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1、单片机的微波炉控制器系统设计作品编号：e甲0501参赛学生王勇自动化专业张雷鸣自动化专业郭文杰电子专业指导教师迟洁茹原明亭本可编程微波炉控制器系统，以AT89C52单片机为核心，由键盘显示、语 音发声、电话控制器、串口服务器等功能模块组成。基于题目基本要求，本系统 对功能设置、数据装入和定时设定功能进行了重点设计。此外，扩展了液晶显示、 微波火力档位设定、自动烹饪、智能感应烹饪、语音提示、日历时钟、E2PROM、 电话和Internet远程控制等功能。关键字：单片机自动控制远程控制无线传输一、方案比较1、主控制器方案一 采用数字逻辑芯片。本系统有功能设置、数据装入、定时、显示、 音响控制多个功
2、能模块。各个状态保持或转移的条件依赖于键盘控制信号。由于 键盘控制信号繁多，系统的逻辑状态以及相互转移更是复杂，用纯粹的数字电路 或小规模的可编程逻辑电路实现该系统有一定的困难，需要用中大规模的可编程 逻辑电路。这样，系统的成本就会急剧上升相对于方案二。因此，本设计并 未采用这种方案。方案二 采用单片机作为整个控制系统的核心。鉴于市场上常见的51系列 8位单片机的售价比较低廉，我们的设计采用了主从双AT89C52单片机系统。 其中一片作为主控制器，主要负责系统的控制与协调工作。具体方案如下：首先， 利用单片机多中断源的协调处理能力，通过中断接收键盘送来的信号，确认功能 设置，实现数据装入，同时
3、接收时钟芯片PCF8563的秒脉冲信号作为基准信号， 完成计时任务。其次，从CPU根据主CPU发出的信号控制语音播报、远程操作 等功能。这样的设计使安装和调试工作可以并行进行，发挥团队优势，极大地缩 短了总体设计和制造的时间；同时可以降低单个CPU的工作量，为发挥部分的 制作以及其他功能扩展提供了充足的内部空间和更多的外部接口。综合考虑以上因素，我们采用了方案二。2、键盘显示模块方案一 采用Intel8279可编程键盘/显示接口芯片。Intel8279是一个专用的 显示器键盘接口，它用硬件完成对显示器和键盘的扫描，大大方便了用户，使程 序变得简洁、易读和模块化。但其缺点是8279为并行接口芯片
4、，占用CPU端口 多，需要CPU有比较强的负载携带能力。方案二 采用了 HD7279A数码管/键盘串行接口芯片。HD7279A可同时驱 动8位共阴式数码管，同时还可连接多达64键的键盘矩阵，单片即可完成显示 键盘接口的全部功能。其优点是采用串口通讯，占用CPU端口少，对CPU负载 携带能力要求低，使主控制器又余力实现更强的控制功能。考虑到该控制系统比较复杂，CPU需要驱动较多的电子器件，故我们采用二、设计论证1. 总体设计系统框图如图2-1所示。EEPROM串口服罟器转换接口LCD电话控制器健盘LED图2-1系统总体设计框图2. 各模块具体实现原理分析1）单片机系统：整个硬件系统的核心，它既是
5、协调整机工作的控制器，又 是数据处理器。我们采用了 ATMEL公司的AT89C52单片机。它是一款低功耗、 高性能的CMOS型8位单片机，其内含256个字节的RAM，8KB FLASH ROM， 3个16位定时器/计数器。2）键盘输入模块：如图2-2所示。用HD7279A控制4X4键盘，7279得到 键盘码，通过中断服务程序把键盘信息送给单片机。此方案不用单片机实时扫描 键盘，使单片机可以腾出更多时间执行其他操作。3）显示模块：如图2-2所示。我们的显示单元采用LED、LCD双屏幕显示。 LED显示模块由HD7279A驱动，LCD显示器采用金鹏电子有限公司生产的 OCMJ4*8C系列液晶显示器
6、。该中文模块可以显示字母、数字符号、中文字型及 图形，具有绘图及文字画面混合显示功能。即可采用并行接口、又可采用串行接 口，连线较为方便。采用LED显示，可以避免光线较弱时使用不便。LCD显示信息量大，配合我们开发的全程菜单操作环境及全中文的提示参数显示，可以显示较为丰富的菜单与工作数据。LED与LCD的同时使用即可以满足显示数据的基本功能，又可以达到输出显示方面的扩展要求，实现了非常友好的人机界面。P15P14-PB-KEYvccTJ二6-8-9-+e+14U1VDDRSTVDDRCNCCLKOVSSDIG7NCDIG6CSDIG5CLKDIG4DATADIG3KEYDIG2SGDIG1SF
7、DIG0SEDPSDSASCSBVCC28-1*上1.5K5PDIG3DIG2DIG11DIG0+DP1SASBSCSDSESFSGHD7 279AR8R7K!R2EDP0R334A0-A0R*0SB00SC0SD0SE0 SF0 SG021100200200-图2-2200键盘显示电路?2LCDJ-12345678DP SA SB SC SD SE SF SGCON89 8 7 65 4 3 21DIG3DIG2DIG1DIG0DP0-SA0-SB0-SC0-SD0SE0SF0SG0-100K*8123456789101112CON124）掉电存储：系统预制的菜谱以及通过网络下载的菜谱，要求
