SPMC65P2404A在智能电饭煲中的应用

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利用SPMC65P2404A单片机作为整个电饭煲的主控芯片，并且结合模糊控制技术来实现电饭煲的各种功能。
      
        目前，市场上的电饭煲大部分采用机械式或者是采用固定功率的方式加热，能源利用率低，功能单一，难以满足人们日益增长的生活需求。因此，开发功能齐全、安全可靠的微电脑电饭煲是非常用必要的。微电脑控制的智能电饭煲符合现代人的要求，具有人性化的界面设计，各种烹调过程全部由电脑自动控制，并且大多的智能电饭煲采用太空“黑晶”内胆，超硬耐磨，恒久美观。
      
        本文主要介绍利用SPMC65P2404A芯片来对电饭煲的过程进行控制。利用SPMC65P2404A完成的电饭煲具有以下功能：精煮、超快煮、冷饭加热、少米量、45分稀饭、2小时粥、1小时汤和2小时汤，并且具有人性化的操作界面。
      
        要想煮出高质量的米饭，就要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。煮饭过程可以抽象成以下几个部分：吸水、升温、维持沸腾、补炊、焖饭和保温过程。整个煮饭过程结束后，自动进入保温模式，温度低于65℃左右，加热盘就会对锅体进行加热。
      
        利用凌阳8位单片机开发的智能电饭煲具有煲煮和定时两大功能。选择相应功能后设置相应的定时时间，按下开始键，定时开始，每过1小时显示时间数减1。在定时时间内，根据定时的时间和所需过程的时间差电饭锅就能自动启动、自动加热、自动保温，完成选择的功能。例如如果45分钟稀饭定时2小时的话，电饭煲会在1小时15分钟的时候开时启动加热工作，并进入45分钟稀饭功能模式。
      
总体方案介绍

                                图1：控制系统构成框图

        利用凌阳8位MCU设计的智能电饭煲控制系统原理框图如图1所示，通过按键来选择功能模式，显示电路完成显示当前状态和定时时间；通过温度传感器来对温度进行采样；通过MCU的控制最终实现对继电器的控制，从而来控制对加热盘的加热与否，电源部分完成对单片机系统和外围电路提供5V电源，并且对加热盘进行加热。

系统硬件设计

                            图2：电饭煲的电路原理图

        由单片机SPMC65P2404A控制的电饭煲的硬件原理图如图2所示，它包括按键输入部分、温度检测输入电路、复位和晶振电路，PA6、PA7完成对顶盖和底盘的温度的检测，PA5完成对继电器的控制，SPMC65P2404A是系统的核心部分。

● 芯片特性简介

        SPMC65P2404A是凌阳公司的8位单片机，最高工作频率为8MHz，工作电压为2.5～5V，有192B的RAM和4KB的OTP ROM，有23个可编程 I/O口，8通道10位A/D转换器，2通道8位定时/计数器，2通道16位定时/计数器，1个12位PWM输出口，有低电压、上电、看门狗、外部信号、错误地址复位，并且有一个蜂鸣器输出口。

        凌阳科技8位单片机具有189条指令和11种寻址模式，支持位操作，中断方式包括IRQ和NMI中断、4种外部中断和11种内部中断。2个8位可编程定时器/计数器可自动预置初始计数值，提供普通的定时/计数功能、8位捕获功能和8位比较功能。2个16位可编程定时器/计数器具有普通的定时/计数功能、8或16位捕获功能、16位比较功能和12位PWM输出。

● 显示电路

                  图3：显示电路

        显示电路由共阳极数码管和10个LED组成，通过单片机位选和所送的数据来点亮相应的LED和数码管的显示状态。其电路原理图如图3所示。

● 电源电路

                                           图4：电源电路

        电源部分为单片机提供+5V的直流稳压源，并且通过降压、整流、滤波之后的+14V电压对继电器进行供电，通过控制三极管射极的导通与否来控制继电器的工作状态。电源电路原理图如图4所示。

● 温度采集部分电路图

                                       图5：温度传感器电路

        J2和J3是温度传感器的两个接口，其中J2和J3分别是顶盖和底盘温度传感器的接口，单片机检测的信号实际上是与温度传感器分压的电阻的电压值，因为温度传感器的电阻值会随温度的上升而减小，所以分压电阻的电压值间接反映了某一时刻的温度，电路原理图如图5所示。

系统软件设计

● 主程序流程

                              图6：程序主流程图

        从样机分析中大致设计整个系统，整个系统输入包括2个温度传感器，5个按键；输出包括2位七段数码管、10个发光二极管、继电器控制信号等。根据控制功能，将程序设计为几个主要的模块，程序主流程见图6所示。

● 子程序

(1)诊断子程序

        诊断程序主要进行温度采集并判断传感器是否良好，主要对2个温度传感器连续检测20次，若测到的数据不在正常范围内(温度范围-10～160℃)，则表明传感器短路或断路故障，数码显示“E”，并禁止按键操作。

(2)键盘扫描子程序

       程序每循环一次扫描一次键盘，如果扫描到有键按下，则暂存键值，如果连续5次扫描到的键值都一样，则认为是稳定的键值。

(3)系统共有5个按键，在不同的状态下，每个键只要轻按一次就有效。系统的五个键接于PA1、PA3、PA2、PA0、PA4，如果按键值有效则返回值的相应位为0，否则相应位为1。

(4)温度采集子程序

        热敏电阻灵敏度高，为了防止干扰及其他原因导致测出的温度值变化太快，引起控制部件频繁动作，温度采集采用滑动平均值滤波方法。即在同一个通道上连续采集三个数据，取其中的中间值。

(5)显示子程序

        系统共有2位七段数码管显示及10个发光二极管显示。数码管主要有6种状态需要显示：待机状态、出错显示、焖饭、保温、煮饭中及定时时间显示。发光二极管显示所选择的功能、开始及保温状态。功能显示需采用轮循方式，在按下开始键之前，开始灯闪烁。进入保温状态后，保温指示灯亮。LED显示程序由位码扫描子程序及数码显示状态选定子程序组成。

        电饭煲的功能不再只是单纯的煮饭，它可以完成很多的功能，利用凌阳的8位MCU实现的智能电饭煲可以完成煮饭、煮粥、煮汤、冷饭加热等功能，另外未来的小家电应该具备“智能、安全、多功能、节约以及环保”这五大功能。