【正文】 微電腦控制藥膳煲的控制部分設(shè)計(jì) 3 第 2 章 相關(guān)知識(shí)及原理介紹 藥膳煲工作原理 微 電腦 控制藥膳煲是一種自動(dòng)進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間煎藥或煲湯的鍋，上面是鍋體，可以分離，下面是加熱及控 制盤 .加熱 功率為 300W，保溫功率為 煮的溫度和時(shí) 間 .燒煮時(shí)間 可設(shè)定為 120 分鐘、 180 分鐘或任意選擇（在 60~240 分鐘之間，為 30 分鐘的倍數(shù)）三種 方 式 .燒 煮開始后，前一小時(shí)為達(dá)到沸騰和保持沸騰狀態(tài)，此后為文火加熱狀態(tài)，到達(dá)規(guī)定的燒煮時(shí)間后蜂鳴器會(huì)報(bào)警并自動(dòng)進(jìn)入保溫 狀態(tài) .控 制面板上有 4個(gè)功能選擇按鍵（分別為：選擇鍵、 120 分鍵、 180 分鍵和清零鍵），還有 6 位數(shù)碼管進(jìn)行顯示所設(shè)定的燒煮時(shí)間和剩余燒煮時(shí)間（以分鐘為單位） . 單片機(jī)介紹 單片機(jī)是在一個(gè)硅片上 集成 了中央處理器（ CPU）、只讀存儲(chǔ)器（ ROM）、隨機(jī)存儲(chǔ)器（ RAM）和各種輸入 /輸出接口、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、串行通信口以及中斷系統(tǒng)等多種資源，這樣的一個(gè)集成電路就構(gòu)成了一個(gè)完整的微型計(jì)算 機(jī) .因?yàn)?它 的結(jié)構(gòu)及功能是按照工業(yè)過程設(shè)計(jì)的，所以單片機(jī)也被稱為微控制器（ Microcontroller） [2]. 單向可控硅介紹 單向可控硅是一種可控整流電子元件，能在外部控制信號(hào)作用下由關(guān)斷變?yōu)閷?dǎo)通，但一旦導(dǎo)通，外部信號(hào)就無(wú)法使其關(guān)斷，只能靠去除負(fù)載或降低其兩端電壓使其關(guān) 斷 .單 向可控硅是由三個(gè) PN結(jié) PNPN組成的四層三端半導(dǎo) 體器件 .與具 有一個(gè) PN結(jié)的二極管相比，單向可控硅正向?qū)ㄊ芸刂茦O電流控制；與具有兩個(gè) PN 結(jié)的三極管相比，差別在于可控硅對(duì)控制極電流沒有放大作 用 . 單向可控硅的工作原理 可控 硅關(guān)斷 的 條件：降低或 者 去掉加在可控硅陽(yáng)極 和 陰極之間的正向電壓，使陽(yáng)極電流 處于 最小維持電流以 下 .可 控硅導(dǎo)通 的 條件：一是可控硅陽(yáng)極 和 陰極 之 間必須加正向電壓，二是控制極也 需 加正向電 壓 .只有 以上兩個(gè)條件同時(shí) 滿足時(shí) ，可控硅才會(huì)處于導(dǎo)通狀態(tài) .此 外 ，可控硅一旦 處于 導(dǎo)通 狀態(tài) 后，即使降低 了 控制極電壓或 者 去掉控制極電壓，可控硅仍然 導(dǎo)通 . 單向可控硅的使用注意事項(xiàng) 選用可控硅的額定電壓時(shí)，應(yīng)參考實(shí)際工作條件下的峰值電壓的大小，并留出一定的余 量 . (1) 選用可控硅的額定電流時(shí)，除了考慮通過元件的平均電流外 ，還應(yīng)注意正常工作時(shí)導(dǎo)通角的大小、散熱通風(fēng)條件等 因素 .在 工作中還應(yīng)注意管殼溫度不超過相應(yīng)電流下的允許 值 . (2) 使用可控硅之前，應(yīng)該用萬(wàn)用表檢查可控硅是否 良好 .