基于单片机的消毒柜电路设计

课程设计课程名称：单片机原理及应用课程设计学院：电气工程学院专业：电子信息工程姓名： ***8 学号： *** 年级： 2009级任课教师：彭建2012年 7 月 1 日摘要现当代科学技术的不断发展，微电脑控制技术开始逐步渗透到各个领域中，包括工业、农业以及家庭生活。

消毒柜就是为了人们日常生活中的餐具消毒而设计的，采用微电脑控制技术，精确地控制消毒柜内的温度和加热时间，很大程度上改善了人们的饮食当卫生，提高了人们的生活水平。

本课题设计一个以MCS-51系列单片机为核心的单门消毒柜控制电路，文中对其电路的各结构及工作原理作了详尽的介绍。

电路运行后，能自动定时控制消毒柜电热板的加电和断电，适时有效地完成对柜内管餐具或其它物品的消毒工作。

对温度的控制主要由单片机控制继电器动作来管理加热板的启动和停止，并且对温度的控制为精确的闭环控制。

具有电路简单、制作容易、使用灵活等优点。

通过该电路，可以进一步了解到单片机电路的应用扩展功能和指令应用技巧。

关键词：单片机，单门，消毒柜，控制电路目录摘要 (I)第一章任务及要求……………………………………………………………错误!未定义书签。

1．1任务………………………………………………………………………错误!未定义书签。

1.2 主要性能要求 (1)第二章前言………………………………………………………………………错误!未定义书签。

第三章方案论证与确定 (3)3.1单片机的选择 (3)3.1.2加热控制器件的选择………………………………………………错误!未定义书签。

3.1.3温控器件的选择………………………………………………………错误!未定义书签。

第四章设计过程 (4)4.1硬件电路的设计 (4)4．1．1系统硬件结构框图 (4)4．1．2 设计原理 (4)4．1．3 时钟和复位电路 (4)4．1．4 电源转换电路 (5)4．1．5 电热板控制电路 (5)4.1.6 报警电路 (6)4.1.7 开关电路 (6)4.2系统软件设计 (7)4.2.1 设计原理 (7)4．2．2 程序设计 (7)第五章结论及心得 (10)贵贵州大学本科课程设计第 III页第六章参考文献 (11)致谢 (12)附录一 (13)附录二 (14)贵贵州大学本科课程设计第 1 页第一章任务及要求1.1任务设计一个以MCS-51系列单片机为核心的单门消毒柜控制电路，并按规范制作设计文本和图纸。

独立完成消毒柜控制电路的软硬件设计任务，按规范撰写设计说明书一份，用4号标准工程图纸绘制硬件电路原理图和软件流程框图各一张，并编写单片机控制程序。

1.2 主要性能要求：⑴. 消毒柜使用220V,50Hz交流电，内部加热电热管功率1000W；⑵．消毒柜插头接上市电和电热管通电加热时，面板上都要有相应的指示灯显示；⑶. 面板上设置一轻触式按键，手动启动或停止加热（按一下“启动”加热，再按一下“停止”加热，如此循环）；⑷. 若消毒柜内部电热管处于通电加热状态，在下列任何一种情况发生时，立即停止加热：①. 按一下“启动/停止”按键，消毒柜回到待机状态；②. 消毒柜内部达到一定温度时，延时20分钟后自动停止加热，回到待机状态③．消毒柜门被打开时停止加热，关好门后回到待机状态；④．电热管通电加热1小时后，无条件自动停机，并发出故障报警；报警状态要能通过按动一下“启动/停止”按键解除。

贵贵州大学本科课程设计第 2 页第二章前言随着科技的进步，测温控温仪器的广泛应用，智能控温已经成为当今控制系统的主要方向，特别近年来温度控制系统已经应用在人们生活的各个方面。

只有良好的消毒设备才能保证人们摄入身体的食物是健康卫生的。

消毒柜作为现代厨房中重要的电器之一，在未来几年，将呈现持续平稳增长的态势，消毒柜行业也日趋发展成熟。

基于国内外对消毒柜的研究大体可以分为三个方向：首先是基于温度控制，通过对温度的控制来达到消毒的目的，它分为高温型电子消毒柜杀菌和低温型消毒柜，其次就是市场上的一些通过臭氧消毒，最后就是通过紫外线来消毒的消毒柜。

这三类消毒柜其中高温消毒柜高温型电子消毒柜杀灭细菌的效果好，升温速度较快，用时短，一次消毒的时间一般不会超过25分钟，同时，在消毒的过程中不产生气体，所以容易被用户接受。

