《基于单片机AT89C52的智能电饭锅控制系统设计》5500字

基于单片机AT89C52的智能电饭锅控制系统设计摘要随着信息革命的推动，人们都希望在不远的将来，有一种可以在短时间内完成生活需求的家电出现在我们身边，接着，人们发现，用单片机控制技术为主体可以用来对电饭锅进行定时工作控制,在使用时，要求用户用键盘对电饭锅输入需要电饭锅进行工作的时间后，在将其设置为定时工作时间，然后再使其对原来的电机工作时间来进行比较，这样的话就可以达到非常精确的时间定时控制功能。本设计的主要内容有：主机硬件显示电路的设计和液晶显示系统的应用程序设计,主机硬件显示电路的设计包括主机、控制器和显示硬件电路等,主机和控制器主要设计采用4位单片硅电机上的at89c52；显示硬件电路主要采用4位共阴极的aled。系统处理程序主要功能包括系统主程序、显示处理程序和数据定时处理程序等。本系统设计方案采用了at89c52单片机,要求定时工作时间和系统实时工作时间相同时通过一个光耦合器驱动控制电路板来控制自动电饭锅的正常工作。能够同时具备LED显示温度和定时加热两个基本功能。关键词：AT89C52；智能电饭锅；ALED;设计。目录TOC\o"1-2"\h\u127451绪论 476441.1研究背景 48951.2研究现状 4157962系统硬件电路 5124262.1系统总体框架 5172592.2单片机最小系统 625342.3加热模块 781432.4液晶显示模块 881432.5键盘模块 9303393系统软件设计 109333.1系统程序总体流程图 109333.2加热控制模块程序设计 11131033.3定时程序设计 12176954实验分析 15227524.1实验内容 15143014.2实验结果 15107605结论 187842参考文献 198143附录一 208143附录二 211绪论研究背景随着现代科技的发展，科技渐渐给我们的生活带来了更多的便利。从最早的用于工业生产的机器，到家用的电器，而智能家电从当初的稀有物品，也逐渐落入寻常百姓家。到了21世纪的今天，家里所有的电器，基本都被注入了“智能化”的基因。从操作的复杂程度、性能的稳定性、价格的经济性到控制的便利性，都是十分方便的。而人们在家的时间，至少都占一天的三分之一以上。家不仅仅是一个住所，更是幸福生活的根据地。研究表明，生活便利之后，人们的幸福感会有效提升。而智能家电既然被冠于智能这个前缀，自然可以将人们的生活变得便捷起来。现在人们生活愈发的忙碌，生活节奏越来越快，除了工作，睡觉的时间，剩余的空闲时间也是越来越少，智能电饭煲应运而生。比如晚上提前预约好智能电饭煲，第二天早上你还没起床，智能电饭煲就可以把早饭准备好；简单的收拾好，到了傍晚，下班先去接孩子回家，在回家路上时就可以提前准备晚饭，大大的节约了煮饭而等待的时间。通过电控板，并通过LED屏幕实时显示温度、预约时间，是新时代智能家居中不可缺少的一员。1.2研究现状因为我国没有第一批赶上西方的工业革命，导致我国的机械化产物发展较晚，随着改革开放开展以后，我国沿海城市才接触到外国的新型科技，其中就有机械式自动电饭锅，人们在使用中发现它使用及其方便，随着人们的宣传推广，机机械式自动电饭锅慢慢的开始家喻户晓，随着国外电饭锅的风靡，国内一些厂家看准了商机，各个厂家开始为国外的企业合作代工，慢慢的学习外国的先进技术，随着合作的日渐加深，国内的一些企业开始整合学习到的先进技术开始自主生产我国的国产电饭锅，于是，在20世纪90年代，通过与日本企业的合作，美的公司研发出了第一款国产电饭锅，而后又在此基础上退出了我国第一款可以实现智能的国产电饭锅，在接下来的几年中，美的电饭锅公司随着不断的研究和开创，最终研发出第一款国产电磁加热电饭锅，初步掌握了世界领先电饭锅技术。近年来,我国自主研发的电饭锅品牌逐渐面向世界，国际上流行品牌在推动着我国自主品牌的发展，随着市场的发展和用户使用后的感受,这款采用了AT89C52单片机的新型智能电饭锅深受用户青睐,而我国具有很大的人口基数，经历过市场检验后的优秀产品必定会被人们所青睐，我国未来的电饭锅产业会有井喷式的增长。