【正文】 顯示功能的微波爐控制器。 （ 2） 可以根據需要設置烹調時間的長短，系統(tǒng)最長的烹調時間為 59 分 59 秒；開始烹調后能 夠顯示剩余時間的多少。 （ 4） 語音通過語音識別芯片和單片機的結合，實現(xiàn)輸出控制，實現(xiàn)語音控制微波爐各種操作。 4 實現(xiàn)功能 （ 1） 語音識別 菜單 功能： 識 別微波爐工作過程中語音指令并執(zhí)行操作。 （ 2） 烹飪功能： 烹飪模式有幾種可選：有燒烤、解凍、湯類、蒸菜模式，同時人性化的增加了自定義模式，可自行選擇適合的模式進行微波。時間設置完畢返回等待系統(tǒng)開始烹飪。固定的烹飪模式的火力大小有：燒烤模式 6 檔火力、解凍模式 3 檔火力、湯類模式 7 檔火力、蒸菜模式 5 檔火力。液晶顯示器采用的是并行通訊的工作方式。各固定烹飪模式的定時時間為燒烤模式定時十分鐘、解凍模式定時五分鐘、湯類模式定時一分三十秒、蒸菜模式定時八分鐘。各個狀態(tài)保持或轉移的條件依賴于鍵盤控制信號。這樣，系統(tǒng)的成本就會急劇上升〔相對于方案二〕。 方案二： 采用單片機作為整個控制系統(tǒng)的核心 鑒于市場上常見的 51 系列 8 位單片機的售價比較低廉，我們的設計采用了P89V51RB2FN 單片機作為主控制器， AT89C52 是一款微控制器，包含 16kB Flash 和256 字節(jié)的數據 RAM ， 3 個 16 位定時器 /計數器， 8 個中斷源， 4 個中斷優(yōu)先級， 2 個DPTR 寄存器 [3]；主要負責系統(tǒng)的控制與協(xié)調工作。這樣的設計使安裝和調試工作可以并行進行，極大地縮短了總體設計和制造的時間，綜合考慮以上因素。 6 語音 識別 模塊選擇 語音識別模塊選用 LD3320 語音識別模塊 （圖 2） ，該模塊有 16 個單片機 IO 口，其中有一組 8 位 IO 擴展接口、 1 個定時器、 1 個外部中斷，可做為單片機最小系統(tǒng)實現(xiàn)控制功能， 可 配套其他單片機 也可 獨自完成工作 。該芯片集成了語音識別處理器和一些外部電路，包括 AD、 DA 轉換器、麥克風接口、聲音輸出接口等。并且，識別的關鍵詞語列表是可以任意動態(tài)編輯的。不需要用戶事先訓練和錄音，識別準確率 95%。真正提供了單芯片語音識別解決方案。另一方面，識別句內容可以動態(tài)編輯修改，因此可由一個系統(tǒng)支持多種場景。立體聲耳機接口的輸幽功率為20mW，而喇叭接口的輸出功率為 550mW，能產生清晰響亮的聲音。 （ 6） 支持 MP3 播放功能，無需外圍輔助器件，主控 MCU 將 MP3 數據依次送入 LD3320芯片內部就可以從芯片的相應 PIN 輸出聲音。支持 MPEGI(ISO/IEC111723), MPEG2(ISO/IEC138183)和MPEG layer 3 等格式。 電路說明 圖 4 內部電路的簡單邏輯圖 語音控制微波爐系統(tǒng) 9 （ 1） 電壓要求： VDD 數字電路用電源輸入 3. 0 V 3. 3 V VDDIO 數字 1/0 電路用電源輸入 1. 65 V VDD VDDA 模擬電路用 電源輸入 3. 0 V 4. 0 V 芯片管腳輸入電壓范圍：高電壓（邏輯“ 1”）： 0. 7； lcVDDIO39。0. 