【正文】 析微波爐控制器的原理和組成結(jié)構(gòu)，設(shè)計一個語音識別控制的具有定時和信息 顯示功能的微波爐控制器。 設(shè) 計一個語音識別控制的具備定時和信息顯示功能的微波爐控制器。 （ 2）可以根據(jù)需要設(shè)置烹調(diào)時間的長短，系統(tǒng)最長的烹調(diào)時間為 59 分 59 秒；開始烹調(diào)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(jié)合，實現(xiàn)輸出控制，實現(xiàn)語音控制微波爐各種操作。 廣東技術(shù)師范學(xué)院天河學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 4 （ 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(shè)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(zhuǎn)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(shè)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(shù)據(jù) RAM ， 3 個 16 位定時器 /計數(shù)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(zé)系統(tǒng)的控制與協(xié)調(diào)工作。這樣的設(shè)計使安裝和調(diào)試工作可以并行進行，極大地縮短了總體設(shè)計和制造的時間，綜合考慮以上因素。 廣東技術(shù)師范學(xué)院天河學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 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(zhuǎn)換器、麥克風(fēng)接口、聲音輸出接口等。并且，識別的關(guān)鍵詞語列表是可以任意動態(tài)編輯的。不需要用戶事先訓(xùn)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(nèi)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(chǎn)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(shù)據(jù)依次送入 LD3320芯片內(nèi)部就可以從芯片的相應(yīng) 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(nèi)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(shù)字電路用電源輸入 3. 0 V 3. 3 V VDDIO 數(shù)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(nèi)部還有 PLL 頻率合成器，可產(chǎn)生特定的頻率供內(nèi)部模塊使用。無論芯片正在進行何種運算，復(fù)位信號都可以使它恢復(fù)初始狀態(tài)，并使各寄存器復(fù)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(shè)置和命令，包括傳送數(shù)據(jù)和接受數(shù)據(jù)，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(shù)據(jù)循環(huán)放入 FIFO 對應(yīng)的寄存器。 廣東技術(shù)師范學(xué)院天河學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 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(yīng)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(qū)動電路簡單、易于實現(xiàn)且價格低廉，因此得到了廣泛應(yīng)用。 語音控制微波爐系統(tǒng) 11 方案一：數(shù)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(shù)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(shù)碼管），都不能顯示字符（含漢字）及更為復(fù)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?dāng)?shù)碼管有了質(zhì)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(shè)定、預(yù)約時間和工作時間等等圖文復(fù)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(nèi)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(nèi)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(gòu)成全中文人機交互圖形界面。 [6]由該模塊構(gòu)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(jié)構(gòu)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。 廣東技術(shù)師范學(xué)院天河學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 12 方案一：獨立式按鍵結(jié)構(gòu) 獨立式按鍵是直接用 I/O 口線構(gòu)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(jié)構(gòu)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(guān)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(guān)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(jié)束或者預(yù)約時間結(jié)束都要語音提示，所以本系統(tǒng)不采用蜂鳴器。本設(shè)計采用了 ISD1730芯片實現(xiàn)語音處理功能， ISD1730 屬于 華邦 ISD 公司 2021 年新推出的單片優(yōu)質(zhì)語音錄放電路，該芯片 提供多項新功能，包括內(nèi)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(nèi)部 包含有自動增益控制、麥克風(fēng)前置擴大器、揚聲器驅(qū)動線路、振蕩器與內(nèi)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(jié)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 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(chǎn)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(shù)據(jù)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(shè)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(nèi)部的 T0 定時 /計數(shù)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(yù)約時間和烹飪時間的設(shè)置。軟件設(shè)計較適合現(xiàn)階段我們的學(xué)習(xí)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(shù)據(jù)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 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(chǎn)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(zhuǎn)換 20210 伏高壓，經(jīng)過磁控管轉(zhuǎn)化成2450MHZ 的電磁波。 語音控制微波爐系統(tǒng) 17 方案一：開關(guān)電源 使用開關(guān)電源方式可以達到更高頻率的開停速度 ， 而且這個開關(guān)頻率是可變的 ， 這就實現(xiàn)的微波功率的精度控制 ， 開關(guān)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(guān)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(diào)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(dāng) PCA CL SFR 的值小于 CCAPnL SFR 時，輸出為低，當(dāng) 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(diào)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(guān)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(yīng)的電壓。本系統(tǒng)軟件設(shè)計的程序見附錄。軟件設(shè)計主程序流程圖、按鍵功能掃描子程序圖、預(yù)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(wù)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(diào)用鍵盤處理程序，對鍵盤進行掃描以確定調(diào)用哪個功能子程序。 烹飪預(yù)約時間子程序 進入烹飪預(yù)約時間子程序，通過加、減按鍵和確定鍵來對時間進行設(shè)置，首先是對時的設(shè)置，按確定鍵再對分進行設(shè)置，接著對秒進行設(shè)置，每次設(shè)置完就要按一次確定鍵，以完成對時間的設(shè)置。 廣東技術(shù)師范學(xué)院天河學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 20 火力模式子程序 進入火力模式，通過加、減鍵，來設(shè)置烹飪時間，流程同預(yù)約時間的設(shè)置相同，時間設(shè)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(yù)先已經(jīng)設(shè)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(yù)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(wù)子程序 程序檢測系統(tǒng)是否開始烹飪，當(dāng)系統(tǒng)已經(jīng)進入烹飪狀態(tài)，定時服 務(wù)子程序開始工作，首先通過按鍵掃描判斷預(yù)約時間標志按鍵是否被按下，當(dāng)有按鍵按下進入預(yù)約時間的定時服務(wù)，如果沒有按鍵按下，直接進入烹飪時間的定時服務(wù)。 語音播放子程序 進入語音播放子程序，當(dāng)預(yù)約時間結(jié)束，響應(yīng)播放語音提示，當(dāng)烹飪時間結(jié)束