蒸饭柜系统设计电气自动化大学论文Word文档格式.docx
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指导教师：
评阅人：
论文（设计）提交日期：
年月日
论文（设计）答辩日期：
年月日
xx建筑职业技术学院
二〇一六年六月日
毕业设计成绩评定书
专业、班级电气13-2姓名xx日期
1、设计题目智能蒸饭柜系统设计
2、设计指导教师（签名）
3、设计评阅人（签名）评阅日期
4、评定意见及成绩
年月日
摘要
智能蒸饭柜控制系是以51系列单片机STC89C52作为控制芯片，根据温度传感器DS18B20测量温度，电容式传感器检测水位，通过软、硬件合理配合的设计，来实现对温度及水位的控制和监测。
同时可以实现定时、报警、显示等功能。
这个设计还特别加了按键修改定时时长的功能，给用户更好的使用效果和安全。
整个设计由供电部分、温度采集部分、水位监测部分、总控制部分、显示部分、声光报警等部分组成。
它具有使用方便、安全性能高、使用性强等优点，十分希望它可以在温控领域具有广阔的应用前景。
关键词：
STC89C52，DS18B20，电容传感器，220V大功率加热管
第1章绪论
1.1课题研究的目的和意义
1.1.1课题研究的目的
随着时代的变化微电子在人类文明中的地位日益继增，近些年里单片机的以方方面的优势迅猛发展，一个以微型计算机应用为主的新技术时代蓬勃兴起，单片机的使用已经覆盖了电力、冶金、化工、建材、机械、食品、石油等等行业。
在电力蒸饭柜中也逐渐的出现了单片机的影子。
过去的燃煤、天然气式锅炉不仅使用不便，而且消耗大，环境污染严重。
电蒸柜普遍使用于酒店，餐厅，工地，校园，工厂，部队等等大型厨房里。
电蒸柜不仅可以用于蒸米饭，馒头，包子等食物，热、而且还可以用于卫生领域的物品消毒。
电蒸柜因为其清外观简单易清洁，使用容易，节省能源，环保性强，蒸食效果好的优点在校园、工厂等大型厨房里迅速取代了落后的燃气、燃煤式锅炉。
本文根据任务要求，设计制作了一种以单片机为核心控制元件，能够完成自动控制电蒸柜高效率的加热过程的控制系统。
本系统使用方便，能够自由调控其加热时间，加热时间到自动停止加热并报警，能够极好的实现电蒸柜的自动控制。
1.1.2课题研究的意义
为了更好地研究和探讨基于单片机的电路设计知识，掌握基本电路的设计方法与技巧，课题选择“电子指南针的设计”。
虽然GPS在各方面有着广泛的应用，但由于其弊端显露，导致精度大大降低，甚至不能使用。
本设计正是为弥补这一不足，根据地磁场的工作原理及环境适应性好的特点来制作的。
它可以对GPS信号进行有效补偿，保证导航定位信息绝对有效。
同时，通过自己动手设计课题能提高我们应对由理论转换到实践的能力。
从中我们能深入了解各种元器件的基本功能，快速地查找出电路故障，积累更多的经验；
还能拓宽我们的知识面，激发我们各方面的创新潜能。
1.2国内的研究现状及发展趋势
1.2.1国内的研究现状
在1965年,基于地磁异常场等值线匹配的MAGCOM系统在美国的E2systems公司被提出。
1980年,瑞典的Lund学院对船只的地磁导航进行了实验验证,通过算出两个磁传感器之间输出时间的不同,确定船只的速度。
美国目前已使用地磁导航定位系统来提高飞航导弹和巡航鱼雷命中率，而且开始利用地磁信息做导弹试验的研究,并利用飞机在高空进行地磁数据测量。
与此同时，美国航空航天局和有关大学对水下地磁导航进行了研究，并在地面进行了大量的试验。
虽然国内对地磁导航的研究还不够成熟，但也在仿真和预研阶段有了很大的进步。
航天科工集团三院的李素敏等人运用平均绝对差法算出分辨率能达到50米的地磁强度数据；
