智能电饭煲设计.doc

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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流智能电饭煲设计.精品文档.摘 要 本设计以 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Abstract This design is based on SH69P42 m

2、icro single-chip computer , use the quick temperature resistance to change the temperature signal into the voltage signal, and then chang the voltage signal into digital signal by ADC , at last the CPU deal with it and control the relay electrical mechine ,so as to control the heat coil.The electric

3、al rice cooker adopt wave type rise and fall to heat up pattern, through the control of the micro single-chip computer, simulated man-days cooks to boil.Can boil meal consummately gently according to 6buttons , boil meal , boil meal quickly,boil gruel, stew soup and5 insulation cooking functions and

4、 one make an appointment function. Bring convenient life to customer to enjoy. Key Words: SH69P42 micro single-chip computer; Adjust power; Sensor; Inhale water point;毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构

5、的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日期： 使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名： 日 期： 学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中

6、特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期： 年 月 日导师签名： 日期： 年 月 日指导教师评阅书

7、指导教师评价：一、撰写（设计）过程1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神 优 良 中 及格 不及格2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度 优 良 中 及格 不及格3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力 优 良 中 及格 不及格4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性 优 良 中 及格 不及格5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况 优 良 中 及格 不及格二、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ 优 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ 优 良 中 及格 不及格三、论文（设计）水平1、论文（设计

8、）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ 优 良 中 及格 不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格建议成绩： 优 良 中 及格 不及格（在所选等级前的内画“”）指导教师： （签名） 单位： （盖章）年 月 日评阅教师评阅书评阅教师评价：一、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ 优 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ 优 良 中 及格 不及格二、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及

9、格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ 优 良 中 及格 不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格建议成绩： 优 良 中 及格 不及格（在所选等级前的内画“”）评阅教师： （签名） 单位： （盖章）年 月 日教研室（或答辩小组）及教学系意见教研室（或答辩小组）评价：一、答辩过程1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况 优 良 中 及格 不及格2、对答辩问题的反应、理解、表达情况 优 良 中 及格 不及格3、学生答辩过程中的精神状态 优 良 中 及格 不及格二、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ 优 良 中 及格 不及格2、是否

10、完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ 优 良 中 及格 不及格三、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ 优 良 中 及格 不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格评定成绩： 优 良 中 及格 不及格（在所选等级前的内画“”）教研室主任（或答辩小组组长）： （签名）年 月 日教学系意见：系主任： （签名）年 月 日第一章 引 言 随着我国经济的不断发展，城乡居民生活水平的不断提高，对饮食的要求也越来越高，过去的那种机械式、电子式的电饭煲已不能满足人们的要求，

11、安全、简便、节能、实用已是当今代人追求的主旋律，而微电脑电饭煲的问世，不仅能满足人们的要求，而且把电饭煲的各项功能发挥的淋漓尽致。回顾电饭煲在中国的发展历程，虽然只有短短的 20 几年，但中国的电饭煲生产行业由弱到强，由强到精，生产规模以年增长率不低于 30%的高速度扩大，技术含量也不低于进口产品。1.1 市场发展的概况 我国从 80 年代初开始生产电饭煲，经过近 20 年的发展电饭煲的质量已经接近国际水平，技术日趋成熟。据国家统计局统计，1992 年我国内地的电饭煲产量达 113.08 万个；1993 年的 1 到 8 月份，全国电饭煲产量约 946.85 万个，全年生产了约为 1500 万

12、个；2000 年，我国内地全年电饭煲生产量约为 5000 万个；到 2003 年，我国内地全年电饭煲生产量约为 10000 万个，增长幅度达 44.5。销售方面，1992 年，全国累计销售 14.8 万个；1993 年累计销售 25 万个，比 1992 年增长 58.7%；2000年的全国销售量为 250 万个，是 1993 年的 10 倍；2003 年的全国销售量为 650 万个。我国是一个人口大国，电饭煲市场具有很大的发展潜力；随着技术的不断成熟，我国电饭煲的出口量也不断增加。据中国消费者协会预测，这种销售势头在我国未来几年内不会减弱。1.2 技术的革新与发展展望 电饭煲作为传统的厨房家电

