智能电热壶的设计—论文 - 图文(4)

是指扬声器在额定不失真范围内容许的最大输入功率，在扬声器的商标、技术说明书上标注的功率即为该功率值。最大功率是指扬声器在某一瞬间所能承受的峰值功率。为保证扬扬器工作的可靠性，要求扬声器的最大功率为标称功率的2~3倍。

额定阻抗：扬声器的阻抗一般和频率有关。额定阻抗是指音频为400Hz时，从扬声器输入端测得的阻抗。它一般是音圈直流电阻的1.2~1.5倍。一般动圈式扬声器常见的阻抗有4Ω、8Ω、16Ω、32Ω等。

频率响应：给一只扬声器加上相同电压而不同频率的音频信号时，其产生的声压将会产生变化。一般中音频时产生的声压较大，而低音频和高音频时产生的声压较小。当声压下降为中音频的某一数值时的高、低音频率范围，叫该扬声器的频率响应特性。 理想的扬声器频率特性应为20~20KHz，这样就能把全部音频均匀地重放出来，然而 这是做不到的。每一只扬声器只能较好地重放音频的某一部分。

失真：扬声器不能把原来的声音逼真地重放出来的现象叫失真。失真有两种：频率失真和非线性失真。频率失真是由于对某些频率的信号放音较强，而对另一些频率的信号放音较弱造成的，失真破坏了原来高低音响度的比例，改变了原声音色。而非线性失真是由于扬声器振动系统的振动和信号的波动不够完全一致造成的，在输出的声波中增加一新的频率成分。

指向特性：用来表征扬声器在空间各方向辐射的声压分布特性，频率越高指向性越狭，纸盆越大指向性越强。

扬声器参数：

扬声器的参数是指采用专用的扬声器测试系统所测试出来的扬声器具体的各种性能参数值.其常用的参数主要包括：Z，Fo，η0，SPL，Qts，Qms，Qes，Vas，Mms，Cms，Sd，BL，Xmax，Gap gauss.以下分别是这几种参数其物理意义。

Z：是指扬声器的电阻值，包括有：额定阻抗和直流阻抗.(单位：欧姆/ohm)，通常指额定阻抗。扬声器的额定阻抗Z：即为阻抗曲线第一个极大值后面的最小阻抗模值，即图1中点B所对应的阻抗值。它是计算扬声器电功率的基准。

直流阻抗DCR：是指在音圈线圈静止的情况下，通以直流信号，而测试出的阻抗值. 我们通常所说的4欧或者8欧是指额定阻抗。(ACR交流阻抗：音圈线圈动态下所测出的阻值）

Fo(最低共振频率)是指扬声器阻抗曲线第一个极大值对应的频率。

单位：赫兹(Hz)扬声器的阻抗曲线图是扬声器在正常工作条件下，用恒流法或恒压法测得的扬声器阻抗模值随频率变化的曲线。

η0(扬声器的效率)：是指扬声器输出声功率与输入电功率的比率。

SPL(声压级)：是指喇叭在通以额定阻抗1W的电功率的电压时。在参考轴上与喇叭相距1m的点上。

单位：分贝(dB)产生的声压。 Qts ：扬声器的总品质因数值。 Qms：扬声器的机械品质因数值。 Qes：扬声器的电品质因数值。

Vas(喇叭的有效容积)：是指密闭在刚性容器中空气的声顺与扬声器单元的声顺相等时的容积。 Mms(振动质量)：是指扬声器在运动过程中参与振动各部件的质量总和，包括鼓纸部分，音圈，弹波以。

单位：克(gram).及参与振动的空气质量等。 Cms(力顺)：是指扬声器振动系统的支撑部件的柔顺度。其值越大，扬声器的整个振动系统越软。 单位：毫米/牛顿(mm/N)

Sd(振动面积)：是指在扬声器的振动过程中，鼓纸/振膜的有效振动面积。单位：平方米(m2).。 BL(磁力)：间隙磁感应强度与有效音圈线长的乘积。单位：(T*M)。

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Xmax：音圈在振动过程中运动的线性行程。单位：毫米(mm)。 Gap Gauss：间隙磁感应强度值.单位：特斯拉(Tesla)。

所选用的扬声器相关参数：

品牌

JM

型号

4070

种类 纸盆式(直接辐射) 用途 扩音

外形 椭圆形 组成方式 组合式

额定功率 2（W） 额定阻抗 8（Ω）

频率响应 2300（kHz） 指向性 全指向

灵敏度 85（dB/W） 性噪比 95（dB）

谐波失真 3（TMD%）

3.2.2报警电路的工作原理

3.2.3报警电路的电路设计

硬件设计方法 ：

(1) 把“单片机系统”区域中的P1.0端口用导线连接到“音频放大模块”区域中的SPK IN

端口上；

(2) 在“音频放大模块”区域中的SPK OUT端口上接上一个8欧或者是16欧的喇叭； 程序设计方法

(1) 我们用单片机实定时/计数器T0来产生700HZ和500HZ的频率，根据定时/计数器T0，

我们取定时250us，因此，700HZ的频率要经过3次250us的定时，而500HZ的频率要经 过4次250us的定时；

(2) 在设计过程，只有当按下SP1之后，才启动T0开始工作，当T0工作完毕，回到最初状态； (3) “叮”和“咚”声音各占用0.5秒，因此定时/计数器T0要完成0.5秒的定时，对于以

