微波炉语音控制系统_毕业设计论文(编辑修改稿)

微波炉语音控制系统_毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

以构成一个含有 16 个按键的键盘，显然，在按键数量较多时，矩阵式键盘较之独立式按键键盘要节省很多 I/O 口。 矩阵式键盘中，行、列线分别连接到按键开关的两端，行线通过上拉电阻接到 +5V上。 当无按键按下时，行线处于高电平状态；当有键按下时，行、列线将导通，此时，行线电平将由与此行线相连的列线电平决定。 这是识别按键是否按下的关键。 然而，矩阵键盘中的行线、列线和多个键相连，各按键按下与否均 影响该键所在行线和列线的电平，各按键间将相互影响，因此，必须将行线、列线信号配合起来作适当处理，才能确定闭合键的位置。 [13] 矩阵式键盘大大节省了 I/O 口线，比较适合微波炉控制系统的要求，为其它的模块省了很多 I/O 口线，减小了整个系统的硬件开销。 语音电路方案选择 方案一：蜂鸣器 语音控制微波炉系统 13 蜂鸣器声音单一，无法实现一连串的语音播放，对一些要求比较高的系统来说，蜂鸣器不适合。 本系统要求每次烹饪结束或者预约时间结束都要语音提示，所以本系统不采用蜂鸣器。 方案二：语音处理电路 在本设计中，提示音及语音播报功能都需要 语音电路实现。 本设计采用了 ISD1730芯片实现语音处理功能， ISD1730 属于 华邦 ISD 公司 2020 年新推出的单片优质语音录放电路，该芯片 提供多项新功能，包括内置专利的多信息管理系统，新信息提示（ vAlert ） , 双运作模式（独立 amp。 嵌入式），以及可定制的信息操作指示音效。 芯片内部 包含有自动增益控制、麦克风前置扩大器、扬声器驱动线路、振荡器与内存等的全方位整合系统功能。 其特点为 可录、放音十万次，存储内容可以断电保留一百年 ； 两种控制方式，两种录音输入方式，两种放音输出方式 ； 可处理多达 255 段信息 ； 有丰富多样的工作状态提示 ； 多种采样频率对应多种录放时间 ；通过音频放大器放大输出； 音质好，电压范围宽，应用灵活，价廉物美。 该电路可以在单片机的控制下实现按地址录、放音，并能检测到放音是否结束。 根据设计需要，语音提示音播放伴有 LED 灯闪烁提示，直观方便。 ISD1730 的独立按键工作模式录放电路非常简单（ 见图 6），而且功能强大。 不仅有录、放功能，还有快进、擦除、音量控制、直通放音和复位等功能。 这些功能仅仅通过按键就可完成。 14 V C C D1/ L E D2/ R E S E T3M I S O4M O S I5S C L K6/ S S7V S S A8A n a I n9M I C +10M I C 11V S S P 212S P 13V C C P14S P +15V S S P 116AUD17AGC18/ V O L19R O S C20V C C A21/ F T22/ P L A Y23/ R E C24/ E R A S E25/ F W D26R D Y / I N T27V S S D28J P ?4 H E A D E RC10 .1 uC20 .1 uM K ?M I C R O P H O N E 2R14 .3 kR24 .3 kR34 .3 kC34 .7 uR?1KD?L E DV C CV C CV C CV C CR?8 2 KC?4 .7 uL S ?S P E A K E RP 2 0 P 2 1P 2 2C?0 .1 uC?1 0 0 u语音电路P 1 2P 1 3P 1 44 7 0 u 图 6 语音电路 电源方案选择 方案一：开关电源 用开关稳压电 源给整机供电，此方案能够完成本作品电流源的供电，但开关电源比较复杂，而且何种也比较大，制作不便，因而此方案难以实现。 方案二： LM7805 三端稳压电源 单片机控制系统以及外围芯片供电采用 LM7805 三端稳压器件，通过桥式整流，然后进行滤波稳压。 可提供 5V 直流给单片机，如下图 7 所示。 