电饭煲模糊智能控制

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1、本科毕业设计（论文）说明书电饭煲模糊智能控制 学 院 华南理工大学广州学院专业班级 机械工程及其自动化 学生姓名 朱伟江 指导教师 姚锡凡 提交日期 2012年 5 月 18 日 华南理工大学广州学院学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同

2、意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华南理工大学广州学院可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密，在 年解密后适用本授权书。本学位论文属于 不保密。（请在以上方框内打“”）学位论文作者签名： 日期： 年 月 日指导教师签名： 日期： 年 月 日华 南 理 工 大 学 广 州 学 院毕 业 设 计 （论文） 任 务 书 兹发给机械工程及自动化专业 4 班学生朱伟江毕业设计（论文）任务书，内容如下： 1.毕业设计（论文）题目： 电饭煲模糊智能控制 2.应完成的项目： （

3、1） 智能电饭煲控制系统整体方案设计 （2） 智能电饭煲控制系统硬件电路设计（重点） （3） 智能电饭煲控制系统软件程序设计（重点） （4） 在PROTEUS中对控制系统进行仿真验证 （5） 完成电路原理图1张、软件程序清单1份、仿真效果图数张、毕业设计 说明书（论文）1份 3.参考资料以及说明： （1）AT89S51单片机原理及其应用教材 （2）单片机C语言开发环境及使用教材 （3）智能电饭煲控制原理及实现方法等相关资料 （4）模拟电路设计技术教材 （5）数字电路设计技术教材 （6）PROTEUS仿真环境使用手册 （7）单片机控制系统设计及应用教材 4.本毕业设计（论文）任务书于 2011

4、年 12 月 20 日发出，应于 2012 年 5 月18日前完成，然后提交毕业设计（论文）答辩委员会进行答辩。 专业教研组（系）负责人 审核 2011 年 12 月 20 日 指导教师（导师组） 签发 2011 年 12 月 20 日毕业设计（论文）评语： 毕业设计（论文）总评成绩： 毕业设计（论文）答辩小组负责人签字： 年 月 日 摘要本课题以AT89C51单片机为核心器件，设计了智能电饭煲控制系统，并在PROTEUS环境中对设计进行了仿真验证。首先，对电饭煲的发展状况进行了阐述，分析了电饭煲的发展趋势，以及智能电饭煲的发展优势。在此基础上，对智能电饭煲控制系统整体设计方案进行了论证，并确

5、定了本课题智能电饭煲控制系统整体设计方案。其次，从实用性、智能化、节约成本、环保节能等角度出发，对智能电饭煲控制系统的硬件、软件进行了详细设计。按照实现功能对硬件、软件进行了功能划分，并对各部分的原理、实现方法进行了详细说明。最后，在PROTEUS仿真环境中对该设计进行了仿真验证。仿真结果表明，基于单片机的智能电饭煲控制系统整体设计方案的可行性，软件和硬件设计的正确性，整体效果较为满意。关键词：智能控制，电饭煲，单片机，Proteus Abstract AT89C51 MCU was chosen as the core, component to complete the intellige

6、nt electric cooker control system design, and validated via simulation in the PROTEUS environment is.Firstly, the current situation of the development of electric rice cooker is addressed, and electric rice cooker development trend, and the development advantage of intelligent electric cooker are an

7、alyzed. On this basis, the intelligent electric cooker control system overall design scheme is discussed, and confirmed this topic intelligent electric cooker control system overall design scheme confirmed.Secondly, in view of practice, intelligence, cost saving, environmental protection and energy

8、conservation, the detailed design of the intelligent electric cooker control system hardware and software were given. According to the functions, hardware and software of the system was divided, and principle, realization method was described in detail.Finally, in the PROTEUS simulation environment

9、the design was verified by simulation. The simulation results show that the intelligent control scheme based on single chip microcomputer for the electric cooker is feasible, software and hardware design is correct, and the overall performance is satisfactory.Key words: Intelligent control; Electric

10、 cooker; Single chip microcomputer; Proteus目 录摘要IABSTRACTII第一章 绪论11.1 背景及发展11.2 课题任务及意义1第二章 智能电饭煲控制系统整体设计方案22.1 智能电饭煲控制系统简介22.2 智能电饭煲控制系统电路组成32.3 本章小结3第三章 智能电饭煲控制系统硬件设计43.1 控制系统单片机最小系统工作电路43.1.1 AT89C51单片机的引脚及其排列43.1.2 AT89C51单片机时钟电路63.1.3 AT89C51单片机复位电路73.1.4控制系统单片机最小系统电路设计83.2 控制系统电源电路9稳压器件78L05简介

