电磁炉控制系统单片机模拟 毕业论文[实用论文].doc
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1、 本 科 生 毕 业 论 文 题 目 电磁炉控制系统单片机模拟 学生姓名 学 号 指导教师 教 务 处 制目 录引言3加热原理3工作过程3电磁炉的智能控制部件单片机3电磁炉设计要求3AT89C51单片机设计端口定义41MCS-51单片机概述51.1AT89C51主要特性51.2AT89C51最小应用系统51.3MCS-51内部结构61.4AT89C51管脚图61.5管脚功能6电磁炉内部模块72.1电源电路模块 72.1.1主电源电路72.1.2副电源72.1.3稳压电路72.2控制模块72.2.1 PWM脉宽调制输出电路72.2.2键盘模块112.2.3多路开关状态指示142.2.4定时模块1
2、52.2.5 LED显示模块172.3检测模块222.3.1 A/D、D/A转换模块232.3.2 过压、欠压检测模块232.3.3过流检测模块23 2.3.4温度检测模块242.3.5 锅检测与小物件检测模块 242.3.6加热开关控制252.3.7蜂鸣器驱动电路252.3.8风扇模块 273单片机软件编程及调试 273.1单片机语言集成开发平台 273.1.1u Vision2 集成开发环境 273.1.2Keil C51开发单片机应用程序的步骤 28 结论 28致谢 28参考文献29附表1 单片机指令30附表2 LED 字型码表35电磁炉控制系统单片机模拟李志红(云南民族大学电信学院)摘
3、要:本文研究的电磁炉控制核心部件是AT89C51单片机,将预先编好指令信息输入单片机内部ROM后,在工作状态下,电磁炉就能智能的去完成管理和控制工作。本文介绍了电磁炉的工作原理、设计要求,并提出用AT89C51单片机来设计电磁炉,详细介绍电磁炉中某些模块的设计。主要介绍了风键盘扫描,显示面板控制,功率控制,温度控制,风扇、蜂鸣器控制,定时控制等设计。关键词 :电磁炉,单片机,控制前言随着人类文明的发展,家用电器越来越多的进入人们的生活中,特别是近几年单片机的出现更是使得家电得以突飞猛进的发展。电磁炉是现代家庭烹饪食物的先进电子炊具,不但使用起来非常方便、快捷,可用来进行煮、炸、煎、蒸、炒等各种
4、烹调操作,而且还安全清洁,因此受到人们的亲咪。加热原理:变压器有一个缺点就是铁芯在磁场感应中会产生涡流,而涡流流动需要克服铁芯的内阻,于是铁芯便会发热,从而影响变压器的效率。恰恰相反,电磁炉就是引用这一原理对食品进行加热的。它利用高频的电流通过环形线圈,从而产生无数封闭磁场力,当磁场那磁力线通过锅的底部,既会产生无数小涡流,使锅体本生自行高速发热,然后再加热锅内食物。工作过程: 电流电压经过整流器转换为直流电,又经高频电力转换装置使直流电变为超过音频的高频交流电,将高频交流电加在扁平空心螺旋状的感应加热线圈上,由此产生高频交变磁场。其磁力线穿透灶台的陶瓷台板而作用于金属锅。在烹饪锅体内因电磁感
5、应就有强大的涡流产生。涡流克服锅体的内阻流动时完成电能向热能的转换,所产生的焦耳热就是烹调的热源。电磁炉的智能控制部件单片机:随着微型计算机的发展,特别是单片机的诞生,使得各种家用电器的品质有了极大的改变,实现了智能化的控制。电磁炉的MCU采用AT89C51芯片,在外围电路的组合下,将预先编好的程序写入AT89C51单片机的程序存储器中,在工作模式下,单片机就会执行相应的指令,从而使电磁炉完成相应的控制。电磁炉设计要求:用AT89C51单片机设计电磁炉所具有的性能:1、定温加热:在保温70至260之间,共分为六档火力选择(烧烤、煎炸、蒸煮、火锅、炒菜、爆炒),每档都能都能达到精确定温;自动烹调
6、功能,满足各种烹饪需要;一种保温模式:文火:一种自动工作模式:烧水。2、火力选择:功率从300W2100W的范围内,共分为14档火力,每档均有稳定的功率,手动定温选择,实现快速调节火力。3、时间预约:可以实现1720 分钟预约开机功能,1180 分钟的定时关机功能。4、多种保护措施:系统采用过流检测保护电路、过压检测保护电路、过温检测保护电路等多种保护措施;5、 锅具自动识别:当炉面无锅或使用非铁磁材料锅具时,电磁炉自动识别,不予加热。6、 小物自动识别:当汤匙等小件物品放置于灶具上时,电磁炉自动识别,不予加热。7、 空烧防止:使用中若持续二小时内未有按键动作,电磁炉自动判别为使用者遗忘,自动