高温型电子消毒柜适用于铝、不锈钢、陶瓷、玻璃制成的餐具、茶具，但是不适于消毒不耐热的塑料、漆、木、竹制品，选购的时候要考虑这一点。

一般家中电子消毒柜耗电功率多在600-700瓦之间，每次消毒耗电相对低温型多一些。

根据中国预防医学科学院消毒研究中心测试数据表明：消毒柜内部温度必须达到125℃，而且需要持续保持10分钟，才能把对人身体有害的病菌杀死。

由于这个原因，只有单一远红外线消毒功能的消毒柜中不适宜存放塑料器皿，因为要想在消毒柜内达到125℃，无论是采用石英管还是电热丝发热，发热元件附近的温度肯定会高于125℃，塑料容器在长时间的烘烤之下，很容易发生变形。

纵观国所有的消毒柜产品，其发展方向就是系统采用微电脑控制，VFD 动态显示当前系统工作情况和其他参数，同时采用数码控制定时开关、自动除臭等，采用高新纳米磁性门封材料、排气孔特别设有防虫网，有效杜绝二次污染的消毒柜等。

该设计是设计一个消毒柜，其实就是设计一个智能的温度控制系统，消毒柜主要通过加热到一个指定温度，对卫生洁具进行高温消毒，消毒柜就是把高温控制在一个指定的范围内，维持一定时间，杀灭细菌，极大的增强了人们的饮食卫生，大大降低了疾病的传染，为提高人们的健康起了重要的作用。

贵 贵州大学本科课程设计 第3页第三章 方案论证与确定3.1单片机的选择在本课题中，单片机的功能要求不是很高，因此我选择8X51系列中的8051做为本课题的控制中心。

8051单片机有03~p p 四个端口和一些控制引脚，其功能足够满足本课题需求，而且我接触最多的就是8051，用起来得心应手。

3.1.2加热控制器件的选择本设计使用220V,50Hz 交流电，内部加热电热管功率1000W ，而单片机输出为小电平，因此为小信号控制大电流的设计。

我采用电磁继电器与单片机连接来控制电热板加热的控制开关，电路简单，易于实现。

3.1.3温控器件的选择 本课题中当温度达到一定值则停止加热，因此存在一个温控器件，来检测箱体温度，并发出信号给单片机。

在温控开关与温度传感器的对比中，我选择温控开关。

KSD301系列温控开关是一种用双金属片作为感温组件的温控器,电器正常工作时,双金属片处于自由状态,触点处于闭合/断开状态,当温度达到动作温度时,双金属片受热产生内应力而迅速动作,打开/闭合触点,切断/接通电路,从而起到控温作用。

当电器冷却到复位温度时，触点自动闭合/打开，恢复正常工作状态。

本温控器是小型温度控制器，其工作温度性能固定，不需调整、干脆、动作可靠、不拉弧、使用寿命长、无线电干扰少。

本温控器是小型温度控制和过热保护特点，具有性能稳定、精度高、体积小、量轻、可靠性高、寿命长、对无线电干扰小等特点。

因此，我采用8051单片机，电磁继电器，KSD301系列温控开关等主要器件。

贵 贵州大学本科课程设计 第 4 页第四章 设计过程4.1硬件电路的设计4．1．1系统硬件结构框图8051单片机电源转换电路启动/停止开关门开关温控开关时钟电路继电器电热板报警图4.1系统硬件结构框图4．1．2 设计原理本设计中消毒柜使用220V,50Hz 交流电，而单片机只需要+5v 电压电源，所以必须设计一个电压转换电路；此为小信号控制大电流，因此需要一放大电路和继电器连接单片机输出口和加热板；要求消毒柜内部达到150℃时，延时20分钟后自动停止加热，所以需要一个温控开关控制箱体温度，连接早单片机的输入口；需要一时钟电路构成单片机最小系统，在此可不需要复位电路。

并兼有启动/停止按键、报警、门开关。

报警采用LED黄灯显示，通电显示采用LED红灯显示。

4．1．3 时钟和复位电路电路图如图4.2所示，分别与单片机相应接口相连，构成最小应用系统。

时钟电路提供大约12MHZ的时钟频率。

贵贵州大学本科课程设计第5 页图4.2 时钟和复位电路4．1．4 电源转换电路电路图如图4.3所示：由设计要求可知，消毒柜采用220V电源，而单片机仅需要+5V电压，因此采用集成稳压器构成一个输出正5V直流电压的稳压电源电路。

IC采用集成稳压器7805，C5、C7分别为输入端和输出端滤波电容，RL 为负载电阻。

当输出电较大时，7805应配上散热板。

图4.3 电源转换电路4．1．5 电热板控制电路电路图如图4.4所示：采用小信号控制大电流技术，用继电器作为电热板与220V电源回路的开关，因为电热板为大功率器件，因此在单片机与继电器之间增加了隔离电路。