11、9电源电路设计113.3 按键输入电路11按键分类11按键结构与特点113.3.3 按键输入电路设计123.4 温度传感器电路133.4.1 DS18B20简介13DS18B20的使用方法14温度传感器电路设计163.5 LED状态指示电路163.5.1 LED简介163.5.2 状态指示电路设计173.6 LCD显示电路173.6.1 LCD-1602简介183.6.2 LCD显示电路设计183.7电饭锅加热电路193.8本章小结20第四章 智能电饭煲控制系统软件设计214.1软件整体结构设计214.2子程序设计22系统工作模式控制流程224.2.2 定时功能控制流程234.2.3 加热功能

12、控制流程254.3本章小结26第五章 智能电饭煲控制系统的仿真验证275.1本章小结30结束语31致 谢32参考文献33附 录34附录1：智能电饭煲控制系统电路原理图34附录2：智能电饭煲控制系统软件源程序清单35第一章 绪论1.1 背景及发展在科学技术进步、日新月异的今天，节能、高效、环保的观念逐渐深入人心，人们对家电智能化的要求也越来越高。在今天，电饭煲已经成了家庭必备的电器之一。电饭煲最初是机械式控制，这种控制方式具有结构简单、技术门槛低、价格便宜等优点，但同时也有功能单一、控制方式不灵活等不足之处。自从1965年美国的控制论专家L.A.Zadeh教授创立了模糊集合论以来，将模糊集合理论

13、运用于自动控制而形成的模糊控制理论，在近年得到了迅速的发展。随着计算机及其相关技术的发展，模糊控制也由最初的经典模糊控制发展到自适应模糊控制、专家模糊控制和基于神经网络的自学习模糊控制。近年来，随着电子技术的发展，元器件的制造成本不断下降，电饭煲也迎来了智能化的春天。智能电饭煲修改过去功能简单的煮饭模式，将煮食这一事件细分为煮饭、煲汤、煮粥等多种任务模式，此外还具有预约定时，自动保温等功能，提升了产品的人性化设计，使得煮食过程更加方便、快捷，满足了人们的需求。1.2 课题任务及意义本课题是以AT89C51单片机为核心控制器件，对智能电饭煲控制系统进行了设计，并在PROTEUS环境中对设计进行了

14、仿真验证。本设计将电饭煲的煮食这一过程细分为煮饭、煲汤、保温等多种工作模式。控制系统可对电饭煲的温度进行实时监测，并以此灵活调节火力大小，自动完成煮食过程。控制系统支持对煮饭时间进行提前预约，定时时间到后自动进行煮饭，煮饭结束后自动转入保温模式。此系统提高了电饭煲煮食自动化水平，提升了产品的人性化设计，使电饭煲具有“煮饭好吃、预约定时、多种功能”三大特点，满足了人们不断增长的物质文化需求。第二章 智能电饭煲控制系统整体设计方案2.1 智能电饭煲控制系统简介该控制系统是以单片机为核心控制器件，结合按键、温度传感器等输入电路，以及加热、状态指示等输出电路，实现对电饭煲的智能控制。该系统可使电饭煲工

15、作在“保温”、“煲汤”、“煮饭”三种工作模式，每种工作模式下，控制系统结合盖顶温度传感器，自动调整火力大小，并将电饭煲限制在设定的最高温度之内，煮饭结束后自动转入保温状态。控制系统结合单片机的定时功能，可对煮食时间进行预约设定，设定时间到后自动转入预定的工作模式进行煮饭。控制系统可结合LED实时指示电饭煲工作状态，结合LCE液晶显示器可显示更多信息。包括定时时间、工作状态、故障报警等信息。智能电饭煲控制系统控制面板设计如图2-1所示，主要包括显示屏、状态指示、输入按键等几部分。该控制系统使电饭煲提高了自动化、智能化、人性化设计水平，具有操作方便，安全可靠的特点。图2-1 智能电饭煲控制系统操作

16、面板效果图2.2 智能电饭煲控制系统电路组成该控制系统主要由电源电路、单片机输入电路、单片机输出电路三类电路组成，如图2-2所示。电源电路将220V交流电转为直流5V，作为控制系统的电源。单片机输入电路有按键输入电路、顶盖温度传感器输入电路、复位电路以及时钟电路。单片机输出电路包括LCD显示电路、LED工作状态指示电路以及用于电饭煲加热的加热电路。图2-2 智能电饭煲控制系统组成结构图2.3 本章小结本章从整体出发，首先确定电饭煲的模糊智能控制系统由单片机为核心控制器件，结合按键，温度传感控制器等硬件设计电饭煲实现“保温”、“煲汤”、“煮饭”等功能。第三章 智能电饭煲控制系统硬件设计智能电饭煲