發(fā)現(xiàn)有短 路或斷路現(xiàn)象時(shí)，應(yīng)立即更 換 . (3) 嚴(yán)禁用兆歐表（即搖表）檢查元件的絕緣情 況 . (4) 電流為 5A 以上的可控硅要裝散熱器，并且保證所規(guī)定的冷卻條 件 .為保證 散熱器江南大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 4 與可控硅管心接觸良好，它們之間應(yīng)涂上一薄層有機(jī)硅油或硅脂，以幫 助 良好的散 熱 . (5) 按規(guī)定對(duì)主電路中的可控硅采用過壓及過流保護(hù)裝 置 . (6) 要防 止可控硅控制極的正向過載和反向擊 穿 . 繼電器介紹 繼電器是一種自動(dòng)和遠(yuǎn)距離操縱用的電器，廣泛地應(yīng)用于電力系統(tǒng)保護(hù)、生產(chǎn)過程自動(dòng)化及各類自動(dòng)、遠(yuǎn)動(dòng)、遙控、遙測(cè)和通信等自動(dòng)化裝置中，起著控制、檢測(cè)、保護(hù)和調(diào)節(jié)的作用，是現(xiàn)代電氣自動(dòng)化系統(tǒng)中最基本的器件之 一 .它的功 能是當(dāng)輸入激勵(lì)量達(dá)到規(guī)定要求時(shí)，在電氣輸出電路中，被控參量發(fā)生預(yù)定階躍的編號(hào)的一種自動(dòng)電 器 .當(dāng) 輸入量（如電壓、電流、溫度等）達(dá)到規(guī)定值時(shí)，繼電器被所控制的輸出電路導(dǎo)通或斷開 [3]. 輸入量可分為電氣量 與 非電氣量?jī)纱?類 .其中 電氣量指 電壓 、電 流 、 功率 、 頻率 等 ，非電氣量指壓力、溫度、速度 等 . 由于 繼電器具有 許多 優(yōu)點(diǎn) ，例如 工作穩(wěn)定、動(dòng)作 迅速 、 使用時(shí)間長(zhǎng) 、體積小等 ，所以被 廣泛應(yīng)用于自動(dòng)化、運(yùn)動(dòng)、電力保護(hù)、通信、遙控和測(cè)量等裝 置中 . 繼電器的工作原理和特性 電磁繼電器一般由感應(yīng)機(jī)構(gòu)、變換機(jī)構(gòu)、比較機(jī)構(gòu)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成 .感應(yīng)機(jī)構(gòu)是線圈；變換機(jī)構(gòu)是電磁系統(tǒng)，包括鐵心、銜鐵、軛鐵和線圈；比較機(jī)構(gòu)是反力系統(tǒng)，主要包括反力彈簧和簧片；執(zhí)行機(jī)構(gòu)是導(dǎo)電接觸系統(tǒng)（主要指觸點(diǎn)），多為簧片結(jié)構(gòu) .只要在線圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會(huì)流過一定的電 流 ，從而產(chǎn)生電磁效應(yīng)，銜鐵就會(huì)在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動(dòng)銜鐵的動(dòng)觸點(diǎn)與靜觸點(diǎn)（常開觸點(diǎn)）吸合 .當(dāng)線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會(huì)在彈簧的反作用力返回原來(lái)的位置，使動(dòng)觸點(diǎn)與原來(lái)的靜觸點(diǎn)（常閉觸點(diǎn)）釋放 .通過這樣吸合、釋放的過程，從而達(dá)到了控制在電路中的導(dǎo)通、切斷的目的 .