13、，发展至今，家家厨房差不多都摆上一个，对于这种持有率极高的产品，厂家的唯一策略就是运用新技术生产新产品，电饭煲技术已经从机械、电子控制、转入微电脑智能化控制阶段，数字技术、电磁技术也将纷纷应用到了电饭煲的更新换代产品中。电磁电饭煲则是利用变化的磁场促进饭煲内胆铁分子的震动，铁分子振动所产生的热量可轻易的传给锅中的米水，热效率提高了 15%左右，但价格在 500 元到 1200 元。具一项调查显示，大量的消费者都能够接受 200 元到 300 元的电饭煲，超过 500 元就几乎无人问津了。而微电脑电饭煲不仅功能多、功耗低、保温性能好等特点，而且价格在 150 元到 350 元，是人们的理想选择。

14、一种产品是否能够生存，不仅看它能否给厂家带来利润，更重要的是看它有没有市场。而今，智能电饭煲不仅在市场将占据主导地位，而且前景一片光明，因此我们选择智能电饭煲的开发。第二章 SH69P42 芯片简介2.1 69P42 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 484,数据寄存器为 1444；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

15、，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。2.2 相关内部资源比较 表 1 SH69P42 与 89C51 内部资源比较表2.3 整体方案比较 方案一: 采用熟悉的英特尔 MCS-51 系列中的 89C51 单片机,如图 1.2此方案的优点是，89C51 单片机已熟练掌握，便于应用。缺点是：电路复杂，稳定性相对较差，而且成本比较高。 图 1.2 采用 89C51 单片机的智能电饭煲原理

16、框图 方案二: 采用台湾中颖公司提供的 SH69P42 单片机。电路图如图 1.3 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 100；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，而一块 89C51 芯片就接近 10 块，一块 A/D 芯片也需几块钱。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

17、，也是厂家追求的宗旨。方案二无论是价格上，还是稳定性上，都比方案一优越，所以，本设计采用了方案二。本设计的全部硬件电路图如图 1.4 所示1.4 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注：标有 12 标致的底座分别接锅底和锅盖传感器第三章 电源、显示及键盘模块3.1电源模块方案一 采用常用的三端稳压芯片 7805 得到 5 伏的电源。如图 2.1图 2.1 5 伏电源原理图一方案二: 采用 5 伏的稳压管二极管和三极管取得 5 伏的电源。原理图如图 2.2图 2.2 5 伏电源原理图二方案比较：对于 5 伏电源，

18、方案一是通过三端稳压芯片 7805 来实现的，成本明显比方案二的要高，但方案二的三极存在温度飘移，稳定性较差一些。虽然方案一的稳压效果比方案二更佳，但由于 SH69P42 的工作电压 4.5V 到 5V，方案二也能满足要求而成本又低，所以，本设计方案的电源部分采用方案二。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

19、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

20、=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。113.3 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

21、预约。它们对应的电阻值、电压值和 A/D 范围值如下表 2。5.1 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 V=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

22、除了按键误判断现象。5.2 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。第四章 故障检测与保护6.1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，提示主人此种功能已完成，进入保温状态；“DI、DI”响十

23、声时，提示主人系统出现故障，需要检修。6.2 传感器的检测 温度的控制是本设计的成败关键，而对温度的控制主要依赖于传感器的检测。如果传感器出现了故障，电饭煲就无法进行正常工作（虽然有加热时间限制），所以，在一上电时，必须对传感器进行检测，判断是否开路或短路。 检测的方法为：在电饭煲工作之前，对传感器的电压进行 10 次采样，求其平均值，再进行比较，当平均值大于 FCH 时为短路，小于 04H 时为开路。这个比较点的设置必须要满足在任何温度下都能够检测出传感器的故障而不是误判断。因为我国的地域辽阔，南北的温度差异很大，而热敏电阻对温度的影响又很敏锐，当温度过低或过高，热敏电阻分到的电压值很大或很

24、小，一旦设置的判断点不当，在南方一切正常，到北方却会当作短路或开路而误处理。因此判断点的设置尤为重要，须在不同的温度下做大量的实验。7.2 检测干烧 干烧有两种情况，一种是空锅发热盘干烧，另一种是无锅发热盘干烧。检测干烧是通过锅底传感器温度的变化率来判断的。当变化率大于 K1为空锅干烧，小于 K2 时，为无锅干烧。检测方法是按下功能键之后，先让电饭煲预烧一分钟，一分钟到记下此时底部传感器温度转换的 A/D 值 AD1 ，然后再烧一分钟，第二分钟到，再记下此时底部传感器的温度转换的 A/D 值 AD2 ，计算 K=AD2-AD1 ，当 K 大于某一个值 K1 时为空锅干烧，当 K 小于某一个值