17、控制系统硬件电路按照功能可划分为七个组成部分，即控制系统单片机最小系统工作电路、控制系统电源电路、按键输入电路、温度传感器电路、LED状态指示电路、LCD显示电路以及电饭锅加热电路。3.1 控制系统单片机最小系统工作电路 本设计选用AT89C51单片机作为核心控制芯片。 AT89C51是一种带4K字节闪存可编程可擦除只读存储器 (FPEROM)的低电压、高性能CMOS 8位微处理器，俗称单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，因

18、此AT89C51是一种高效微控制器。 AT89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。本设计选择AT89C51单片机作为智能电饭煲控制系统核心控制芯片，兼顾了经济性和实用性的需求。3.1.1 AT89C51单片机的引脚及其排列 AT89C51具有40只引脚，其中32个是可编程输入输出口。AT89C51有三种封装形式，即PLCC、TQFP和PDIP三种。其中最为常见的封装是PDIP，其外形及引脚配置如图3-1所示。 VCC：供电电压。 GND：接地。 P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每引脚可吸收8TTL门电流。当P0口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能

19、够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收， 图3-1 AT89C51PDIP封装外形及其引脚输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内

20、部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。当P2口用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3口：P3口管脚是8个有内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流 (ILL)这是由于上拉的缘故。P3口同时为闪

21、烁编程和编程校验接收一些控制信号。RST：复位输入。当输入的复位信号延续两个机器周期以上的高电平时即为有效，用以完成单片机的复位初始化操作。ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理

22、器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。 /PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指令期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。 /EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器有效，不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器有效。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源 (VPP)。XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2：来自反向振荡器的输出。振荡器特性:XTAL1和XTAL2分别为反向放大

23、器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。有余输入到内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。3.1.2 AT89C51单片机时钟电路XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。有余输入接至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。电路结构如图3-2所示。XTAL2XTAL

24、1AT89C51C1C2CYSXTAL2XTAL1AT89C51+5VVSSTTL外部时钟源图3-2 AT89C51时钟电路 AT89C51单片机复位电路 AT89C51单片机的复位引脚为施密特出发输入。当振荡器起振以后，在RST引脚上输入连续两个机器周期的高电平，器件便进入复位状态。根据AT89C51的复位特性，设计复位电路如图3-3所示。图3-3 AT89C51单片机复位电路 电路中将C1、R1串联后接入RST引脚，在上电之初，电容通过电阻充电，在复位引脚上出现充电的正脉冲，只要正脉冲宽度足够宽，就可以使单片机复位。本设计中单片机选用24M晶振，故复位电路中选用10uf电容和10K电阻可以

25、满足AT89C51的复位要求。3.1.4控制系统单片机最小系统电路设计根据以上分析，本设计中单片机最小系统如图3-4所示。复位电路采用较为常用且结构简单的阻容复位电路，可为AT89C51单片机提供大于10ms的高电平复位脉冲。时钟电路采用外接晶振方式，由一只24M晶振和2只30pf电容组成的振荡电路。由于P0口的特殊结构，本电路中PO口中部分接口线是用于数据输出，故本设计中采用10K电阻作为上拉电阻。图3-4 智能电饭煲控制系统单片机最小系统电路3.2 控制系统电源电路 智能电饭煲控制系统需要5V直流供电电源。本设计中，5V电源由220V交流电源变压、整流、稳压后得到。其中，核心期间为三端稳压

26、器件78L05。3.2.1稳压器件78L05简介7805是常用的三端稳压器件，顾名思义05就是输出电压为5V，7805输出波纹很小，其输出电源品质能满足大多数器件需求。 稳压器的工作指标是指稳压器能够正常工作的工作区域，以及保证正常工作所必须的工作条件，这些工作参数取决于构成稳压器的组件性能。(1)、输出电压范围符合稳压器工作条件情况下，稳压器能够正常工作的输出电压范围，该指标的上限是由最大输入电压和最小输入-输出电压差所规定，而其下限由稳压器内部的基准电压值决定。(2)、最大输入-输出电压差该指标表征在保证稳压器正常工作条件下稳压器所允许的最大输入输出之间的电压差值，其差值主要取决于于稳压器

