多功能鍋蓋的設計和實現(xiàn)

摘要：隨著工作節(jié)奏的加快，做飯時往往不能只注意正在燒的鍋，以至于經(jīng)常發(fā)生淤鍋、燒干等問題，釀成的事故屢見不鮮。本文通過在鍋蓋和燃氣灶進氣端加裝一定的電子裝置給出了一種經(jīng)濟、方便的解決方案。
關鍵詞：多功能；鍋蓋；防干燒；防淤鍋

0 引言
    當前多數(shù)家庭使用的還是普通燃氣灶具，因爐火熄滅和燒干鍋等發(fā)生的事故屢見不鮮。在燒飯時，要時刻盯著，一不小心就有可能淤鍋，澆滅爐火，或燒干發(fā)生火災，釀成事故。廚房安全和從看護燒飯中解放出來成為每個家庭要考慮的重要向題。盡管當前市場上已有具有各種保護功能的燃氣灶，但考慮到價值不菲，將現(xiàn)有的燃氣灶扔掉比較可惜等原因而不能更換?；谝陨峡紤]，提出了多功能鍋蓋設計方案。

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上，通過在鍋蓋上加裝檢測控制電路和在燃氣灶進氣端加裝電磁閥電路實現(xiàn)的。檢測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。


    利用鍋蓋檢測電路來實現(xiàn)液位和溫度檢測，當溫度達到設定值時蜂鳴器報警，提示將要燒開，請做飯人將爐火關小，防止淤鍋或燒干。當提示沒引起注意，液位達到上限時，發(fā)出指令控制電磁閥關閉煤氣。如果燒的是不易淤鍋的水等，在溫度達到設定溫度沒有引起注意以至使液位低于液位下限時，也發(fā)出指令關閉電磁閥。電磁閥一旦關閉，需要手動復位，保證事故不能發(fā)生。
    檢測控制電路與電磁閥電路之間采用無線方式進行通信。利用鍵盤可以進行報警設定溫度的設置。四位數(shù)碼管工作于設置狀態(tài)時顯示設定溫度，工作時實時顯示鍋內(nèi)溫度。采用220V供電，電源電路提供各部分所需要的電壓。

2 關鍵硬件技術(shù)方案
    硬件設計的關鍵是溫度、液位的檢測電路，控制信號的編碼發(fā)射和接收電路。這里主要給出的是溫度、液位檢測電路，以及控制信號的編碼發(fā)射和接收電路的設計思路。
    溫度的檢測使用DS18B20數(shù)字溫度計，DS18B20提供9位(二進制)溫度讀數(shù)指示器件的溫度信息經(jīng)過單線接口送入DS18B20或從 DS18B20送出，因此從主機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中還有用于貯存實測溫度值的兩個8位存貯器RAM，編號為O號和1號。1號存貯器存放溫度值的符號如果溫度為負，則1號存貯器8位全為1；否則，全為0。O號存貯器用于存放溫度值的補碼，LSB(最低位)的1表示0．5，將存貯器中的二進制數(shù)求補再轉(zhuǎn)換成十進制數(shù)并除以2，就得到被測溫度值。每只DS18B20都可以設置成兩種供電方式，即數(shù)據(jù)總線供電方式和外部供電方式，前者可以節(jié)省一根導線，但完成溫度測量的時間較長，后者則多用一根導線，但測量速度較快。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。
    液位檢測電路分上限檢測電路和下限檢測電路，上限檢測電路如圖3所示，下限檢測電路如圖4所示。當液位達到上限時，上限探頭與地通過液體接通，拉低555 定時器2、6腳電位使555定時器3腳輸出高電平，該高電平將U1與單片機的接口電平拉低，單片機檢測到低電平信號，即按液位達到上限處理。當液位達到下限時，下限探頭與地斷開，555定時器2、6腳電位變?yōu)楦唠娖剑?55定時器3腳輸出低電平，單片機檢測到低電平信號，即按液位達到下限處理。


    控制信號的編碼發(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置腳，地址碼有三個狀態(tài)：懸空、接高電平、接低電平，地址碼就好比是一張身份識別的證書，只有發(fā)射端和接收端的地址碼設置成完全相同，才能互相確認通過。不同用戶使用不同地址，保證互相不影響。
    本系統(tǒng)中鍵盤主要有設置／工作切換鍵、溫度+鍵、溫度-鍵、復位鍵、轉(zhuǎn)手工控制鍵。工作狀態(tài)指示使用四個發(fā)光二極管分別指示設置狀態(tài)、工作狀態(tài)、復位狀態(tài)和轉(zhuǎn)手工狀態(tài)。四位數(shù)碼管在設置時顯示設置溫度值、工作時顯示當前溫度值。
    因為接收解碼模塊驅(qū)動能力有限，因此在接收解碼模塊和電磁閥之間使用繼電器實現(xiàn)對電磁閥的驅(qū)動。
    為保證系統(tǒng)供電的穩(wěn)定性和可靠性，采用成熟的開關電源產(chǎn)品給系統(tǒng)供電，不另外設計電源電路。

3 軟件實現(xiàn)
    本系統(tǒng)根據(jù)硬件的實際組成，軟件要完成對DS18B20數(shù)字溫度計的讀寫，進行溫度的設置、檢測和顯示，液位是否達到上、下限的檢測，鍵盤掃描和處理，狀態(tài)指示和報警，無線編碼信號的發(fā)送控制等功能。軟件采用模塊化設計方法進行設計，在上電初始化中設置初始溫
度，設置定時中斷。鍵盤掃描、狀態(tài)指示和數(shù)碼管顯示在定時中斷中進行刷新和處理。具體主程序流程圖如圖5所示。


    本系統(tǒng)中對DS18B20數(shù)字溫度計的讀寫是軟件設計的一個關鍵，由于DS18B20是在一根I／O線上讀寫數(shù)據(jù)，因此，對讀寫的數(shù)據(jù)位有著嚴格的時序要求。DS18B20有嚴格的通信協(xié)議來保證各位數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性和完整性。該協(xié)議定義了幾種信號的時序：初始化時序、讀時序、寫時序。所有時序都是將單片機作為主設備，單總線器件作為從設備。每一次命令和數(shù)據(jù)的傳輸都是從主機主動啟動寫時序開始，如果要求單總線器件送回數(shù)據(jù)，在進行寫命令后，主機需要啟動讀時序完成數(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(寫暫存存儲器)的代碼為4EH，指令Read Scratchpad(讀暫存存儲器)的代碼為BEH，指令Copy Scratchpad(復制暫存存儲器)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)對這部分程序采用模塊設計法，將程序分為初始化程序、寫DS18B20程序、讀DS18B20程序、溫度轉(zhuǎn)換程序等。

4 結(jié)束語
    多功能鍋蓋通過在傳統(tǒng)鍋蓋的基礎上加裝一定的電子電路，有效避免了各類事故的發(fā)生，也將人從看護做飯中解放出來。這個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)濟又方便。這種多功能鍋蓋還可在現(xiàn)有功能基礎上增加攪拌、調(diào)節(jié)爐火等功能，具有很高的實用價值。