25、K2 时为无锅干烧。但是，在不同的电压下，发热盘的功率会有所变化，电压高，发热盘的功率会增加，电压低时，发热盘的功率会减小。因此，当电压处于不停波动，且波动的幅度比较大时，或者电压一直处于 200V以下时，在这种情况下，虽然处于空锅干烧，但是它的变化率 K 还是小于 K1 却大于 K2 ，当作一种正常情况来处理而继续干烧下去。为了避免这种误判断，本设计采用了第二次干烧检测法，就是在第一次判断有锅后，再在第三分钟时进行第二次判断，如果是空锅干烧时，锅底的温度接近 200，无论从斜率上还是从温度点上，都有很容易判断出干烧来。另外在检锅完成之后，对锅底的温度进行了过热保护。当锅底温度超过 150时，

26、强制断开继电器。这样既能防止干烧，更重要的是避免锅底过热而使米饭烧焦而有锅巴。6.3 为何要进行干烧保护 a)、避免由于发热盘温度过高而损坏发热盘内的电路和锅底的传感器。 b)、防止温度过高使锅圈脱落而损坏电饭煲。因为电饭煲的锅圈与面壳之间有一层比较耐温的树脂胶，而当温度超过其耐温点就变形而损坏。 c)、防止损坏防粘膜。在锅具的表面覆盖有一层防粘的保护材料铁佛龙，虽然铁佛龙比较耐温，但温度过高就破坏其性质，而一旦保护层损坏，煮饭不仅易粘锅，更重要的是易烧糊而有锅巴。掉电检测与保护8.1 掉电检测 本设计要求，当瞬间断电，断电时间在 310s 时还能回到原设置状态而不复位。这就要求在程序中不断地

27、检测电源，而且检测到掉电的灵敏度要高。因此本设计选择的检测点选取在桥式整流的半波整流处，一旦掉电，不会产生电容的放电干扰，立即就能检测到，检测电路如图 1.4 所示，通过单片机的 PC.3 口检测来完成，此端口的输入波形如图 7-1 所示。 图 7-1 掉电俭测波形8.2 掉电检测方法 根据这个波形，采取了相应的检测方法。本设计判断掉电是在 1 ms 的中断中进行的。每产生一次中断，判断 PC.3 是否为高电平，当为高电平时，RAM 中加“1”，判断的周期为 20 ms。当 20 ms到，再判断 RAM 中的值，当大于 2 时，无掉电，RAM 清零再继续检测；当 RAM 的值小于 2 时，判断

28、为掉电，RAM 清零，置掉电标志位为“1”，当主程序中检测到掉电标志位为“1”时，进入掉电保护。相判断值为何是大于 2 而不是大于 1 呢？这主要是避免由于尖脉冲的干扰而出现误判断。8.3 掉电保护 当检测到掉电后，立即断开继电器，关掉 LED 显示和蜂鸣器，同时保存关闭前的状态，靠电容放电来维持 CPU 的工作。在掉电保护中，有以下两种可行方案。 方案一：关闭 CPU 的各种输出口和各种中断，此时 CPU 只对 PC.3 端口进行检测，当掉电时间比较短，上电后立即恢复原来的状态继续工作，当掉电时间过长，电容放电完就自行复位。 方案二：采用 69P42 内部的 STOP 方式。当检测到掉电后，

29、让 69P42 处在 STOP 模式下。在这种模式下整个芯片（包括振荡器）都停止工作，此时只响应端口中断和看门狗定时溢出中断，当上电时，PC.3 检测到高电平，产生端口中断将 CPU 唤醒，恢复原状态继续工作。当掉电时间过长，电容放电完就自行复位。 方案比较：在掉电情况下，CPU 的工作电压完全靠电容放电来维持。而方案二采用低功耗 STOP工作方式，比方案一更加节约能源，延长掉电恢复时间，所以本设计采用了方案二。温度的检测9.1 温度的采样。 温度的检测和控制是此设计成败的关键。在本设计中，温度的检测是通过锅底和锅盖的两个50K? 热敏电阻来完成。不同的温度，热敏电阻的阻值就不同，阻值的大小与