27、内部调整晶体管的耐压指标。(3)、最小输入-输出电压差该指标表征在保证稳压器正常工作条件下，稳压器所需的最小输入输出之间的电压差值。(4)、输出负载电流范围输出负载电流范围又称为输出电流范围，在这一电流范围内，稳压器应能保证符合指标规范征所给出的指标。三端固定集成稳压电路的输出电压是固定的，常用的是CW7800/CW7900系列。W7800系列输出正电压，其输出电压有5、6、7、8、9、10、12、15、18、20和24V共11个档次。该系列的输出电流分5档，7800系列是1.5A，78M00是0.5A，78 L00和是0.1 A，78T00是3A，78H00是5A。 W7900系列与W780

28、0系列所不同的是输出电压为负值。三端稳压器的工作原理与前述串联反馈式稳压电源的工作原理基本相同，只有三个引出端子： 输入、输出和公共端。输入端接整流滤波电路，输出端接负载；公共端接输入、输出的公共连接点。为使它工作稳定，在输入和输出端与公共端之间并接一个电容。使用三端稳压器时注意一定要加散热器，否则是不能工作到额定电流。7805的典型应用电路如图3-5所示。在其输入端口和输出端口分别有0.33uf、0.1uf的无极性电容，以优化输出电源品质。图3-5 7805典型应用电路电源电路设计本设计中，控制系统电源电路设计如图3-6所示。220V交流电源由J1接入电路，后经变压器T1将220V降压为8.

29、5V交流电压，该低交流电压经N1进行全波整流，变为脉动直流，最后，该脉动直流经过低压差稳压芯片78L05稳定为纹波系数较小的5V直流电源。图3-6 控制系统电源电路3.3 按键输入电路按键分类按键按照结构原理可分为两类，一类是触点式开关按键，如机械式开关、导电橡胶式开关等；另一类是无触点式开关按键，如电气式按键，磁感应按键等。前者造价低，后者寿命长。目前，微机系统中最常见的是触点式开关按键。本设计中采用触点式开关按键，其电路原理图常见符号如图3-7所示。图3-7 触点式开关按键按键结构与特点键盘通常使用机械触点式按键开关，其主要功能是把机械上的通断转换成为电气上的逻辑关系。也就是说，它能提供标

30、准的TTL逻辑电平，以便与通用数字系统的逻辑电平相容。机械式按键再按下或释放时，由于机械弹性作用的影响，通常伴随有一定时间的触点机械抖动，然后其触点才稳定下来。其抖动过程如下图所示，抖动时间的长短与开关的机械特性有关，一般为510ms。图3-8为触点式按键开关机械抖动示意图。图3-8 触点式按键开关机械抖动示意图在触点抖动期间检测按键的通与断状态，可能导致判断出错，即按键一次按下或释放被错误地认为是多次操作，这种情况是不允许出现的。为了克服按键触点机械抖动所致的检测误判，必须采取去抖动措施。这一点可从硬件、软件两方面予以考虑。在键数较少时，可采用硬件去抖，当按键数较多时，采用软件去抖。单片机工

31、作时有外接键盘输入信号，当检测到有哪一个键被按下时，单片机内部执行相应的工作程序。 按键输入电路设计该系统的键盘由5个独立键盘构成，包括一个中断键盘单元。来完成智能电饭煲的手动控制。键盘的一脚接在单片机的p1.0至p1.5脚上，另外一脚接在电源地上，当有键盘按下时对应的键盘就会有一低电平送进单片机内部。为消除触点式按键开关的机械抖动，单片机内部有程序进行消抖处理，然后确定那一个键盘被按下后来执行程序完成该系统的指定工作。该控制系统键盘接入电路如图3-9所示。图3-9 控制系统键盘输入电路3.4 温度传感器电路 DS18B20简介DS18B20数字温度计是DALLAS公司生产的1Wire，即单总

32、线器件，具有线路简单，体积小的特点。因此用它来组成一个测温系统，具有线路简单，在一根通信线，可以挂很多这样的数字温度计，十分方便。DS18B20是一款功能独特的产品，其特点如下：(1)、只要求一个端口即可实现通信。 (2)、在DS18B20中的每个器件上都有独一无二的序列号。 (3)、实际应用中不需要外部任何元器件即可实现测温。 (4)、测量温度范围在55。C到125。C之间。 (5)、数字温度计的分辨率用户可以从9位到12位选择。 (6)、内部有温度上、下限告警设置。DS18B20有两种封装形式，即TO92封装和8-pinSOIC封装。每种封装的样式及引脚排列见图3-10，其引脚功能描述见表