2系统硬件电路2.1系统总体框架智能电饭锅控制系统硬件电路按照功能可划分为七个组成部分，即控制系统单片机最小系统工作电路、控制系统电源电路、按键操作输入电路、温度传感器电路、LED状态指示电路、LCD显示电路以及电饭锅加热电路。图2-1系统整体框图2.2单片机最小系统如图2-2为AT89C52单片机的管脚图。图2-2为At89c52单片机的管脚图AT89C52单片机中的部件表格如下；名称数量全双工串行通信口1个16位定时器2个Flash闪速存储-4k字节1个可编程I/0口线32个时钟电路1个计数器片内振荡器1个5向量两级中断结构1个工作原理如下，当本装置处于空闲状态下时候，位于本装置中的处理器会处于休止状态，而一直处于工作状态中的两个系统是RAM、串行通信口定时/计数器系统和中断系统，如果是遇到了停电，这时候RAM会储存所有的数据直到下一次开机。2.3加热模块在电饭锅进行加热作业时，为了更好的加热食物，电饭锅设置的加热点为底部和侧部，在加热作业时，可以对物体的底部和侧部进行交替的加热作业，电饭锅设置的最大功率为1400W,电饭锅在加热时，功率保持在稳定电压之内，并且本产品采用了合适的电流保险丝来对本产品进行保护。与此同时采用了和加热模块相吻合的14D561压敏电阻作为浪涌电压吸收器。为了顾客的安全考虑，增加了一路电阻的放电回路，使的电饭锅断电后迅速掉电，共模电感和对地线的滤波电容采用Y电容。设计原理图如图2-3所示。图2-3加热模块设计原理图2.4液晶显示模块液晶显示器的低消耗，易携带等诸多优点，本模块中选用的液晶模块是可以通过5x7来显示数字符号的显示屏。根据显示的容量可以分为很多款，其中我们采用的是2行16个字的1602液晶模块。LCD-1602共有引脚16个，各引脚的功能如下表2-4所示：表2-4液晶显示电路2.5键盘模块键盘控制模块是5个独立按键构成，其中还包含一个中断单元。在工作状态下，键盘控制模块可以对智能电饭锅进行手动控制作业。具体的安装连接如下：其中，独立按键的一脚与在单片机的p1.0至p1.5脚均连接，独立按键的另一脚与电源地相连接。在工作状态下，当其中一个独立按键按下后，就会有对应的与其连接的低电平送入单片机内部中。在对独立键盘进行按动时，会带来抖动，为了消除抖动，本装置内部还设有相关程序对抖动进行消抖作业，最后再由按下的独立按键来对执行程序进行指示工作。该控制系统键盘接入电路如图2-5所示。图2-5键盘控制电路图3系统软件设计3.1系统程序总体流程图本系统软件部分的设计是由结构化和模块化来设计的，这样的话有利于对本程序进行编译、调试和错误排除，同时也利于后续的维护作业。根据设计的要求和前面描述的控制器系统硬件设计的具体情况，本系统的主要组成于以下几个模块：初始化主程序、输入及显示、温度感应采集和功率控制。主流程如图3-1所示。图3-1软件设计流程图3.2加热控制模块程序设计加热控制模块程序的设计是多段电磁加热系统的核心模块之一。主要任务是根据方案设计对多级电磁加热进行开启、维护、断开和关闭。在本模块中，工作采样如下：其中程序电流和电压的采集周期为2ms一次，在数据采集16次后取平均值。采集一次功率值的周期则需要32ms，根据本系统的采样选择，采样选择的时间周期大约在三分之一到八分之一左右。具体再根据工作时的工作情况，控制器对输出功率的调整周期约为10ms。当要实现电磁加热时，则需要线圈来控制单刀双掷继电器的位置来进行加热，当我们需要对其进行切换成静态时，只要在加热停止后切换电磁线圈至断开即可，总体控制较为简易。本智能电饭锅加热控制模块参考代码如下所示:voidPID_Control(void)PIDReference=ReferencePower-((signedlong)PowerLevel)*0x23000;.if(f_PPG_On==CLR){retum;}//IconClearCnt=0;if(f_sideheater==SET)PIDReference=PIDReference-0x15000;//侧面线圈if(f_Botheater==SET)PIDReference=PIDReference-0x15000;/底部线圈ControlWatt=((unsignedlong)AD__Voltage)*((unsignedlong)AD_Cutrent);Error=PIDReference-ControlWatt;if(Error<_ErrorMin)Error=_ErrorMin;elseif(Error>_ErrorMax)Error=_ErorMax;Pcon=Error/__PconGain;Icon=Icon+(Eror/_IconGain);IconLeft+=(Error%_IconGain);if(IconLeft>_IconGain){IconLeft=IconLeft-IconGain;Icon++;}elseif(IconLeft<-IconGain)IconLeft=IconLeft+_IconGain;Ic01n--;{if(++VoltageOverCount>=3)//VoltageFastOverProtectionVoltageOverCount=0;if(0ldVoltage>=0xf50)OldVoltage=0xf50;if(AD__Voltage>(OldVoltage+0x80))Icon=Icon.40;OldVoltage=AD__Voltage;}if(Icon<PPGMIN_UART1)Icon=PPGMIN_UART1;elseif(Ico1n>PPGMAX_UART1)Icon=PPGMAX_UART1;if(AD_Current<0x1a0)Icon=PPGMN_UART1;Pcon=0;{if((Pcon+Icon)<0)PPG__Pulse=0;elsePPG_Pulse=Pcon+Icon;//+Dcon;if(PPG_Pulse<PPGMIN_UART1)PPG_Pulse=PPGMN_UART1;elseif(PPG__Pulse>PPGMAX_UART1)PPG_Pulse=PPGMAX_UART1;}3.3定时程序设计实现定时功能的程序流程图3-2。系统运行后，若按下“SET”按键，系统即可进入预设定时时间状态，此时“时”位数值开始闪烁，表示“时”位数值处于可设定状态。此时按下“ADD”键，预定时间的小时数将累加1，若按下“DEC”键，预定时间的小时数减1。本控制系统支持最大定时12小时，当小时数超出12后会溢出为0。即置“时”位数值时，若当前示数为12，且按下“ADD”键，则小时数由12变为0时0分；当小时数设定完成后，按下“OK”键，进入设定“分”状态，同时“分”位数值开始闪烁。此时按下“ADD”键，预定时间的分钟数加1，若按下“DEC”键，则预定时间的分钟数减1；当分钟数到达59时，按下“ADD”按键，这时候我们会发现分钟数变成了0，与此同时小时数则加1，当分钟数为0时，按下DEC键，这时候我们会发现分钟数变成了59，与此同时小时数则减1；当分钟数设定好之后，我们按下分钟数“OK”键，本系统就会自动保存用户所设的时间并且退出设定时间状态。随后系统主动暂停现在所在工作模式中，从而进入倒计时程序中。定时时间到，系统自动进入预定的工作模式，或煮饭或煲汤或保温。图3-2定时程序设计流程图部分子程序如下：VoidOvenCheck(void){if(f_PPG_On){if(AD__Current<=0x280)if(++OvenChkCnt>=200){PoweroffDelay=200;I1powerof2sPPG_Off0);OvenChkCnt=0;}}elseOvenChkCnt=0;elseOvenChkCnt=0;}4实验分析4.1实验内容在我们对电路系统进行搭建时，经过了软件和硬件的设计，接下来是按照下列标准来对电路系统进行测试。技术指标如下所示:工作电压区间为198到242v，工作频率为50hz。加热后的输出功率区间为800到1400W。VSS输出电压为13W。适宜温度为:-10到30摄氏度。抗电压电流强度为2500V/0.5mA/1分钟。为了广大顾客的使用安全，此过程在测试时必须要满足国家制定的CCC和EMS标准，首先，在加热模块设计中，第一步需要通过信号性能对各电路模块进行分析检测，因为此集成系统位于主控板上，所以在测试时需要结合样机来对各个模块进行测试，来看看是不是满足一定的安全指标。接着，结合该电路的设置特点，因为要确保电路系统在产品上进行应用，所以还需要进行白盒测试，根据此测试可以来确定此电路系统的各个方面可不可以达到预期，也可以来测试安全可靠性是否达到要求。