30、它的温度成反比。当温度高，热敏电阻的阻值就小，分到的电压就低，取样电阻上分到的电压就高，A/D 转换的值就大；相反，当温度低时，热敏电阻上分到的电压就高，取样电阻上分到的电压就小，A/D 转换的值相对就小。CPU 通过 A/D 转换值的大小去控制温度。温度采样原理图如图 1.4 所示。为了防止干扰信号而产生的误判断，在对温度进行采样时，首先进行十次采样，再取平均值。采样周期为 10ms，完成十次采样需 100ms，这样就能消除干扰。温度的采样和求平均值，都是在 1 ms的中断中完成的。第五章 预约功能 在待机状态下，按“预约”键可进行预约开始用餐的时间。预约的时间就是从当前时间到烹调完成的时间

31、，也就是预约的时间中包含整个烹调时间。预约的时间范围是 1-15 个小时，设置时间的步进为“1”。预约流程图如图 9-1 所示。预约时间设置好后，按下烹调功能键，就开始烹调前的倒计时，并且功能灯以每秒一次的速度闪烁，若用户预约的时间段小于烹调所需的时间，或者倒计到所剩时间等于烹调所需时间时（设预约的时间为 T1，此功能完成的时间为 T2，加热的时间点 T=T1T2）就立即加热工作。此功能为忙碌的上班族提供了方便，只要在上班前设置好预约时间，等到一下班回家就能吃到香喷可口的米饭。10.1 预约煲汤 待机状态下按“煲汤”键，可对水沸腾后的煲汤时间进行设定,设定的时间 4095 分钟。设定的步进为“

32、5”，即每按一次“煲汤”键盘时间递增 5 分钟，可循环设定。程序设定的时间默认为 40分钟，也就是不进行煲汤时间进设定时，水沸腾后的调功时间为 40 分钟。设定好煲汤 3S 后，进入全功率煲饭功能，后面一位数码显示“”；在按“预约”键进行时间预约后，再按“煲汤”键，也可对水沸腾后的煲汤时间进行设定, 设定的时间 4095 分，设定好煲汤 3S 后，进入倒计时，同时煲汤的 LED 灯以每秒一次的速度闪烁，倒计时到所剩时间等于设定时间加上煲汤煮沸所需的时间时（就是整个煲汤功能完成的时间），开始全功率煲汤加热，后面一位 LED 数码显示“”。图 9-1 预约时间流程图第六章 电饭煲的工作过程对于一个

33、电饭煲，要做到工作中无水或米浆溢出，做出的米饭口感好，饭香，无粘底或黄底，米饭的外观光亮；做出的粥/汤，香、无粘底，与水完全融合成一体。这并非一件容易的事。要想达到烹调的要求，必须要做好以下工作。11.1 判断米量因为不同的米量，在加热时吸收的热量不同，锅内实际温度与传感器检测到是温度相差大小也各不相同，因此相应的吸水点、沸腾点和焖饭点，所对应的传感器的电压值也就各不相同。所以在吸水点之前,必须要判断出米量来。11.1.1 米量的等级分类方案 在给米量的分等级上，当然是越细越好,那样便于温度的控制，但是要想准确的判断出米量就非常困难，而且要测的参数非常多。所以采用了以下两种方案。方案一: 把米

34、量分成大量、中量和小量三种等级。方案二: 把米量分成大量、中大量、中量、中小量和小量五种等级。 首先要看锅的容量。当锅的容量为 3 升或更小时，第一种方案优于第二种方案，因为方案一不仅能区分出米量，而且要测的参数也较少，软件的难度也大大的降低了；但是当锅的容量大于 3 升时，方案一就不能准确的区分出米量的多与少，米量判断就比较模糊，相应的吸水点、沸腾点和焖饭点所对应锅内温度就无法准确的判断，烹调的效果就不佳。这时方案二的优点就显示出来。因此米量的分类要结合锅的容量来考虑。11.1.2 煮饭和快煮米量的判断 把米量分成几档之后，怎样才知道米量处在那个档次呢？此时必须要进行米量的判断。米量的判断有

