基于单片机的电饭煲设计毕业设计论文(编辑修改稿)

基于单片机的电饭煲设计毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

也被称为加热盘。 加热盘与电饭煲的内胆（内锅）底部紧密接触以便更高的利用加热所产生的热能，其中继电器功能是在其选定工作模式或冷饭再加热时控制其加热功率，单片机通过 口对继电器进行控制。 副加热盘电热丝的加热功率由双向可控硅控制 [6]，单片机通过引脚 口给可控硅发信号，控制可控硅的导通角，从而控制电热丝的有效加热功率。 其中串联在继 电器回路的熔点为 160℃的热保险丝，当温度达到 160℃时，热保险丝会熔断，防止加热盘干烧。 浙江大学城市学院毕业论文 Abstract Q5TRIACS7250VAC10AQ18550R24300R2210KR2310KC4HEATER100WF2FUSE1R2510KR2610KQ48550VCCK112VDCD8IN4007MAIN HEATER860W220VSOURCE VOLTAGE 图 34 加热盘电路 时钟电路设计 时钟电路如图 35 所示，采用的是系统振荡为外部 RC 振荡方式，单片机内有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，引脚 XTAL1 和 TXAL2 分别是次放大器的输入端和输出端，把这两个引脚与作为反馈元件的晶体谐振器连接。 一般采用 12MHZ 的石英晶体和 30PF 的电容作为系统时钟，以减少寄生电容，更好保证振荡器的稳定性 [11]。 Y1C130PFC230PFXTAL2XTAL1 图 35 时钟电路 浙江大学城市学院毕业论文 Abstract 复位电路设计 系统要能长时间可靠工作就 离不开复位电路，复位电路可在单片机运行出错或进入死循环时，通过复位使系统重新运行。 对于 51 单片机而言，只要 REST 端保持二个机器周期（ 24 个时钟振荡周期）的高电平即可硬件复位。 考虑到从电源接通到电源电压稳定需要一定的时间，故图 36 所示 RC 复位时间一般均应大于10ms，图示复位电路是广泛应用的上电复位电路 [12]，典型取值为 R=1k C=22PF。 VCCR151KC322PFRST 图 36 复位电路 EEPROM 扩展电路设计 本课题采用 AT24C16 的 EEPROM 扩展，如图 37 所示，用 8052 的 P2 口模拟I2C 总线与 EEPROM 通信 连接电路图，由于 AT24C16 是漏极开路，图中 R1， R2为上拉电阻（ 10K）， A0~A2 和 VCC 地址引脚均接地。 串行时钟 SCC 接 串行数据，地址线 SDA 接 引脚。 AT24C16 的特性有：单电源供电，工作电压范围宽（ ~），低功耗 CMOS 技术 100KHZ（ ）和 400KHZ（ 5V）兼容，自定时写周期（包含自动擦除）、页面写周期的典型值为 2ns，具有硬件保护 [18]。 A01A12A33SDA5SCC6WP7VCC8GND4U7AT24C16C6104R1210K R1310K 图 37 EEPROM扩展电路 浙江大学城市学院毕业论文 Abstract 显示电路设计 显示器件采用 LCD1602 液晶显示器，是目前最常用的显示器件，其 显示容量为 16 2 个字符，尺度为 mm，适合电饭煲时间和功能的字符显示，如图 38，前三个引脚分别为电源地、电源正极和液晶显示偏压。 RS 和 R/W 为数据/命令选择和读 /写选择，引脚 15 和 16 分别是背光源正、负极。 单片机 P0 口用于对 LCD 的数据传输， ～ 都是作为控制端对 LCD 输入读 /写数据信号，选择数据寄存器或指令寄存器，以及是否进行显示 [19]。 