技术方案设计说明书模板.docx

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技术方案设计说明书

题目:

XXXXXXXXX

电饭煲的设计

1.1硬件模块

硬件的整体框架包括MCU、电源、温度传感器、LCD显示、EEPROM、RTC、加热盘以及按键。

如图2-1所示。

按键

温度传感器

DS18B20

EEPROM

LCD显示

加热盘

RTC

电源

蜂鸣器

MCU

电源模块

电源分为为加热盘模块提供电的220V电源,和为温度传感器模块、按键模块、显示模块和EEPROM模块等提供电的5V电源。

按键模块

按键采用独立式按键接口,分为6个按键,分别对应确认、取消、预约、功能、时间加、时间减的功能。

显示模块

采用LCD1602实现时间显示,功能选择,是此电饭煲的人机对话界面。

温度传感器模块

利用温度传感器DS18B20来检测温度的变化从而使单片机进行模糊控制。

加热盘模块

与220V市电直接相连,分为主、副加热盘,而且分别对其采用继电器和可控硅来控制功率。

时钟模块

提供单片机的工作时序,控制炊煮时间和预约功能的实现。

EEPROM模块

利用EEPROMAT24C16扩展实现对系统断电后的数据存储。

蜂鸣器模块

炊煮结束后能提供音乐和灯光提示。

1.2软件模块

温度采集模块

为采集子程序和控制子程序,前者涉及定时器的定时、温度对照等环节。

后者是当温度采集值与设定值产生偏差时需要对加热盘功率进行控制。

时钟模块

利用单片机内部定时器0作为时钟定时,按键方式1,每隔100ms溢出中断一次。

其它程序模块

蜂鸣器程序主要功能是判断煮饭过程是否结束,如结束,则发出声音来提醒使用者煮饭过程已结束,同时小灯点亮进入保温状态。

EEPROM存储程序作用是当接收到中断信号后立即把单片机所执行的所有数据存入存储器内。

1.3电路图

电源电路

该单元为本系统的其它电路提供工作所需要的电源。

如图3-2,它由变压器降压后得到20V的交流电压经过全波整流电路和滤波电路变成15V左右的直流电压,再经过三固定输出电压的集成稳压电路的稳压输出5V的稳恒直流电源,为单片机及其周围电路提供工作需要的电源。

保护电路

压敏电阻和PCB电流熔断丝（长约ｌ5mm很细的PCB铜箔）共同组成了保护电路。

当有异常高电压输入时,压敏电阻瞬间短路,这样电源、压敏电阻和PCB电流熔断丝（PARTTERN--FUSE）构成的回路电流瞬间增大,当电流尖峰值瞬间超过PCB电流熔断丝的电流容量,PCB电流熔断丝立即熔断,从而保护了后面电路元件的安全。

电容C1又称安规电容或者静噪电容,一方面能够抑制电网向电源电路传导的骚扰,另一方面也降低了自身电路向电网传导的骚扰。

加热盘电路

所示是加热盘电路,主加热器是电饭煲的基本加热单元,是实现各种加热功能的基础,采用盘状的外观因此也被称为加热盘。

加热盘与电饭煲的内胆（内锅）底部紧密接触以便更高的利用加热所产生的热能,其中继电器功能是在其选定工作模式或冷饭再加热时控制其加热功率,单片机经过P2.1口对继电器进行控制。

副加热盘电热丝的加热功率由双向可控硅控制,单片机经过引脚P2.2口给可控硅发信号,控制可控硅的导通角,从而控制电热丝的有效加热功率。

其中串联在继电器回路的熔点为160℃的热保险丝,当温度达到160℃时,热保险丝会熔断,防止加热盘干烧。

时钟电路

时钟电路采用的是系统振荡为外部RC振荡方式,单片机内有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器,引脚XTAL1和TXAL2分别是次放大器的输入端和输出端,把这两个引脚与作为反馈元件的晶体谐振器连接。

一般采用12MHZ的石英晶体和30PF的电容作为系统时钟,以减少寄生电容,更好保证振荡器的稳定性。

复位电路设计

系统要能长时间可靠工作就离不开复位电路,复位电路可在单片机运行出错或进入死循环时,经过复位使系统重新运行。

对于51单片机而言,只要REST端保持二个机器周期（24个时钟振荡周期）的高电平即可硬件复位。

考虑到从电源接通到电源电压稳定需要一定的时间,故RC复位时间一般均应大于10ms,图示复位电路是广泛应用的上电复位电路,典型取值为R=1kC=22PF。

EEPROM扩展电路

采用AT24C16的EEPROM扩展,用8052的P2口模拟I2C总线与EEPROM通信连接电路图,由于AT24C16是漏极开路,图中R1,R2为上拉电阻（10K）,A0~A2和VCC地址引脚均接地。

串行时钟SCC接P2.4串行数据,地址线SDA接P2.3引脚。

AT24C16的特性有:

单电源供电,工作电压范围宽（1.8~5.5V）,低功耗CMOS技术100KHZ（2.5V）和400KHZ（5V）兼容,自定时写周期（包含自动擦除）、页面写周期的典型值为2ns,具有硬件保护。

显示电路

显示器件采用LCD1602液晶显示器,是当前最常见的显示器件,其显示容量为16×2个字符,尺度为2.95×4.35mm,适合电饭煲时间和功能的字符显示,如图3-8,前三个引脚分别为电源地、电源正极和液晶显示偏压。

RS和R/W为数据/命令选择和读/写选择,引脚15和16分别是背光源正、负极。

单片机P0口用于对LCD的数据传输,P2.5～P2.7都是作为控制端对LCD输入读/写数据信号,选择数据寄存器或指令寄存器,以及是否进行显示。

蜂鸣器电路设计

蜂鸣器电路要求在炊煮结束时”奏出”出悦耳的提示音给使用者。

选择PFD驱动蜂鸣器,而且只用P2.2一个引脚就能够了,这样能够节省一个I/O引脚,同时PFD输出的信号频率能够采用一个内部定时计数器控制。

键盘接口电路设计

独立式键盘是直接用I/O口构成的单个按键电路,每根I/O口线上按键的工作状态不会影响其它I/O口的工作状态,该电路属于查询方式电路,当按键没有按下时,CPU对应的I/O口由于有上拉电阻,其输入为高电平;当某按键按下后,对应I/O口变低电平,同时在VCC=5V的情况下,I/O输出灌电流在5mA左右。

温度传感器电路

温度传感器DS18B20采用数据线供电方式,其工作电压范围在3～5.5V,温度测量范围在-55℃～125℃精度为±2℃,在-10℃～85℃范围内,其精度为±0.5℃,可编程为9～12位A/D转换精度。

测温分辨率可达0.0625摄氏度,为了保证DS18B20温度变换的精确性,当温度转换时,数据线必须提供足够功率,此时必须提供一个强上拉。

该电路一般要求外接一个4.7K的上拉电阻至电源。