R4是光耦输出管集电极限流电阻，R5为驱动管Q2基极泄放电阻。

在继电器输出回路，采用电热板和通电显示显示灯并联，通电显示灯为红灯，当电热板开始电热，红灯亮；当切断电热板加热，红灯灭。

贵贵州大学本科课程设计第6 页图4.4 电热板控制电路4.1.6 报警电路电路图如图4.5所示：由P2.1输出，当发出报警信号时，发出蜂鸣和黄色的指示灯亮，否则无任何显示。

手动解除，即按键启动/停止键一次，报警现象解除。

图4.5 报警电路4.1.7 开关电路本课题中涉及四个开关，复位按键、启动/停止按键、门开关、温控开关。

贵贵州大学本科课程设计第 7 页如图4.6所示，启动/停止按键的作用是手动启动或停止加热（按一下“启动”加热，再按一下“停止”加热，如此循环）。

门开关解决的是消毒柜门被打开时停止加热，关好门后回到待机状态。

温控开关是重要部件之一，当箱体及内部温度达到150℃时，温控开关断开，向单片机输入一个信号，再由单片机控制电热板停止加热。

图4.6 开关电路4.2系统软件设计4.2.1 设计原理p口为输入根据设计性能要求构建程序流程图，编写程序。

采用单片机1 p口为输出口。

电热板加热到150℃温控开关断开，延时20分钟，然后自口，2动停止。

加热过程中若门开关断开，停止加热，处待机状态。

加热一小时，温度还大不到150℃，则发出警报，无条件停机，按键启动/停止键解除。

程序流程图如图附录一。

4．2．2 程序设计根据程序流程框图，编写本课题程序如下：ORG 0000H;LJMP START;ORG 0100H;START: JB P1.0,START;读启动/停止按键状态，有动作则顺序执行JB P1.1,START;读门开关状态，已关好则顺序执行贵贵州大学本科课程设计第8 页JB P1.2,START; 此温控开关为常闭开关，当温度达到150℃弹开，此时P1.2=1MOV TMOD,#51H; T0定时 T1计数MOV TH0,#15H;T0定时60ms的初值MOV TL0,#0A0H;MOV TH1,#15H;T1计数60000次的初值MOV TL1,#0A0HCLR P3.5; 以便形成T1的计数脉冲，当T0定时满60ms，溢出则T1计1次MOV IE,#8DH; 开中断CLR P2.0; 电热管通电并显示SETB TR0; 启动T0; 1h定时开始SETB TR1; 启动T1LOOP1:JB P1.0,KEY2; 读启动/停止按键状态JB P1.1,KEY2; 读门开关状态JB P1.0,KEY1; 温度达到150℃，温控开关断开，P1.2=1，则转到KEY1JNB TF0,LOOP1; T0定时未到时则循环LOOP1，否则顺序执行CLR TF0;SETB P3.5;形成T1计数脉冲，T1计数一次MOV TH0,#15H; 重新装入T0计数初值MOV TL0,#0A0H;CLR P3.5;JNB TF1,LOOP1; TF1=1，定时达到1h，顺序执行，否则循环LOOP1 CLR TF1;CLR TR0; 关1h 定时CLR TR1;SETB P2.0;切断电热板加热CLR P2.1; 启动报警贵贵州大学本科课程设计第 9 页JNB P1.0,$; 原地等待启动/停止动作，有则顺序执行SETB P2.1; 解除报警LJMP START;返回KEY1:CLR TR0; 关1h定时CLR TR1;MOV TH0,#51H;T0工作于定时，定时60msMOV TL0,#0A0H;MOV TH1,#0B1H; T1计数，计数20000次MOV TL1,#0E0H;CLR P3.5;SETB TR0;启动20分钟定时SETB TR1;LOOP2 : JB P1.0,KEY2; 读启动/停止按键状态JB P1.1,KEY2; 读门开关状态JNB TF0,LOOP2;CLR TF0;SETB P3.5;MOV TH0,#15H;MOV TL0,#0A0H;CLR P3.5;JNB TF1,LOOP2;20分钟定时到否，到了则顺序执行CLR TF1CLR TR0;关20分钟定时CLR TR1;KEY2:SETB P2.0; 切断电热板加热LJMP START; 返回END ;结束贵贵州大学本科课程设计第 10 页第五章结论及心得随着科学技术发展的日新月异，单片机已经成为当今计算机应用中空前活跃的领域，因此此次课程设计对我们专业学生有很重要的意义。