多功能锅盖的设计和实现

摘要：随着工作节奏的加快，做饭时往往不能只注意正在烧的锅，以至于经常发生淤锅、烧干等问题，酿成的事故屡见不鲜。本文通过在锅盖和燃气灶进气端加装一定的电子装置给出了一种经济、方便的解决方案。
关键词：多功能；锅盖；防干烧；防淤锅

0 引言
    当前多数家庭使用的还是普通燃气灶具，因炉火熄灭和烧干锅等发生的事故屡见不鲜。在烧饭时，要时刻盯着，一不小心就有可能淤锅，浇灭炉火，或烧干发生火灾，酿成事故。厨房安全和从看护烧饭中解放出来成为每个家庭要考虑的重要向题。尽管当前市场上已有具有各种保护功能的燃气灶，但考虑到价值不菲，将现有的燃气灶扔掉比较可惜等原因而不能更换。基于以上考虑，提出了多功能锅盖设计方案。

1 系统组成和工作原理
    多功能锅盖是在普通锅盖的基础上，通过在锅盖上加装检测控制电路和在燃气灶进气端加装电磁阀电路实现的。检测控制电路组成框图和电磁阀电路组成框图分别如图1和图2所示。


    利用锅盖检测电路来实现液位和温度检测，当温度达到设定值时蜂鸣器报警，提示将要烧开，请做饭人将炉火关小，防止淤锅或烧干。当提示没引起注意，液位达到上限时，发出指令控制电磁阀关闭煤气。如果烧的是不易淤锅的水等，在温度达到设定温度没有引起注意以至使液位低于液位下限时，也发出指令关闭电磁阀。电磁阀一旦关闭，需要手动复位，保证事故不能发生。
    检测控制电路与电磁阀电路之间采用无线方式进行通信。利用键盘可以进行报警设定温度的设置。四位数码管工作于设置状态时显示设定温度，工作时实时显示锅内温度。采用220V供电，电源电路提供各部分所需要的电压。

2 关键硬件技术方案
    硬件设计的关键是温度、液位的检测电路，控制信号的编码发射和接收电路。这里主要给出的是温度、液位检测电路，以及控制信号的编码发射和接收电路的设计思路。
    温度的检测使用DS18B20数字温度计，DS18B20提供9位(二进制)温度读数指示器件的温度信息经过单线接口送入DS18B20或从 DS18B20送出，因此从主机CPU到DS18B20仅需一条数据线和地线，DS18B20的电源可以由数据线本身提供而不需要外部电源。 DS18B20的测量范围从-55℃到+125℃，增量值为0．5，可在1s内把温度信息变换成数字。DS18B20中还有用于贮存实测温度值的两个8位存贮器RAM，编号为O号和1号。1号存贮器存放温度值的符号如果温度为负，则1号存贮器8位全为1；否则，全为0。O号存贮器用于存放温度值的补码，LSB(最低位)的1表示0．5，将存贮器中的二进制数求补再转换成十进制数并除以2，就得到被测温度值。每只DS18B20都可以设置成两种供电方式，即数据总线供电方式和外部供电方式，前者可以节省一根导线，但完成温度测量的时间较长，后者则多用一根导线，但测量速度较快。本系统采用外部供电方式，将其封装在与地相连的外壳底部，并伸到接近锅的底部。
    液位检测电路分上限检测电路和下限检测电路，上限检测电路如图3所示，下限检测电路如图4所示。当液位达到上限时，上限探头与地通过液体接通，拉低555 定时器2、6脚电位使555定时器3脚输出高电平，该高电平将U1与单片机的接口电平拉低，单片机检测到低电平信号，即按液位达到上限处理。当液位达到下限时，下限探头与地断开，555定时器2、6脚电位变为高电平，555定时器3脚输出低电平，单片机检测到低电平信号，即按液位达到下限处理。


    控制信号的编码发射和接收电路编码解码芯片使用PT2262／PT2272，其中PT2272带有锁存功能。PT2262／PT2272的第1～8脚是芯片的地址码设置脚，地址码有三个状态：悬空、接高电平、接低电平，地址码就好比是一张身份识别的证书，只有发射端和接收端的地址码设置成完全相同，才能互相确认通过。不同用户使用不同地址，保证互相不影响。
    本系统中键盘主要有设置／工作切换键、温度+键、温度-键、复位键、转手工控制键。工作状态指示使用四个发光二极管分别指示设置状态、工作状态、复位状态和转手工状态。四位数码管在设置时显示设置温度值、工作时显示当前温度值。
    因为接收解码模块驱动能力有限，因此在接收解码模块和电磁阀之间使用继电器实现对电磁阀的驱动。
    为保证系统供电的稳定性和可靠性，采用成熟的开关电源产品给系统供电，不另外设计电源电路。

3 软件实现
    本系统根据硬件的实际组成，软件要完成对DS18B20数字温度计的读写，进行温度的设置、检测和显示，液位是否达到上、下限的检测，键盘扫描和处理，状态指示和报警，无线编码信号的发送控制等功能。软件采用模块化设计方法进行设计，在上电初始化中设置初始温
度，设置定时中断。键盘扫描、状态指示和数码管显示在定时中断中进行刷新和处理。具体主程序流程图如图5所示。


    本系统中对DS18B20数字温度计的读写是软件设计的一个关键，由于DS18B20是在一根I／O线上读写数据，因此，对读写的数据位有着严格的时序要求。DS18B20有严格的通信协议来保证各位数据传输的正确性和完整性。该协议定义了几种信号的时序：初始化时序、读时序、写时序。所有时序都是将单片机作为主设备，单总线器件作为从设备。每一次命令和数据的传输都是从主机主动启动写时序开始，如果要求单总线器件送回数据，在进行写命令后，主机需要启动读时序完成数据接收。数据和命令的传输都是低位在先。其中指令Write Scratchpad(写暂存存储器)的代码为4EH，指令Read Scratchpad(读暂存存储器)的代码为BEH，指令Copy Scratchpad(复制暂存存储器)的代码为48H，指令Convert Temperature(温度变换)的代码为44H，指令Recall EPROM(重新调出)的代码为B8H，指令Read Power Supply(读电源)的代码为B4H。因此本系统对这部分程序采用模块设计法，将程序分为初始化程序、写DS18B20程序、读DS18B20程序、温度转换程序等。

4 结束语
    多功能锅盖通过在传统锅盖的基础上加装一定的电子电路，有效避免了各类事故的发生，也将人从看护做饭中解放出来。这个装置既可连同锅盖一起配置，也可在原有锅盖上加装，既经济又方便。这种多功能锅盖还可在现有功能基础上增加搅拌、调节炉火等功能，具有很高的实用价值。