微波炉温度控制

微波炉控制系统设计

目 录

1. 绪论

2. 系统方案选择和论证 . .......................................................................................... 2

2.1设计要求 . .................................................................................................... 2 2.2 方案论证与比较 . ....................................................................................... 2 3. 系统整体功能介绍 . .............................................................................................. 3 4、系统的硬件设计与实现 . .................................................................................... 4

4.1 时钟接口电路设计 . ................................................................................... 4 4.2 键盘接口电路设计 . ................................................................................... 5 4.3 显示电路设计 . ........................................................................................... 6 4.4 温度测量电路设计 . ................................................................................... 6 4.5 报警电路功能的设计 . ............................................................................... 7 5. 系统的软件设计 . ................................................................................................ 8

5.1主程序流程图如下： . ................................................................................ 9 5.2温度检测程序流程图 . .............................................................................. 10 6、测试、结果及分析 . .......................................................................................... 10

6.1基本功能 . .................................................................................................. 10 6.2发挥功能部分 . .......................................................................................... 11 6.3 其他功能发挥部分 . ................................................................................. 11 6.4 测试数据 . ................................................................................................ 12 7、总结 . .................................................................................................................. 13 参考文献 . ................................................................................ 错误！未定义书签。

附 录 . ...................................................................................................................... 15

1. 系统方案选择和论证

1.1设计要求

设计一个电子温度计，能够通过温度传感器测量并显示被测量点的温度。 (1)检测温度范围10～30℃，分辨率1℃； (2)正确显示温度

(3)静态功耗小于5微安(关闭LCD 显示, 时钟正常运行) (4)唤醒显示

1.2 方案论证与比较 1.2.1 控制器的选择

方案一 采用常用的89C51控制。技术比较熟练，应用广泛，现在的51系列技术硬件发展的也非常得快，也出现了许多功能非常强大的单片机，因此使用单片机可以实现要求的基本功能。但是为了实现数据采集, 必须外加A/D转换芯片, 这增加了系统的复杂程度，而且加大了系统的功耗，静态低功耗这一要求不可能实现。

方案二 应用ATMEGA88V-10PI AVR 单片机，ATMEGA88V-10PI 是一种功耗极低的高性能8位微处理器，技术上除具有方便、安全、高效外，还具有性能高、成本低和耗能低的特点，其内部具有高达512B 的内存作为数据的缓冲区，因此能够实现快的数据读取速度；并具有丰富的I/O资源，而且其外围电路简单, 在片内即可实现所有控制，从而简化了整个系统的复杂程度。

综上所述我们选择方案二。

1.2.2温度检测方案选择

方案一 采用热电偶元件，但热电偶需冷端补偿，电路设计复杂，因此不宜选择。

方案二 采用集成温度传感器DS18B20，如图1.1所示。该传感器结构简单，不需外接电路，数据传输采用one-wire 总线，可用一根I/O数据线即供电又传输数据，在-10--+85℃范围内精度为±0.5℃，测量范围和精度满足题目要求，但可使系统功耗增加。

图1.1 18B20传感器

方案三 采用热敏电阻10K-3950-1%， 10℃--+30℃时分辨率可达0.1℃，其测量精度高，重复性、可靠性好。

综上所述我们选择方案三。

1.2.3 显示模块的选择

方案一 采用数码管显示。数码管亮度高、体积小、重量轻，但其显示信息简单、有限，关键是功耗较高在本题目中应用要求受到很大的限制。

方案二 采用液晶屏实现显示。液晶显示屏种类较多，但LCM0816液晶显示功耗极低，显示清晰，稳定可靠，编程简单。由于ATMEGA88V-10PI 提供了足够的内存来做为数据缓冲区对显示数据进行存储，我们可以采用液晶LCM0816实现正确的温度显示及时分秒、年月日的时钟显示功能。其特点是控制信号简单，接线少，且最重要的是待机功耗

综合考虑，我们采用方案二。

1.2.4 键盘的选择

方案一 采用专门的键盘芯片7289, 其可用很少的接口来扩展更多的键盘，能够外接8个LED ，64个按键。但是在本系统中只是使用较少的按键，因此使用7289会浪费按键资源，增加成本。

方案二 I/O口直接连接的独立式键盘, 每键都有相应的I/O口对应, 编程容易控制、实现方便。

综合考虑本设计，系统端口资源足够，为实现方便我们采用方案二。

2. 系统整体功能介绍

系统整体设计如图1.1所示

1.1系统整体设计

按键功能说明

参数选择：选择需要显示数据

设定键： 按一下进入当前数据修改状态，修改完毕按一下保存并退出。 移位键： 选择时分秒、年月日日历修改。 增加键： 每按一下，数据加一。 减小键： 每按一下，数据减一。

3、系统的硬件设计与实现

根据设计和功能要求，本超低功耗电子温度计整机原理实现框图如图3.1所示。

图3.1 原理方框图

3.1 时钟接口电路设计

实时时钟芯片选用日历芯片PCF8563，提供一个可编程的时钟输出，并具有掉电检测和中断输出功能，所有地址和数据通过I2C 总线接口进行传送，与CPU 接口简单，由其实现实时时钟计量。与CPU 接口如图3-1所示。

