09325108微波炉电路设计.docx
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09325108微波炉电路设计
家电原理与维修课程设计
微波炉电路设计
姓名:
黄志岗
学号:
09325108
专业:
电子信息工程
班级:
093251
指导教师:
徐坚
2011年12月20日
一.摘要
随着人们生活水平的不断提高,现代化的厨房电器已成为人们日常不可缺少的家用电器。
不断更新的现代化家用厨房电器,极大地方便和丰富了们的家庭生活。
如微波炉已经成为现代城市生活中人们不可缺少的烹饪工具,现在的微波炉已经可以做到煎、煮、烤、烘、焖、炖、蒸、烩等多种烹饪方式,做出各种营养美味的食物。
与其他烹饪工具相比,微波炉具有热效率高、耗电量少、烹调速度快等优点。
合乎经济原则,也比传统烹饪节省时间。
由于独特的加热原理,它可以有效保持食物原有的色、香、味与营养成份,还可以迅速解冻食物,保持食物的水分与鲜嫩。
而且微波炉使用中绝少产生油烟与炽热空气,使厨房保持清洁。
微波炉有如此强大的功能与新技术的不断应用是分不开的。
例如,微波炉的智能化、多功能化、节能化、健康化、操作简便化的发展,使得微波炉的发展前景越来越好,越来越受到人们的欢迎。
微波炉,顾名思义是用微波来加热,用的频率是24.5亿赫左右的超短波,它由磁控管产生,经微波炉金属器壁反射再反射后,被炉中的食物吸收。
食物能吸收微波是因为食物中含有水分[13]。
水分子为极性分子,一端为正极,一端为负极,而微波是电磁波,有正半周与负半周。
24.5亿赫即表示该微波在一秒钟内变换正负极达24.5亿次,每换一次,水分子即跟随反转一次;由于水分子一直振动反射,也就摩擦生热,热被食物分子吸收,食物就会变热、变熟[20]。
微波炉控制器系统以P89V51RB2FN单片机为核心,由液晶显示模块、语音电路模块、键盘模块、掉电存储模块、电源模块等功能模块组成。
本系统对基本的功能设置、数据装入和定时功能进行了重点设计。
此外,还扩展了微波火力八级档位设定、烹调模式、语音提示、烹调预约时间设置、模拟无水及无物自停等功能,对微波炉的基本功能进行设计与创新。
二.设计要求
鉴于市场上常见的51系列8位单片机的售价比较低廉,我们的设计采用了P89V51RB2FN单片机作为主控制器,P89V51RB2FN是一款80C51微控制器,包含16kBFlash和256字节的数据RAM,3个16位定时器/计数器,8个中断源,4个中断优先级,2个DPTR寄存器[19];主要负责系统的控制与协调工作。
具体方案如下:
首先,利用单片机检测各种模拟信号,通过接收键盘送来的命令,确认功能设置,实现数据装入和实时监控,其次,根据CPU发出的信号控制语音播报、显示等功能,用软件实现系统定时功能,节省了硬件成本的开销。
这样的设计使安装和调试工作可以并行进行,极大地缩短了总体设计和制造的时间,综合考虑以上因素。
3.设计思路
本方案的基本原理如图2.1所示,控制系统的原理图见附录。
三.电路设计模块
1.液晶显示器LCD模块
LCD是一种被动显示器,具有功耗低,显示信息大,寿命长和搞干扰能力强等优点,它不仅省电,而且能显示大量的信息如文字、曲线、图形等,其显示界面较之数码管有了质的提高,在低功耗的单片机系统中得到大量使用。
[1]随着液晶显示技术的发展,LCD显示器的规格众多,其专用驱动芯片也相互配套,使LCD在控制和仪表系统中广泛应用提供了极大的方便。
本微波炉控制器系统要显示各种工作模式、微波炉火力档的设定、预约时间和工作时间等等图文复杂的信息,故选择液晶显示器作为显示模块。
本系统采用的是FYD12864-0402B[17]型号的液晶显示器。
FYD12864-0402B液晶显示器是一种具有4位/8位并行、2线或3线串行多种接口方式,内部含有国标一级、二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块;其显示分辨率为128×64,内置8192个16*16点汉字,和128个16*8点ASCII字符集.利用该模块灵活的接口方式和简单、方便的操作指令,可构成全中文人机交互图形界面。
可以显示8×4行16×16点阵的汉字,也可完成图形显示;低电压低功耗是其又一显著特点。
[17]由该模块构成的液晶显示方案与同类型的图形点阵液晶显示模块相比,不论硬件电路结构或显示程序都要简洁得多,且该模块的价格也略低于相同点阵的图形液晶模块。
2.键盘模块
独立式按键是直接用I/O口线构成的单个按键电路,其特点是每个按键单独占用一根I/O口线,每个按键的工作不会影响其它I/O口线的状态。
独立式按键的典型应用如图3.1所示。
图中按键输入均采用低电平有效,些外,上拉电阻保证了按键断开时,I/O口线有确定的高电平。
当I/O口线内部有上拉电阻时,外电路可不接上拉电阻。
独立式按键电路配置灵活,软件结构简单,但每个按键必须占用一根I/O口线,因此,在按键较多时,I/O口线浪费较大,不宜采用。
[1]方式。
3.语音处理电路模块
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2007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&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3.3),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。
在按键模式工作时,芯片可以通过LED管脚给出信号来提示芯片的工作状态,并且伴随有提示音,用户也可自定4种提示音效。
图3.3语音电路
4.LM7805三端稳压电源[8]
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3.4所示。
图3.4电源电路
5.掉电存储模块