8、掉电不丢失， 为此我们采用ATMEL公司的24C04 E2PROM 24C04是一个4Kb的支持I2C总 线数据传送协议的串行CMOS E2PROM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。5）定时模块：为提高定时精度，我们采用日历时钟芯片PCF8563作为秒脉冲发生器，如图2-3所示。C610410uF| 3.6V图2-3 PCF8563时钟电PCF8563是低功耗的CMOS实时时钟/日历芯片，它提供一个可编程时钟输 出，一个中断输出和掉电检测器，所有的地址和数据通过I2C总线接口串行传 递。设定好PCF8563的CLKOUT输出频
9、率控制字，即可输出所需频率的脉冲信 号，在本设计中所用频率为1Hz。单片机在该秒脉冲的作用下可实现倒计时以及声音提示音延迟控制。另外在给PCF8563送入初始的日历信息后，PCF8563中 的日历就会自动运行，经单片机读取、处理后在液晶显示器上显示。而且该部分 电路还加了掉电保护功能，在主供电系统意外断电时，即Vcc为0V时，D1截 止，3.6V备用电源通过D2继续给PCF8563供电，保证8563的正常运行。6）自动称重电路模块：采用8位兼容AD转换器ADC0809。ADC0809是一个 单片CMOS器件，带有8通道多路模拟开关和微处理兼容控制逻辑。在设计中我 们用电位器虚拟食品重量，将模拟
10、量电压转换为单片机可识别的数字量，查询内 置表格实现火力和时间自动调节。如图2-4所示。U9FA0 25A1 24A2 2396ALE10U14IN-0.2-2.2-3IN-1.2-4 2-5IN-2.2-6.2-7IN-3lsb 2-8IN-4EOCIN-5 ADD-A.ADD-BIN-6ADD-CIN-7ALE.ENABLEref(-)八 START/t cm，T2137D0 21D1 20D2 19D3 18D4 8D5 15D6 14D7 1726 IN077T8134516vcc TT图2-4 adAD转换电路7）服务器模块：采用ATOP TIGERLINK串口服务器GW21S-25
11、6将TCP/IP协 议串口通信协议转换，实现信息设备网络化，由远程Web页面向本地微波炉发送 指令、下载菜谱等，实现微波炉的信息控制。8）电话控制器：利用现有的发达的公用电话网络（Public Switched Telephone Network， PSTN）进行基于 DTMF（Dual Tone Multiple Frequency双音 多频）的电话远程控制，由单片机进行数据和信息处理，控制微波炉实现相应功 能。用户可通过任意一部双音频电话（包括手机、电话分机）对本地微波炉进行 操作。9）语音处理电路：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 ISD25120芯片实
12、现语音处理功能，25120属于美国信息存贮器 件（ISDInformation Storage Devices）公司生产的单片语音集成电路2500系 列，其特点为片内的容量为480KB，10个地址输入端，录放最多可分600段，录 放时间120秒，采样频率4KHz。如图2-5所示。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，将地址低五位直接接地。这样，每一个地址所能储存的音可达6.4s，不再是先前的0.2秒。控制 端都与单片机I/O 口直接相连，可以方便的进行控制。语音信号从SP+输出，分 两路，一路通过三极管Q16放大后接入电话线回路，其中信号带有直流
13、偏置电压1.5V，接入的三极管Q16由R58设置合适静态工作点；另一路通过音频放大器放大输出（见图2-6）。14 5A8 6A9 7 A10 8 A11 9 A12 OISD_CE23ISD_PD24ISD_P/R27ISD_EOM 25 -22 i-6U26:A0VCCD:A1VCCAA2:A3VSSD:A4VSSA,A5A6SP+:A7SP-,A8 AUX INA9 ANA INCE ANA OUTPD-P/ MICREFEOMMICOVFXCLKAGC2816-13-15-20-2118-19-1C5 8 C3 5 C620.0 1 u 0.1u100uJJ |,SPEAKERISD25