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250us为基准定时2000次才可以。

图5：智能电热壶的报警电路

LCD12864在市面上主要分为两种，一种是采用ST7920控制器，另一种是采用KS0108控制器，对于本设计到底采用哪种控制器，我们就有了两种方案。 方案一：

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我们采用ST7920控制器，ST7920 控制器系列中文图形液晶模块的软件特性主要由ST7920 控制驱动器决定。ST7920 同时作为控制器和驱动器，它可提供33 路common 输出和64 路segment输出。

ST7920 可以分别控制显示三种字型，分别是CGROM（自带字库），HCGROM 和CGRAM（自编字库）的字型。在液晶屏上显示8×16 点阵的字符和16×16 点阵的汉字时，首先要按照系统的要求完成显示光标的位置和显示方式等功能设置，这由指令寄存器完成；然后向数据寄存器（DDRAM）中写入相应字符或汉字的位元资料（可认为是字符地址）以便在LCD 上显示。

具体说来，显示半宽字型的数字、英文、符号等ASCII 时，先根据功能需要向指令寄存器写功能设置，再将8 位的位元资料写入到DDRAM 即可，范围为00H～07FH 的编码。显示中文字型时，也是先向指令寄存器写功能设置，将16 位的位元资料写入到DDRAM 中，在写入位元资料的时候，先写高八位，再写低八位，并且是连续输入。起首地址应该是个半宽数字字符的偶数倍，否则系统将把半宽的数字字符的编码默认为汉字的高位元组，使显示产生错误。所以，在半宽字型和中文字型混合显示的时候，如果遇到在奇数个半宽地址显示时，通常是用占半宽字节的空格来跳过。由于它带有中文字库字模，价格略高一点。当显示汉字信息时，只需调用其字库内的字码[9]。 方案二：

另一种就是采用KS0108控制器，KS0108的主要特点是: 1)内藏64 ×64 = 4 096位显示RAM, RAM中每位数据对应LCD屏上一个点的亮、暗状态; 2) KS0108具有64路列驱动输出; 3) KS0108的读写操作时序与51单片机相容,可直接与51单片机接口相连; 4) KS0108及其兼容控制驱动器的占空比为1 /32～1 /64。

KS0108控制器不带字库，8 位并行数据接口，适配M6800 系列时序。拥有64×64 位（512 字节）的显示存储器，其数据直接作为显示驱动信号。在显示数据时，需要将显示目标的点阵信息输入DDRAM，然后通过读写命令将这些点阵信息按一定的规则显示在液晶面板上。对应的液晶屏点阵上方为低位，下方为高位。因此在横向上(也就是Y)就一共是128列数据。分为CS1和CS2两个64列来写入。在竖方向上(也就是X)一字节数据显示8个点，竖向64个点分为8个字节，称做8页(X=0-7)。

通过上述简单的比较，我们不难发现这两种控制器的驱动能力相差不大，也都能完成我们的设计。其中ST7920自带中文字库，相对于KS0108将会使设计更简单。但是，通常我们不需要显示大量的汉字，加之带字库的控制器它价格较高，并且不带字库的控制器更有利于我们对液晶显示的规则的理解，因此，我们选择KS0108控制器

3.3 控制电路的实现

3.3.1 控制电路控制元件的选择

（1）可控硅

可控硅(Silicon Controlled Rectifier)简称SCR，是一种大功率电器元件，也称晶闸管。它具有体积小，效率高，

寿命长等优点。在自动控制系统中，可作为大功率驱动器件，实现用小功率控件控制大功率设备。它在交直流电机调速系统、调功系统以及随动系统中得到了广泛的应用。可控硅分单向可控硅和双向可控硅两种。

本次设计的控制电路中将采用单向可控硅，单向可控硅的表示符号，如图4．21(a)所示。它有3个引脚，其中A为阳极，K为阴极，O为控制极。它由4层半导体材料组成，可等效于和两个三极,如图所示。从图中所示看出，它的符号基本上与前面介绍过的大功率场效应开关管的符号相同，但它们的工作原理却有所不同。当阳极电位高

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于阴极电位且控制极电流增大到一定值(触发电流)时，可控硅由截止转为导通。一旦导通后，即使为零，可控硅仍保持导通状态，直到阳极电位小于或等于阴极电位时为止。即阳极电流小于维持电流时，可控硅才由导通变为截止。其特性曲线如图所示。

单向可控硅的表示符号、与场效应管的比较

单向可控硅的特性曲线 可控硅的实体图

（2）固态继电器

输入固态继电器是近年来广泛使用的新型电子继电器和开关量输出控制元件。它的输入控制电流比较小，用TTL,HTL,CMOS电路或者增加简单的辅助电路就可以十分方便地直接启动；它适用于在微机测控系统中作为输出通道的控制元件；它利用晶体管或可控硅进行无触点输出，具有无噪声、无抖动、无回跳、速度快、体积小、重量轻、寿命长、工作可靠的特点，而且耐冲击、抗潮湿、抗腐蚀；在单片机应用系统中，固态继电器已逐渐取代传统的继电器和磁力启动器。固态继电器按其负载类型分类，可以分为直流型(DC—SSR)和交流型(AC—SSR)两类。直流固态继电器(DC—SSR)的内部原理及外引脚图如图18—43所示。

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