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24C01E2PROM。
24C01是一个4Kb的支持I2C总线数据传送协议的串行CMOSE2PROM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24C01E2PROM中,在系统重新开始工作时自动从24C01E2PROM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。
四.系统软件设计
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。
4.1.1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4.1所示。
4.1.2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4.2和图4.9所示。
4.1.3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4.3所示。
4.1.4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4.4所示。
4.1.5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4.5所示。
4.1.6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46所示。
4.1.7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4.7所示。
4.1.8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4.8所示。
4.1.9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。
语音播放有五种情况,分别是烹饪时间结束、烹饪预约时间结束、炉门检测、无水及无物五种情况,由三个按键模拟后三种情况,程序不断地对这五种情况进行扫描,当任何一种情况发生,系统立即响应并播放提示音给用户。
流程图如图4.10所示。
4.2.1键盘操作说明
表4.1键盘功能
键号
名称
功能
1
烹饪
烹饪火力为5档
2
烘烤
烘烤火力为8档
3
4
5
6
7
8
9
0
A
B
C
D
E
F
解冻
自定义
鲁菜
川菜
粤菜
清蒸
预约时间标志位
——
加键
确定键
——
语音开关
减键
取消键
解冻火力为1档
自定义火力和烹饪时间
鲁菜设定的火力为5档,烹饪时间为8分钟
川菜设定的火力为7档,烹饪时间为5分钟
粤菜设定的火力为4档,烹饪时间为10分钟
清蒸设定的火力为3档,清蒸时间为15分钟
当预约时间标志位按下,就开始设置预约时间
——
加1键,设置时间和火力增加1,长按累加
确定键按下,系统默认当前状态
——
语音开关开,液晶显示屏有音乐标志,播放提示音
减1键,设置时间和火力减少1,长按累减
任何状态下按了取消键,都返回初始状态
如表4.1所示,1~3为火力档位选择键,4为自定义模式键,5~8为预制菜谱选择键,其他为功能键。
火力档位选择键,按加、减键进入时间设置菜单,用加键A、减键E选择需要的时间,按确定键B进入运行状态。
自定义模式键,进入火力设定菜单,系统设置1~8八个火力档[9],从低到高,用加、减键选择相应的火力,按确定键进入时间设定菜单,再用加、减键设置需要的时间,然后按确定键进入运行状态。
预制菜谱选择键调用内置菜单,有四个选择,分别是鲁菜、川菜、粤菜和清蒸,根据每种菜色的特点,设置了相应的火力和时间,如鲁菜烹调方法擅长爆、烧、炒、炸,菜肴以清、鲜、脆、嫩著称,所以鲁菜的烹饪特点设置了五档火力,时间较短[12];川菜的特点是烹饪时间短,火候急,汁水少,口味鲜嫩,所以川菜设置的火力高,时间短;粤菜的烹调技艺是擅长煎、炸、烩、炖、煸等,色彩浓重[14],所以设置的档位是中档,时间稍长些;而清蒸是讲求菜式要新鲜、清淡、不腻,所以清蒸的火力最小,时间较长些。
每个菜单模式对应着相应的火力和时间,只需按确定键即可确认运行,这四个按键相当于我们电脑操作常用的快捷键,方便快捷。
预约模式键,进入设定预约时间,液晶显示屏显示设置预约时间,按加、减键设置需要的时间,按确定键返回设定烹饪时间,预约时间的功能是可提前设定要烹饪的时间,当预约时间结束,系统会自动开始烹饪,无需人工操作,实现自动化操作,省时省力。
语音开关键,按下,液晶显示屏有音乐标志显示,表示进入相应功能时伴随有语音提示;如果没有音乐标志,则系统响应语音程序时,没有语音提示。
取消键,任何状态下按了取消键都返回初始开机状态,液晶屏显示主菜单。
由于系统功能有限,0键和C键留待扩展功能用。
五.原理图
东华理工大学长江学院
课程设计评分表
学生姓名:
黄志岗班级:
09325108学号:
093251
课程设计题目:
微波炉电路设计
项目内容
满分
实评
选
题
能结合所学课程知识、有一定的能力训练。
符合选题要求
10
工作量适中,难易度合理
10
能
力
水
平
能熟练应用所学知识,有一定查阅文献及运用文献资料能力
10
理论依据充分,数据准确,公式推导正确
10
能应用计算机软件进行编程、资料搜集录入、加工、排版、制图等
10
能体现创造性思维,或有独特见解
10
成
果
质
量
总体设计正确、合理,各项技术指标符合要求。
10
说明书综述简练完整,概念清楚、立论正确、技术用语准确、结论严谨合理;分析处理科学、条理分明、语言流畅、结构严谨、版面清晰
10
设计说明书栏目齐全、合理,符号统一、编号齐全。
格式、绘图、表格、插图等规范准确,符合国家标准
10
有一定篇幅,字符数不少于5000
10
总分
100
指导教师评语:
指导教师签名:
年月日
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