语音控制微波炉系统 15 V i n1GND2V o ut3U57 80 59 V _29 V _1 1234D1B R I D G E 2 C60 .1C72 20 0 / 2 5 VC84 70 / 25 VV C CC90 .1电源模块 图 7 电源电路 定时方案选择 方案一：采用实时时钟芯片 针对计算机系统对实时时钟功能的普遍需求，各大芯片生产厂家陆续推出了一系列的实时时钟集成电路，如 DS128 DS1288 DS1302 等。 这些实时时钟芯片具备年 、月、日、时、分、秒计时功能和多点定时功能，计时数据的更新每秒自动进行一次，不需程序干预。 计算机可通过中断或查询方式读取计时数据并进行显示，因此计时功能的实现无需占用 CPU 的时间，程序简单。 此外，实时时钟芯片多数带有锂电池做后备电源，具备永不停止的计时功能；具有可编程方波输出功能，可用做实时测控系统的采样信号等；有的实时时钟芯片内部还带有非易失性 RAM，可用事业存放需长期保存但有时也需变更的数据。 由于功能完善，精度高，软件程序设计相对简单，且计时不占用 CPU 时间，因此，在工业实时测控系统中多采用这一类专用芯 片来实现实时时钟功能。 但是实时时钟芯片对硬件要求较高，成本相对而言比较高，所以不采用该方案。 [5] 方案二：软件控制 利用 P89V51RB2FN 内部的 T0 定时 /计数器进行中断定时，配合软件延时实现时、分、秒的计时，还有烹饪预约时间和烹饪时间的设置。 该方案不但节省硬件成本，且能够加深我们对定时 /计数器的使用、中断及程序设计方面的理解与提高，简化硬件设计，使整个设计整体小巧玲珑易携带。 软件设计较适合现阶段我们的学习和锻炼，因此本系统将采用软件方法实现计时和定时。 [6] 16 掉电储存模块 为了在断电的情况下能保 存好已经设置好的时间和菜单等数据，为此系统采用24C01 E2PROM。 24C01 是一个 4Kb 的支持 I2C 总线数据传送协议的串行 CMOS E2PROM 可用电擦除，可编程自定时写周期（包括自动擦除时间不超过 10ms 典型时间为 5ms）的串行 E2PROM。 当系统在工作过程中，遇到突然断电的情况下，系统会把断电前的状态和数据自动存进 24C01 E2PROM 中，在系统重新开始工作时自动从 24C01 E2PROM 中读取数据，以继续完成没有完成的工作，实现了系统的掉电存储功能。 A01A12A23GND4S D A5S C L6WP7V C C8U22 4 C 0 1 V C CGNDS C LS D A掉电存储模块 图 8 掉电存储模块 火力 输出方案选择 微波炉的心脏是磁控管。 这个叫磁控管的电子管是个微波发生器，它能产生每秒钟振动频率为 亿 赫 的微波。 这种肉眼看不见的微波，能穿透食物达 5cm 深，并使食物中的水分子也随之运动，剧烈的运动产生了大量的热能，于是食物煮熟了。 这就是微波炉加热的原理。 磁控管工作原理大意是把家用 220V 电转换 20200 伏高压，经过磁控管转化成2450MHZ 的电磁波。 磁控管阳极高压 3000V7000V，工作频率 2450MHz，阳极电流为300mA1200Ma[21]， 微波炉功率调整的原理就是通过高速控制磁控管的开停 时间来调整功率 ， 磁控管的功率是不可变的 ，因此直接控制磁控管的开关状态以实现对微波炉的火力设置是不可取的，现有两种方案选择。 方案一：开关电源 语音控制微波炉系统 17 使用开关电源方式可以达到更高频率的开停速度 ， 而且这个开关频率是可变的 ， 这就实现的微波功率的精度控制 ， 开关电源的使用以电子元件代替了高成本的高压变压器[18]，大大节省了制造成本，但是相比较方案二，开关电源还是不合适。 方案二： PWM 使能脉宽调节模式 P89V51RB2FN 单片机内部的可编程计数器阵列（ PCA ）功能模块含有一个特殊的16 位定时器，有 5 个 16 位的捕 获 /比较模块与之相连。 每个模块可编程工作在 4 种模式下：上升 /下降沿捕获、软件定时器、高速输出或脉宽调节器。 每个模块都与 P1 口向连。 模块 0 连接到 （ CEX0 ），模块 1 连接到 （ CEX1 ），依此类推。 寄存器 CH 和 CL 的内容是正在自由递增计数的 16 位 PCA 定时器的当前值。 PCA 定时器是 5 个模块的公共时间基准，可通过编程工作在： 1/6 振荡频率、 1/2 振荡频率、定时器 0 溢出或 ECI 脚的输入（ ）。 