智能定時(shí)遙控多功能豆?jié){機(jī)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)由主機(jī)和遙控兩個(gè)部分組成。

1. 主機(jī)硬件設(shè)計(jì)

主機(jī)部分由穩(wěn)壓電源、HT46R65單片機(jī)、鍵盤輸入電路、顯示電路、缺水檢測(cè)電路、自動(dòng)加水電路、電機(jī)控制電路、加熱控制電路、小功率加熱電路、測(cè)溢出檢測(cè)電路(沸騰檢測(cè)電路)、82度檢測(cè)電路、紅外接收電路、報(bào)警指示電路等組成。主機(jī)的硬件框圖如圖1所示。

圖1：智能定時(shí)遙控多功能豆?jié){機(jī)的主機(jī)硬件框圖。

穩(wěn)壓電源電路主要由降壓變壓器T1、整流橋D1、濾波電容C2、C3、C4、C5以及+5V三端穩(wěn)壓塊7805組成。穩(wěn)壓電源電路將220V電源轉(zhuǎn)變成繼電器控制電源12V和系統(tǒng)5V供電，原理圖如圖2所示。

圖2：穩(wěn)壓電源電路。

盛群半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的A/D+LCD型8位HT46R65單片機(jī)是一種高效、高性能的RISC結(jié)構(gòu)單片機(jī)。除了具有暫停、喚醒功能、集成定時(shí)器功能、振蕩器選擇和可編程分頻器等特性以外，HT46R65還具有脈寬調(diào)制輸出，增加了使用靈活性，這些特性同時(shí)也保證了在實(shí)際應(yīng)用時(shí)僅需極少的外部器件，從而降低了整個(gè)產(chǎn)品的成本。在主機(jī)中選用HT46R65單片機(jī)是因?yàn)樗哂蟹澍Q器及看門狗功能，更重要的是預(yù)分頻器(Prescaler)可以實(shí)現(xiàn)1到128的分頻，此外，還有內(nèi)部LCD信號(hào)產(chǎn)生電路及多種掩膜選項(xiàng)，可自動(dòng)產(chǎn)生時(shí)間與增益可變的信號(hào)直接驅(qū)動(dòng)LCD，與用戶接口的連接也十分簡(jiǎn)單。

鍵盤輸入電路由四個(gè)按鍵組成，分別是定時(shí)、小時(shí)和分鐘加、小時(shí)和分鐘減、全自動(dòng)工作；最大定時(shí)時(shí)間為24小時(shí)，已經(jīng)足夠滿足要求。

顯示電路中的LCD是專門定制的，可以直接與HT46R65的SEGMENT和COM口相連，并可以直接驅(qū)動(dòng)，使用起來非常方便，編程也很簡(jiǎn)單。本系統(tǒng)中定制的LCD液晶顯示屏用4位顯示定時(shí)的小時(shí)和分鐘。液晶屏有12個(gè)引腳，各引腳如表1所示。

這個(gè)液晶屏的5到12引腳連接的是SEG16到SEG23，1到4引腳連接的是COM0到COM4，數(shù)據(jù)讀取或?qū)懭氲刂贩秶鸀?0H到57H，具體編程方法非常簡(jiǎn)單，如果將顯示初始化為0000，程序如下：

void lcd_init()

{ unsigned int i;

_bp=0x01;

_mp1=0x50;

for(i=0;i8;i++)

{ _iar1=0x0f;

_mp1++;}

}

缺水檢測(cè)電路(圖3a)主要是用來檢測(cè)是否缺水，防止干燒，如果檢測(cè)到缺水則可以自動(dòng)加水。不缺水時(shí)PA6輸入為低電平，缺水的時(shí)候?yàn)楦唠娖?。水位情況檢測(cè)反饋路徑為：加熱管外殼(接線路板地)→水→電極→R22→PA6，當(dāng)容器內(nèi)無水或水量低于水位線，即水浸不到電極時(shí)，PA6為高電平，然后自動(dòng)加水；當(dāng)容器內(nèi)水量達(dá)到水位線時(shí)(即水量浸到電極時(shí))，PA6為低電平，PA2輸出高電平，Q2飽和導(dǎo)通，繼電器K2吸合，加熱管正常加熱。

溢出檢測(cè)電路(圖3b)主要是用來防止?jié){沫溢出。漿溢情況檢測(cè)反饋路徑為：加熱管外殼(接線路板地)→豆?jié){及漿沫→防溢電極→R23→PA7，當(dāng)豆?jié){沸騰泡沫向上溢時(shí)，防溢檢測(cè)電極接觸到泡沫漿液，使PA7由高電平變?yōu)榈碗娖?，PA2輸出低電平，Q2截止，繼電器K2不吸合，加熱管停止加熱。當(dāng)泡沫下落后，PA7變?yōu)楦唠娖?，PA2輸出高電平，Q2飽和導(dǎo)通，繼電器K2吸合，加熱管正常加熱，不斷反復(fù)進(jìn)行防溢延煮。

圖3：(a) 缺水檢測(cè)電路；(b) 溢出檢測(cè)電路；(c) 82度檢測(cè)電路。

82度檢測(cè)電路(圖3c)是通過一個(gè)比較器電路來實(shí)現(xiàn)的。比較器電路由雙運(yùn)放LM358和電阻、電容、穩(wěn)壓管組成，LM358采用12V供電，當(dāng)LM358的負(fù)輸入端電壓高于正輸入端電壓時(shí)，輸出為低電平，穩(wěn)壓管ZD1截止，PD1輸入為低電平；當(dāng)LM358的負(fù)輸入端電壓低于正輸入端電壓時(shí)，輸出為10~11V的電壓，此時(shí)穩(wěn)壓管ZD1導(dǎo)通，PD1輸入為高電平(4.3V)。

