可编程微波炉控制器系统设计报告

1、可编程微波炉控制器系统设计报告 编号：E甲11082004年山东省大学生电子设计竞赛可编程微波炉控制器系统设计报告（E题）作 者：翟 雷 罗权威 王光锋指导教师：解则晓 王立红 李庆忠中国海洋大学工程学院自动化专业2004.9.13目 录摘 要4一、方案论证51.主控制器的选型52.数据采集系统的方案选择53.火力指示电路的方案选择54.显示电路方案选择65.音频电路的方案选择66.键盘电路的分析选择6二、硬件电路设计61.系统硬件框图62.最小系统模块73.显示器设计84.音频电路系统85.火力强度指示电路96.火力输出电路107.输入量的检测108.炉门检测11三、软件设计121.主程序设计122.智能（模糊）控制模式14四、实验结果与分析161.常规模式测试162.智能控制测试165、结 论1617山东省第九届大学生电子设计竞赛2003年全国大学生电子设计竞赛试题可编程微波炉控制器系统设计报告（E题）一任务设计制作一个微波炉控制器电路，具有三档微波加热功能，分别表示微波加热为烹调、烘烤、解冻，试验中用LED模拟。示意图如下：图1系统功能模块图二要求1 基本要求（1） 制定一个在不

2、同功能时火力的控制时序表。具有三档微波加热功能,分别表示微波炉工作状态为烹调、烘烤、解冻，试验使用LED模拟。（2） 实现工作步骤：复位待机检测显示电路设置输出功能和定时器初值启动定时和工作开始结束烹调、音响提示。（3） 在上电或手动按复位键时，控制器输出的微波功率控制信号为0，微波加热处于待机状态，时间显示电路显示为00.00。（4） 具有4位时间预置电路，按键启动时间设置，最大预设数为99分99秒。（5） 设定初值后，按开启键，一方面按选择的挡位启动相应的微波加热；另一方面使计时电路以秒为单位作倒计时。当计时到时间为0则断开微波加热器，并给出声音提示，即扬声器输出23s的双音频提示音。（6） 若在待机状态时按测试键，则4位数码管交替显示全亮和全灭两种状态，以检测数码管各发光段的好坏。2 发挥部分（1） 微波炉火力档位的增加。（2） 输出显示方面的扩展。（3） 实现智能控制、信息控制。摘 要本系统以可在线下载单片机作为微处理器，实现了微波炉的智能控制。单片机通过采集、处理微波炉的状态、食物状态等信息，实现了所有的基本任务，而且对扩展任务中的智能控制部分进行了很好的实现，利用模糊推理算

3、法实现了微波炉的智能控制，获得了良好的控制效果。为了便于获取微波炉内部的信息状态，我们用电位器产生直流电压信号直接进行A/D转换，分别模拟微波炉中的温度、湿度、食物的热量和重量，通过对这些信息的检测不仅能保证微波炉安全工作，而且能实现智能控制；对微波炉的火力输出除设计实际的输出电路，还设计了火力强度指示电路，用来直观地显示火力的变化情况。微波炉的控制分为常规模式和智能模式。在常规模式下对烹调、烧烤和解冻三个功能设计多个火力强度等级，以及它们之间得组合输出；在解冻时也可根据物体的重量自动确定解冻时间，在安全方面，除对炉门的状态进行检测，还增加了对炉内温度和物体重量的检测，以防止温度过高或微波炉的空转。在智能模式下，系统能根据所检测物体的热量和湿度，以及所选择的火力大小通过模糊推理得出需要加热的时间和被加热物体的重量，这种方式避免了人工定时所造成的将食物炭化的现象。系统的显示器采用能显示中文字符的液晶显示器，人机界面友好，仅需要几个键选择菜单就可以实现丰富的输入功能。系统实现了设计任务中的基本功能和所有的发挥部分的功能。在常规模式和智能模式下分别进行了测试证明所有的火力等级下定时都很准确；