定时器的计数源由 CMOD SFR 的 CPS1 和 CPS0 位来确定。 所有 PCA 模块都可用作 PWM 输出（如图 ）。 输出频率取决于 PCA 定时器的时钟源。 由于所有模块共用仅有的 PCA 定时器，所有它们的输出频率相同。 各个模块的输出占空比是独立变化的，与使用的捕获寄存器 CCAPnL 有关。 当 PCA CL SFR 的值小于 CCAPnL SFR 时，输出为低，当 PCA CLSFR 的值等于或大于 CCAPnL 时，输出为高。 当 CL 的值由 FF 变为 00 溢出时， CCAPnH 的内容装载到 CCAPnL 中。 这样就可实现无干扰地更新 PWM。 要使能 PWM 模式，模块 CCAPMn 寄 存器的 PWM 和 ECOM 位必须置位，如图 9 所示。 本系统采用了 PCA 的模块 0（ ）的使能脉宽调节模式（ PWM）来控制单片机输出脉冲的占空比，通过改变输出占空比控制变压器初级绕组的通断电状态，即对其阳极电压的变压器初级绕组通断电的控制来实现对磁控管的开关控制。 以此控制变压器的初级绕组微波炉磁控管的停和转，以实现对烹调功率的控制。 PCA 方框图和 PCA 模块的 PWM 模式的方框图分别如图 8 和图 9 所示，表 10 就是输出的火力档位对应的电压。 表 1 火力档位设置表 18 档 位 (档 ) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 输出电额 (V) 语音控制微波炉系统 19 四、系统设计及操作说明 本章主要 是介绍微波炉控制器设计系统的设计及系统的操作说明，系统的液晶显示模块采用并行通讯的工作方式，键盘方面则采用程序扫描的工作方式，下面就各模块的软件设计进行了详细的介绍。 本系统软件设计的程序见附录。 根据实际的硬件电路，为了有效地实现系统的基本功能，用软件方法实现了系统的定时功能、控制系统的语音播放、控制液晶显示等等。 软件设计主程序流程图、按键功能 扫描子程序图、预约时间子程序图、火力模式子程序图、火力自定义子程序图、烹饪模式子程序图、液晶显示子程序图、语音播放子程序图、定时服务子程序图和按键扫描子程序图分别如下图所示。 主程序 主程序负责与各子程序模块的接口和检查键盘功能号，流程图如图 11 所示。 按键功能扫描子程序 本系统的矩阵式键盘的工作方式采用的是程序扫描方式，为了能及时发现有键按下， CPU 必须不断调用键盘处理程序，对键盘进行扫描以确定调用哪个功能子程序。 通过调用按键程序扫描子程序，检测哪些功能按键被按下就进入哪种状态模块 ，以调用哪个功能子程序，进入哪种工作状态，不断地循环扫描，流程图如图 12 和图 13 所示。 烹饪预约时间子程序 进入烹饪预约时间子程序，通过加、减按键和确定键来对时间进行设置，首先是对时的设置，按确定键再对分进行设置，接着对秒进行设置，每次设置完就要按一次确定键，以完成对时间的设置。 时间设置完毕返回等待系统开始烹饪，流程图如图 14 所示。 20 火力模式子程序 进入火力模式，通过加、减键，来设置烹饪时间，流程同预约时间的设置相同，时间设置完毕就直接开始烹饪，流程图如图 15 所示。 火力自定义 子程序 火力自定义模式，既要设置火力，也要设置烹饪时间，流程是先通过加、减键设置火力档，最高是 8 档，最低是 1 档，确定以后再通过加、减键开始设置烹饪时间，火力和烹饪时间都设置完毕，直接开始烹饪，流程图如图 16 所示。 烹饪模式子程序 烹饪模式是系统预先已经设置好烹饪时间和烹饪火力，只要按确定键就马上进入开始烹饪状态。 流程图如图 17 所示。 液晶显示子程序 液晶显示子程序显示各模式的工作状态，如显示火力模式、烹饪模式、预约时间和烹饪时间，液晶显示器采用的是并行通讯的工作方式。 流程图如图 18 所示。 定时服务子程序 程序检测系统是否开始烹饪，当系统已经进入烹饪状态，定时服务子程序开始工作，首先通过按键扫描判断预约时间标志按键是否被按下，当有按键按下进入预约时间的定时服务，如果没有按键按下，直接进入烹饪时间的定时服务。 流程图如图 19 所示。 语音播放子程序 进入语音播放子程序，当预约时间结束，响应播放语音提示，当烹饪时间结束，响应播放语音提示。 语音播放有 三 种情况，分别是 开始烹饪、。