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SPMC65P2404A在智能电饭煲中的应用
文章来源:凌阳单片机推广中心  发布时间:2006-9-20 9:48:27

摘  要:本文主要介绍利用SPMC65P2404A单片机作为整个电饭煲的主控芯片,并且结合模糊控制技术来实现电饭煲的各种功能。
关键词:单片机,AD转换,温度控制,继电器,凌阳单片机,www.sunplusmcu.com

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位工业级通用单片机,最高工作频率为8MHz,工作电压3V~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。
    利用这些资源完成的电饭煲具有以下功能:精煮、超快煮、冷饭加热、小米量、45分稀饭、2小时粥、1小时汤、2小时汤,并且具有人性化的操作界面,使用者很容易掌握。电饭煲的功能不再只是简简单单的煮饭了,它可以完成许许多多的功能,它是人们日常生活中不可缺少的家庭好帮手,正是由于智能控制的问世,人们的生活才变得越来越简单。
 
2 电饭煲煮饭过程介绍
    要想煮出高质量的米饭,就要掌握各种大米的吸水量,加温时间,控温过程,维持沸腾时间,停止升温过程,焖饭过程等规律。煮饭的过程实质上就是使大米由难以为人体所消化吸收的β淀粉转化成为人体较易吸收的α淀粉的过程,经过大量的实践和探索,一次理想的煮饭过程可以抽象成以下几个过程:
▲吸水过程
    在适合的温度下,让大米尽可能的吸收水分,这样煮出来的米饭的更加的饱满,口感更好。让大米的含水量达到25%左右,温度越高,吸水越快。但是温度一旦超过60度,大米中含有的β淀粉就会转化成α淀粉,会变成糊状,所以控制温度在60度以下是非常有必要的,一般控制在35度左右为最佳温度。
▲升温过程
    这一个过程必须使锅内的热量充分对流,以至于不会造成夹生饭。一般说来,加热值沸腾的时间最佳是10分钟。
▲维持沸腾
    为了使β淀粉充分转化成为α淀粉,需要在沸腾的状态下,温度大约控制在98度左右,维持20分钟左右,可以通过控制继电器的开与闭来实现温度的控制。
▲补炊过程
    断电之后,温度会慢慢下降,当温度降到100度左右的时候,在通电一段时间,将锅内的多余的水分蒸发掉,补炊的时间根据个人而定。
▲焖饭过程
    在补炊过程结束后,锅内基本上没有太多的水分,应停止加热,利用余热来进行焖饭,促进大米α淀粉的生成。一般的焖饭时间大约控制在12分钟左右。
▲保温过程
    整个煮饭过程结束后,自动进入保温模式,温度低于65度左右,加热盘就会对锅体进行加热。使用者在此种状态下就可以享用美食了。

3 功能介绍
    利用凌阳8位单片机SPMC65P2404A开发的智能电饭煲具有以下的两大功能:
3.1 煲煮功能
1) 精煮
    选择精煮功能,按下开始键,电饭煲开始加热,大约45分钟后电饭煲进入焖饭状态,此时数码显示“n”,10分钟后,电饭煲进入保温状态,数码显示“b” ,这表明饭已经煮好。
2) 超快煮
    选择超快煮功能,按下开始键,电饭煲开始加热,大约30分钟后电饭煲进入焖饭状态,此时数码显示“n”,8分钟后饭煮好,电饭煲进入保温状态,数码显示“b”,这表明饭已经煮好。
3) 冷饭加热
    选择冷饭加热功能,按下开始键,电饭煲开始加热,大约15分钟后电饭煲进入保温状态,数码显示“b” ,这表示冷饭加热完成。
4) 小米量煮
    选择小米量煮功能,按下开始键,电饭煲开始加热,大约40分钟后电饭煲进入焖饭状态,此时数码显示“n”,10分钟后饭煮好,电饭煲进入保温状态,这表明小米量的饭已经煮好。
5)45分钟稀饭
    选择45分钟稀饭功能,按下开始键,电饭煲开始加热,此时数码显示“-”,45分钟后粥将煮好。
6)2小时粥
    选择2小时粥功能,按下开始键,电饭煲开始加热,此时数码显示“2”,2小时后粥将煮好。
7)1小时汤
    选择1小时汤功能,按下开始键,电饭煲开始加热,此时数码显示“1”,1小时后汤将熬好。
8)2小时汤
    选择2小时汤功能,按下开始键,电饭煲开始加热,此时数码显示“2”, 2小时后汤将熬好。
    注:以上8种功能模式中,每一种功能结束之后都自动进入保温模式,数码显示“b”。
3.2 定时功能
    选择相应功能后设置相应的定时时间,按下开始键,定时开始,每过1小时显示时间数减1。在定时时间内,根据定时的时间和所需过程的时间差电饭锅就能自动启动,自动加热,自动保温,完成选择的功能,例如果45分钟稀饭定时2小时的话,电饭煲会在1小时15分钟的时候开时启动加热工作,并进入45分钟稀饭功能模式。