7、关机防止事故。8、散热功能:开机启动同时启动风扇,关闭电源后风扇继续工作大约一分钟左右,保护电磁炉内部电路过热损坏,9、报警电路:系统设置了故障报警功能,方便故障查找及检修; 系统含有自检程序,方便生产测试。10、采用开关电源,使系统能够在180250V的电压范围内正常工作; AT89C51单片机设计端口定义:P0.0 接显示模块LED字段P0.1 接显示模块LED字段 P0.2 接显示模块LED字段P0.3 接显示模块LED字段P0.4 接显示模块LED字段P0.5 接显示模块LED字段P0.6 接显示模块LED字段P0.7 接多路开关指示电路的发光二极管(对应查询式接口键盘的某个按键,当某
8、个按键按下时,单片机输出高电平,对应的发光二极管发光)P1.0 接4*4扫描键盘接口P1.1 接4*4扫描键盘接口P1.2 接4*4扫描键盘接口P1.3 接4*4扫描键盘接口P1.4 接4*4扫描键盘接口P1.5 接4*4扫描键盘接口P1.6 接4*4扫描键盘接口P1.7 接4*4扫描键盘接口P2.0 接LED模块模块的公共端P2.1 接LED模块模块的公共端P2.2 接LED模块模块的公共端P2.3 接LED模块模块的公共端P2.4 接多路开关指示电路的发光二极管(对应查询式接口键盘的某个按键,当某个按键按下时,单片机输出高电平,对应的发光二极管发光)P2.5 接多路开关指示电路的发光二极管
9、(对应查询式接口键盘的某个按键,当某个按键按下时,单片机输出高电平,对应的发光二极管发光)P2.6 接多路开关指示电路的发光二极管(对应查询式接口键盘的某个按键,当某个按键按下时,片机输出高电平,对应的发光二极管发光)P2.7 接多路开关指示电路的发光二极管(对应查询式接口键盘的某个按键,当某个按键按下时,单片机输出高电平,对应的发光二极管发光)P3.0 接蜂鸣器驱动电路。P3.1 接过压、欠压模块检测。P3.2 接多路开关指示电路的发光二极管(对应查询式接口键盘的某个按键,当某个按键按下时,单片机输出高电平,对应的发光二极管发光)P3.3 接4*4中断式查询按键模块公共段P3.4 接温度检测
10、电路(检测电路检测到温度过高时,将其转换为高电平输入单片机,单片机做出相应控制)P3.5 接锅检测电路。(检测电路通过检测电路的电流变化可以判断无锅时,或不合适加热物件的将其转换为高电平输入单片机,单片机控制切断加热电源)P3.6 接电流检测电路。(检测电路检测到电流过高时,将其信后转换为高电平输入单片机,单片机做出相应控制)P3.7 接加热控制开关,当输出低电平时电磁炉停止加热,当输出高电平时电磁炉加热。XTAL1 时钟引脚1XTAL2 时钟引脚2RST 复位电路GND 接地VCC 接+5V电源EA/VPPALE/PROGPESN1 MCS-51单片机概述单片机【MCU(Micro Cont
11、roller Unit)】也被称为“微控制器”、“嵌入式控制器”,是在一个集成芯片中,集成有微处理器(CPU)、存储器(RAM和ROM)、基本I/O接口以及定时/计数部件,即在一个芯片上实现一台微型计算机的基本功能,对于简单控制对象,只需要单片机作为控制核心,不需要增加别的外部设备和扩展某些I/O接口就能实现。对于复杂的系统,单片机的应用和I/O接口扩展也很方便。1.1 AT89C51单片机主要特性与MCS-51 兼容 4K/8K字节可编程闪烁存储器 全静态工作:0Hz-24Hz三级程序存储器锁定128*8位内部RAM32可编程I/O线两个16位定时器/计数器5个中断源 可编程串行通道低功耗的