最后，还需要对一些异常进行模拟测试，可以来确定本产品在遇见极端情况时安全隐患和关键部件的异常。最后为了确保本产品可以进行量产，还需要继续最后的EMC测试。4.2实验结果为了测试直流电源在不同的输出电压下的稳定性，需要用开关电源进行测试，来测试直流电源的工作信号是不是满足额度设置。主要测试标准如下所示：其中强电端的MOS工作电流≤27A，并且电感没有饱和现象的发生；在待机状态下的MOS工作电流≤08A，电感也不可出现饱和现象；在待机状态下的电源脉冲电流≤2.7A。其中当输出端与电源连接后，开关电源的电压将会在200ms之内上升到220V，在电压处于上升时，上升电压的波形应该为单调上升趋势，不可出现波动和震动；输出电压必须小于需要小于5.6V，并且在此之后的电压需要稳定，不可出现震荡；当Vdd达到启动电压后必须>9V,而<23.5V;VSS的电压输出标准为:+18V输出范围满足17.1V≤Vout≌216V;在待机状态下输出电压范围为：V≤600mv;并且Vout满足4.75V≤Vout≌5.25V，其中纹波≤300mV。测试的步骤如下所示：第一步，需要将开关电源VDD和5V输出电压与示波器的低压探头相连接，再分别与可变频电源相连接，第二步测试开关电源VDD在待机状态下和工作状态中的信号分别为多少，测试电压分别为176V、220V和264V，当需要对电源芯片的峰值电压和电流的情况进行测试时，需要用到本系统的开关电路模块，并且还可以测试出在通电时和通电后和待机状态下的稳定性，接着来观察波形看看是不是稳定和满足需求。最后，完成测试之后，图4-1会显示出待机到开机的波形图。在驱动加热工作的时候，加热模块的部件均处于工作状态下，接着波形图会对这些正在测试不同电压下工作的部件进行波形采集，来记录强电压和低电压的加热性能。在完成以上测试后，为了防止开关在出现瞬间大功率电压波动和导致加热模块中断加热和持续加热的风险，还需要进行安全测试，来确保电源输出的稳定性，方法很简单，第一步是把18v的电压接到电流负载上，接着再把另一个负载接到5V电压上，然后进行测试，测试是按照电源原理图。通过电子负载调节18V和5V输出电流具体测试步骤在市电输入220V时，第一组在测试中出现负载空载现象，接下来依次调整所连接的负载大小，测试出漏极电压、电流在开关电源携带不同负载下的波形，如图5-3所示，18V电压在第二组带的负载为500mA，第三组带的为650MA和800mA，5V开关电压在第二组带的负载为800mA，从数据中我们可以看出，输出电压在空载状态下数据一切正常，在对18V电源的负载进行继续增加至650mA后，还是没有出现任何故障，基本完成设计的要求。图4-1测试波形图图4-2测试波形图图4-3测试波形图5结论在我国，智能电饭锅是一直处于中高端产品的，许多家庭还是没有接触到的，但是在欧美等发达国家，智能电饭锅基本上是家家必备，所以，我国的智能电饭锅前景还是挺大的，本文所诉的基于AT89C52单片机的智能电饭锅在有一定的创新的情况下，还可以实现多种家用功能。可随意调节做饭的定时和预约时间，预约后会自动执行工作。本文基于单片机对智能电饭锅进行设计，在设计了软硬件程序的基础上，通过试验还进行了可行性验证，结果表明，设计符合预期要求。参考文献[1]尼科科技.顶级别墅智能家居系统方案[J].数字社区.智能家居.2018(04):27-32.[2]李宗学.国际赛制电饭锅设计与实现[J].现代商贸工业.2013[3]李辉.智能家电时代的发展升级.大众用电[J].2017[4]杜芳莉.热电制冷在笔记本电脑散热系统中的应用[J].制冷与空调.2014.[5]繁震.基于半导体制冷技术的高精密温度控制系统研究[J].测试计量技术及仪器.2017[6]丁飞.半导体制冷器制冷参数的性能分析[J].制冷.2012[7]张军.教学仪器设备的改造-气体保护焊机控制部分的改进与设计[J].中国现代教育装备.2013[8]俞晶晶,钱晋武,沈林勇,一种可用于电饭锅装置的机构与控制实验[J].中国组织工程研究与临床康复,2020,14(30):5596-5600.[9]

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