14、120lipR5 5 470K4.7 u语音处理图2-5语音电路10）音频放大电路：为了将音频小信号放大输出，需要用到音频放大电路。设计中采用了 LM386,电路如图2-6所示。信号通过隔直电容C55与限流电阻R56从运放反相输入端输入，放大后经滤波电容C64从扬声器输出。通过调节R76可改变音量的大小。VCCSPEAKER C5 5 104iC6 6十 4.7u6SPEAK+5U2R5 6 1MLM3 86C5 6+104 二C6 4R5 710100u/1uSPEAKERR7 610K图2-6音频放大电路11）无线遥控系统：采用无线收发模块SC2262以及SC2272-L4进行编解码， 以
15、此实现微波炉控制器系统的远程电话智能化、信息化控制功能。选择添加无线 遥控系统主要是为了增加系统的灵活性与可扩展性，并且这种分离构建的无线射 频遥控系统可以灵活的扩展为多个家电的无线控制（只需为每个不同的家电分配 一个地址），方便而实用，使系统以后的扩展性大大加强。三、 系统软件流程图及操作说明1.系统软件流程图省电模式如图3-1所示，工作模式如图3-2所示。图3-1省电模式流程图工作模式入口语音报欢迎词显示主菜单NYYNNYNNYN是烹调、烘烤、解冻键吗?式键吗?键吗？键吗？键吗？吗?有键盘信号是自定义模是预制菜单是预约模式是语音开关语设定启动运行定时判断i-结束音F时 间W子程序F子程序*
16、子程序选 择 菜 名寄置标志位语置标音志位设定h. 启动运行-ifa定时判断h.结束时 间子程序子程序子程序*智能感应重量，设定火力、时间* 启动运行子程序*定时判断子程序*结束一子程序YN吗?是复位键省电模式图11-2工作模式流程图图11-3启动运行子程序图11-4结束子程序图11-5定时判断子程序表1键S盘分布烹调1烘烤2解冻3自定义4鲁菜5川菜6粤菜7清真8预约9测试0增加A确定B开机/复位CJR语音开关D减少E取消F2.系统操作说明键盘功能：如表1所示。13为火力档位选择键，4为自定义模式键，58为预制菜谱选择键，其他为功能键。火力档位选择键，进入时间设置菜单，用增加A、 减少E键选择
17、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，用增加、减 少键选择相应的火力，在按确定键进入时间设定菜单， 再按对应功能键选择需要的时间，再按确定键进入运行 状态。预制菜谱选择键调用内置菜单，系统将智能感应 食品重量，自动选择相应的火力和时间，只需按确定键即可确认运行。预约模式键，进入设定时间，按对应功能键选择需要的时间，再按确定 键返回开机显示菜单，液晶屏将显示一个标志，提示系统进入预约启动状态。测试键，4位数码管交替显示全亮和全灭两种状态3秒钟。测试期间按 开机键，停止测试，数码管全亮，系统进入工作模式；按下测试键，数码管熄灭， 系统回到省电模式。测试键只在待机模式下
18、有效。开机/复位键，开机系统从待机状态进入工作状态，液晶屏显示主菜单。 工作状态下按开机/复位键，系统从工作状态回到待机状态。LED时间显示为 00.00，LCD显示微波功率控制信号为0。语音开关键，选择是否在进入相应功能时伴随有语音提示。取消键，在工作状态下返回初始开机状态，液晶屏显示主菜单。四、系统设计图（见附图一）五、功能测试1. 测试仪器WAVE6000仿真器SK1731SL2A直流电源PC机2. 测试方法根据方案设计的要求，电路按模块测试，各模块逐个测试通过后再联调。1）主控单元功能设定、数据装入模块：键盘与仿真器联机状态下，在键盘中断子程 序中设定断点。运行程序，按键测试，程序正常
19、运行到断点处产生中断。读入键 值正确。将程序改为读键值然后送到LCD上显示，继续测试键盘。当程序运行 时所按键的键值都能正确的显示到液晶屏上。继而进行脱机测试，测试结果正常。 键盘测试完成。显示模块：LED数码管交替全亮全灭测试，待机状态显示（00.00），定 时及倒计时显示（99分99秒）；LCD连接到仿真器上，联机运行，程序输出测 试字符，运行结果输出显示正常（屏幕中文菜单、微波控制信号为0、微波炉工 作指示）。将输出程序固化到单片机中，脱机运行测试，测试结果输出显示正常。定时模块：PCF8563日历时钟能够产生1HZ信号及提供日历时钟，保证 系统能顺利完成定时及倒计时工作。先将仿真器IN
20、T1 口接到信号发生器上，将 信号发生器调整为方波输出，频率为1Hz，在用键盘在00.00-99.99之间任意设 定时间，观察程序倒计时工作，当倒计时结束时程序停止运行。测试结果程序工 作正常。然后将仿真器的INT1 口接到PCF8563脉冲输出端，设定PCF8563秒 中断，并设定时间测试倒计时程序，测试结果程序工作正常。最后进行脱机测试， 将程序固化到单片机之中，脱机运行，测试结果设定时间以及倒计时工作正常。音像控制模块：先测试音频输出，程序运行开启音频输出，音频输出正 常，调节可调电位器，使音量达到合适的程度。将倒计程序结束后添加开启音频 装置的控制程序，并延时3秒，进行倒计时测试，程序
