0 引言

　　當(dāng)前多數(shù)家庭使用的還是普通燃?xì)庠罹?，因爐火熄滅和燒干鍋等發(fā)生的事故屢見(jiàn)不鮮。在燒飯時(shí)，要時(shí)刻盯著，一不小心就有可能淤鍋，澆滅爐火，或燒干發(fā)生火災(zāi)，釀成事故。廚房安全和從看護(hù)燒飯中解放出來(lái)成為每個(gè)家庭要考慮的重要向題。盡管當(dāng)前市場(chǎng)上已有具有各種保護(hù)功能的燃?xì)庠?，但考慮到價(jià)值不菲，將現(xiàn)有的燃?xì)庠钊拥舯容^可惜等原因而不能更換。基于以上考慮，提出了多功能鍋蓋設(shè)計(jì)方案。

　　1 系統(tǒng)組成和工作原理

　　多功能鍋蓋是在普通鍋蓋的基礎(chǔ)上，通過(guò)在鍋蓋上加裝檢測(cè)控制電路和在燃?xì)庠钸M(jìn)氣端加裝電磁閥電路實(shí)現(xiàn)的。檢測(cè)控制電路組成框圖和電磁閥電路組成框圖分別如圖1和圖2所示。

　　利用鍋蓋檢測(cè)電路來(lái)實(shí)現(xiàn)液位和溫度檢測(cè)，當(dāng)溫度達(dá)到設(shè)定值時(shí)蜂鳴器報(bào)警，提示將要燒開(kāi)，請(qǐng)做飯人將爐火關(guān)小，防止淤鍋或燒干。當(dāng)提示沒(méi)引起注意，液位達(dá)到上限時(shí)，發(fā)出指令控制電磁閥關(guān)閉煤氣。如果燒的是不易淤鍋的水等，在溫度達(dá)到設(shè)定溫度沒(méi)有引起注意以至使液位低于液位下限時(shí)，也發(fā)出指令關(guān)閉電磁閥。電磁閥一旦關(guān)閉，需要手動(dòng)復(fù)位，保證事故不能發(fā)生。

　　檢測(cè)控制電路與電磁閥電路之間采用無(wú)線方式進(jìn)行通信。利用鍵盤(pán)可以進(jìn)行報(bào)警設(shè)定溫度的設(shè)置。四位數(shù)碼管工作于設(shè)置狀態(tài)時(shí)顯示設(shè)定溫度，工作時(shí)實(shí)時(shí)顯示鍋內(nèi)溫度。采用220V供電，電源電路提供各部分所需要的電壓。

　　2 關(guān)鍵硬件技術(shù)方案

　　硬件設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是溫度、液位的檢測(cè)電路，控制信號(hào)的編碼發(fā)射和接收電路。這里主要給出的是溫度、液位檢測(cè)電路，以及控制信號(hào)的編碼發(fā)射和接收電路的設(shè)計(jì)思路。

　　溫度的檢測(cè)使用DS18B20數(shù)字溫度計(jì)，DS18B20提供9位(二進(jìn)制)溫度讀數(shù)指示器件的溫度信息經(jīng)過(guò)單線接口送入DS18B20或從 DS18B20送出，因此從主機(jī)CPU到DS18B20僅需一條數(shù)據(jù)線和地線，DS18B20的電源可以由數(shù)據(jù)線本身提供而不需要外部電源。 DS18B20的測(cè)量范圍從-55℃到+125℃，增量值為0.5，可在1s內(nèi)把溫度信息變換成數(shù)字。DS18B20中還有用于貯存實(shí)測(cè)溫度值的兩個(gè)8位存貯器RAM，編號(hào)為O號(hào)和1號(hào)。1號(hào)存貯器存放溫度值的符號(hào)如果溫度為負(fù)，則1號(hào)存貯器8位全為1;否則，全為0。O號(hào)存貯器用于存放溫度值的補(bǔ)碼，LSB(最低位)的1表示0.5，將存貯器中的二進(jìn)制數(shù)求補(bǔ)再轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)并除以2，就得到被測(cè)溫度值。每只DS18B20都可以設(shè)置成兩種供電方式，即數(shù)據(jù)總線供電方式和外部供電方式，前者可以節(jié)省一根導(dǎo)線，但完成溫度測(cè)量的時(shí)間較長(zhǎng)，后者則多用一根導(dǎo)線，但測(cè)量速度較快。本系統(tǒng)采用外部供電方式，將其封裝在與地相連的外殼底部，并伸到接近鍋的底部。

　　液位檢測(cè)電路分上限檢測(cè)電路和下限檢測(cè)電路，上限檢測(cè)電路如圖3所示，下限檢測(cè)電路如圖4所示。當(dāng)液位達(dá)到上限時(shí)，上限探頭與地通過(guò)液體接通，拉低555 定時(shí)器2、6腳電位使555定時(shí)器3腳輸出高電平，該高電平將U1與單片機(jī)的接口電平拉低，單片機(jī)檢測(cè)到低電平信號(hào)，即按液位達(dá)到上限處理。當(dāng)液位達(dá)到下限時(shí)，下限探頭與地?cái)嚅_(kāi)，555定時(shí)器2、6腳電位變?yōu)楦唠娖剑?55定時(shí)器3腳輸出低電平，單片機(jī)檢測(cè)到低電平信號(hào)，即按液位達(dá)到下限處理。