33、3-1。图3-10DS18B20的引脚排列表3-1 DS18B20详细引脚功能描述序号名称引脚功能描述1GND地信号2DQ数据输入/输出引脚。开漏单总线接口引脚。当被用着在寄生电源下，也可以向器件提供电源。3VDD可选择的VDD引脚。当工作于寄生电源时，此引脚必须接地。3.4.2 DS18B20的使用方法由于DS18B20采用的是1Wire总线协议方式，即在一根数据线里实现数据的双向传输，而对AT89S51单片机来说，硬件上并不支持单总线协议，因此，我们必须采用软件的方法来模拟单总线的协议时序来完成对DS18B20芯片的访问。由于DS18B20是在一根I/O线上读写数据，因此，对读写的数据位有

34、着严格的时序要求。DS18B20有严格的通信协议来保证各位数据传输的正确性和完整性。该协议定义了几种信号的时序：初始化时序、读时序、写时序。所有时序都是将主机作为主设备，单总线器件作为从设备。而每一次命令和数据的传输都是从主机主动启动写时序开始，如果要求单总线器件回送数据，在进行写命令后，主机需启动读时序完成数据接收。数据和命令的传输都是低位在先。(1)、DS18B20的复位时序如图3-11所示图3-11 DS18B20的复位时序(2)、DS18B20的读时序如图3-12所示对于DS18B20的读时序分为读0时序和读1时序两个过程。对于DS18B20的读时隙是从主机把单总线拉低之后，在15秒之

35、内就得释放单总线，以让DS18B20把数据传输到单总线上。DS18B20在完成一个读时序过程，至少需要60us才能完成。图3-12 DS18B20的读时序(3)、DS18B20的写时序对于DS18B20的写时序仍然分为写0时序和写1时序两个过程，如图3-13所示。图3-13 DS18B20的写时序对于DS18B20写0时序和写1时序的要求不同，当要写0时序时，单总线要被拉低至少60us，保证DS18B20能够在15us到45us之间能够正确地采样IO总线上的“0”电平，当要写1时序时，单总线被拉低之后，在15us之内就得释放单总线。温度传感器电路设计 根据DS18B20温度传感器的特点，本设计

36、中将温度传感器电路设计为图3-14样式。采用电源直接为DS18B20供电的方式，为增强对DS18B20的读写能力，减少通信传输错误，设置R7作为上拉电阻。图3-14 温度传感器电路3.5 LED状态指示电路本设计中，LED状态指示电路用于实时指示智能电饭煲的工作状态。 LED简介 LED，亦即发光二极管，是利用化合物材料制成PN结的光电器件。它具有PN结结型器件的电学特性，即I-V特性。 I-V特性是表征LED芯片PN结制备性能主要参数。LED的I-V特性具有非线性、整流性质，单向导电性，即外加正偏压表现低接触电阻，反之为高接触电阻。一般LED的I-V特性曲线如图3-15所示，具有以下特点：(

37、1)、正向死区：a点对于V0为开启电压，当VVa时，外加电场尚克服不少因载流子扩散而形成势垒电场，此时R很大。开启电压对于不同LED其值不同，GaAs为1V，红色GaAsP为1.2V，GaP为1.8V，GaN为2.5V。(2)、正向工作区：电流IF与外加电压呈指数关系，IF=IS(e qVF/KT-1)IS为反向饱和电流 。V0时，VVF的正向工作区IF 随VF指数上升。(3)、反向死区：V0时PN结加反偏压V=-VR时，反向漏电流IR(V=-5V)时，GaP为0V，GaN为10uA。(4)、反向击穿区V- VR，VR 称为反向击穿电压；VR电压对应IR为反向漏电流。当反向偏压一直增加使V-R

38、时，则出现IR突然增加而出现击穿现象。由于所用化合物材料种类不同，各种LED的反向击穿电压VR也不同。图3-15 LED的I-V特性 状态指示电路设计 根据LED的I-V特性可知，LED一旦充分导通电流将会急剧增大。因此使用过程中需对LED增加限流电阻。状态指示电路设计如图3-16所示，图中共有五只LED指示灯，分别标志智能电饭煲的电源开关状态、定时状态，以及保温、煲汤、煮饭三种工作模式。其中R9至R13为限流电阻，其值选取为5.1K。图3-16 控制系统状态指示电路3.6 LCD显示电路本设计中选用LCD-1602作为显示器件，用于向用户传递更多的信息，包括定时时间显示、工作模式显示、故障提

