全自动电饭煲设计

摘 要 随着电子计算机技术的发展，各种智能化操作变成现实。电饭煲是家庭生活中不可缺少的家用电器，是人们煮米饭的主要工具，目前市场上的电饭煲有两种，一种是采用微电脑模糊控制技术的自动电饭煲；另一种是采用机械控制的普通电饭煲。普通电饭煲外接本文介绍的控制器后，能够定时自动接通电源，让家中无人做饭的双职工下班一回家就能吃到喷香的米饭。

本文以 SH69P42 单片机为核心，通过热敏电阻把温度信号转变成电压信号，再经 A/D 转换把电压信号变成的数字信号，然后由 CPU 处理进而去控制继电器，达到对发热盘的温度控制工作。本电饭煲采用波浪式起伏加热模式，通过微电脑控制，模拟人工炊煮。轻轻按下六个按键，便能完成煮饭、快煮、煮粥、煲汤、保温五大烹调功能和一个预约功能，给消费者带来便捷的生活享受。

关键词：SH69P42 单片机；调功；传感器；吸水点；沸腾点；焖饭点 引言 电饭煲，又称作电锅、电饭锅。是利用电能转变为内能的炊具，使用方便，清洁卫生，还具有对食品进行蒸、煮、炖、煨等多种操作功能。

其实电饭煲背后的原理并不复杂，只要我们懂得一点点物理便可以了解。当饭煮好的时候，电饭煲内的水便会蒸发，由液态转为气态。物体由液态转为气态时，要吸收一定的能量，叫做“潜热”。这时候，温度会一直停留在沸点。直至水分蒸发后，饭煲里的温度便会再次上升。电饭煲里面有温度计和电子零件，当它发现温度再次上升的话，便会自动停止煮饭。

电饭煲是一种把电能转化成热能的新型多功能烹饪器具。在科技发展日新月异的今天，电饭煲也同其它家用电器一样经历了从简单到复杂，从手动到半自动、全自动以及到现在的智能化产品的过程。但因为价格较高，所以它不能为普通家庭所接受。做出一种价格低廉、体积又小、带语音功能的人性化的电饭煲是市场所需求的。

分析原理：

一、电饭煲的组成 （1）锅体：分内锅、外锅。内锅体用来盛装欲烹制的食物，常以铝合金、搪瓷或不锈钢制作，外锅体起安全保护和保温的作用。 （2）电热器件：通常为金属管式，大多铸于铝制发热板里，发出的热由发热板均匀地加热内锅体底部。一般电饭锅仅设一只底部电热元件。为获得更加的烹制效果，有些高端产品上设2-4只电热元件，分别作为顶盖加热器，侧周加热器，功率可分为多档。 （3）控制装置：包括控温和定时器，控温装置一般有限温器和恒温器两部分构成。前者保证锅温不会超过某一定值（通常为103±2℃），安装在发热板中心的空腔处；后者保证锅内食物煮熟后稳定在60—80℃，安装在发热板下或其他适当位置。定时器有发条式机械定时器和电控定时器[8]。 图3.1 电饭煲结构示意图 二、 电饭煲的工作原理 一、普通电饭煲的结构 普通电饭煲主要由发热盘、限温器、保温开关、杠杆开关、限流电阻、指示灯、插座等组成。

1.发热盘：这是一个内嵌电发热管的铝合金圆盘，内锅就放在发热盘上，取下内锅即可看到，这是电饭煲的主要发热元件。

2.限温器：又叫磁钢，内部装有一个永久磁环，上有弹簧，可以按动，位置在发热盘的中央。煮饭时，靠永久磁环的吸力吸住内锅的锅底。当煮米饭时，锅底的温度不断升高，永久磁环的吸力随温度的升高而减弱，当内锅里的水被蒸发掉，锅底的温度达到103±2℃时，磁环的吸力小于其上的弹簧弹力，限温器被弹簧拉下，压动杠杆开关，切断电源与发热管之间的一条通路。

3、保温开关：又称恒温器。它由一个储能弹簧片、一对常闭触点（该触点一端接电源另一端接发热管）、一对常开触点（该触点一端接电源另一端接保温指示灯）、一个双金属片组成。煮饭时，锅内温度升高，由于构成双金属片的两片金属的受热伸缩程度不同，结果使双金属片向上弯曲。当温度达到80℃以上时，向上弯曲的双金属片可以推开保温开关的常开触点，从而切断发热管与电源的一条通路；当锅内温度下降到80℃以下时，双金属片逐渐冷却，弯曲度减少，逐渐回到原位置，常闭触点在弹性作用下闭合，使发热管通电发热，实现电饭煲的保温功能。

4、杠杆开关：该开关完全是机械结构，有两对常开触点，其中一个触点接在电源与发热管之间；另一个触点接在电源与保温指示灯之间。煮饭时，按下此开关，给发热管接通电源，饭好时，限温器弹下，压动杠杆开关，使该开关弹起，使发热管仅受保温开关控制。

5、限流电阻：外观黑色，像2W的碳膜电阻，接在发热管与电源之间，起着保护发热管的作用。限温器只有在内锅里的水完全烧干时才会自动断开，因此用电饭煲煮汤水较多的食物，发热管会长时间工作，容易造成过电流，这时限流电阻会先熔断，从而保护发热管。限流电阻是保护发热管的关键元件，不能用导线代替。