4 总体方案介绍
    利用凌阳8位单片机SPMC65P2404A设计的智能电饭煲控制系统原理框图如图4-1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4-1  控制系统构成框图

5 系统硬件设计
5.1 单片机主控电路
    主控电路如图5-1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。


图5-1 电饭煲的电路原理图

芯片特性简介
    SPMC65P2404A是凌阳公司的8位工控单片机,最高工作频率为8MHz,工作电压3V~5.5V,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。
具体特性包括:
◆凌阳科技8位单片机;
☉182条指令
☉11种寻址模式
☉最高工作频率为8MHz
☉支持位操作(Set,Clear,Inverse,Test)
◆2个8位可编程定时器/计数器(可自动预置初始计数值)
☉普通的定时/计数器
☉具有8位捕获功能
☉具有8位比较功能
◆2个16位可编程定时器/计数器
☉普通的定时/计数器
☉具有8或16位捕获功能
☉具有16位比较功能
☉12位PWM输出
◆中断方式
☉支持IRQ和NMI中断
☉4种外部中断
☉11种内部中断
◆工作电压:2.5V~5V;
◆8通道10位模数转换(100KHz)
◆内置4K Byte的OTP ROM;
◆内置192K Byte的RAM;
◆23个可编程输入/输出口
◆5种复位功能
◆时钟选择:晶体振荡器、RC振荡、外部信号
◆电源模式:Halt模式和Stop模式 
◆低电压复位(LVR)功能和低电压监测(LVD)功能;
◆一个蜂鸣器输出口
◆可进行SPI通信
◆内置在线仿真板(ICE,In- Circuit Emulator)接口。

5.2 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5-2所示:


图5-2  显示电路

5.3 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+12V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5-4所示


图5-3  电源电路

5.4 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5-4所示:


图5-4  温度传感器电路

6 系统软件设计
6.1 主程序流程
    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6-1所示:


6-1 程序主流程图

6.2 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。
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。
3、 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。
4、 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、 功能执行子程序
    当执行功能的时候,判断所选择的功能号,(每一种煮饭功能对应着一种升温加热曲线),然后按照其升温加热阶段进行煮饭处理

7 结语
    电饭煲的功能不再只是单纯的煮饭,它可以完成很多的功能,利用凌阳的8位MCU实现的智能电饭煲可以完成煮饭、煮粥、煮汤、冷饭加热等功能,另外未来的小家电应该具备“智能、安全、多功能、节约以及环保”这五大功能。
    首先,小家电应该具备“智能”化的功能。它的使用与设计应更多地运用高科技,尤其是运用先进的电子计算机技术,使人们的生活变得更加的简单,更适合现代人的生活节奏。
    其次,小家电也应完善“安全”功能。安全是一个普遍关注的问题,如果在人们使用的过程中存在着安全隐患,那么这就会对使用者的生命财产构成威胁。
    第三,小家电应具备“多功能”的优势,具有多功能的商品才会使得消费者有购买的欲望,多功能已经成为一个主流,消费者最看中的就是它的多功能性。
    第四,家电应该具备“节能”功能。在我们生活的今天和未来,每个家庭都将拥有很多种家用电器,而我国的能源工业尤其是电力工业,有可能因为投资不足而难以满足和适应这个节奏,假如小家电耗能巨大,家庭经济支出将负担很重。

8 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.

                            
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