39、示等信息。 LCD-1602简介液晶显示器以其微功耗、体积小、显示内容丰富、超薄轻巧的诸多优点，本设计中选用的字符型液晶模块是一种用5x7点阵图形来显示字符的液晶显示器，根据显示的容量可以分为1行16个字、2行16个字、2行20个字等等，本设计中选用常用的2行16个字的1602液晶模块。LCD-1602共有引脚16个，各引脚的功能如下： 第1脚：VSS为地电源 第2脚：VDD接5V正电源 第3脚：V0为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高。 第4脚：RS为寄存器选择，高电平选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。 第5脚：RW为读写信号线，高电平时进行读操作，低电

40、平时进行写操作。当RS和RW共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平RW为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平RW为低电平时可以写入数据。 第6脚：E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。 第714脚：D0D7为8位双向数据线。 第1516脚：BLA(BL1)：LED背光正极。需要背光时，BLA串接一个限流电阻接VDD，BLK接地，实测该模块的背光电流为50mA左右,一般接一个几十欧姆的电阻。 BLK(BL2)：LED背光地端。 LCD显示电路设计本设计中LCD显示电路设计如图3-17所示。P0.0于LCD-1602的寄存器选择端(RS)连接，P0.1与LC

41、D-1602的读写选择端(RW)连接，P0.2和LCD-1602的使能端(E)连接。P2口作为并行数据端口分别于LCD-1602的D0-D7引脚相连。由于P0口是准输入输出口，内部没有上拉电阻，故需在P0.0-P0.3引脚上添加上拉电阻。本电路中选用10K上拉电阻，即图中的R3-R5。图3-17 LCD显示电路设计3.7电饭锅加热电路 电饭煲采用加热盘作为加热部件，加热盘需要直接与220V交流电压相连接，而且功率一般在1500瓦以上，因此其工作电流也比较大。因此控制系统需要专门设计驱动加热盘的电路，如图3-18所示图3-18 加热盘 本设计中采用继电器驱动加热盘与220V交流电源接通。 原因有

42、二，一是继电器具有驱动电流大，控制简单，稳定可靠的优点，适合电饭煲中开关频率不高的应用场合。二是继电器的线圈与输出节点之间有天然的隔离作用，无需另外添加光耦等隔离器件。本电路中加热盘驱动电路如图3-19所示。单片机引脚通过驱动NPN三极管间接驱动继电器。当与之相连的单片机引脚电平为高时，三极管处于导通状态，继电器线圈中有电流流过，从而触电吸合。电路中将继电器触点通过插接器件引出，方便将加热盘与电源串接起来。其中，R8为限流电阻，阻值定为3.3K。D1为二极管，在此电路中起到对继电器线圈续流作用，避免线圈感生高电压击穿三极管。图3-19 控制系统热盘驱动电路3.8 本章小结本章主要设计电饭煲的模

43、糊智能控制系统的硬件，智能电饭煲控制系统硬件电路按照功能可划分为七个组成部分，即控制系统单片机最小系统工作电路、控制系统电源电路、按键输入电路、温度传感器电路、LED状态指示电路、LCD显示电路以及电饭锅加热电路，其中还对AT89C51单片机的引脚功能进行细致分析。第四章 智能电饭煲控制系统软件设计4.1软件整体结构设计 电饭煲模糊智能控制系统软件整体结构设计如图4-1所示。图4-1 主程序结构图 由主程序流程图可以看出，单片机开始运行后首先进行控制系统的初始化操作。初始化操作包括对电饭煲初始工作状态、加热状态、以及LCD-1602的工作方式进行设置。本设计中，系统上电运行后，智能电饭煲工作状

44、态被初始化为保温模式，LCD-1602初始化为两行十六字符无光标显示的工作模式。 初始化工作完成后，程序进入main()循环函数。在该函数中，程序依次调用多项子程序，分时对系统的各项输入输出进行处理。 Main()函数中处理的内容包括：控制传感器进行温度转换及数据读取、对读入的温度数据进行处理、输出显示工作模式温度等信息、按键扫描及处理、定时时间累计及处理、模式切换控制、加热控制等几项内容。4.2子程序设计系统工作模式控制流程智能电饭煲有保温、煲汤、煮饭四种工作模式，每种模式分别对应不同的控制方法以及控制温度。如图4-2所示用软件实现对电饭煲工作模式的控制与自动切换。图4-2 系统工作模式控制