R110KR310KR410KR210KVCCR510KR910KR10330R11R610KR810KR710KGND1VCC2VEE3RS4RW5E6D07D18D29D31016D411D512D613D71415CON1LCD1602 CHARVCCC5vccVCCD0D1D2D3D4D5D6D7RSRWLCDERSRWLCDED0D1D2D3D4D5D6D7 图 38 LCD显示电路 蜂鸣器电路设计 蜂鸣器电路要求在炊煮结束时“奏出”出悦耳的提示音给使用者。 选择 PFD驱动蜂鸣器，并且 只用 一个引脚就可以了，这样可以节省一个 I/O 引脚，同时 PFD 输出的信号频率可以采用一个内部定时计数器控制 [17]，如图 39 所示。 浙江大学城市学院毕业论文 Abstract vccQ2PNPR1910KD6LEDU5BUZZERR1810KR1610KR171K 图 39 蜂鸣器电路 键盘接口电路设计 独立式键盘是直接用 I/O 口构成的单个按键电路，如图 310 所示，每根 I/O口线上按键的工作状态不会影响其他 I/O 口的工作状态，该电路属于查询方式电路，当按键没有按下时， CPU 对应的 I/O 口由于有上拉电阻，其输入为高电平；当某按键按下后，对应 I/O 口变低电平，同时在 VCC=5V 的情况下， I/O 输出灌电流在 5mA 左右 [16]。 S1SWPBS2SWPBS3SWPBS4SWPBS5SWPBS6SWPBR281KR291KR301KR311KR321KR27IKVCC 图 310 按键电路 温度传感器电路设计 本课题中温度传感器 DS18B20 采用数据线供电方式，其工作电压范围在 3～浙江大学城市学院毕业论文 Abstract ，温度测量范围在 55℃～ 125℃精度为177。 2℃，在 10℃～ 85℃范围内，其精度为177。 ℃，可编程为 9～ 12 位 A/D 转换精度 [10]。 测温分辨率可达 摄氏度，如图 311 所示，为了保证 DS18B20 温度变换的精确性，当温度转换时，数据线必须提供足够功率，此时必须提供一个强上拉。 该电路通常要求外接一个 的上拉电阻至电源 [8]。 R14VCCDQ2VDD1GND3U4DS18B20(3)DQ2VDD1GND3U3DS18B20(3)DQ2VDD1GND3U2DS18B20(3) 图 311 温度传感器电路 智能电 饭煲软件部分的详细设计 电饭煲的基本功能就是煮饭，如何将米煮成香喷喷的米饭是电饭煲需要解决的主要问题。 为了得到最佳的煮饭效果，可通过传统的和科学的煮饭方法确定最佳的煮饭工艺流程即煮饭的过程控制，最后根据确定的煮饭流程编写参数调试程序，从而得到最终的最佳煮饭流程和温度控制曲线。 理想的最佳煮饭方法 生米煮成熟饭的过程是相当复杂的生化转化过程。 在这一过程中，大米中的淀粉、葡萄糖等成份进行一系列的转化。 影响转化的最主要因素是温度及温度的变化。 铁锅柴灶煮饭时，有经验的“巧妇”，在小知不觉中，运用灶膛中火力大小，使饭 锅的温度发生变化，满足了大米的最佳转化条件，从而蒸煮出香喷喷的米饭。 浙江大学城市学院毕业论文 Abstract 这种温度发生变化大致分为 5 个阶段： 低温吸水：让大米在 30~40℃的温水中浸泡足够时间，使米粒充分吸水膨胀，米粒内外随水温慢慢升高至 60℃ ~70℃。 快速升温：当米粒内外温度达到 70℃时，米粒将开始糊化，糊化首先发生在米粒表面。 为了避免米粒表面糊化后不向内部传热，这时应快速升温，使米粒内外在极短时问内，同时达到高温，有利于米粒内外同时糊化、熟化。 高温沸腾：促使米粒内外同时熟透，并蒸发掉锅内多余水分，避免米粒含水过多而稀化，也就是常说的“烂 饭”。 烘饭：在高温沸腾停止后，锅内的水蒸汽将冷却液化，滴回米饭表面。 为继续蒸发掉表面多余水分，同时使米粒内部水分进一步排出，使米饭更松软。 焖饭：在熟饭后维持一定温度，使米粒进一步释水松软，靠锅的米粒得热较多而出现少许焦黄，整锅米饭浸透烧香味。 日常使用的机械式电饭煲，利用磁钢受热后磁性减弱来控制加热丝的通断。 电源一旦接通，就持续加热。 达到最高温度后，开关自动断开，煮饭结束。 这种电饭煲的煮饭过程中没有也难以实现吸水和焖饭过程，同时也不能准确的控制各个阶段的温度以及温度变化。 