對(duì)于繼電器的“常開、常閉”觸點(diǎn)，可以這樣來(lái)區(qū)分：“常開觸點(diǎn)”是繼電器在 線圈 沒有通電情況下 處于斷開狀態(tài)的靜觸點(diǎn)； “常閉觸點(diǎn) ”是 處于接通狀態(tài)的靜觸點(diǎn) [4]. 繼電器的作用 (1) 擴(kuò)大控制 范圍：例如，多觸點(diǎn)繼電器控制信號(hào)達(dá)到某一定值時(shí)，可以按觸點(diǎn)組的不同形式，同時(shí)換接、開斷、接通 幾路甚至十幾路 電 路 . (2) 放大：例如，靈敏型繼電器、中間繼電器等，用一個(gè)很微小的控制量，可以控制很大功率的電 路 . (3) 綜合信號(hào)：例如，當(dāng)多個(gè)控制信號(hào)按規(guī)定的形式輸入多繞組繼電器時(shí)，經(jīng)過比較綜合，達(dá)到預(yù)定的控制效 果 . (4) 自動(dòng)、遙控、監(jiān)測(cè)：例如，自動(dòng)裝置上的繼電器與其他電器一起，可以組成程序控制線路，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化運(yùn) 行 . 繼電器的技術(shù)參數(shù) (1) 額定工作電壓 ： 是指 繼電器 線圈需要的 正 常工作電壓 .可 以是直流電壓，也可以是交流電壓，這取決于繼電器 的型號(hào) . (2) 直流電阻 ： 是指繼電器中線圈的直流電 阻，可以使 用 萬(wàn)能表測(cè)量 得到具體 數(shù)值 . 微電腦控制藥膳煲 的控制部分設(shè)計(jì) 5 (3) 吸合電流 ： 是指在正常使用 中 繼電器能夠產(chǎn)生吸合動(dòng)作的最小電 流 .為了 讓繼電器穩(wěn)定工作， 給定的電流必須略大于吸合電流 .為了 不因大電流燒毀線圈，給線圈加的工作電壓一般不會(huì)超過 倍額定工作電 壓 . (4) 釋放電流 ： 是指繼電器釋放動(dòng)作的最大 電流 .當(dāng)繼 電器吸合狀態(tài)的電流減小到一定程度時(shí) （ 電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于吸合電流 ） ，繼電器就會(huì)恢復(fù)到未通電的釋 放狀態(tài) . (5) 觸點(diǎn)切換電壓和電流 ： 是指繼電器允許加載的電壓和 電流 .它決 定了繼電器能控制電壓和電流的大小，使用時(shí)不能超過此值，否則很容易損壞繼電器的 觸點(diǎn) . 繼電器的參數(shù)選擇 (1) 繼電器額定工作電壓 的選擇 .繼電器最 主要的一項(xiàng)技術(shù)參數(shù) 就是額定工 作電壓 .使用繼電器時(shí)， 首先應(yīng)該 考慮電路（即繼電器線圈電路）的工作電壓，繼電器的額定工作電壓 與 所在電路的工作電壓 應(yīng)該是相等 的 .一般所 在電路的工作電壓是繼電器額定工作電壓的 倍 .電 路的工件電壓不 允許 超過繼電器額定工作電壓， 不然 繼電器線圈 會(huì) 燒 毀 .另外， 一些 集成電路如 NE555 電路可以直接驅(qū)動(dòng)繼電器工作， 一 些集成電路如 COMS 電路輸出電流小， 為了能 驅(qū)動(dòng)繼電器需要加一級(jí)晶體管放大電路 才能工作 ，這 時(shí)要 考慮晶體管輸出電流應(yīng)大于繼電器的額定工作 電流 . (2) 繼電器觸點(diǎn)負(fù)載 的選擇 .觸點(diǎn)負(fù)載是指觸點(diǎn)的承受能力 .繼電器的觸點(diǎn)在轉(zhuǎn)換時(shí)可承受一定的電壓和電流 .所以在使用繼電器時(shí)，需要注意到觸點(diǎn)上通過的電流和觸點(diǎn)兩端的電壓不能超過繼電器規(guī)定的觸點(diǎn)負(fù)載能力 . (3) 繼電器線圈電 源的選擇 .