45、流程如图4-2所示，系统工作后电饭煲首先进入保温模式，之后每当MODEL按键按下一次，工作状态就会切换一次，状态的切换次序是“保温模式煲汤模式煮饭模式保温模式”。在保温模式下，电饭煲温度将会被控制在65摄氏度。当温度低于65摄氏度时，控制系统自动接通加热盘电路进行加热，当温度低于65摄氏度时，控制系统断开加热盘电路，停止加热，因此可将电饭煲锅内温度控制在65摄氏度。在煲汤模式下，当锅内温度高于98摄氏度时，控制系统自动断开加热盘电路，停止加热，之后自动转入保温工作模式。在煮饭模式下，锅内温度高于110摄氏度时，控制系统断开热盘电路停止加热，自动转入保温工作模式。 定时功能控制流程 本设计中智能

46、电饭煲控制系统支持用户预约定时，定时时间到后电饭煲自动进入用户预先设定的工作模式，进行煮饭、煲汤或者保温。定时时间可设定在0至12小时之间的任意数值。 软件实现该功能的流程如图4-3所示。系统运行后，若按下“SET”按键，系统即可进入预设定时时间状态，此时“时”位数值开始闪烁，表示“时”位数值处于可设定状态。此时按下“ADD”键，预定时间的小时数将累加1，若按下“DEC”键，预定时间的小时数减1。本控制系统支持最大定时12小时，当小时数超出12后会溢出为0。即置“时”位数值时，若当前示数为12，且按下“ADD”键，则小时数由12变为0时0分。小时数设定完成后，按下“OK”键，进入设定“分”状态

47、，同时“分”位数值开始闪烁。此时按下“ADD”键，预定时间的分钟数加1，若按下“DEC”键，则预定时间的分钟数减1。若当前的分钟数为59，且按下“ADD”键，则分钟数溢出为0，同时小时数加1；若当前分钟数为0，且按下“DEC”键，则分钟数溢出为59，同时小时数减少1。 分钟数设定完成后，再次按下“OK”键，系统则保存用户设定的定时时间并退出定时时间设定状态。 随后系统暂停所处的工作模式，进入倒计时程序。定时时间到，系统自动进入预定的工作模式，或煮饭或煲汤或保温。图4-3 定时功能控制流程 加热功能控制流程 智能电饭煲控制系统对电饭煲加热与否需要根据当前锅内温度以及所处的工作模式做出选择。其软件

48、控制流程如图4-4所示。 控制器先通过置于盖顶的温度传感器获得当前锅内温度，根据所处的工作模式，得到需要到达的目标温度。若当前锅内温度小于目标温度，则控制器接通加热盘加热，否则断开加热盘，停止加热。图4-4加热功能控制流程图4.3 本章小结本章主要是电饭煲的模糊智能控制系统的软件设计，单片机开始运行后首先进行控制系统的初始化操作。初始化操作包括对电饭煲初始工作状态、加热状态、以及LCD-1602的工作方式进行设置。随后进行系统控制设计，令电饭煲实现有保温、煲汤、煮饭和定时四种工作模式。第五章 智能电饭煲控制系统的仿真验证 PROTEUS是英国Labcenter Electronics公司研发的

49、多功能EDA软件。是目前最先进的单片机和嵌入式系统的设计与仿真平台。它真正实现了在计算机上完成从原理图与电路设计、电路分析与仿真、单片机代码调试与仿真、系统测试与功能验证到形成PCB的完成的电子设计、研发过程。在设计智能电饭煲控制系统过程中，利用PROTEUS仿真开发平台缩短了软、硬件开发时间，使设计变得更容易。一方面，在设计之初利用PROTEUS的仿真验证功能对系统的硬件原理图进行了仿真验证，调整了一些不足之处，使得硬件设计更加合理。另一方面，在软件设计过程中，根据仿真结果不断调整软件源程序，明显缩短了软件设计时间。此外，利用PROTEUS检验了设计效果，包括以下两点：(1)、对控制系统硬件

50、原理设计进行了仿真验证。包括对复位电路、时钟电路、按键输入电路、LED状态指示电路、LCD信息显示电路以及加热盘驱动电路的验证。(2)、对控制系统软件实现功能进行了验证。包括预约定时功能、自动保温功能、信息输出指示功能、状态指示功能等。仿真结果表明，智能电饭煲控制系统达到了预期的各种设计效果。图5-1 Proteus仿真整体效果图图5-2 保温工作模式图5-3 煲汤工作模式图5-4 煮饭工作模式图5-5 定时设置状态5.1 本章小结本章主要利用PROTEUS软件对前面设计的电饭煲的模糊智能控制系统电路图进行仿真验证，其中包括整体仿真效果、保温工作模式、煲汤工作模式、煮饭工作模式。定时设置状态的