12、闲置和掉电模式片内振荡器和时钟电路1.2 AT89C51单片机最小应用系统1.3 AT89C51单片机内部结构1.4 AT89C51管脚图1.5 管脚功能电源管脚:VCC(40脚):接5V;VSS(20脚):接地; 时钟信号脚:XTAL1(19脚):外部时钟信号脚;XTAL2(18脚):外部时钟信号脚; 控制线:RST/V pd(9脚):当作RST使用时,为复位输入端;当作为V pd使用时,当VCC掉电下,可作备用电源。V pp(31脚):为访问内部或外部程序储存器的选择号。对片内RPROM编程时,V pp MCS-51单片机的管脚接入21V编程电压。ALE/(30脚):当访问外部储存器时,A
13、LE信号的负跳变将P0口上的低8位送入地址锁存器,不访问外部储存器时,ALE端仍以固定的振荡频率的1/6速率输出正脉冲信号。当对片内EPROM编程时,该管脚PROG用于输入编程脉冲。 输入/输出口线:P0(3239脚),既可接地址锁存器作低8位地址I/O使用也可以作数据I/O使用。能驱动8个LSTTL负载。P1(18脚):具有内部上位电阻的8位准双向I/O,可驱动4个LSTTL负载。P2(2128脚):8位具有内部上位电阻的准双向I/O,在接收外部存储器时,P2作为地址高8位。能驱动4个LSTTL负载。P3(1017脚):8位具有内部上位电阻的准双向I/O,其每一位又有特殊功能.P3口特殊功能
14、:P3端口对应特殊功能引脚实现功能P3.0RXD串行口输入端。P3.1TXD串行口输出端P3.2INTO外部中断0输入端,低电平有效P3.3INT1外部中断1输入端,低电平有效。P3.4T0定时/计数器0外部事件计数输入端。P3.5T1定时/计数器1外部事件计数输入端。P3.6WR外部数据存储器写选通信号,低电平有效。P3.7RD外部数据存储器读选通信号,低电平有效。电磁炉内部模块AT89C51单片机过压、欠压检测电源电路锅、小物件检测PWM电路温度检测A/D转换报警电路键盘模块风扇电路LED模块2.1 电路模块2.1.1主电源电路交流电200V经过前端滤波处理,通过通过桥型整流,变成310V
15、左右的直流电,通过MCU控制IGB T功率管的导通和关闭来控制电磁炉加热线圈的工作状态。2.1.2 副电源开关电源提供有+5V,+18V两种稳压回路,其中桥式整流后的+18V供IGBT的驱动回路,同步比较IC LM339和风扇驱动回路使用,由三端稳压电路稳压后的+5V供主控MCU使用。2.1.3稳压电路2.2控制模块 2.2.1 PWM脉宽调制输出电路(1)PWM脉宽调制电路原理T89C51单片机通过控制PWM脉冲的宽与窄, 控制送至振荡电路的加热功率控制电压,控制了IGBT导通时间的长短,就可以控制了加热功率的大小。PWM是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法。通过高分辨率计数器的使用,方波
16、的占空比被调制用来对一个具体模拟信号的电平进行编码。PWM信号仍然是数字的,因为在给定的任何时刻,满幅值的直流供电要么完全有,要么完全无。电压或电流源是以一种通或断的重复脉冲序列被加到模拟负载上去的。只要带宽足够,任何模拟值都可以使用PWM进行编码。采用脉宽调制(PWM)方式可以使负载在工作时得到满电源电压,这样有利于克服IGBT功率管内在的线圈电阻而使IGBT功率管产生更大的力矩。CPU 输出 PWM 脉冲到由 R30 、 C27 、 R31 组成的积分电路 , PWM 脉冲宽度越宽 ,C28 的电压越高 ,C29 的电压也跟着升高 , 送到振荡电路 (G 点 ) 的控制电压随着 C29 的
17、升高而升高 , 而 G 点输入的电压越高 , V7 处于 ON 的时间越长 , 电磁炉的加热功率越大 , 反之越小。“ CPU 通过控制 PWM 脉冲的宽与窄 , 控制送至振荡电路 G 的加热功率控制电压,控制了 IGBT 导通时间的长短 , 结果控制了加热功率的大小”。 (2)电磁炉功率控制程序/ PWM 控制电磁炉功率大小程序 / 利用定时器控制产生占空比可变的 PWM 波/ 按K1(“-”),PWM值增加,则占空比减小,输出功率减小。/ 按K2(“+”),PWM值减小,则占空比增加,输出功率增加。 /*/包含文件/*/ #include #include /*/端口定义/*/ sbit
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