這是指 繼電器線圈 工作 使用的是直流電（ DC）還是交流電（ AC） .通 常，初學(xué)者 采用直流電源供電的電子線路來(lái) 進(jìn)行電子制作活動(dòng)，所以 這時(shí)需要使用在 直流電壓 下 線圈 工作 的繼電 器 . 繼電器的測(cè)試 點(diǎn) (1) 測(cè)觸 點(diǎn)電阻 .用萬(wàn)能表的 電阻檔，測(cè)量常閉觸點(diǎn)與動(dòng)點(diǎn)電阻， 在不工作情況下 其阻值應(yīng)為 0， 而常開觸點(diǎn)與動(dòng)點(diǎn)的阻值為無(wú) 窮大 .常閉觸點(diǎn)和 常開觸點(diǎn) 的判斷可以通過這種阻值不同的方法 來(lái)區(qū)別 . (2) 測(cè)線圈 電阻 .可用 萬(wàn)能表 R10Ω 檔測(cè)量繼電器線圈的阻值，從而判斷該線圈是否存在著開路 現(xiàn)象 . (3) 測(cè)量吸合電壓和 電流 .使 用 電流表 和可調(diào)穩(wěn)壓電源，給繼電器輸入一組電壓 ，同時(shí)把電流表串聯(lián)到供電回路中進(jìn)行監(jiān)測(cè) .逐漸調(diào)高電源電壓，繼電器吸合聲出現(xiàn)時(shí)，記下吸合電壓和吸合電流的數(shù)據(jù) .可以通過多次測(cè)量取平均值的方法使數(shù)據(jù)更精確 . (4) 測(cè)量釋放 電壓和電流 .連線和測(cè)試方法與上一點(diǎn)相同，當(dāng)繼電器吸合后，再逐漸降低電源電壓，繼電器釋放聲出現(xiàn)時(shí)，記下此時(shí)釋放電壓和釋放電流的數(shù)據(jù)，同樣，也可以通過多次測(cè)量求平均值的方法取得平均 的釋放電壓 與 釋 放電流 .在一 般情況下，繼電器的釋放電壓 大約是 吸合電壓的 10~50%，如果釋放電壓太?。ㄐ∮?1/10 的吸合電壓），則不能正常使用 了，這樣會(huì)對(duì)電路的穩(wěn)定性造成威脅， 不能可靠正 常工作 . 74HC138 38 譯碼器介紹 74HC138 38 線譯碼 器 ,譯碼器 也稱解碼 器，譯碼 過程實(shí)際上是一種翻譯 過程 ,即編 碼江南大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 6 的逆 過程 .譯碼器 的輸入是 n 位二值代 碼，輸出 是 m 個(gè)表征代碼原意的狀態(tài)信號(hào)（或另一種代碼），一般情況下有 m小于等于 2 的 n 次方，即譯碼器輸入線比輸出線 要少 .譯碼 器按其功能可分為三大類： (1) 變量譯碼器：將輸入的二進(jìn)制代碼還原為原始輸入 信號(hào) .例 如有兩位二進(jìn)制代碼（ 0， 1），可經(jīng)譯碼器還原為四個(gè)信號(hào)狀態(tài)（ 0， 0）（ 0， 1）（ 1， 0) (1， 1). (2) 代碼變換譯碼器 ：是從一種編碼轉(zhuǎn)換為另一 種編碼 . (3) 顯示譯碼器： 一般是將一種編碼譯成十進(jìn)制碼或特定的編碼，并通過顯示器件將譯碼器的狀態(tài)顯示出 來(lái) . 74HC138 38 線譯碼器是高速硅柵 CMOS 解碼 器，適合 內(nèi)存地址解碼或數(shù)據(jù)路由應(yīng)用 .74HC138 按照三位二進(jìn)制輸入碼和賦能輸入 條件 ,從 8個(gè)輸出端中譯出一個(gè)低電 平輸出 .在解調(diào)器應(yīng)用 中 ,賦能 輸入端可用作數(shù)據(jù)輸 入端 .在本設(shè) 計(jì) 中， 使用譯碼器來(lái)控制數(shù)碼管的顯示 .其中 前 3 位為設(shè)定時(shí)間，后 3 位為倒計(jì)時(shí)剩余時(shí)間，單位為分鐘 [5]. 