【正文】 大不小的問題，但解決這個問題，無疑能達到較好的使用效果，因此結(jié)構(gòu)技術(shù)創(chuàng)新，采用嵌入式的定位設(shè)計，能滿足人性化的需求。此外，燃氣灶具安全技術(shù)，在現(xiàn)行的國家標(biāo)準(zhǔn)中得到深度貫徹，并提出具體技術(shù)要求。熄火保護技術(shù)的不斷升級，以離子熄火保護為現(xiàn)有的最先進的技術(shù)。安全技術(shù)不僅僅局限于熄火保護，通過智能技術(shù)的升級，對燃氣泄露報警、高溫警示、灶體散熱、童鎖等等安全措施的保障，也是未來安全技術(shù)發(fā)展的重要內(nèi)容。 市場上不斷發(fā)展壯大的氣電兩用灶、集成環(huán)保灶，則完全跳出了燃氣灶具的固有范疇，完全從消費者的實際需要出發(fā)而標(biāo)新立異，填補了燃氣灶具在一般使用過程中的技術(shù)缺陷和功能空白。這也是從另一個角度折射出灶具技術(shù)的發(fā)展趨勢呈現(xiàn)出多元化，但這一切都是以客觀存在的消費需求為前提的，未來灶具技術(shù)的發(fā)展，消費者將起著決定性的牽引作用。第二章 總體設(shè)計方案本設(shè)計硬件系統(tǒng)主要是以單片機為主要控制器，各種芯片輔助下，完成其功能。單片機在其中起主要控制作用。本章主要介紹燃氣灶控制系統(tǒng)中的硬件選擇，包括總體設(shè)計，硬件接線圖及分析，元器件的介紹選擇，各個元器件的端口設(shè)置等?？傮w設(shè)計是一款產(chǎn)品能否設(shè)計出來的藍圖，也是主導(dǎo)整個產(chǎn)品設(shè)計最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，而好的總體設(shè)計方案也決定了產(chǎn)品的優(yōu)劣。單 片 機時間顯示狀態(tài)顯示定時時間火力調(diào)節(jié)煮飯、煲湯溫度采集附加電源（電源、時鐘、復(fù)位）點火、熄火 總體設(shè)計框圖本方案的主要功能是用戶可以自由設(shè)定烹飪時間，自動煮飯和煲湯，火力大小可以任意調(diào)節(jié)并具有方便的點/熄火控制按鈕，方便操作，并有熱電偶形成的一套安全防護措施，輸出方面主要由時間顯示，由LCD液晶顯示，火力大小指示燈，待機指示燈。通用型單片機的種類很多，且適合不同應(yīng)用場合的新產(chǎn)品不斷出現(xiàn)。就目前我國的應(yīng)用情況看，以8位中檔MCS51系列單片機的應(yīng)用最為普遍，并把它作為實時監(jiān)測及控制等應(yīng)用領(lǐng)域的優(yōu)選機種。本次設(shè)計單片機選擇MCS51系列單片機中的AT89C51。各管腳控制及對應(yīng)的功能說明如下：（1）時鐘信號腳——XTALXTAL2:外部時鐘信號腳。（2）控制線——RST/Vpd:當(dāng)作RST使用時，為復(fù)位輸入端；當(dāng)作為Vpd使用時，當(dāng)VCC掉電下，可作備用電源。（3）/Vpp——為訪問內(nèi)部或外部程序儲存器的選擇號。對片內(nèi)RPROM編程時，Vpp接入21V編程電壓。（4)輸入/輸出口線——P0口，既可接地址鎖存器作低8位地址I/O口使用也可以作數(shù)據(jù)I/O口使用。能驅(qū)動8個LSTTL負載。P1口——具有內(nèi)部上位電阻的8位準(zhǔn)雙向I/O口，可驅(qū)動4個LSTTL負載。P2口——8位具有內(nèi)部上位電阻的準(zhǔn)雙向I/O口，在接收外部存儲器時，P2口作為地址高8位，能驅(qū)動4個LSTTL負載。P3口——8位具有內(nèi)部上位電阻的準(zhǔn)雙向I/O口。 功能設(shè)計（1）定時：能夠?qū)崿F(xiàn)自由定時，是燃氣灶實現(xiàn)智能化最基本的體現(xiàn)，本次設(shè)計通過設(shè)計三個按鈕：時間+、時間、確認(rèn)配合軟件來實現(xiàn)時間的輸入和倒計時功能。