单片机在智能电饭煲中的应用

1     引言 

     目前，市场上的电饭煲大部分采用机械式或者是采用固定功率的方式加热，能源利用率低，功能单一，难以满足人们日益增长的生活需求。因此，开发功能齐全，安全可靠的微电脑电饭煲是非常用必要的。电饭煲从机械式原理到现在的智能电饭煲，期间经历了许多的阶段。电饭煲发挥高新技术优势，以美味炊煮为主导，使产品更加丰富与时尚化，现已形成微电脑、电脑与机械三大类型、十大不同款式。机械电饭煲虽然价格方面体现它的优势之外，其他方面就很难满足人们对现代生活高品质的需求。微电脑或电脑控制的智能电饭煲符合现代人的要求，人性化的界面设计，使得人们一眼看出当前工作状态，让您更安心，各种烹调过程全部由电脑自动控制，并且大多的智能电饭煲采用太空“黑晶”内胆，超硬耐磨，恒久美观，所有的这些特点符合现代人的省时、省力、耐用的观念。 

     本文主要介绍利用SPMC65P2404A芯片来对电饭煲的过程进行控制，SPMC65P2404A是凌阳公司的8位元单片机，最高工作频率为8MHz，工作电压2.5V~5V，有192字节的RAM和4K字节的OTP ROM，有23个可编程IO口，8通道10位A/D转换器，2通道8位定时/计数器，2通道16位定时/计数器，1个12位PWM输出口，有低电压、上电、看门狗、外部信号、错误地址复位，并且有一个蜂鸣器输出口。 

2     总体方案介绍 

    利用凌阳8位MCU设计的智能电饭煲控制系统原理框图如图2-1所示，通过按键来选择功能模式、显示电路完成显示当前状态和定时时间；通过温度传感器来对温度进行采样；通过MCU的控制最终实现对继电器的控制，从而来控制对加热盘的加热与否，电源部分完成对单片机系统和外围电路提供5V电源，并且对加热盘进行加热。

　　

                          图2-1  控制系统构成框图 

3     系统硬件设计 

    1、由单片机SPMC65P2404A控制的电饭煲的硬件原理图如图3-1所示，它包括按键输入部分，温度检测输入电路，复位和晶振电路，PA6、PA7完成对顶盖和底盘的温度的检测，PA5完成对继电器的控制，SPMC65P2404A是系统的核心部分。

 

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                     图3-1 电饭煲的电路原理图 

芯片特性简介 

   SPMC65P2404A是凌阳公司的8位元单片机，最高工作频率为8MHz，工作电压2.5V~5V，有192字节的RAM和4K字节的OTP ROM，有23个可编程IO口，8通道10位A/D转换器，2通道8位定时/计数器，2通道16位定时/计数器，1个12位PWM输出口，有低电压、上电、看门狗、外部信号、错误地址复位，并且有一个蜂鸣器输出口……。利用这些资源，能够实现电饭煲的功能。 

2、显示电路： 

    显示电路由共阳极数码管和10个LED组成，通过单片机位选和所送的数据来点亮相应的LED和数码管的显示状态。其电路原理图如图3-2所示： 
 

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                                                                               图3-2  显示电路 

3、电源电路： 

    电源部分为单片机提供+5V的直流稳压源，并且通过降压、整流、滤波之后的+14V电压对继电器进行供电，通过控制三极管射极的导通与否来控制继电器的工作状态。电源电路原理图如图3-3所示

 

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                                                                          图3-3  电源电路 

4、温度采集部分电路图： 

    J2和J3是温度传感器的两个接口，其中J2和J3分别是顶盖和底盘温度传感器的接口，单片机检测的信号实际上是与温度传感器分压的电阻的电压值，因为温度传感器的电阻值会随温度的上升而减小，所以分压电阻的电压值间接反映了某一时刻的温度，电路原理图如图3-4所示： 

                图3-4  温度传感器电路 

4     系统软件设计 

4.1 主程序流程 

    从样机分析中大致设计整个系统，整个系统输入包括2个温度传感器，5个按键；输出包括2位七段数码管、10个发光二极管、继电器控制信号等。根据控制功能，将程序设计为几个主要的模块，程序主流程见图4-1所示：
 4-1 程序主流程图

4.2   子程序介绍 

1、   诊断子程序

       诊断程序主要进行温度采集并判断传感器是否良好，主要对2个温度传感器连续检测20次，若测到的数据不在范围内（温度范围：-10℃~160℃），则表明传感器短路或断路错误，数码显示“E”，并禁止按键操作。 

2、   键盘扫描子程序 

    程序每循环一次扫描一次键盘，如果扫描到有键按下，则暂存键值，如果连续5次扫描到的键值都一样，则认为是稳定的键值。 

3、   系统共有5个按键，在不同的状态下，每个键只要轻按一次就有效。系统的五个键接于PA1 、PA3、PA2 、PA0、PA4，如果按键值有效则返回值的相应位为0，否则相应位为1。 

4、   温度采集子程序 

    热敏电阻灵敏度高，为了防止干扰及其它原因导致测出的温度值变化太快，引起控制部件频繁动作，温度采集采用滑动平均值滤波方法。即在同一个通道上连续采集三个数据，取其中的中间值。 

5、   显示子程序 

    系统共有2位七段数码管显示及10个发光二极管显示。数码管主要有6种状态需要显示：待机状态、出错显示、焖饭、保温、煮饭中及定时时间显示。发光二极管显示所选择的功能、开始及保温状态。功能显示需采用轮循方式，在按下开始键之前，开始灯闪烁。进入保温状态后，保温指示灯亮。LED显示程序由位码扫描子程序及数码显示状态选定子程序组成。


5     参考文献
[1] 肖健华,经顺林.模糊控制在家电产品中的应用与展望.五邑大学学报(自然科学版),2001
[2] 顾勇.模糊控制及其应用.现代物理知识,1998.