单片机的微波炉控制器系统设计

单片机的微波炉控制器系统设计(一)
发布时间:2011-07-15 来源:应届毕业生求职网
摘 要
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



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，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

用了方案二。

设计论证
总体设计
系统框图如图2-1所示。


各模块具体实现原理分析
单片机系统：整个硬件系统的核心，它既是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。
键盘输入模块：如图2-2所示。用HD7279A控制4×4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。
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。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。

掉电存储：系统预制的菜谱以及通过网络下载的菜谱，要求掉电不丢失，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。
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。
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。
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。
服务器模块：采用ATOP TIGERLINK串口服务器GW21S-256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。
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。
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芯片实现语音处理功能，25120属于美国信息存贮器件(ISD—Information 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）。
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。
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。

系统软件流程图及操作说明
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。






系统操作说明
键盘功能：如表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，进入时间设置菜单，用增加A、减少E键选择需要的时间，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，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。

系统设计图（见附图一）
功能测试
测试仪器
WAVE6000仿真器
SK1731SL2A直流电源
PC机
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。
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INT1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。
电话控制器：实现电话拨入，选择功能，远程启动。
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。
测试数据
测试数据如表2


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。

附图一




附图二