21、倒计时结束时随即输出3 秒钟的音频提示。此外在执行每项功能时伴随语音提示。测试完成。扩展存储模块：E2PROM可以顺利读出、写入预制及下载的菜单。2）电话控制器：实现电话拨入，选择功能，远程启动。3）服务器模块：在同一局域网内实现远程遥控及信息传输。各模块测试完毕，再分别将主控单元与电话控制器联调，主控单元与服务器 模块联调。测试通过后，将所有模块整合，进行整体测试。测试结果系统能正常 工作，并完成题目要求。六、测试数据测试数据如表2表2测试数据次数1234倒计时秒数00.101.0010.0020.00技术结束发出声音提示VVVV计时误差0.5s0.5s0.5s0.5s设定加热档位10档8档
22、6档2档对应档位的指示灯点亮VVVV七、总结本系统以AT89C52芯片为核心部件，根据综合电子技术、信号与系统以及 单片机原理的知识，通过软件实现了微波炉的可编程控制系统，且各项功能达到 了设计要求。在系统的设计过程中，我们力求硬件线路简单，充分发挥软件编程 方便灵活的特点，并最大限度挖掘单片机片内资源，来满足系统设计要求。融合 电话、网络远程控制技术，实现微波炉的智能控制、信息控制（见附图二）。因 比赛时间有限，该系统还有许多值得改进的地方：例如硬件系统的集成度还可以 进一步提高，控制系统的容错功能有待于进一步加强，以增强用户使用的安全性， 软件中某些逻辑判断方面的算法还有待于进一步优化。附
23、图一dn2POWERWR68974LS0 2-4079C 1 012A1 5U1 11 C1B2C2B3C3B4C4B5C5B6C6B7C7BCOMGNDULN20 03AVCCJ?LEDT1 1 274LS0 28专D1D2A2J14msb2-1IN-02-22-3IN-12-42-5IN-22-62-7IN-3Isb 2-8IN-4EOCIN-5ADD-AADD-BIN-6ADD-CIN-7ALELENABLEref(-)STARTCLOCKref(+)23229ADC08 0974LS14AEEEALE 1026IN027J28123452R81 0kIN0VCCIIIP14P13U1V
24、DDRSTVDDRCNCCLKOVSSDIG7NCDIG6CSDIG5CLKDIG4DATADIG3KEYDIG2SGDIG1SFDIG0SEDPSDSA17-DP2DIG3SCHD7 279ADP0SBSC0SGSG0200200C.5K18-DIG0SCSDSD012345678CON8U2VDDP0P1A0P2A1P3-A2P4P5INTP6SCLP7SDAVSS123456CON6U5VDDP0P1A0P2A1P3-A2P4P5INTP6SCLP7SDAVSSPCF8574TU4A0VDDA1A2WPSCLVSSSDACSI2 4W CXXPCF8574T41 2874OSCIVDDO
25、SCO CLKOUTVSS3AvCc1 04C61 04B13.6 VSDAINT12346Jl 0kR4QJ 0kT2TESTPI23 1R2 7SW-PBR28.2 kP13P14P13P14匚O1 昨丁91 8J1P10/TP00P11 /TP01P12P02P13P03P14P04P15P05P16P06P17P07INT1P20INT0P21P22T1P23T0-P24P25EA/VPP26P27X1X2RESETRXD-TXDRDALE/P14PSEN10 RXD11 TXDN 30 ALE292A1428 A1 5AT89C55MINTSDA+VC91N4148TXDD4 1N4
26、1 48工工应J.C18C19C20C24-uF0.1uF0、1uF0.1uF0.0 1 uF_L C2JC16C15C22 I C2 3I 0.1 uF0.1 uF0.1 uF0.1 uF0.1 uF0.1 uF0.1 uF0.1 uF10RXD1J, J,.1.2P20.3P20P2214SA0SB0DIG2DIG1SE0SF0SG01 00K*81234567891 01 11 2CON1239-D032 D7I 82A1 135 D434 D5#-3D6D0Q0D1Q1D2Q2D3Q3D4Q4D5Q5D6Q6D7-Q7OEVCCLEGND74LS3 7319 A20 VCC9A3-A4A0r-lh 3山0C4 “105U1C1+ C C1 - VC2 +C2 -T1 INT2 INR1 OUTR2 OuNGMAX232ACPE(16)V+V-C5-1 05T1 OUTT2 OUTR1 INR2 IN+232RXD72.32 TXDDB9图12微波炉控制系统原理图附图二Web/Wap服务器集中管理调配PC端远程控制软件