3~VDDIO （ 2） 時鐘 (Clock) 芯片必須連接外部時鐘，可接受的頻率范圍是 448MHz；而芯片內部還有 PLL 頻率合成器，可產生特定的頻率供內部模塊使用。無論芯片正在進行何 種運算，復位信號都可以使它恢復初始狀態(tài)，并使各寄存器復位。此后，一個 CSB： 1：信號就可以重新激活芯片進入工作狀態(tài)。 （ 5） 串行接口 串行接口通過 SPI 協(xié)議和外部主 CPU 連接，首先要將 MD 接高電平，而將（ SPIS：1： ）接地。 （ 6） 寄存器 對芯片的設置和命令，包括傳送數據和接受數據，都是通過對寄存器的操作來完成的。播放聲音時，就是將 MP3 格式的數據循環(huán)放入 FIFO 對應的寄存器。 10 （ 7） 喇叭音量的外部控制 除了特定寄存器來控制 音量以外，芯片外部的電路可以控制喇叭的音量增益。 管腳分布圖 圖 5 管腳分布圖 顯示模塊方案選擇 單片機應用系統(tǒng)最常用的顯示器是 LED（發(fā)光二極管顯示器）和 LCD（液晶顯示器）[2]。它們的驅動電路簡單、易于實現(xiàn)且價格低廉，因此得到了廣泛應用。 語音控制微波爐系統(tǒng) 11 方案一：數碼管 LED 顯示模塊 常用的 LED顯示器有 LED狀態(tài)顯示器（俗稱發(fā)光二極管）、 LED七段顯示器 （俗稱數碼管）和 LED十六段顯示器。無論是單個 LED（發(fā)光二極管）還是 LED七段碼顯示器（數碼管），都不能顯示字符（含漢字）及更為復雜的圖形信息，這主要是因為它們沒有足夠的信息顯示單位。 方案二：液晶顯示器 LCD 模塊 LCD 是一種被動顯示器，具有功耗低，顯示信息大，壽命長和搞干擾能力強等優(yōu)點，它不僅省電，而且能顯示大量的信息如文字、曲線、圖形等，其顯示界面 較之數碼管有了質的提高，在低功耗的單片機系統(tǒng)中得到大量使用。 本微波爐控制器系統(tǒng)要顯示各種工作模式、微波爐火力檔的設定、預約時間和工作時間等等圖文復雜的信息，故選擇液晶顯示器作為顯示模塊。 FYD128640402B 液晶顯示器是一種具有 4 位 /8 位并行、 2 線或 3 線串行多種接口方式，內部含有國標一級、二級簡體中文 字庫的點陣圖形液晶顯示模塊；其顯示分辨率為 128 64, 內置 8192 個 16*16 點漢字，和 128 個 16*8 點 ASCII 字符集 .利用該模塊靈活的接口方式和簡單、方便的操作指令，可構成全中文人機交互圖形界面。 [6]由該模塊構成的液晶顯示方案與同類型的圖形點陣液晶顯示模塊相比，不論硬件電路結構或顯示程序都要簡潔得多，且該模塊的價格也略低于相同點陣的圖形液晶模塊。 12 鍵盤模 塊選擇 方案一：獨立式按鍵結構 獨立式按鍵是直接用 I/O 口線構成的單個按鍵電路，其特點是每個按鍵單獨占用一根 I/O 口線，每個按鍵的工作不會影響其它 I/O 口線的狀態(tài)。圖中按鍵輸入均采用低電平有效，些外，上拉電阻保證了按鍵斷開時，I/O 口線有確定的高電平。 獨立式按鍵電路配置靈活，軟件結構簡單，但每個按鍵必須占用一根 I/O 口線，因此，在按鍵較多時， I/O 口線浪費較大，不宜采用。矩陣式鍵盤由行線和列線組成，按鍵位于行、列線的交叉點上。 矩陣式鍵盤中，行、列線分別連接到按鍵開關的兩端，行線通過上拉電阻接到 +5V上。這是識別按鍵是否按下的關鍵。 [13] 矩陣式鍵盤大大節(jié)省了 I/O 口線，比較適合微波爐控制系統(tǒng)的要求，為其它的模塊省了很多 I/O 口線，減小了整個系統(tǒng)的硬件開銷。本系統(tǒng)要求每次烹飪結束或者預約時間結束都要語音提示，所以本系統(tǒng)不采用蜂鳴器。本設計采用了 ISD1730芯片實現(xiàn)語音處理功能， ISD1730 屬于 華邦 ISD 公司 2020 年新推出的單片優(yōu)質語音錄放電路，該芯片 提供多項新功能，包括內置專利的多信息管理系統(tǒng)，新信息提示（ vAlert ） , 雙運作模式（獨立 amp。芯片內部 包含有自動增益控制、麥克風前置擴大器、揚聲器驅動線路、振蕩器與內存等的全方位整合系統(tǒng)功能 。該電路可以在單片機的控制下實現(xiàn)按地址錄、放音，并能檢測到放音是否結束。 ISD1730 的獨立按鍵工作模式錄放電路非常簡單（ 見圖 6），而且功能強大。這些功能僅僅通過按鍵就可完成。 方案二： LM7805 三端穩(wěn)壓電源 單片機控制系統(tǒng)以及外圍芯片供電采用 LM7805 三端穩(wěn)壓器件，通過橋式整流，然后進行濾波穩(wěn)壓。 語音控制微波爐系統(tǒng) 15 V i n1GND2V o ut3U57 80 59 V _29 V _1 1234D1B R I D G E 2 C60 .1C72 20 0 / 2 5 VC84 70 / 25 VV C CC90 .1電源模塊 圖 7 電源電路 定時方案選擇 方案一：采用實時時鐘芯片 針對計算機系統(tǒng)對實時時鐘功能的普遍需求，各大芯片生產廠家陸續(xù)推出了一系列的實時時鐘集成電路，如 DS128 DS1288 DS1302 等。計算機可通過中斷或查詢方式讀取計時數據并進行顯示，因此計時功能的實現(xiàn)無需占用 CPU 的時間，程序簡單。由于功能完善，精度高，軟件程序設計相對簡單，且計時不占用 CPU 時間，因此，在工業(yè)實時測控系統(tǒng)中多采用這一類專用芯 片來實現(xiàn)實時時鐘功能。 [5] 方案二：軟件控制 利用 P89V51RB2FN 內部的 T0 定時 /計數器進行中斷定時，配合軟件延時實現(xiàn)時、分、秒的計時，還有烹飪預約時間和烹飪時間的設置。軟件設計較適合現(xiàn)階段我們的學習和鍛煉，因此本系統(tǒng)將采用軟件方法實現(xiàn)計時和定時。 24C01 是一個 4Kb 的支持 I2C 總線數據傳送協(xié)議的串行 CMOS E2PROM 可用電擦除，可編程自定時寫周期（包括自動擦除時間不超過 10ms 典型時間為 5ms）的串行 E2PROM。 A01A12A23GND4S D A5S C L6WP7V C C8U22 4 C 0 1 V C CGNDS C LS D A掉電存儲模塊 圖 8 掉電存儲模塊 火力 輸出方案選擇 微波爐的心臟是磁控管。這種肉眼看不見的微波，能穿透食物達 5cm 深，并使食物中的水分子也隨之運動，劇烈的運動產生了大量的熱能，于是食物煮熟了。 磁控管工作原理大意是把家用 220V 電轉換 20200 伏高壓，經過磁控管轉化成2450MHZ 的電磁波。 