语言编译器、

27、连接器、宏汇编、库管理和仿真调试器完美的整合在一起。本设计使用KeliuVision4软件把写好的程序编译成机器码，再将HEX能够执行的文件下载到单片机STC12C5A60S2内。编译过程：(1)选择【开始】，找到Keli软件，双击图标打开软件；(2)点击打开窗口上面的【Project的选项，然在点开的选项内找到【NewuVisionProject1,新建一个工程文件，此时界面上将会出现一个对话框，新建一个文件夹，用学号作为新建文件夹名。点击文件名是学号的文件夹，单击【打开】，在编辑框中输入一个名字(本设计中命名为“智能电饭煲”)，然后点击【保存】按钮。(3)保存后会弹出一个新的对话框，这个对

28、话框要求选择使用的CPU型号，我采用的芯片型号是STC12C5A60S2,在程序提供的型号中找不到该型号。因为51内核的单片机有通用性，所以我在本次设计中选用的是ATMEL公司的89C52芯片。展开所有芯片，找到我所选择的“AT89C52”，然后点击【OK】按钮，完成选择。(4)选择芯片后，因为我要添加一个C语言的源文件到这个工程中，所以在软件提示是否复制一个源文件到该工程的时候，我选择了否。(5)执行上一步后，打开菜单栏中【File的选项，点击New新建一个空白文件，为了防止电脑因某些特殊原因断电或者死机从而影响写程序的过程，我首先将文件命名为“main”保存在文件夹中，由于我采用的是C语言

29、编程，所以保存的文件后缀名是“.c”。(6)工程建立后，在主文件中写入设计的程序。在仿真之前，我对工程做了进一步的设置，以便满足程序的仿真要求。打开菜单栏中的【Project1选项，点击Optionfortarget,软件界面弹出工一个新的对话框，在【Target页面，【Xtal】后面的数值表示的是晶振频率值，由于我选择的芯片型号是AT89C52,因此晶振频率值是24M。MemoryMode用于设置RAM的使用情况，这里我采用的默认的方式，也就是【Small:variablesinDATA。在设置ROM空间的CodeRomSizd框中，我采用的是全部64K空间，即【Larget:64kprog

30、ram!模式。【Operatingsysten1项中，我采用了该项的默认值【None】。选择【Output】页面，在该页面中，将【CreatHEXFile项选中，选中该项后，在编译程序的时候才能生成程序代码”.hex”文件，“.hex”文件可以下载都单片机中，完成工程设置后，点击【OK】按钮返回编辑界面。(8)开始编译程序，打开菜单栏中【Project】选项，点击【Rebuildalltargetfiles按钮进行编译。经过编译，程序没有问题，可以使用。4系统硬件设计4.1 系统硬件设计由单片机STC12C5A60S2控制的电饭煲控制器的硬件原理图如下图所示，它包括电源滤波电路，复位电路以及一

31、个USB接口电路。STC12C5A60S2是系统的核心部分。rm电路原理图TUI10TM m *>1 丁 KI 'Ji1a4 Eror2FEnSEdnJh.EEmFWPJWPJ4.1.1 芯片简介单片机STC12C5A60S2,因采用的是1T增强型的CPU所以更具有竞争力。和旧版相比，它青出于蓝而胜于蓝。兼容了旧版的指令代码，速度较之快了812倍。与此同时，该款单片机对开发设备的要求也大大的降低了，缩短了开发时间。另一方面，由于它的应用广泛，生产供应多，且价格低廉，所以性价比也高。淮海工学院二。一六届本科毕业设计（论文）第15页共21页4.1.2 电源滤波电路电源电路提供+5V的直流稳压源给单片机，并且通过降压、整流、滤波后给继电器供电，电源滤波电路图如图所示：复位电路5系统软件设计5.1 主程序介绍5.2 主程序流程说明根据本次设计具体的要求，整个系统设计分为几个主要的模块，主程序流程如图所示：语音提示语音提示保沸状态小火炯饭本次设计是设计一个带有语音功能的智能的电饭煲控制器，设计使用STC12C5A60S2单片机作设计的核心，根据煮饭专家的加热曲线模拟整个的煮饭到25%在后续的煮饭过程中，大米内部能够受热均匀，最终烧成柔软鼓胀状。10分钟后，电饭煲进