基于单片机的电饭锅温度监测及控制系统

第1页，共59页南华大学电气学院课程设计(论文)题目基于单片机的电饭锅设计专业名称电气工程及其自动化指导教师肖金凤职称副教授班级电力083班学号20084450310学生姓名冀凌波2012年1月6日第2页，共59页目录目录................................................................1摘要：............................................................31绪论...........................................................41.1概述.....................................................51.1.1电饭锅温度控制发展现状及设计意义......................51.1.2电饭锅温度控制的设计目的..............................51.2课题研究的主要内容.........................................62硬件介绍.........................................................62.1整体硬件架构................................................62.2DS18b20工作原理及功能介绍..................................72.2.1DS18B20的主要特征....................................72.2.2DS18B20的主要功能及控制..............................72.3DS1302功能介绍...............................................92.4LCD1602工作原理及功能介绍..................................112．4．1液晶显示简介........................................112.4.21602LCD的基本参数及引脚功能..........................132.4.31602LCD的指令说明及时序..............................142.5温度监测及控制系统外围电路设计.............................163温度监测控制的实现..............................................203.1温度监测及控制系统构想....................................203.2温度监测及控制系统软件部分流程图...........................20温度监测及控制系统软件部分流程图如下图3.1所示。...................203.3温度监测及控制系统软件部分各主要子函数说明................203.3.1LCD1602软件部分子函数................................20参考文献...........................................................40谢辞...............................................................41附录...............................................................43第3页，共59页附录一源程序附录二程序调试图附录三实物照片第4页，共59页摘要：本次课程设计实现了电饭锅控制的设计和应用，该系统以STC90C516的单片机为核心实现温度的监测和控制。首先,本文对温度控制的发展现状及设计意义做了介绍，而后对全部的硬件电路进行了详细的讨论，包括DS1302时钟芯片和1Wire总线数字温度传感器DS18B20的控制方式和工作原理，矩阵式键盘的应用等。接着对软件部分也作了仔细的思考，按模块进行结构化程序设计，包括显示、键盘、计时、温度控制和温度传感器的程序说明并画出各子程序流程图等。最后进行了系统整体调试。温度控制系统实现了将温度经过DS18B20检测并传递到单片机中，单片机经过对所传递数据的处理实现了将温度保持在某一确定区间，并能自动控制调整温度。关键词：水温控制单片机DS18B20第5页，共59页第1章绪论第1.1节概述1.1.1电饭锅温度控制发展现状及设计意义温度是烹饪非常关键的一项物理量，在生活，现代科学研究和各种高新技术的开发和研究中也是一个非常普遍和常用的测量参数。例如米饭制作过程中，按照温度条件的规定保持一定的温度才能保证米饭的质量。对电饭锅进行温度的监控，例如水温监控、水量控制、保温温度等，判断可能存在的热缺陷，进而能及时发现、处理、预防糊锅的发生。因此研究温度烹饪过称控制仪具有重要的意义。电饭锅温度控制采用单片机设计的全数字仪表，是常规电饭锅的升级产品。本电饭锅温度控制的特点是在同一硬件系统中应用不同的软件，可以得到功能不同的测控仪器。这就可以大大节省产品的开发时间和成本，因此有着广泛的应用前景和市场。需要指出的是，电饭锅温度控制的发展引入单片机之后，有可能降低对某些硬件电路的要求，但这绝不是说可以忽略测试电路本身的重要性，尤其是直接获取被测信号的传感器部分，仍应给予充分的重视，有时提高整台仪器的性能的关键仍然在于测试电路尤其是传感器的改进。现在传感器也正在受着微电子技术的影响，不断发展变化。传感器正朝着小型、固态、多功能和集成化的方向发展。近年来，电饭锅的发展尤为迅速。