方案一：開關電源 語音控制微波爐系統(tǒng) 17 使用開關電源方式可以達到更高頻率的開停速度 ， 而且這個開關頻率是可變的 ， 這就實現(xiàn)的微波功率的精度控制 ， 開關電源的使用以電子元件代替了高成本的高壓變壓器[18]，大大節(jié)省了制造成本，但是相比較方案二，開關電源還是不合適。每個模塊可編程工作在 4 種模式下：上升 /下降沿捕獲、軟件定時器、高速輸出或脈寬調節(jié)器。模塊 0 連接到 （ CEX0 ），模塊 1 連接到 （ CEX1 ），依此類推。 PCA 定時器是 5 個模塊的公共時間基準，可通過編程工作在： 1/6 振蕩頻率、 1/2 振蕩頻率、定時器 0 溢出或 ECI 腳的輸入（ ）。 所有 PCA 模塊都可用作 PWM 輸出（如圖 ）。由于所有模塊共用僅有的 PCA 定時器，所有它們的輸出頻率相同。當 PCA CL SFR 的值小于 CCAPnL SFR 時，輸出為低，當 PCA CLSFR 的值等于或大于 CCAPnL 時，輸出為高。這樣就可實現(xiàn)無干擾地更新 PWM 。 本系統(tǒng)采用了 PCA 的模塊 0（ ）的使能脈寬調節(jié)模式（ PWM）來控制單片機輸出脈沖的占空比，通過改變輸出占空比控制變壓器初級繞組的通斷電狀態(tài)，即對其陽極電壓的變壓器初級繞組通斷電的控制來實現(xiàn)對磁控管的開關控制。 PCA 方框圖和 PCA 模塊的 PWM 模式的方框圖分別如圖 8 和圖 9 所示，表 10 就是輸出的火力檔位對應的電壓。本系統(tǒng)軟件設計的程序見附錄。軟件設計主程序流程圖、按鍵功能 掃描子程序圖、預約時間子程序圖、火力模式子程序圖、火力自定義子程序圖、烹飪模式子程序圖、液晶顯示子程序圖、語音播放子程序圖、定時服務子程序圖和按鍵掃描子程序圖分別如下圖所示。 按鍵功能掃描子程序 本系統(tǒng)的矩陣式鍵盤的工作方式采用的是程序掃描方式，為了能及時發(fā)現(xiàn)有鍵按下， CPU 必須不斷調用鍵盤處理程序，對鍵盤進行掃描以確定調用哪個功能子程序。 烹飪預約時間子程序 進入烹飪預約時間子程序，通過加、減按鍵和確定鍵來對時間進行設置，首先是對時的設置，按確定鍵再對分進行設置，接著對秒進行設置，每次設置完就要按一次確定鍵，以完成對時間的設置。 20 火力模式子程序 進入火力模式，通過加、減鍵，來設置烹飪時間，流程同預約時間的設置相同，時間設置完畢就直接開始烹飪，流程圖如圖 15 所示。 烹飪模式子程序 烹飪模式是系統(tǒng)預先已經設置好烹飪時間和烹飪火力，只要按確定鍵就馬上進入開始烹飪狀態(tài)。 液晶顯示子程序 液晶顯示子程序顯示各模式的工作狀態(tài)，如顯示火力模式、烹飪模式、預約時間和烹飪時間，液晶顯示器采用的是并行通訊的工作方式。 定時服務子程序 程序檢測系統(tǒng)是否開始烹飪，當系統(tǒng)已經進入烹飪狀態(tài)，定時服務子程序開始工作，首先通過按鍵掃描判斷預約時間標志按鍵是否被按下，當有按鍵按下進入預約時間的定時服務，如果沒有按鍵按下，直接進入烹飪時間的定時服務。 語音播放子程序 進入語音播放子程序，當預約時間結束，響應播放語音提示，當烹飪時間結束，響應播放語音提示。流程圖如圖 20 所示。在每個功能下，通過鍵盤和液晶顯示器選擇菜單，設置完后，按啟動鍵，開始模擬加熱。 總之，對系統(tǒng)各種功能測試均正常， 具備一般微波爐 系統(tǒng) 的功能 定時時間測試 表 2 定時時間 誤差測量表 倒計時設定值 實際測得值 計