在烹飪過程中，即使人因某些原因長時間離開，也能夠安全起好效果的烹飪。（2）火力調(diào)節(jié)：燃氣灶最基本的功能，無論是手動燃氣灶還是智能燃氣灶，這個功能是最主要的設(shè)計方面，本次設(shè)計通過設(shè)計一個按鈕來實現(xiàn)火力大小的任意切換，火力大小按比例分配，這里設(shè)計三檔火力：大火、中火（大火55%）、小火（大火35%）。（3）煮飯、煲湯：各自通過設(shè)計一個按鍵配合各自工藝曲線圖、軟件和溫度采集裝置來實現(xiàn)過程自動化，過程類似電飯煲但又有所區(qū)別。（4）溫度采集是實現(xiàn)煮飯、煲湯自動化的重要環(huán)節(jié)，本次設(shè)計選用K型熱電偶溫度傳感器，并對其做了詳細介紹。（5）點火、熄火：通過設(shè)計點火鍵和待機鍵來實現(xiàn)點火、熄火功能，點火鍵按下時，閥門開脈沖點火器產(chǎn)生電弧，點燃氣體，默認(rèn)小火；待機鍵按下時，清除所有狀態(tài)，相當(dāng)于OFF功能，不過不同的是待機狀態(tài)時，整個系統(tǒng)仍處于活躍狀態(tài)，在活躍狀態(tài)等待別的狀態(tài)開啟。（6）時間顯示：本次設(shè)計需要顯示的內(nèi)容很簡單，所以選擇了 LCD顯示器。（7）狀態(tài)指示：根據(jù)本次設(shè)計方案需要6個狀態(tài)指示燈，即煮飯、煲湯、待機、火力大、火力中和火力小六個狀態(tài)。 K型熱電偶工作原理兩種不同的金屬A與B形成閉合回路。當(dāng)兩個接點溫度不同時，回路中將產(chǎn)生電動勢。該電勢的大小和方向取決于兩導(dǎo)體的材料和之間的溫度差，而與導(dǎo)體的粗細、長短無關(guān)。這種現(xiàn)象稱為物體的熱點效應(yīng)，也叫賽貝克效應(yīng)。組成的測量傳感器稱為熱電偶傳感器，產(chǎn)生的電勢稱為熱電勢。熱電偶中用作測量的一段叫熱段（測量端或工作段），另一端叫冷端（參與端）。工作端冷端導(dǎo)體A導(dǎo)體B 熱電偶的組成由于產(chǎn)生的熱電勢與兩接點產(chǎn)生的溫度差有關(guān)，必須先固定冷端的溫度才能確定熱電勢與測溫端的溫度的對應(yīng)關(guān)系。目前規(guī)定冷端在0℃給出熱端溫度（測量溫度）與熱電勢的數(shù)值數(shù)值對照表（稱為分度表）。在實際使用中要保持冷端0℃是不容易的，如果以室溫作為冷端溫度的測溫，則需要加溫度補償。 K型熱電偶參數(shù)K型熱電偶測量范圍寬，價格便宜，應(yīng)用廣泛，可以在氧化和中性氣氛中測溫。按熱電偶偶絲的直徑不同。 K型熱電偶測溫范圍偶絳直徑長期使用最高溫度（℃）短期使用最高溫度（℃）700800800900、9001000、10001100、11001200、12001300MAX6675參數(shù)及工作原理，帶有一個內(nèi)置的12位模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）。MAX6675還包含了冷結(jié)補償傳感和校正，數(shù)字控制器，一個SPI兼容接口，以及相關(guān)的控制邏輯。在MAX6675的目的是一起工作的外部微控制器或其他情報，恒溫，過程控制，或監(jiān)測應(yīng)用。（1）簡單的SPI串行口溫度值輸出（2）0℃～1024℃的測溫范圍（3）片內(nèi)冷端補償（4）高阻抗差動輸入（5）熱電偶斷線檢測（6）單一5V的電源電壓（7）低功耗特性（8）工作溫度范圍20℃～85℃（9）2000V的ESD信號該器件采用8引腳SO帖片封裝。 MAX6675引腳圖，內(nèi)部具有信號調(diào)節(jié)放大器。12位的模擬/數(shù)字化熱電偶轉(zhuǎn)換器、冷端補償傳感和校正、數(shù)字控制器。1個SPI兼容接口和1個相關(guān)的邏輯控制。 