智能定時遙控多功能豆?jié){機的系統(tǒng)設計
系統(tǒng)硬件設計
本系統(tǒng)由主機和遙控兩個部分組成。
1. 主機硬件設計
主機部分由穩(wěn)壓電源、HT46R65單片機、鍵盤輸入電路、顯示電路、缺水檢測電路、自動加水電路、電機控制電路、加熱控制電路、小功率加熱電路、測溢出檢測電路(沸騰檢測電路)、82度檢測電路、紅外接收電路、報警指示電路等組成。主機的硬件框圖如圖1所示。
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| 圖1：智能定時遙控多功能豆?jié){機的主機硬件框圖。 |
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。
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| 圖2：穩(wěn)壓電源電路。 |
盛群半導體公司生產(chǎn)的A/D+LCD型8位HT46R65單片機是一種高效、高性能的RISC結(jié)構單片機。除了具有暫停、喚醒功能、集成定時器功能、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，這些特性同時也保證了在實際應用時僅需極少的外部器件，從而降低了整個產(chǎn)品的成本。在主機中選用HT46R65單片機是因為它具有蜂鳴器及看門狗功能，更重要的是預分頻器(Prescaler)可以實現(xiàn)1到128的分頻，此外，還有內(nèi)部LCD信號產(chǎn)生電路及多種掩膜選項，可自動產(chǎn)生時間與增益可變的信號直接驅(qū)動LCD，與用戶接口的連接也十分簡單。
鍵盤輸入電路由四個按鍵組成，分別是定時、小時和分鐘加、小時和分鐘減、全自動工作；最大定時時間為24小時，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，使用起來非常方便，編程也很簡單。本系統(tǒng)中定制的LCD液晶顯示屏用4位顯示定時的小時和分鐘。液晶屏有12個引腳，各引腳如表1所示。
這個液晶屏的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;i<8;i++)
{ _iar1=0x0f;
_mp1++;}
}
缺水檢測電路(圖3a)主要是用來檢測是否缺水，防止干燒，如果檢測到缺水則可以自動加水。不缺水時PA6輸入為低電平，缺水的時候為高電平。水位情況檢測反饋路徑為：加熱管外殼(接線路板地)→水→電極→R22→PA6，當容器內(nèi)無水或水量低于水位線，即水浸不到電極時，PA6為高電平，然后自動加水；當容器內(nèi)水量達到水位線時(即水量浸到電極時)，PA6為低電平，PA2輸出高電平，Q2飽和導通，繼電器K2吸合，加熱管正常加熱。
溢出檢測電路(圖3b)主要是用來防止?jié){沫溢出。漿溢情況檢測反饋路徑為：加熱管外殼(接線路板地)→豆?jié){及漿沫→防溢電極→R23→PA7，當豆?jié){沸騰泡沫向上溢時，防溢檢測電極接觸到泡沫漿液，使PA7由高電平變?yōu)榈碗娖剑琍A2輸出低電平，Q2截止，繼電器K2不吸合，加熱管停止加熱。當泡沫下落后，PA7變?yōu)楦唠娖?，PA2輸出高電平，Q2飽和導通，繼電器K2吸合，加熱管正常加熱，不斷反復進行防溢延煮。
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| 圖3：(a) 缺水檢測電路；(b) 溢出檢測電路；(c) 82度檢測電路。 |
82度檢測電路(圖3c)是通過一個比較器電路來實現(xiàn)的。比較器電路由雙運放LM358和電阻、電容、穩(wěn)壓管組成，LM358采用12V供電，當LM358的負輸入端電壓高于正輸入端電壓時，輸出為低電平，穩(wěn)壓管ZD1截止，PD1輸入為低電平；當LM358的負輸入端電壓低于正輸入端電壓時，輸出為10~11V的電壓，此時穩(wěn)壓管ZD1導通，PD1輸入為高電平(4.3V)。
負端輸入電壓隨熱敏電阻R26阻值的變化而變化。負溫度系數(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為絕對溫度，B值是一個表征NTC的電阻值與絕對溫度的關系的常數(shù)。熱敏電阻的B值并非是恒定的，其大小因材料構成而異，最大甚至可達5K/°C，因此在較大的溫度范圍內(nèi)應用式1時，將會與實測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：25°C時的阻值為22K，B值為4200，代入式1可以求得R1為2.2K時的溫度為82°C。當溫度小于82°C時，熱敏電阻的阻值大于2.2K，此時負端輸入電壓低于正端輸入電壓，輸出為高電平，當溫度高于82°C時，熱敏電阻的阻值小于2.2K，此時負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。接收器對外只有3個引腳：Out、Gnd、Vcc與單片機接口非常方便。
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| 圖4：紅外接收電路。 |
1：脈沖信號輸出口，直接接單片機的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. 遙控器硬件設計
遙控器部分包括電源(由電池供電)、時鐘電路、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個按鍵組成，其中0~9十個數(shù)字和定時鍵用來設定豆?jié){機的定時時間。AUTO、HEAT、MILL、WATER按鍵可以對豆?jié){機進行單獨操作，分別實現(xiàn)全自動工作、加熱、粉碎、自動加水功能。Enter、Up、Down、Right、Left等五個按鍵用來設定時鐘的時間。
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，從而達到數(shù)字信號傳輸?shù)墓δ堋?
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| 圖5：紅外發(fā)射電路。 |
在本系統(tǒng)中，用HT48R70A實現(xiàn)IR的發(fā)射，用HT46R56實現(xiàn)IR的接收，其編碼方式為：1位啟始信號+8位數(shù)據(jù)信號，數(shù)據(jù)傳送協(xié)議和時序圖如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128×64點陣型液晶顯示模塊，可顯示各種字符及圖形，可與CPU直接連接，具有八位標準數(shù)據(jù)總線、6條控制線及電源線，采用KS0108控制IC。
時鐘芯片采用DALLAS公司推出的涓流充電時鐘芯片，內(nèi)含一個實時時鐘/日歷和31字節(jié)靜態(tài)RAM，實時時鐘/日歷電路提供秒、分、時、日、月、年、星期信息，每月的天數(shù)和閏年的天數(shù)可以自動調(diào)整。
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| 圖6：數(shù)據(jù)傳送協(xié)議和時序。 |
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，且價格也很便宜。
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| 圖7：主機主要程序流程圖。 |
系統(tǒng)軟件設計
系統(tǒng)軟件設計包括主機軟件部分和遙控器軟件部分。主機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。
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| 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，試驗結(jié)果表明，該系統(tǒng)能穩(wěn)定、可靠的完成全自動工作、單獨打漿、單獨加熱、單獨粉碎、自動加水等各種功能。并有使用方便的優(yōu)點。
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