基于单片机的智能电饭煲设计毕业设计

安徽工程大学毕业设计（论文）

单。本文既基于单片机的智能电饭煲设计，以MC80F7708单片机作为主控制器，实现：精煮、快煮、再加热、煮粥、预约等功能，并且具有人性化的操作界面，易于使用。

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丁路：基于单片机的智能电饭煲控制器设计

第2章总体方案设计

2.1 设计内容和设计目标 2.1.1设计内容

电饭煲作为人们日常生活中的必需品，无疑对我们的生活有着重要影响，传统机械式电饭煲功能单一，由于其工作原理是利用磁钢受热失磁（冷却后恢复磁性）原理，对锅底温度进行自动控制，这使电饭煲的整个加热过程输出功率恒定，既浪费电能，又不能对加热方式进行调整以煮出多种口感的米饭。又如用机械式电饭煲煮粥为防止粥溢出，需要人看管，因此给日常生活带来不变，随着电子信息技术及智能控制技术的飞速发展，智能家电产业迅速壮大，各种智能家电产品不断出现，例如数控冰箱、变频式空调、全自动洗衣机等，作为基本日常生活用具的电饭煲也不例外，智能煲由于是利用微电脑芯片，控制加热器件的输出功率以及对加热食物的温度进行实时检测，可以实现对加热温度的精确的自动控制。这样就可以满足我们加热不同食物类型以及不同口感的多样化需求。

本毕业设计要求使用现行智能家电中常用的模糊控制方法，实现电饭煲的基本功能。

2.1.2 设计目标

要求设计一个电饭煲控制器，具有按键，按键指示灯、多段位数码显示屏，实现对电饭煲运行状态的选择和显示。通过插座及引线与电饭煲的加热盘和传感器等部件相连，由单片机控制继电器的通断来控制负载，并按设定程序执行动作。具体功能如下： (1) 具有多种烹调功能。 (2) 预约功能。

(3) 多段位数码显。

(4) 顶部、底部双温度传感器。 (5) 故障告警，传感器开短路显示。 (6) 开关电源供电。

2.2 方案对比和方案选择

方案一：采用普通机械式按键、LCD显示、底盘加热方式、片内无AD单片机，使用数字温度传感器，或外扩AD转换器使用模拟温度传感器。

方案二：采用电容感应按键、LED显示、立体加热方式、片内集成AD转换器的单片机、热敏电阻及分压电路来采集温度信号。

若使用片内无AD的单片机，若使用数字温度传感器成本较高，且多数数字温度传感器测温范围较窄，很难满足电饭煲要求的（-10 ~ +180℃）范围。若采用外部扩展AD转换器的方法，无疑会增加电路的复杂程度，不利于生产，同时成本会上升，这对于成本十分敏感的小家电产品不具有可行性。若使用片内集成ADC型单片机，只需外接一NTC（负温度特性）热敏电阻及一个分压电阻即可，电路简单，成本低廉，且能简化软件程序设计，仅需设置AD转换相关的控制寄存器，就能轻松地实现数据转换。

LED显示相比LCD显示具有亮度高不需要背光源的优点，而采用电容感应按键具有美观、简洁、时尚等特点，控制器与外界可以无接缝，这样就可以防止进水造成漏电事故，采用立体加热方式，食物受热均匀，口感更好，加热米饭也不容易出现夹生现象。

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安徽工程大学毕业设计（论文）

考虑以上原因，决定选择方案二进行电饭煲控制系统设计，程序编写采用C语言（汇编语言编写过于繁杂）。

2.3 方案及总体框图

方案设计的细节如下：

电饭煲设有多种烹调方式，使用按键进行选择，并通过数码管对当前的选择和系统的运行状态经行选择，考虑到本设计所要实现的功能，设置八个按键其功能分别如下：

①“功能”键：精煮、快煮、蒸煮、粥汤、稀饭、再加热、炖等功能的选择。 ②“米类”键：煮饭功能时，用于调整米类。 ③“口感”键：精煮功能状态下，用于调整口感。 ④“小时”、“分钟”键：在选定了烹调时间的功能后（蒸煮、粥汤、稀饭、炖），按“小时”“分钟”键调整烹调时间。

⑤“预约”键：选定了有预约功能档位（精煮、蒸煮、粥汤、稀饭、炖）后按此键，按此键，进入预约时间设定状态。

⑥“开始”键：选择了某一功能后按此键，进入相应的功能工作。

⑦“保温/关“键：在任何工作状态下按此键退出工作模式进入待机状态，在待机状态下按此键进入保温模式。

由于电饭煲主要用于煮米饭，为了保证煮出美味可口符合不同口感要求的米饭，就要将设计的重点放在米饭加热温度控制方式上，这要求我们掌握各种大米的吸水量，加温时间，控温过程，维持沸腾时间，停止升温过程，焖饭过程等规律。查阅相关资料，将煮饭过程总结为以下几个过程：

（1）吸水过程：在适合的温度下，让大米尽可能的吸收水分，这样煮出来的米饭的更加的饱满，口感更好。让大米的含水量达到25%左右，温度越高，吸水越快。但是温度一旦超过70℃，大米中含有的β淀粉就会转化成α淀粉，会变成糊状，所以一般将温度控制在60℃以下(35℃左右为最佳温度，但此温度吸水时间较长）。

（2）升温过程：这一个过程必须使锅内的热量充分对流，以至于不会造成夹生饭。一般说来，加热至沸腾的最佳时间是10分钟。

（3）维持沸腾：为了使β淀粉充分转化成为α淀粉，需要在沸腾的状态下，维持20分钟左右，同时此过程可以将多余的水分蒸发掉，可以通过控制继电器的开与闭来实现温度的控制。

（4）焖饭过程：在补炊过程结束后，锅内基本上没有太多的水分，应采用较小功率加热，促进大米α淀粉的生成。一般的焖饭时间大约控制在12分钟左右。

（5）保温过程：整个煮饭过程结束后，自动进入保温模式，温度一般控制在70℃左右。

米饭加热温度控制过程中分为以下几个步骤，首先：使用大功率加热使底部温度迅速达到60℃，以便大米快速吸水。第二步：吸水过程，吸水时间根据选择的煮饭模式与口感来调整。第三部是米量测量阶段，通过测量顶部温度到达52℃所用时间来判断米量大小，以此来调整继电器输出通断比，以及加热方式及温度点控制。第三步：根据米量大小进行相应加热方式调整，达到沸腾状态、并维持一段时间。第四步：焖饭阶段，根据煮饭模式与米量大小，选择加热方式。第四步：保温阶段。米饭加热温度控制曲线如图2-1所示：

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丁路：基于单片机的智能电饭煲控制器设计

精煮、快煮模式149135128126124蒸煮模式大米量小米量7258615952焖饭阶段调整通断比升温阶段底部温度顶部温度保温阶段室温大功率升温阶段恒温吸水阶段判米量阶段时间 t图2-1米饭加热温度控制曲线

硬件包括单片机最小系统、温度采集电路、显示电路、蜂鸣器电路、按键电路、功率输出控制电路。系统整体结构框图如图2-2所示：

TM1629C 顶部NTC高段位数码管LED驱动IC温度采集底部NTC温度采集蜂鸣器驱动CY8C20524电容按键控制IC光电隔离触摸按键双向可控硅(顶部输出驱动)双向可控硅(侧部部输出驱动)MC80F7708MCUWith10-bitADC上电复位光电隔离底部发热盘驱动继电器时钟振荡源+12V，+5V220V 50Hz开关电源

图2-2系统整体结构框图

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