西北工业大学的晏登洋等人利用仿真实验较高精度地研究地磁导航校正惯性导航。
1.2.2发展趋势
由于GPS容易受到其它信号、波形干扰，且在偏僻、遮挡地方传输不能很好的回馈到卫星中，会导致导航准确性在某些地区较差，这正是本设计的需要所在。
它能测出在任何地方的方向，具有很好的前景。
电子指南针可用于汽车导航和精确定位，因为电子指南针的工作原理是在地球的任何地方，磁场的水平分量总是指向磁北极。
未来电子指南针的发展的方向有：
（1）电子指南导航系统科技含量更高。
（2）与先进的导航技术相结合，使导航更稳定、精确、实用。
（3）使其应用的行业更广泛，加快电子产品的研究与开发。
1.3本课题研究的内容
本课题主要研究以单片机为核心设计的电子指南针系统。
其中包含了各模块的选型，产品的工作原理，单片机软件的编程，硬件电路的设计等。
设计是利用传感器来完成方向的检测，经过单片机信号处理转换为液晶显示数据，液晶显示屏上的显示结果是以水平方向为基准的角度偏移量和方向的英文显示，而语音播报功能是利用语音芯片来实现的，从而可以为大家的导航提供更便捷的服务。
第2章总体方案设计与分析
提前做好了解与分析，能够更加清晰的认识电子指南针设计系统，更能有利于自己以后设计东西及更加高效地完成任务，使得工作生活能更有条理。
本设计主要的两部分是硬件部分和软件部分。
2.1系统原理框图
指南针控制系统主要由信号采集电路、最小系统电路、按键电路、语音播报电路几部分构成。
其总体方案框图如下图：
图2-1系统原理框图
如图2-1所示，通电由传感器接收到信号，经过单片机进行数据处理和算法补偿后再转换成液晶显示数据由液晶显示屏显示。
2.2方案选择
2.2.1单片机的选择
单片机是单片微型计算机的简称，是指集成在一个芯片上包含CPU、存储器、基本输入/输出接口电路、定时/计数器和中断系统等功能部件的微型计算机。
本设计的内部计算量较大，需要对单片机进行选择。
方案一：
MSP430系列单片机
（1）16位单片机
（2）精简指令集结构
（3）丰富的寻址方式（4）可以为多个操作寄存器和片内数据存储器进行高速处理
方案二：
AVR系列单片机
（1）8位单片机
（2）运行速度快
（3）不需要外接驱动电路（4）内置FLASH、EEPROM可以反复多次烧
（5）程序使用汇编语言编写难度大（6）指令系统复杂
方案三：
51系列单片机
（1）精简、成本低
（2）结构完善、性能优越
（3）性价比高，开发环境要求低（4）可以直接对位操作
（5）完全兼容软件调试环境（6）方便观察变量
综上考虑，51系列单片机成本最低，容易使用，足够实现本设计，况且可以使用C语言编写，不必选择复杂的价格贵的作为控制模块。
所以选择单片机中最常用的STC89C52。
2.2.2传感器的选择
传感器的选择很重要，因为它是本设计信号采集部分的关键。
有三个可供选择项：
选择一：
KMZ52感应磁场传感器
（1）高灵敏度磁阻传感器
（2）灵敏度不受地域限制（3）变化曲线更加线性化
选择二：
HMC1052两轴磁传感器
（1）双轴线性磁传感器
（2）尺寸小、工作电压低（3）不能使用偏置带
选择三：
HMC5883L霍尼韦尔传感器
（1）成本低
（2）精度高（3）抗噪声好，温度稳定性好（4）可靠性强、响应速度快
综合考虑，HMC5883L三轴磁阻传感器内含ASIC封装，显得更为优越，况且它也是灵敏度最高，可靠性最好的。
在这里，我选择霍尼韦尔传感器。
2.3产品工作原理
地球磁场无论在地球哪个地方都是指向北极。
本设计所用的的磁阻传感器就是利用这个原理应用到载体上来实现功能的。
如图2-2所示：
图2-2地球磁场分布图