74HC245 8 位鎖存器 介紹 74HC245 是總線驅(qū)動(dòng) 器，典 型的 TTL 型 8 位三態(tài)緩沖門 電路 .它是 雙向輸入 /輸出口，它的雙向功能是通過 DIR 和 E 結(jié)合控制數(shù)據(jù)傳輸方 向 .當(dāng) E 為低電平， DIR 為低電平，數(shù)據(jù)從 B 到 A 傳輸；相反，如果 E 為低電平， DIR 為高電平，數(shù)據(jù)從 A 到 B 傳 輸 . 由于單片機(jī)等 CPU 的數(shù) 據(jù) /地址 /控制總線端口 都有一定的負(fù)載能力，如果負(fù)載超過其負(fù)載能力，一般應(yīng)加驅(qū) 動(dòng)器 .其主要 用作信號(hào)功率放 大 .在本 設(shè)計(jì)中， 74HC245 的 A 端接單片機(jī)的 P2 口， B 端接外設(shè)的數(shù)碼管，從而起到了功率放大的作用 [6]. 三端穩(wěn)壓器 LM7805 介紹 在電子產(chǎn)品中，常見的三端穩(wěn)壓集成電路有正電壓輸出的 LM78XX 系列和負(fù)電壓輸出的 LM79XX 系 列 .顧名思義，三 端 IC 是指這種穩(wěn)壓用的集成 電路，只有 三條引腳輸出，分別是輸 入端、接地 端和 輸出端 .該 系列集成穩(wěn)壓 IC 型號(hào)中的 LM78 或 LM79 后面的數(shù)字 表示 該三端集成穩(wěn)壓電路的輸出電 壓， 如 LM7806 表示輸出電壓為正 6V， LM7909 表示輸出電壓為負(fù) 計(jì)中 LM7805 是輸出 5V 三端穩(wěn)壓器件，內(nèi)部采用電流限幅、過熱短路保護(hù)，所以這種集成電路實(shí)際上是不會(huì)燒毀的 器件 .它適 用 于變化范圍限寬的電源輸出，從而獲得穩(wěn)定的電壓輸出 .由于 輸出電流大，所以它可以為整個(gè)電路板提供穩(wěn)壓電流，避免采用多穩(wěn)壓的麻 煩 .其特 點(diǎn)是輸出電流可超過 1A，無(wú)需外接元件，具有短路電流保護(hù)和低輸出電阻特性 [7]. LM7805 在 實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)在三端集成穩(wěn)壓電路上 為其 安裝足夠大的散熱器（ 小功率的條件下沒有必要 ） .原 因是 當(dāng)穩(wěn)壓管溫度過高時(shí)，穩(wěn)壓性能 會(huì)降低 ，甚至 引起 器件損壞 . 當(dāng) 電路 制作中需要一個(gè)能輸出 以上電流的穩(wěn)壓電 源時(shí)，一般情 況下將 N 塊三端穩(wěn)壓電路并 聯(lián)，使得 其最大輸出電流為 N 倍的 ，但 在應(yīng)用 過程中需要注意的是為了保證參數(shù)的一 致，并聯(lián) 時(shí)所 使用的集成穩(wěn)壓電路應(yīng)采用同廠家同批號(hào)的產(chǎn) 品 .除此 之外，為了 避免個(gè)別集成穩(wěn)壓電路失效導(dǎo)致其他電路的連鎖燒毀 ， 在輸出電流上 應(yīng)當(dāng) 留有一定的余量 . 微電腦控制藥膳煲 的控制部分設(shè)計(jì) 7 LM7805 在使用時(shí)的注意事項(xiàng) (1) 輸入輸出壓差不能太 大 ,太 大 的話 轉(zhuǎn)換效率 就會(huì)迅速下 降，而且 容易 引起 擊穿損壞； (2) 是 輸出電壓的 極限 值，不能超過 這個(gè) 值 .對(duì)于大 電流輸出 的情 況下，為了 避免出現(xiàn) 熱擊穿 或者 高溫 保護(hù)， 散熱片尺寸 需 要足夠大； (3) 輸入輸出壓差也不能 太小