　　控制信號(hào)的編碼發(fā)射和接收電路編碼解碼芯片使用PT2262/PT2272，其中PT2272帶有鎖存功能。PT2262/PT2272的第1～8腳是芯片的地址碼設(shè)置腳，地址碼有三個(gè)狀態(tài)：懸空、接高電平、接低電平，地址碼就好比是一張身份識(shí)別的證書(shū)，只有發(fā)射端和接收端的地址碼設(shè)置成完全相同，才能互相確認(rèn)通過(guò)。不同用戶使用不同地址，保證互相不影響。

　　本系統(tǒng)中鍵盤(pán)主要有設(shè)置/工作切換鍵、溫度+鍵、溫度-鍵、復(fù)位鍵、轉(zhuǎn)手工控制鍵。工作狀態(tài)指示使用四個(gè)發(fā)光二極管分別指示設(shè)置狀態(tài)、工作狀態(tài)、復(fù)位狀態(tài)和轉(zhuǎn)手工狀態(tài)。四位數(shù)碼管在設(shè)置時(shí)顯示設(shè)置溫度值、工作時(shí)顯示當(dāng)前溫度值。

　　因?yàn)榻邮战獯a模塊驅(qū)動(dòng)能力有限，因此在接收解碼模塊和電磁閥之間使用繼電器實(shí)現(xiàn)對(duì)電磁閥的驅(qū)動(dòng)。

　　為保證系統(tǒng)供電的穩(wěn)定性和可靠性，采用成熟的開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)品給系統(tǒng)供電，不另外設(shè)計(jì)電源電路。

　　3 軟件實(shí)現(xiàn)

　　本系統(tǒng)根據(jù)硬件的實(shí)際組成，軟件要完成對(duì)DS18B20數(shù)字溫度計(jì)的讀寫(xiě)，進(jìn)行溫度的設(shè)置、檢測(cè)和顯示，液位是否達(dá)到上、下限的檢測(cè)，鍵盤(pán)掃描和處理，狀態(tài)指示和報(bào)警，無(wú)線編碼信號(hào)的發(fā)送控制等功能。軟件采用模塊化設(shè)計(jì)方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，在上電初始化中設(shè)置初始溫

　　度，設(shè)置定時(shí)中斷。鍵盤(pán)掃描、狀態(tài)指示和數(shù)碼管顯示在定時(shí)中斷中進(jìn)行刷新和處理。具體主程序流程圖如圖5所示。

　　本系統(tǒng)中對(duì)DS18B20數(shù)字溫度計(jì)的讀寫(xiě)是軟件設(shè)計(jì)的一個(gè)關(guān)鍵，由于DS18B20是在一根I/O線上讀寫(xiě)數(shù)據(jù)，因此，對(duì)讀寫(xiě)的數(shù)據(jù)位有著嚴(yán)格的時(shí)序要求。DS18B20有嚴(yán)格的通信協(xié)議來(lái)保證各位數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性和完整性。該協(xié)議定義了幾種信號(hào)的時(shí)序：初始化時(shí)序、讀時(shí)序、寫(xiě)時(shí)序。所有時(shí)序都是將單片機(jī)作為主設(shè)備，單總線器件作為從設(shè)備。每一次命令和數(shù)據(jù)的傳輸都是從主機(jī)主動(dòng)啟動(dòng)寫(xiě)時(shí)序開(kāi)始，如果要求單總線器件送回?cái)?shù)據(jù)，在進(jìn)行寫(xiě)命令后，主機(jī)需要啟動(dòng)讀時(shí)序完成數(shù)據(jù)接收。數(shù)據(jù)和命令的傳輸都是低位在先。其中指令Write Scratchpad(寫(xiě)暫存存儲(chǔ)器)的代碼為4EH，指令Read Scratchpad(讀暫存存儲(chǔ)器)的代碼為BEH，指令Copy Scratchpad(復(fù)制暫存存儲(chǔ)器)的代碼為48H，指令Convert Temperature(溫度變換)的代碼為44H，指令Recall EPROM(重新調(diào)出)的代碼為B8H，指令Read Power Supply(讀電源)的代碼為B4H。因此本系統(tǒng)對(duì)這部分程序采用模塊設(shè)計(jì)法，將程序分為初始化程序、寫(xiě)DS18B20程序、讀DS18B20程序、溫度轉(zhuǎn)換程序等。

　　4 結(jié)束語(yǔ)

　　多功能鍋蓋通過(guò)在傳統(tǒng)鍋蓋的基礎(chǔ)上加裝一定的電子電路，有效避免了各類事故的發(fā)生，也將人從看護(hù)做飯中解放出來(lái)。這個(gè)裝置既可連同鍋蓋一起配置，也可在原有鍋蓋上加裝，既經(jīng)濟(jì)又方便。這種多功能鍋蓋還可在現(xiàn)有功能基礎(chǔ)上增加攪拌、調(diào)節(jié)爐火等功能，具有很高的實(shí)用價(jià)值。