整个设计利用HMC5883L霍尼韦尔磁阻传感器感受物理信息，将物理信号转换为电信号，再将电信号输送到单片机控制系统中，由单片机内部处理转换数据。
所处方向的偏差是通过磁场变化来测量的，从而实现对方向判别的功能。
接着单片机处理信息功能经过分析经LCD1602显示屏显示。
中间加了语音播报按键和复位按键，可以避免单片机锁死状态的出现，更能清晰听到语音的提示，从而准确判定方向。
第3章硬件电路的设计
3.1单片机最小系统设计
3.1.1单片机时钟电路设计
图3-1单片机晶振电路图
（1）如图3-1所示，晶体振荡电路可以产生振荡电流，把时钟信号传给单片机。
（2）图中，XTAL1、XTAL2为时钟引脚输入端、输出端。
（3）图中选用11.0592MHZ的晶振只是为了得到精确的通信波特率,让串口通信的可靠性更高。
3.1.2单片机复位电路设计
图3-2复位电路
如图3-2复位电路所示，RST为控制引脚，还具有复位功能。
复位电路是单片机初始化部分，同时也避免程序出故障使得单片机处于锁死状态。
3.2电源指示电路设计
图3-3电源指示电路
如图3-3所示，VCC为电源引脚。
本次设计采用干电池供电，在此不需要添加电源电路，只需要电源指示电路来判别是否通电。
3.3信号采集电路设计
图3-4信号采集电路
图中，U2为磁阻传感器，采集部分正是靠它来获取物理信息。
SDA是双向数据线，SCL是时钟线。
SDA在SCL高电平期间由高电平跳变为低电平，SDA在SCL高电平期间由低电平跳变为高电平
3.4显示部分电路设计
图3-5显示部分电路
如图3-5所示，1602采用16脚接口，可以显示两行，每行16个字符液晶模块。
关于LCD1602可大致分为几点；
（1）管脚
1）VSS为电源地2）VDD接电源正极
3）VL为液晶显示偏压信号4）RS为寄存器选择
5）R/W为读写信号线6）E为使能端
7）D0-D7为8位双向数据端8）BLA为背光源正极
9）BLK为背光源负极
（2）操作时序关系表
表3.1操作时序关系表
RS
R/W
操作说明
写入指令码D0-D7
1
读出输出的D0-D7状态字
写入数据D0-D7
从D0-D7读取数据
如表3.1所示：
当读取状态字时，应注意D7位。
若D7=1，表示禁止读写操作；
若D7=0，表示可以进行读写操作。
所以先进行读写检测才可以对控制器进行读写操作。
（3）指令集
LCD-1602初始化指令小结：
表3.2初始化指令关系表
0X38
设置16*2显示，5*7点阵，8位数据接口
0x01
清屏
0X0F
开显示，显示光标，光标闪烁
0x08
只开显示
0x0e
开显示，显示光标，光标不闪烁
0x0c
开显示，不显示光标
0x06
地址加1，当写入数据的时候光标右移
0x02
地址计数器AC=0；
光标归远点
0x18
光标和显示一起向左移动
从表3.2中，能清晰看到各指令关系。
（4）显示地址
地址和屏幕的对应关系如下图：
图3-6地址和屏幕对应关系
（5）读写时序
基本操作时序：
1）读状态输入：
RW=H，E=H，RS=L；
读状态输出：
DB0～DB7=状态字。
2）写指令输入：
RW=L，RS=L，E=下降沿脉冲，DB0～DB7=指令码；
写指令输出：
无。
3）读数据输入：
RW=H，E=H，RS=H；
读数据输出：
DB0～DB7=数据。
4）写数据输入：
RW=L，RS=H，E=下降沿脉冲，DB0～DB7=数据；
写数据输出：
3.5语音播报电路设计
图3-7语音播报电路
如图3-7所示，此电路主要用来完成对语音播放的控制，它的主导是ISD1420芯片，特点如下：
（1）外部元件最少
（2）使用方便
（3）声音更
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