35、两种方案。方案一：根据锅底传感器的温度变化率。 判断方法：根据锅底传感器从 1.7V 升到 3.5V（锅底温度从 46升到 88）时所用的时间 t 来判断。不同的时间 t 对应不同的米量。理论上，米量越多，吸收的热量多，需要的时间长。而实际测量值并不如此。数据如下表 3。测量条件：锅的容量：4 升；功率：700W，电压：220V 左右，米和水的比例：1:1.5.从表 3 中不难看出，米量多少并不是与时间成正比。为什么会产生这种现象呢?这主要是因为,米是一种不良导体。当米量多时，锅底热量不易传导开，造成锅底局部过热，锅底温度迅速上升，时间却很短。所以这种方案是不可行的。方案二：对锅底、锅盖的传感

36、器的斜率同时加以判断。 由于米是一种不良导体，对热量的传导速度比较慢。当米量多时，不仅本身吸收的热量比较多，而且把热量传导到上面的速度也比较慢，因此上面传感器温度的变化率就比较小；相反，当米量少时，上面传感器温度的变化率就比较大。因此，在不同米量下，即使下部传感器的温度变化率是相同的，而上部传感器的变化率却能区别开来，如下表 4 所示。测量条件：锅的容量：4 升；功率：700W，电压：220V 左右，米和水的比例：1:1.5。从表 4 可以看出，不同的米量虽然时间相同，但上面传感器的斜率却有很大的差异。把上下传感器的斜率同时进行比较，基本上就能判断出米量来。显然方案二优于方案一。 由于吸水点的

37、温度在 65左右，所以在判断米量期间，锅内的温度上升不能超过 65。正是考虑到这一点，在判断米量，选择锅底传感器从 1.7V 升到 3.5V。从 1.7V 升到 3.5V 期间，米量少时，锅内温度达到 60，米量多时，锅内在温度 40左右。11.1.3 煮粥和煲汤量的判断 在煮粥和煲汤时，量的判断相对就比较容易，因为米或汤料与水的比例为 1:10，相对来说，锅内水的量占绝大部分，而且水对热量的传导率相同，锅内的温度就均匀变化。量的多少基本上与时间成正比，由锅底传感器的变换率就能判断出来。11.1.4 米量判断的误差与难点 在米量判断时，不同的米质，电压的波动都会给米量的判断带来误差。相同的米量

38、，不同的米质，在加热时吸收的热量就不同，上下传感器的变化率就不同，判断就不同；如果电压的波动，也会引起米量的误判断。 本设计遇到的最大难题就是热态问题。在做饭时，人们为了节省电能或者赶时间，用热水进行做饭。在本设计中，判断水量是在吸水点 65之前进行，且判断米量的标准之一就是锅底传感器从1.7V 升至 3.5V 所用时间，也就是锅底从 46上升到 88所用的时间，然而在热态时，水的温度是个不定因素，可能高于 46，也可能高于 65。而且在热态下，一段时间后，米就变得脆且表面较软，这时米量正处吸热阶级，加热时锅底传感器温度变化相对就慢一些，而此时，顶部传感器变化率相对快一些。这种情况下，方案一和

39、方案二都无法胜任，采取了另一种方案。 当判断是热态时，上电就满功率加热五分钟，五分钟到，关闭功率，记下此时上下传感器电压值。然后吸水二分钟，由于上下温度要平衡，顶部传感器温度一直在上升，而底部传感器的温度在下降，二分钟到，记下这时上下传感器的电压值，然后再判断各自的变化率，进行米量的判断。因为米量多，吸收的热量多，顶部上升率相对较小，底部下降率相对就大一些。相反，米量少的时候，顶部传感器的变化率相对大，底部变化率相对小。存在的缺点是，当米量少或者热态水的温度比较高时，加热五分钟，温度已经快煮沸，超过了最佳吸水温度，煮的饭不香，口感也不是太好，但是加热的时间过短，停止吸水时传感器的变化率很小，无