图3.1 时钟模块电路图

3.2 键盘接口电路设计

I/O口直接连接的独立式键盘, 每键都有相应的I/O口，对应键盘电路设计如图3-2所示

图3.2 键盘接口电路图

各按键功能如下：

参数选择：选择需要显示数据

设定键： 按一下进入当前数据修改状态，修改完毕按一下保存并退出。 移位键： 主要是选择日历修改。 增加键： 每按一下，数据加一。 减小键： 每按一下，数据减一。

3.3 显示电路设计

系统采用8段8位LCM0816液晶显示器，可方便显示时钟时分秒、年月日和温度值；同时它的显示状态50uA （典型值），省电模式

图3.3 液晶模块接口电路图

3.4 温度测量电路设计

温度测量传感器采用热敏电阻10K Ω-3950-1%，测温在10℃--+30℃时线性度好且分辨率达到0.1℃。

热敏电阻的阻值随温度而产生严重的非线性变化，很难直接应用到线性电路中，热敏电阻的阻值随温度的变化函数如下式。

……………………………(3-1)

R 25c 是热敏电阻在室温下的阻值，β是热敏电阻材料的开尔文(Kelvins)常

数，T 是热敏电阻的实际摄氏温度。因此需要对其进行软件或硬件线性补偿，硬件补偿比较容易实现，我们在此使用硬件补偿。如下： 热敏电阻的线性补偿

电压模式中，用一个普通电阻与热敏电阻串联构成一个分压电路，这个分压电路由稳压电源或电压基准供电，其输出电压随温度的变化关系近似为线性。如果串联电阻与NTC 热敏电阻的室温阻值相等，在室温+25℃附近的电压输出可以保持较好的线性特性，接口电路如图3.4所示。

图3.4温度测量模块接口电路

3.5 报警、温度控制功能及电源电压检测电路设计

报警功能包括：设定温度上下限报警、闹铃报警二种情况；当相应参数达到设定数值时，采用不同颜色发光二极管实现，警示效果良好，电路通过串联上拉电阻与单片机I/O连接，电路如图3.5所示。

图3.5 设定温度报警接口电路

电源电压检测及欠压显示：当检测到电源电压欠压时，系统实现自动关闭，且LED 发光；更换电源正常后，重新唤醒。如图3.6所示。

图3.6电源电压检测接口电路

温度调节控制功能：

图3.7电池欠压报警电路

4. 系统的软件设计

程序全部采用C 语言编写，实现数据采集、参数设定、数据显示等功能。采用液晶显示LCM0816显示时间和温度值。程序设计模块化，其它程序也可直接调用其中的功能函数，使用非常方便。

整个软件系统主要包括主程序、采样程序和时钟程序三大模块。主程序负责系统初始化，然后进入主循环程序，包括按键处理、显示刷新、报警及

系统状态的控制。

4.1主程序流程图如4.1所示：

图4.1主程序流程图

4.2温度检测程序流程图

图4.2温度检测程序流程图

5、测试、结果及分析

观察系统运行状况，并辅助示波器、万用表及温度计经过多次试验得到以下结果。

5.1基本功能

表5-1系统主要功能

5.2主要测试仪器

5.3发挥功能部分

表5-2 发挥功能部分

5.4 其他功能发挥部分

表5-3其他功能发挥部分

5.5 数据测试

（1）温度检测。将热敏电阻连至温度检测模块的输入端，通过ATMEGA88单片机系统内的AD 转换输出到液晶显示器显示。调节被测点温度的变化，将系统显示的温度值和国际标准温度计显示的温度值进行比较，得到数据如表5-4。

表5-4 温度测试数据

由测试数据可见，系统分辨率高，高于设计要求。

（2）系统静态电流测量：利用三位半数字万用表直流微安档检测。多次通断电，测得数据如表5-5。

表5-5（单位：μA ）系统静态电流测量

可见，系统功耗极低，很好地满足了功耗方面的要求。 6、总结

经过一段时间以来的学习，不断的从设计中总结和修改，并按着预期的要求反复 的论证和测试。本着学习的态度，以完善设计的可靠性和稳定性，将整个设计分模块化 的进行，并将每个模块加以分析和论证，成功后再联系再一起，最终达到总体效果。 主要完成了以下几个方面的内容：

本系统利用热敏电阻检测温度，经调试在10～30℃范围内，分辨率达0.1℃，静态功耗低至0.49μA (关闭LCD 显示, 时钟正常运行) ，且实现了多项发挥功能。整个系统构成简单，测量精度高，功耗低，性能稳定可靠。

经过四天的奋斗，对ATMEGA88芯片功能、测温原理、低功耗实现有了深入全面的理解和掌握，初步掌握了系统设计和调试方法，全面锻炼了自己的

实践动手能力。。

参考文献

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附 录