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基于单片机的自动煎蛋器*
吕欣媛,刘博韬,黄 羽,王 琦
（山西大学自动化系,山西 太原 030006）
摘 要：针对市面现有的厨具不能实现煎蛋过程全自动控制的问题,设计基于单片机的具有熟度控制功能的自动煎蛋器,以80C51单片机作为主控芯片,以温湿度传感器及蜂鸣器等为辅助装置,通过湿度、温度闭环控制,实现煎蛋过程的自动控制,指出该自动煎蛋装置可以将用户从煎蛋烹饪中解放出来,还用户更多的晨间时间.
关键词：自动控制；自动煎蛋；单片机；80C51；温湿度传感器；DHT90
中图分类号：TP29；TP368.11；TP212.1+1文献标志码：ADOI：10.3969/j.issn.1674-9146.2017.05.075
煎蛋是人们青睐的营养早餐,市面现有的厨具尚不能实现煎蛋过程的全自动控制.自动煎蛋装置可以将用户从煎蛋烹饪中解放出来,还用户更多的晨间时间.该课题旨在设计一款具有熟度控制功能的自动煎蛋器,以80C51单片机作为主控芯片,通过湿度、温度闭环控制,实现煎蛋过程的全自动 控制.
1 系统组成与方案设计
该系统由软件和硬件两部分组成.硬件包括核心控制器80C51单片机、DHT90温湿度传感器、电源控制继电器、键盘电路以及报警电路等.图1为电路原理图.用户通过键盘电路选择所需煎蛋熟度.根据DHT90测得的锅体温湿度,80C51单片机完成数据处理和控制信号的输出,从而调节加热器的加热工作.用断电降温和通电加热方式,控制煎蛋过程中总的温度与湿度恒定,保证煎蛋过程中的温度与湿度以及煎好鸡蛋的熟度满足要求.系统设计了温湿度超限的报警功能.软件部分依据上述煎蛋控制编写.
2 硬件设计
2.1 80C51单片机
图2为80C51单片机结构示意图.80C51单片机共40个引脚,可分为电源、时钟、控制线和I/O引脚4类,其中VCC接+5 V直流电源；XTAL1接晶体振荡电路反相输入端,XTAL2接晶体振荡电路反相输出端；4根控制线分别连接：地址锁存允许/片内EPROM编程脉冲（ALE/PROG）、外部存储器ROM读选通信号（PSEN）、复位/备用电源（RST/VPD）、内外ROM选择/片内EPROM编程电源（EA/VPP）；4个8位并行I/O端口分别为P0,P1,P2,P3口[1-2].
80C51单片机有21个特殊功能寄存器,软件开发过程中用到的寄存器主要有：中断使能寄存器、中断优先级寄存器、电源控制寄存器（Power Control Register,PCON）、定时器模式控制寄存器（Timer Mode Control Register,TMOD）[3].
1）中断使能寄存器.表1为中断使能寄存器结构与功能.
2）中断优先级寄存器.表2为中断优先级寄存器结构与功能.
3）电源控制寄存器（不可位寻址）.表3为电源控制寄存器（不可位寻址）结构与功能.
80C51单片机的CHMOS版本可通过软件设置空闲模式和低功耗模式两种节电方式.定时器和串行口都停止工作时,仍将保存随机存取存储器（Random Access Memory,RAM）中的数据,退出低功耗模式只有上电或复位两种方式.
OD位可控制串行通信的波特率,可使定时器1的溢出率或晶振频率产生的波特率翻倍、置位.OD可翻倍工作于方式1,2,3的定时器产生的波特率；当使用定时器2产生波特率时,OD将不影响波特率.
4）定时器模式控制寄存器（不可位寻址）.表4为定时器模式控制寄存器（不可位寻址）结构与功能.
单片机的各引脚分别与DHT90温湿敏传感器、功率放大模块相连接,以采集测量参数并控制加热装置,报警由蜂鸣器来完成.
2.2DHT90温湿度传感器
DHT90温湿度传感器是插针型数字温湿度传感器,可测0～100%RH范围的湿度,-40～123.8 ℃范围的温度,供电电压为2.4～5.5 V,4针单排引脚封装,两线制串行接口,可以连接I2C总线,易于集成和替换,引脚名称按照排列顺序分别为时钟信号SCK、电源VDD、地GND、数据输出DATA.由于能同时测量温湿度,故能用于判断煎蛋熟度[4].
DHT90温湿度传感器仅需要一条数据线与单片控制器相连,实现单片机与DHT90温湿度传感器之间的通信同步.具体接法为P3.7与DHT90温湿度传感器的SCK端相连,P3.6与温湿度传感器的DATA端相连,VDD端接电源,GND端接地.第77页图3为DHT90温湿度传感器测量流程图[5].
2.3键盘电路设计
键盘电路影响着电路总体信号输入,采用3个按键,对应不同湿度,分别代表煎蛋的不同熟度.
2.4蜂鸣器报警电路设计
蜂鸣器本身声音非常弱小,故把它与三极管放大器连接在一起,保证蜂鸣器发出的声音正常并增强音量.此电路用来实现煎蛋结束提示、温度越限的报警功能,还可以在实验中防止误操作.图4为自动煎蛋器的硬件电路[6-8].
3软件设计
C语言具有程序结构简洁、紧凑、规整,表达式简练、使用灵活的特点,单片机的C语言编程自由度大,生成的目标代码质量高,程序执行效率高,故选用C语言程序实现相应的数据采集功能和控制功能.
自动煎蛋器通电后,用户通过键盘设置需要的煎蛋熟度,3个按键分别代表五分熟、七分熟和全熟,分别对应锅内湿度50%,70%和90%.用DHT90温湿度传感器对温湿度进行采集,采集的温度与湿度数据可以直接进入CPU进行处理.当系统湿度未达到系统设定值时,CPU向I/O口发出高电平信号,带动驱动电路运作,启动加热电阻,加热锅体；当系统湿度达到设定值时,继电器断电,加热电阻停止工作,蜂鸣器发出4声鸣叫,提示用户可以就餐,同时系统进入保温状态.当系统温度低于设定的下限温度,或高于设定的上限温度时,通过CPU的I/O口驱动蜂鸣器报警.第78页图5为软件流程图.
4实验结果及分析
调试中发现DHT90温湿度传感器的布置位置直接影响煎蛋的熟度,当DHT90温湿度传感器置于锅盖内壁顶部时,蒸汽直接覆盖传感器,湿度即刻达到最大值,系统停止加热,导致鸡蛋无法煎熟；当DHT90温湿度传感器置于锅盖内壁偏下部时,则可有效避免因蒸汽覆盖传感器造成停止加热的问题.整机调试后的自动煎蛋器,只需用户按下熟度选择按键,就可以全自动地烹制相应熟度的煎蛋,并有蜂鸣器鸣响,提示用户煎蛋烹制完毕.在用户未能及时进餐的情况下,煎蛋器自动进入保温状态,维持最佳的食用温度.
5 结束语
该自动煎蛋器结构合理、操作方便,旨在按照用户设定的熟度要求自动烹制蛋品,节约人们的早餐所用时间以提高学习工作效率,充分考虑了用户需求,具有良好的应用前景和市场推广价值.
在接下来的研究中,可以从构建闭环反馈控制回路、通过调整时钟占空比来调节中断输入与反馈控制、消除加热温度偏差、进一步改善蛋品口感等方面对自动煎蛋器进行改进,并将其自动控制设计经验推广到机械电子过程控制等领域.
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