負(fù)端輸入電壓隨熱敏電阻R26阻值的變化而變化。負(fù)溫度系數(shù)(NTC)熱敏電阻R26是采用單一高純度材料、具有接近理論密度結(jié)構(gòu)的高性能陶瓷，它最基本的性質(zhì)就是電阻值隨溫度上升而下降。電阻變化與溫度變化的具體關(guān)系如式1所示：R1=R0*exp[B*(1/T1-1/T0)]。

其中，R0和R1為電阻值，T0和T1為絕對(duì)溫度，B值是一個(gè)表征NTC的電阻值與絕對(duì)溫度的關(guān)系的常數(shù)。熱敏電阻的B值并非是恒定的，其大小因材料構(gòu)成而異，最大甚至可達(dá)5K/C，因此在較大的溫度范圍內(nèi)應(yīng)用式1時(shí)，將會(huì)與實(shí)測(cè)值之間存在一定誤差。本系統(tǒng)中使用的NTC熱敏電阻的參數(shù)為：25C時(shí)的阻值為22K，B值為4200，代入式1可以求得R1為2.2K時(shí)的溫度為82C。當(dāng)溫度小于82C時(shí)，熱敏電阻的阻值大于2.2K，此時(shí)負(fù)端輸入電壓低于正端輸入電壓，輸出為高電平，當(dāng)溫度高于82C時(shí)，熱敏電阻的阻值小于2.2K，此時(shí)負(fù)端輸入電壓高于正端輸入電壓，輸出為低電平，停止加熱，開始打漿。

紅外接收電路(圖4)可使用一種集成了紅外接收和放大的一體化紅外線接收器，該器件無需任何其它外接元件就能完成從紅外線接收到輸出TTL電平信號(hào)兼容的所有工作，而體積僅與普通塑封三極管一樣大，適合于各種紅外線遙控和紅外線數(shù)據(jù)傳輸。接收器對(duì)外只有3個(gè)引腳：Out、Gnd、Vcc與單片機(jī)接口非常方便。

圖4：紅外接收電路。

1：脈沖信號(hào)輸出口，直接接單片機(jī)的I/O口，即接PD5引腳；

2：Gnd接主控器的地線；

3：Vcc接主控器的電源正極(+5V)；

2. 遙控器硬件設(shè)計(jì)

遙控器部分包括電源(由電池供電)、時(shí)鐘電路、溫度傳感器、鍵盤輸入電路、顯示電路、紅外發(fā)射電路等。遙控器由三節(jié)電池(4.5V)供電。

鍵盤輸入電路由21個(gè)按鍵組成，其中0~9十個(gè)數(shù)字和定時(shí)鍵用來設(shè)定豆?jié){機(jī)的定時(shí)時(shí)間。AUTO、HEAT、MILL、WATER按鍵可以對(duì)豆?jié){機(jī)進(jìn)行單獨(dú)操作，分別實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)工作、加熱、粉碎、自動(dòng)加水功能。Enter、Up、Down、Right、Left等五個(gè)按鍵用來設(shè)定時(shí)鐘的時(shí)間。

紅外發(fā)射電路如圖5所示，發(fā)射電路連接的是PC7引腳，載波頻率為40kHz，通過編程使PC7口產(chǎn)生一個(gè)周期性的紅外載波輸出，根據(jù)不同的編碼規(guī)則，可以更改輸出周期，從而達(dá)到數(shù)字信號(hào)傳輸?shù)墓δ堋?

圖5：紅外發(fā)射電路。

在本系統(tǒng)中，用HT48R70A實(shí)現(xiàn)IR的發(fā)射，用HT46R56實(shí)現(xiàn)IR的接收，其編碼方式為：1位啟始信號(hào)+8位數(shù)據(jù)信號(hào)，數(shù)據(jù)傳送協(xié)議和時(shí)序圖如6所示。

液晶模塊采用的是金鵬電子公司的OCM12864-5系列，這是一款12864點(diǎn)陣型液晶顯示模塊，可顯示各種字符及圖形，可與CPU直接連接，具有八位標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)總線、6條控制線及電源線，采用KS0108控制IC。

時(shí)鐘芯片采用DALLAS公司推出的涓流充電時(shí)鐘芯片，內(nèi)含一個(gè)實(shí)時(shí)時(shí)鐘/日歷和31字節(jié)靜態(tài)RAM，實(shí)時(shí)時(shí)鐘/日歷電路提供秒、分、時(shí)、日、月、年、星期信息，每月的天數(shù)和閏年的天數(shù)可以自動(dòng)調(diào)整。

圖6：數(shù)據(jù)傳送協(xié)議和時(shí)序。

溫度傳感器采用DALLAS公司的數(shù)字溫度傳感器18B20，可提供9位到12位(二進(jìn)制)溫度讀數(shù)，指示器件的溫度，CPU通過一條連線與18B20通信，可以顯示從-55度到+125度的溫度范圍，使用起來非常方便，且價(jià)格也很便宜。

圖7：主機(jī)主要程序流程圖。

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)包括主機(jī)軟件部分和遙控器軟件部分。主機(jī)主要程序流程圖如圖7所示，遙控器主要程序流程圖如圖8所示。

圖8：遙控器主要程序流程圖。

本文小結(jié)

本系統(tǒng)的樣品已經(jīng)完成，試驗(yàn)結(jié)果表明，該系統(tǒng)能穩(wěn)定、可靠的完成全自動(dòng)工作、單獨(dú)打漿、單獨(dú)加熱、單獨(dú)粉碎、自動(dòng)加水等各種功能。并有使用方便的優(yōu)點(diǎn)。