40、法区分。所以热态水煮饭仍然需要不断的探索，寻找一个最佳方案。11.2 温度点的设置与吸水 在判断米量之后，根据不同的米量来设置它不同的吸水点（65温度点）、沸腾点（100温度点）和焖饭点（130温度点）。在正常煮饭时，吸水时的温度基本控制在 65左右，在吸水判断中，当温度达到吸水点的温度时，停两分钟，让锅底温度和锅内温度平衡，两分钟到，再次检测锅内的温度（依据顶部传感器），当低于 65时，进行小功率加热，当高于 65时，停止加热。开始吸水，吸水的时间为五分钟，五分钟吸水时间到，又开始满功率加热，一直到煮沸。在快煮吸水中，为了体现它的“快”字，在吸水期间，不是完全停下来，而是给它一定的功率，让它

41、处于间歇式的加热状态，一是使锅内温度平衡，二是起到吸水的目的。煮粥和煲汤就吸水在煮沸后，所以上电直接加热到煮沸。11.2.1 吸水的目的 a吸水后，活性水相对减少，这样在沸腾时就不易溢锅。 b吸水之后，煮出的饭就不会很硬，而且口感好，饭香。11.3 沸腾 吸水后，满功率加热到沸腾点，然后改用间歇式的加热方式，直到锅内的水沸腾。这种波浪式加热方式，让锅内的米浆有一个缓冲的余地，避免米浆的溢出。11.3.1 沸腾点的设置 在判断米量之后，根据米量来设置相应的沸腾点。沸腾点的设置是否得当非常关键，当沸腾点过高，有米浆溢出，而沸腾点过低，波浪式加热到煮沸的时间太长，煮出的米饭就不香，口感也不佳。在本没

42、计中，沸腾点所对应锅内的温度为 95左右，而不是 100，如果沸腾点设为 100时，当满功率加热到 100，米浆就会一涌而上，就有大量的米浆溢出；若设定的过底，也达不到烹调的要求。因此沸腾点的设置要得当。11.4 沸腾的调功过程 在本设计中，调整发热盘的热能是靠断开和吸合继电器来完成的。在调功中，调功的周期为 30秒，在 30 秒内，继电器合上的时间越长，加热的能量就越大，相反，合上的时间越短，加热的能量就越小。另外，电压的高低也会影响发热盘的功率，电压高，功率增加，加热相等的时间能量就高，相反，电压低，功率减小，能量就小；而米量的不同，需要的能量也各不相同，米量多，需要的能量就大，米量少，需

43、要的能量相对也小。因此，调功不仅需要考虑到当时的电压，而且也要和米量合起来。所以，在调功前必须判断当前的电压。11.4.1 判断电压 在每次调功之前，首先判断此时的电压，判断电压通过 69P42 的 A/D 转换输入端口 AN6 来检测，电路图如图 1.4 所示。本设计把电压分为八个档，每 10V 为一档，不同的电压档中，对应的寄存器RAM1 中的值不同，如下表所示。根据米量和电压和关系，有以下三种调功方案： 方案一：一 一对应方式。在每一种米量下，对应有 8 挡电压，这样就有 40 种调功方式,这种方案不仅要测量的参数很多，重要的是软件非常复杂，程序量将大于 3K 而超出 69P42 的 R

44、OM 空间，显然此方案不可行。 方案二：在不同的电压下，设置不同的占空比装入 RAM1中，同样根据不同的米量，也设置不同的占空比装入 RAM2中，如表 4 和表 5 所示，然后取出 RAM1和 RAM2相加求得调功占空比，进行调功。很明显，这种方案大大的减少了程序的复杂性，但是相应的 RAM 中的值是多少才合适？又是以哪种占空比为准？这种方案的参数设置非常困难，且参数调整也非常复杂，所以此方案也不可取。 方案三：相互弥补方式。也就是当高电压遇到了大米量或低电压遇到少米量时，都当作正常情况处理，如上表 4 和表达式所示，当 RAM1+ RAM2=7、8 或 9 时，为正常情况；若 RAM1+ RAM2的值过大或过小时，也就是低电压遇到大米量或高电压遇到小米量时，占空比的调整的幅度就比较大。而这种调功是通过查表来完成，根据 RAM1+ RAM2的值查表，取得相应的调功占空比。这种方案的优点是可相互弥补，把调功可能的情况压缩到了 16 种，而且修改参数时，只需调整所查表格的占空比便能完