4、模糊控制具有很强的鲁棒性，在输入信号变化较快的情况仍能计算出合理的加热时间。总之，本系统的功能完全达到了设计任务要求。一、方案论证 根据题目要求、具体任务和现实条件，要实现对微波炉的控制，并对控制过程进行优化，使食物的烹煮有较好的效果，模糊控制是首选方案，要实现模糊控制思想，采用单片机作为主控单元成为必不可少的条件。为了使用直观方便，醒目的提示也不可缺少，在设计中加入火力强度指示电路。根据上述分析和系统稳定性、控制的可实现性、操作简便性和系统的性价比进行系统方案的选择。下面对系统的实现方案进行论证。1.主控制器的选型 微波炉的控制要求有严格的时序关系，但对微处理器的速度无特别要求，本文拟选用MCS-51系列单片机作为微处理器，常用的8031或8032单片机需要扩展外围为程序存储器和数据存储器，但由于其出现的较早，价格比较便宜。8051片内有4K ROM，更能体现“单片”的简练。但是编写的程序无法烧写到其ROM中，并是一次性的。不方便使用。飞利普公司的P89C52不但和8051指令、管脚完全兼容，而且其片内的64K程序存储器是FLASH工艺的，这种工艺的存储器用户可以用电的方式瞬间擦除、

5、改写。另外它还具有在线可编程ISP（In System Programming）功能，在设计的目标系统或印刷电路板上可重新配置逻辑，或实现新的功能而对器件进行编程或反复编程，因此在本系统中采用89C51RD2作为微处理器。 2.数据采集系统的方案选择 为了实现对微波炉的智能控制需要对被加热食物的热量、温度、湿度以及重量进行采集，这些信号都是模拟量，因此要通过A/D转换变成数字量。由于本系统得智能控制模式是模糊控制，对这四个模拟量得精度要求不是很高，同时为节省成本，本文选用8位A/D转换芯片ADC0809。3.火力指示电路的方案选择 为了能直观反映加热火力的强度，本文采用8段红黄绿光柱作为显示器件，用三条光柱分别指示烹调、烧烤和解冻的火力强度；为了节省单片机的资源，同时使显示电路尽量简洁，本文采用74HC595接收单片机的串行数据驱动8段显示。4.显示电路方案选择 对微波炉的工作方式和控制方式的设置是通过显示器和键盘来实现的，显示界面是否友好是决定操作是否简便的主要因素，常用的显示器件是LED数码管，它只能显示数字，这样对工作模式的选择主要依赖大量的功能键来完成，不便于操作。另外，LED

6、数码管不能显示文字等字符，系统工作过程中的状态、信息等不能直观地显示出来。 液晶显示器具有功耗低、体积小、接口方便、显示信息量大、能显示汉字和图形等特点，并且能翻屏显示，分行显示，反白显示，非常适合设计友好的人机界面，本文选用OCM4X8C液晶显示器。5.音频电路的方案选择 凌阳单片机是目前较常用的用来实现声音输出的单片机，可实现音乐的录制与播放等。ISD2500DX键控分段板（段选板）是配有专门的微控制器得音频输出板，适配ISD2500全系列语音芯片，可实现方便的手动分段录放控制，高清晰驻极体话筒等优质部件，而且可以并行放音，控制方式极其简单。同时由于本系统的核心是单片机，可方便地输出控制信号，因此本系统采用ISD2500DX键控分段板作为声音输出电路实现报警和功能提示。6.键盘电路的分析选择常用的并行键盘虽然反应快，但占用的口线多，不利于其它硬件接口的选择和调整，串行键盘的反应速度虽然很慢，但只需占用3根I/O线，给其它器件的选择留下了足够的空间，因此结合本控制器的特点，我们选择串行键盘。二、硬件电路设计 根据上述分析，确定了系统的整体设计方案，根据实际需要对元器件进行了选择和对硬