MAX6675內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖（1）溫度變換MAX6675內(nèi)部具有將熱電偶信號轉(zhuǎn)換為與ADC輸入通道兼容電壓的信號調(diào)節(jié)放大器，T和T輸入端連接到低噪聲放大器A1,以保證檢測輸入的高精度，同時使熱電偶連接導(dǎo)線與干擾源隔離。熱電偶輸出的熱電勢經(jīng)低噪聲放大器A1放大，再經(jīng)過A2電壓跟隨器緩沖后，被送至ADC的輸入端。在將溫度電壓值轉(zhuǎn)換為相等價的溫度值之前，它需要對熱電偶的冷端溫度進行補償，冷端溫度即是MAX6675周圍溫度與0℃實際參考值之間的差值。對于K型熱電偶，電壓變化率為41μV/℃，電壓可由線性公式Vout=(41μV/℃)amp。(tRtAMB)來近似熱電偶的特性。上式中，Vout為熱電偶輸出電壓(mV),tR是測量點溫度；tAMB是周圍溫度。（2）冷端補償熱電偶的功能是檢測熱。冷兩端溫度的差值，熱電偶熱節(jié)點溫度可在0℃～℃范圍變化。冷端即安裝MAX6675的電路板周圍溫度，比溫度在20℃～85℃范圍內(nèi)變化。當(dāng)冷端溫度波動時，MAX6675仍能精確檢測熱端的溫度變化。MAX6675是通過冷端補償檢測和校正周圍溫度變化的。該器件可將周圍溫度通過內(nèi)部的溫度檢測二極管轉(zhuǎn)換為溫度補償電壓，為了產(chǎn)生實際熱電偶溫度測量值，MAX6675從熱電偶的輸出和檢測二極管的輸出測量電壓。該器件內(nèi)部電路將二極管電壓和熱電偶電壓送到ADC中轉(zhuǎn)換，以計算熱電偶的熱端溫度。當(dāng)熱電偶的冷端與芯片溫度相等時，MAX6675可獲得最佳的測量精度。因此在實際測溫應(yīng)用時，應(yīng)盡量避免在MAX6675附近放置發(fā)熱器件或元件，因為這樣會造成冷端誤差。（3）熱補償在測溫應(yīng)用中，芯片自熱將降低MAX6675溫度測量精度，誤大小依賴于MAX6675封裝的熱傳導(dǎo)性。安裝技術(shù)和通風(fēng)效果。為降低芯片自熱引起的測量誤差，可在布線時使用大面積接地技術(shù)提高MAX6675溫度測量精度。（4）噪聲補償MAX6675的測量精度對電源耦合噪聲較敏感。為降低電源噪聲影響。（5）測量精度的提高熱電偶系統(tǒng)的測量精度可通過以下預(yù)防措施來提高：①盡量采用不能從測量區(qū)域散熱的大截面導(dǎo)線；②如必須用小截面導(dǎo)線，則只能應(yīng)用在測量區(qū)域，并且在無溫度變化率區(qū)域用擴展導(dǎo)線；③避免受能拉緊導(dǎo)線的機械擠壓和振動；④當(dāng)熱電偶距離較遠時，應(yīng)采用雙絞線作熱電偶連線；⑤在溫度額定值范圍內(nèi)使用熱電偶導(dǎo)線；⑥避免急劇溫度變化；⑦在嚴(yán)劣環(huán)境中，使用合適的保護套以保證熱電偶導(dǎo)線；⑧僅在低溫和小變化率區(qū)域使用擴展導(dǎo)線；⑨保持熱電偶電阻的事件記錄和連續(xù)記錄。（6）SPI串行接口MAX6675采用標(biāo)準(zhǔn)的SPI串行外設(shè)總線與MCU接口，且MAX6675只能作為從設(shè)備。MAX6675，MAX6675MAX6675從SPI串行接口輸出數(shù)據(jù)的過程如下：MCU使CS變低并提供時鐘信號給SCK,由SO讀取測量結(jié)果。CS變低將停止任何轉(zhuǎn)換過程；CS變高將啟動一個新的轉(zhuǎn)換過程。一個完整串行接口讀操作需16個時鐘周期，在時鐘的下降沿讀16個輸出位，第1位和第15位是一偽標(biāo)志位，并總為0；第14位到第3位為以MSB到LSB順序排列的轉(zhuǎn)換溫度值；第2位平時為低，當(dāng)熱電偶輸入開放時為高，開放熱電偶檢測電路完全由MAX6675實現(xiàn)，為開放熱電偶檢測器操作，T必須接地，并使能地點盡可能接近GND腳；第1位為低以提供MAX6675器件身份碼，第0位為三態(tài)。