国内外市场上已经出现了多种多样的先进电饭锅，应用烹调。例如，能够进行模糊控制的电饭锅，智能化仿人脑控制电饭锅。第6页，共59页1.1.2电饭锅温度控制的设计目的进一步深化了对单片机智能控制的理解，对单片机的C语言编程也有了更加深入的体会。加强了单片机与外部电路之间通信的理解，也提高了自己控制单片机与外部电路通信的能力。第1.2节课题研究的主要内容这是一个综合硬件设计和软件设计于一体的题目，其中各部分的试验我们已经在平时单独做过，现在联合起来形成一个烹调水温控制系统。利用DS18B20监测温度并传递给单片机，单片机通过控制I/O口输出，控制加热和降温系统，本例中，没有加热与降温部件，仅对继电器进行控制，由I/O口P3^6、P3^7控制，实现由单片机对烹饪温度的控制和保持，且具有加热结束保温功能。本设计可以实现将烹饪温度设定为固定值，并设定加热时间。对加热结束后进行保温，且保温温度和加热温度下限可调。设定加热温度及加热时间后，按开始键开始加热，加热时间结束后进行保温，直至断电。第2章硬件介绍第2.1节整体硬件架构本设计中整体硬件架构图如下图2.1示。第7页，共59页图2.1硬件架构第2.2节DS18b20工作原理及功能介绍温度传感器的种类众多，在应用与高精度、高可靠性的场合时DALLAS（达拉斯）公司生产的DS18B20温度传感器当仁不让。超小的体积，超低的硬件开消，抗干扰能力强，精度高，附加功能强，使得DS18B20更受欢迎。对于我们普通的电子爱好者来说，DS18B20的优势更是我们学习单片机技术和开发温度相关的小产品的不二选择。2.2.1DS18B20的主要特征DS18B20的主要特征：全数字温度转换及输出；先进的单总线数据通信；最高12位分辨率，精度可达土0.5摄氏度；12位分辨率时的最大工作周期为750毫秒；可选择寄生工作方式；检测温度范围为–55°C~+125°C(–67°F~+257°F)内置EEPROM，限温报警功能；64位光刻ROM，内置产品序列号，方便多机挂接，多样封装形式，适应不同硬件系统。2.2.2DS18B20的主要功能及控制DS18B20的温度检测与数字数据输出全集成于一个芯片之上，从而抗干扰力第8页，共59页更强。其一个工作周期可分为两个部分，即温度检测和数据处理。在讲解其工作流程之前我们有必要了解18B20的内部存储器资源。18B20共有三种形态的存储器资源，它们分别是：ROM只读存储器，用于存放DS18B20ID编码，其前8位是单线系列编码（DS18B20的编码是19H），后面48位是芯片唯一的序列号，最后8位是以上56的位的CRC码（冗余校验）。数据在出产时设置不由用户更改。DS18B20共64位ROM。RAM数据暂存器，用于内部计算和数据存取，数据在掉电后丢失，DS18B20共9个字节RAM，每个字节为8位。第1、2个字节是温度转换后的数据值信息，第3、4个字节是用户EEPROM（常用于温度报警值储存）的镜像。在上电复位时其值将被刷新。第5个字节则是用户第3个EEPROM的镜像。第6、7、8个字节为计数寄存器，是为了让用户得到更高的温度分辨率而设计的，同样也是内部温度转换、计算的暂存单元。第9个字节为前8个字节的CRC码。EEPROM非易失性记忆体，用于存放长期需要保存的数据，上下限温度报警值和校验数据，DS18B20共3位EEPROM，并在RAM都存在镜像，以方便用户操作。控制器对18B20操作流程：1，复位：首先我们必须对DS18B20芯片进行复位，复位就是由控制器（单片机）给DS18B20单总线至少480uS的低电平信号。当18B20接到此复位信号后则会在15~60uS后回发一个芯片的存在脉冲。2，存在脉冲：在复位电平结束之后，控制器应该将数据单总线拉高，以便于在15~60uS后接收存在脉冲，存在脉冲为一个60~240uS的低电平信号。至此，通信双方已经达成了基本的协议，接下来将会是控制器与18B20间的数据通信。如果复位低电平的时间不足或是单总线的电路断路都不会接到存在脉冲，在设计时要注意意外情况的处理。3，控制器发送ROM指令：双方打完了招呼之后最要将进行交流了，ROM指令共有5条，每一个工作周期只能发一条，ROM指令分别是读ROM数据、指定匹配芯片、跳跃ROM、芯片搜索、报警芯片搜索。ROM指令为8位长度，功能是对片内的64位光刻ROM进行操作。其主要目的是为了分辨一条总线上挂接的多个器件并作处理。诚然，单总线上可以同时挂接多个器件，并通过每个器件上第9页，共59页所独有的ID号来区别，一般只挂接单个18B20芯片时可以跳过ROM指令（注意：此处指的跳过ROM指令并非不发送ROM指令，而是用特有的一条“跳过指令”）。ROM指令在下文有详细的介绍。4，控制器发送存储器操作指令：在ROM指令发送给18B20之后，紧接着（不间断）就是发送存储器操作指令了。操作指令同样为8位，共6条，存储器操作指令分别是写RAM数据、读RAM数据、将RAM数据复制到EEPROM、温度转换、将EEPROM中的报警值复制到RAM、工作方式切换。存储器操作指令的功能是命令18B20作什么样的工作，是芯片控制的关键。5，执行或数据读写：一个存储器操作指令结束后则将进行指令执行或数据的读写，这个操作要视存储器操作指令而定。如执行温度转换指令则控制器（单片机）必须等待18B20执行其指令，一般转换时间为500uS。如执行数据读写指令则需要严格遵循18B20的读写时序来操作。数据的读写方法将有下文有详细介绍。若要读出当前的温度数据我们需要执行两次工作周期，第一个周期为复位、跳过ROM指令、执行温度转换存储器操作指令、等待500uS温度转换时间。紧接着执行第二个周期为复位、跳过ROM指令、执行读RAM的存储器操作指令、读数据（最多为9个字节，中途可停止，只读简单温度值则读前2个字节即可）。其它的操作流程也大同小异，在此不多介绍。第2.3节DS1302功能介绍DS1302是DALLAS公司推出的涓流充电时钟芯片内含有一个实时时钟/日历和31字节静