7、件电路的设计。1.系统硬件框图 系统硬件电路原理图如下图所示。主要包括单片机最小系统、数据采集模块、火力强度控制模块、火力强度指示模块、声音控制模块以及照明、排汽等模块。 红外检测温度传感器湿度传感器 键 盘炉门开关磁控管石英管火力强度指示炉腔照明报 警功能提示80C51RD2ADC0809压力检测 图2 硬件电路原理框图音频电路排汽扇显示电路继电器固态继电器固态继电器2.最小系统模块 最小系统模块包括主控单元和基本外围电路，具体如下图所示。 图3 最小系统电路原理图本设计中的最小系统板主控芯片采用P89C51RD2，它有3个定时/计数器，64K的FlASHROM。液晶显示器和键盘以串行方式连到P1口上。为避免单片机负载太重驱动能力不足，在单片机的各个口线加上拉电阻。键盘连接采用独立式键盘结构。键盘为贴片式触摸按键。连接电路简单，安装方便，外表美观，占用空间小，可靠耐用。3.显示器设计 显示模块采用中文液晶显示器，显示容量大，人机界面友好，其型号为OCM4X8C，具有64128点阵，可以显示1616点阵的字符和汉字，也可以显示自定义的图形.。该液晶具有并行，串行两种接线方式，本系统中使

8、用串行连接方式，串行连接时序图如下图所示。液晶自带中文字库和半宽字型库，同时提供图形显示功能，还可以自定义汉字显示，使用起来非常方便。图4 液晶串行连接时序图此外，液晶的显示资料RAM提供642个位元组的空间，最多可以控制4行16字（64个字）的中文字型显示，当写入显示资料RAM时，可以分别显示CGROM、HCGROM与CGRAM的字型；ST7920A可以显示三种字型 ，分别是半宽的HCGROM字型、CGRAM字型及中文CGROM字型 ，三种字型的选择，由在DDRAM中写入的编码选择，在0000H0006H的编码中将自动的结合下一个位元组，组成两个位元组的编码达成中文字型 的编码（A140D75F）。4.音频电路系统ISD2500DX键控分段板（段选板）是专门的微控制器，适配ISD2500全系列语音芯片，可实现方便的手动分段录放控制。板上包括AT89C2051单片机、ISD2500语音芯片及插座、HT7251微功耗稳压器、LM386功放、高清晰驻极体话筒等优质部件，操作方式如下：（一）录音（1）置录/放开关插针为录音（REC）位置。（2）压住AN#键即开始录音，LED灯点亮，对话筒说话

9、，松键时录音结束，LED灯灭，形成一段。（3）再压住AN#即录第二段，如此录音、分段，直到芯片录满溢出停止。（4）全部录音完毕时，按动STOP键一下（LED灯随之亮起），将录/放开关插针置于放音（PLAY）位置。（5）如录音中发现不满意，按STOP键即可从头重录。（二）放音（1）将录/放开关插针置于放音（PLAY）位置。（2）串行顺序放音：每按动一下AN#键即放音一段，从第一段开始逐段播放，到最后一段时停止，需按STOP键复位后又从第一段播放。 （3）并行控制放音：从AN1AN10按任一键即播放该段的语音，即脉冲触发时为单段放音一遍，如按AN5即播第五段、按AN8即放第八段，放音期间按STOP键停止。按住键不放（即长时间电平触发）为循环放音，松键后语音段结束时停止。（4）同时AN1、2、4、8键为BCD码编码方式，组合可扩展15段控制，AN11=AN1+AN2+AN8，AN12=AN4+AN8，AN13=AN1+AN4+AN8，AN14=AN2+AN4+AN8，AN15=AN1+AN2+AN4+AN8。（5）串行转并行控制：串行控制放音后如想转成并行控制，需要按一下STOP键。本系统采用下图所示的方式，使用单片机的三条口线控制ISD2500DX发出七段不同的声音。图5 声音控制电路5.火力强度指示电路本文采用8段红黄绿光柱作为显示器件，用三条光柱分别指示烹调、

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