二、SH69P42 芯片内部资源与结构

SH69P42 是一种先进的 COMS-4 位单片机。它具有以下标准特性：3 K 双字节

OTPROM 空间，192个半字节 RAM 空间,其中系统寄存器为 48×4,数据寄存器为 144×4；8 位定时/计数器；8 位 A/D 转换器；10 位高速 PWM 信号输出；内建振荡器时钟电路；内建看门狗定时器；低电压复位功能且支持两种低功耗工作方式:HALT 和 STOP，节约电能消耗。功能框图如图 1.1 所示. 图 1.1 SH69P42 的功能框图

SH69P42 的工作电压 4.5V 到 5V。晶体振荡器可以选取内振荡器和外振荡器，内振荡器的晶振频率为 4 MHZ ；外振荡器的晶振频率范围是 40K-8 MHZ。 图 1.3 采用 SH69P42 单片机的智能电饭煲原理框图 由于 SH69P42 内部集成有 8 位的 A/D 转换器，且转换速度可达到 100μｓ；有 10 位高速 PWM 输出驱动蜂鸣器工作,相对的外围电路就比较简洁，且稳定性也比校高。另一大优点是价格比较低廉，一块 SH69P42 芯片才 4 块多钱 任何一种产品，要充分的占领市场，首先，它的质量必须可靠；其次，它的价格要比同行偏低，且能让消费者接受。因此，追求物美价廉不仅是消费者的理念，也是厂家追求的宗旨。

三、电饭煲的整体电路图 电饭煲的整体框图如图 1.3 所示，整体硬件电路图如图 1.4 所示。 图 1.4 电饭煲的硬件原理图 3.1电源模块 采用 5 伏的稳压管二极管和三极管取得 5 伏的电源。但三极存在温度飘移，稳定性较差一些。但由于 SH69P42 的工作电压 4.5V 到 5V，也能满足要求而成本又低。

原理图如图 2.2 3.2 显示模块 本设计利用人的视觉暂留，采用了动态显示。由于人的视觉暂留时间为 0.1s，当扫描频率大于25 赫兹，人眼就感觉不到闪烁。利用人眼的这个特性，本设计采用了分时显示，在不同的时间段点亮不同的 LED，没被点亮的 LED 就被熄灭。点亮 LED 的周期为 10 毫秒，频率为 100 赫兹，远大于25 赫兹，人眼就看不到闪烁。在程序中，处于不同的状态下就向显示的 RAM 中置入不同值， 不同的值通过查表得到相应显示代码，显示代码经单片机一个输出端口，送给芯片 74LS164，经 8 次移位后，送给 LED 显示，电路图如图 1.4 所示。点亮 LED 是在 1ms 的中断中进行的。在软件中，显示是在 1ms 的中断中完成的，每产生一次中断，RAM 寄存器就加 1，当 RAM 等于 10 时，把 RAM 清零，重新计数。然后在中断中，不断的去判断 RAM 的值，当 RAM=2 时，点亮 LED1，同时关掉 LED2 和 LED3；当 RAM=3 时，点亮 LED2，同时关掉 LED1 和 LED3；当 RAM=3时，点亮 LED3，同时关掉 LED1 和 LED2；点亮的周期为 10ms。显示的流程图如图 2.3 所示。动态显示的优缺点，能节约能源；节省保贵的 CPU I/O 口；缺点：由于是分时显示，不同的时间段，点亮不同的 LED，没被点亮的就被熄灭，因此 LED 不够明亮。 3.3 键盘模块

本设计的键盘是通过电阻分压，经 A/D 转换后由 CPU 来完成。由于不同的电阻，分到不同的电压，而不同的电压经 A/D 转换后得到不同的 AD 值，CPU 通过判断不同的 AD 值来判断每个按键。相应的电路图如图 1.4 所示。 本设计中，共有六个功能按键，分别是快煮、煮饭、保温/取消、煮粥、煲汤和预约。它们对应的电阻值、电压值和 A/D 范围值如下表 2。 3.4 避免按键误判断的措施 为了防止由于电压的波动和干扰信号引起的按键误判断，在设计中采取了以下三种措施： a)、在选择按键电阻时，尽可能拉开两个按键的电压值。在此设计中，两个按的电压差 ΔV=0.5V,相应的 A/D 转换值为 19H。 b)、判断按键时，以相应按键电压的 A/D 转换值为中心值，再上下扩展 19H，形成一个 A/D 值区间。 c)、采取按键消抖。在程序中，按键采用 20ms 的延时去抖动。 在实践中发现，当临近的两个按键的键值相差大于 8H 时，再进行按键消抖，就能避免按键乱串现象，所以，采用以上三种措施，很好的消除了按键误判断现象。 3.5 扫描键盘 在程序中，扫描键盘是在 1ms 中断中进行，如果检测到有按键按下，设置相应的按键标志位为“1”，在主程序中，当检测到按键标志位是“1”时，就进行相应的按键处理。扫描键盘的周期为10ms,频率为 100Hz。程序流程图如图 2.3 所示。 四、 故障检测与保护 4.1 蜂鸣器 蜂鸣器 DI 提示音，主要通过 CPU 的 PWM 产生 4KHz 的正弦方波，驱动蜂鸣器工作而产生。当需要 DI 提示音时，CPU 就打开其使能端，让蜂鸣器工作。在按键时，DI 的一声提示，确认此次按键有效；“DI、DI„”响五声时，提示主