測溫應(yīng)用MAX6675為單片數(shù)字式熱電偶放大器，其工作時無需外接任何的外圍元件，這里為降低電源耦合噪聲。 串行接口協(xié)議 串行接口時序 SO輸出位DS1302簡介DS1302是美國DALLAS公司推出的一種高性能、低功耗的實時時鐘芯片，附加31字節(jié)靜態(tài)RAM，采用SPI三線接口與CPU進行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個字節(jié)的時鐘信號和RAM數(shù)據(jù)。實時時鐘可提供秒、分、時、日、星期、月和年，一個月小與31天時可以自動調(diào)整，且具有閏年補償功能。～。采用雙電源供電（主電源和備用電源），可設(shè)置備用電源充電方式，提供了對后背電源進行涓細電流充電的能力。DS1302用于數(shù)據(jù)記錄，特別是對某些具有特殊意義的數(shù)據(jù)點的記錄上，能實現(xiàn)數(shù)據(jù)與出現(xiàn)該數(shù)據(jù)的時間同時記錄，因此廣泛應(yīng)用于測量系統(tǒng)中。 引腳分配圖 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖各引腳的功能為：Vcc1：主電源；Vcc2：備份電源。當(dāng)Vcc2Vcc1+，由Vcc2向DS1302供電，當(dāng)Vcc2Vcc1時，由Vcc1向DS1302供電。SCLK：串行時鐘，輸入，控制數(shù)據(jù)的輸入與輸出；I/O：三線接口時的雙向數(shù)據(jù)線；CE：輸入信號，在讀、寫數(shù)據(jù)期間，必須為高。該引腳有兩個功能：第一，CE開始控制字訪問移位寄存器的控制邏輯；其次，CE提供結(jié)束單字節(jié)或多字節(jié)數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆椒?。DS1302有下列幾組寄存器：①DS1302有關(guān)日歷、時間的寄存器共有12個，其中有7個寄存器（讀時81h～8Dh，寫時80h～8Ch），存放的數(shù)據(jù)格式為BCD碼形式。 DS1302有關(guān)日歷、時間的寄存器小時寄存器（85h、84h）的位7用于定義DS1302是運行于12小時模式還是24小時模式。當(dāng)為高時，選擇12小時模式。在12小時模式時，位5是，當(dāng)為1時，表示PM。在24小時模式時，位5是第二個10小時位。秒寄存器（81h、80h）的位7定義為時鐘暫停標(biāo)志（CH）。當(dāng)該位置為1時，時鐘振蕩器停止，DS1302處于低功耗狀態(tài)；當(dāng)該位置為0時，時鐘開始運行?？刂萍拇嫫鳎?Fh、8Eh）的位7是寫保護位（WP），其它7位均置為0。在任何的對時鐘和RAM的寫操作之前，WP位必須為0。當(dāng)WP位為1時，寫保護位防止對任一寄存器的寫操作。②DS1302有關(guān)RAM的地址 靜態(tài)RAM地址③DS1302的工作模式寄存器所謂突發(fā)模式是指一次傳送多個字節(jié)的時鐘信號和RAM數(shù)據(jù)。 突發(fā)模式寄存器④此外，DS1302還有充電寄存器等。讀寫時序說明DS1302是SPI總線驅(qū)動方式。它不僅要向寄存器寫入控制字，還需要讀取相應(yīng)寄存器的數(shù)據(jù)。要想與DS1302通信，首先要先了解DS1302的控制字。 DS1302控制字控制字的最高有效位（位7）必須是邏輯1，如果它為0，則不能把數(shù)據(jù)寫入到DS1302中。位6：如果為0，則表示存取日歷時鐘數(shù)據(jù)，為1表示存取RAM數(shù)據(jù)；位5至位1（A4～A0）：指示操作單元的地址；位0（最低有效位）：如為0，表示要進行寫操作，為1表示進行讀操作?？刂谱挚偸菑淖畹臀婚_始輸出。在控制字指令輸入后