因而米饭的口感和质量较差，同时无 法实现和用户之间的交互以完成各种附加功能。 如图 42 所示为煮饭最佳曲线图。 浙江大学城市学院毕业论文 Abstract 图 41 煮饭最佳曲线 吸水阶段使大米在一定的温度下充分吸水，使大米含水率从 14%上升到 25%左右，以保证米粒在加热过程中内外均匀受热，热量透到大米的芯部，从而使之烧成柔软鼓胀状，但是，一旦水温超过 70℃，米将变成糊状。 所以，一般将水温控制在 60℃以下。 快速升温阶段把已吸足水分的米采用大功率进行加热，迅速达到糊化温度，如果不继续迅速升温的话，米粒将在此温度下吸入大量水分并且 米粒会达到半熟的状态，此后无论采取何种措施，米饭都不会达到理想的炊煮效果。 沸腾阶段是将米中不易溶于水、难以消化的淀粉转变为易溶于水、易于消化的淀粉，应保持一定的时间。 沸腾阶段电饭煲内的温度保持在 100℃的水平。 大米充分吸水后，锅内的水逐渐减少，锅底趋于干燥，当锅底的水分减少到一定程度后，米饭的温度迅速上升进入图 41 中的烘饭阶段，在该曲线图中，烘饭包含在高温沸腾的阶段中。 沸腾结束后，进入焖饭阶段，在焖饭阶段，使米粒充分受热而内外质量趋于一致，焖饭阶段还使大米外部的水分一部分渗透入米芯，促使内部的成熟变化 ，另一部分蒸发掉，这样就使得整粒米饭内外一致。 一般焖饭之后的米饭含水率在69％左右。 在焖饭阶段有一个间歇加热的阶段，目的是使煮熟的米饭产生少许的锅巴，使整锅的米饭更具米饭的香味，同时焖饭阶段使得米饭无论在硬度上或黏烘饭 t/min 吸水 快速升温 高温沸腾 焖饭 保温 米饭温度℃ 120 100 70 40 30 浙江大学城市学院毕业论文 Abstract 度上都会另人满意。 煮饭功能模糊控制器 模糊控制基本思想 模糊控制是一种计算机数字控制，所以其控制系统框架同一般的数字控制系统一样，只不过它的控制器是模糊控制器。 模糊控制器的控制规律由程序实现，在实现的过程中要经过以下三个步骤：输入量的模糊化、模糊推理和输出量的解模糊。 在模糊控制过程中，将测到的过 程精确量转化为模糊量，再经过根据经验总结成的若干模糊规则和必要的模糊处理后，模糊判断系统根据输入的模糊信息按照控制规则和推理法则，做出模糊决策，然后输出解模糊后的控制量并作用于执行系统，完成控制动作，且这种动作足以精确量表现出来的 [13]。 模糊化 模糊化是将模糊控制器输入量的确切值转换为相应模糊语言变量值的过程，此相应语苦变量值均由对应的隶属度来定义。 在实际应用中，常常选择三角形作为语言变量的隶属度曲线。 在模糊化的过程中，一般利用最大隶属度原则，即在语言集中选择该元素对应的隶属度最大的语言变量，作为该项确 切值的模糊子集。 模糊推理 模糊推理包括三个组成部分：大前提、小前提和结论。 大前提是多个模糊条件语句，构成规则库：小前提是一个模糊判断句，又称事实。 模糊推理就是以已知的规则库和输入变量为依据，基于模糊变换推出新的模糊命题作为结论的过程。 解模糊 解模糊是将模糊推理后得到的模糊集转换为用作控制的数字值的过程。 它的目标是产化确切的控制动作，应该能够最好的反映出推理出的模糊控制动作分配的可能性。 常用的方法有最大隶属度法、加权平均法和重心法。 如图 42 所示的模糊控制框架图。 浙江大学城市学院毕业论文 Abstract 图 42 模糊控制框图 目前，实用模糊逻辑控制常用的方法有查表法和软件模糊推理等。 查表法是将输入的隶属度函数、模糊控制规则和输出隶属度函数都用表格来表示，从输入量的模糊化、模糊推理和模糊判决都通过查表来实现。 软件模糊推理的模糊化、模糊推理和模糊判决三个过程都用软件来实现。 对于本文研究的米量和加热功率模糊推理机来说，其推理过程是开环的，模糊推理机只包含输入量的模糊化、利用规则的模糊推理及输出量的解模糊，隶属度函数、模糊控制规则可以用表格来表示，模糊推理机的最终输出量为具体米量的值和加热功率的值。 参数标识 煮饭模糊控制器包括饭量的模糊推理，温度的模糊控制量部分，为了便于接下来的模糊控制设计，故列出一系列相关标识量。 u z y x e + r － MCU 知识库 模。