51、仿真。结束语本课题设计了基于PROTEUS仿真的电饭煲的模糊智能控制系统。文章在第一章概述部分简述了有关智能电饭煲的背景知识和发展现状，同时说明了本课题设计的目的和意义。在第二章介绍了智能电饭煲的控制系统整体设计方案。在文章的第三章和第四章，分别详细介绍了智能电饭煲控制系统的硬件设计和软件设计。文章在最后在PROTEUS环境中对所设计的智能电饭煲控制系统进行了仿真验证。结果表明，智能电饭煲控制系统各个部分全部达到了预期的设计效果。 但本设计也存在不足之初，比如由于条件的限制，难以对设计加以实物验证，对设计效果的验证仅停留在通过实验来验证的方法上，用应到实际生产中可能会出现这样或那样的问题。致

52、谢经过了几个月的努力，现在终于完成了这个毕业设计。今天之所以能够顺利地按时完成和指导老师和同学的帮助是分不开的。 首先，要感谢感谢我的指导老师，他严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样；他循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪。篇幅所限，不便把各位恩师一一列举出来，表达我的感激之情，在此对电气其他专业老师一并表示感谢。各位老师鲜明地个性特点和人格魅力将是我回忆中的大学生涯重要的组成部分。 其次，感谢我的朋友们，从不同的地方来到这个陌生的城市里，是你们和我共同维系着彼此之间兄弟般的感情。 最后，感谢我的父母，焉得谖草，言树之背，养育之恩，无以回报，你们永远健康快乐是我最大的心

53、愿。 在这份毕业论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意！“不积跬步，无以至千里”，这次毕业论文能够最终顺利完成，归功于各位老师的认真负责，使我能够很好的掌握专业知识，并在毕业论文中得以体现。也正是你们长期不懈的支持和帮助才使得我的毕业论文最终顺利完成。 再次感谢在设计中帮助过我的那些老师和同学们！参考文献1郁有文.传感器原理及工程应用M.西安：西安电子科技大学出版社，2006.2松井邦彦.传感器实用电路设计与制作M.北京：科学出版社，2009.3谢自美.电子线路设计.实验.测试M.武汉：华中科技

54、大学出版，2010.4彭介华.电子技术课程设计指导M.北京：高等教育出版社，2008.5华成英，童诗白.模拟电子技术基础(第四版)M.北京：高等教育出版社，2006.6康华光.电子技术基础数字部分(第五版)M.北京：高等教育出版社，2010.7李群芳.单片微型计算机与接口技术(第二版)M.北京：电子工业出版社，2005.8蒋立培.单片危机系统使用教程M.北京：机械工业出版社，2004.9凌玉华.单片机原理及应用系统设计M.长沙：中南大学出版社，2006.10王琼.单片机原理及应用实践教程M.合肥：合肥工业大学出版社，2005.11刘丹.例说8051M.北京：人民邮电出版社，2011.12余永权

55、.单片机与家用电器智能化技术M.北京：电子工业出版社，1995.13李士勇.模糊控制神经控制和智能控制论M.黑龙江：哈尔滨工业大学出版社，199814周鲜成.模糊电饭煲的控制原理J.株洲工学院学报，2000, 14 (6) : 35-37.15李宇成，卢俊峰.电饭煲的模糊控制器J.北方工业大学学报，1998, 10 (3) : 85-90.16韩启纲，吴锡棋.计算机模糊控制技术与仪表装置M.北京:中国计量出版社，1999.17吴晓莉，林哲辉.MATLAB辅助模糊系统设计M.西安：西安电子科技大学出版社，2002.18常健生.检测与转换技术机械工业出版社M，北京：1999.19韩启纲，吴锡棋.计

56、算机模糊控制技术与仪表装置M.北京:中国计量出版社，1999. 20陈灿煌，陈周造.Delphi5彻底研究M.北京：中国铁道出版社，2001.21陈灿煌.Delphi6彻底研究M.河南：博硕文化股份有限公司出版社，2001.22张德江.智能控制技术现状与展望M.吉林：长春工业大学出版社, 200223 R. Babuska. Fuzzy and Neural Control Disc Course: Lecture NotesM. Delft, Netherlands: Delft Univ. Technol., 2001.24 N. J. Schouten, M. A. Salman, N. A. Kheir。Fuzzy-logic control for parallel hybrid vehiclesJ. IEEE Trans. Control Syst. Technol., 2002，10 (3): 460468.附 录附录1：智能电饭煲控制系统电路原理图附录2：智能电饭煲控制系统软件源程序清单CPU: