基于單片機(jī)控制的商用蒸飯柜智能化設(shè)計(jì)研究

牛文歡+王平

摘 要：本研究針對(duì)普通商用蒸飯柜上未設(shè)置定時(shí)斷電自控機(jī)構(gòu)及溫度檢測(cè)控制機(jī)構(gòu)，工作時(shí)需要采用人工計(jì)時(shí)、手動(dòng)斷電而且容易"干燒"的問題，通過調(diào)查分析提出采用單片機(jī)作為控制模塊，從定時(shí)斷電提醒智能化設(shè)計(jì)研究、水位檢測(cè)控制智能化設(shè)計(jì)研究和蒸汽回收裝置智能化設(shè)計(jì)研究三個(gè)方面進(jìn)行探索。解決了現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)使用過程中的問題，給用戶以更好的使用效果和安全體驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；商用蒸飯柜；智能化

1. 商用蒸飯柜的發(fā)展情況與趨勢(shì)

1.1 商用蒸飯柜的發(fā)展情況

蒸飯柜行業(yè)雖然已經(jīng)發(fā)展的相對(duì)成熟，但是在發(fā)展過程中也不可避免的出現(xiàn)了一些廚房設(shè)備共有的問題，如安全性難以保證、質(zhì)量參差不齊，以及科技含量低。

問題一：安全性難以保證

雖然商用蒸飯柜行業(yè)不論是產(chǎn)業(yè)規(guī)模還是產(chǎn)品質(zhì)量，都有不少優(yōu)秀的廚房設(shè)備企業(yè)生產(chǎn)了足夠數(shù)量?jī)?yōu)秀的產(chǎn)品，但是產(chǎn)品安全仍然是廚房設(shè)備行業(yè)最大的痛點(diǎn)。工作時(shí)需要采用人工計(jì)時(shí)、手動(dòng)斷電而且容易“干燒”，安全問題一直備受關(guān)注。

問題二：質(zhì)量參差不齊

普通蒸飯柜自動(dòng)化程度不高，用戶體驗(yàn)效果不佳，而市面上的豪華蒸飯柜和數(shù)碼蒸飯柜又太貴，部分企業(yè)為了提高自動(dòng)化程度同時(shí)不提高產(chǎn)品價(jià)格，那就只能降低產(chǎn)品質(zhì)量，最終擾亂了市場(chǎng)。

問題三：科技含量低

現(xiàn)在已經(jīng)是一個(gè)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的時(shí)代，但是廚具產(chǎn)品上的科技含量偏低。不論是造型，還是實(shí)用功能，以及科技附加功能，都有著太多的改進(jìn)空間。作為回報(bào)，那些在風(fēng)格上有大的改進(jìn)的產(chǎn)品，那些在材質(zhì)上想人所未想的產(chǎn)品，那些在色彩上有顛覆性變化的產(chǎn)品，都有著良好的市場(chǎng)回報(bào)。在這個(gè)科技大發(fā)展的時(shí)代，廚具產(chǎn)品不能與科技脫節(jié)。

1.2 商用蒸飯柜的發(fā)展趨勢(shì)

根據(jù)市場(chǎng)調(diào)查，現(xiàn)如今商用蒸飯柜的發(fā)展呈現(xiàn)兩極分化的局面。一種是市場(chǎng)上最常見的蒸飯柜，占據(jù)大市場(chǎng)；另一種是價(jià)格非常昂貴的智能蒸飯柜，鮮有人問津。在可以預(yù)見的將來(lái)，更具科技感、自動(dòng)化、智能化且物美價(jià)廉的商用蒸飯柜將會(huì)是今后的發(fā)展趨勢(shì)。

2. 商用蒸飯柜的智能化設(shè)計(jì)研究

本研究從定時(shí)斷電提醒智能化設(shè)計(jì)研究、水位檢測(cè)控制智能化設(shè)計(jì)研究和蒸汽回收裝置智能化設(shè)計(jì)研究三個(gè)方面進(jìn)行。

2.1 定時(shí)斷電提醒智能化設(shè)計(jì)研究

使用AT89C52單片機(jī)做控制模塊，設(shè)計(jì)制作了一個(gè)用于蒸飯柜定時(shí)自控開關(guān)數(shù)顯報(bào)警電路。電路可以按照出廠時(shí)系統(tǒng)默認(rèn)設(shè)置的參數(shù)自動(dòng)運(yùn)行，也可以按照使用人員的想法，隨時(shí)通過按鍵輸入新的時(shí)間參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。我們?cè)O(shè)計(jì)的電路既能在預(yù)先設(shè)定的時(shí)間內(nèi)自動(dòng)完成蒸飯和斷電控制，又能在定時(shí)結(jié)束時(shí)，通過外置的互感開關(guān)進(jìn)行數(shù)顯鈴聲報(bào)警，十分方便貼心。此電路設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單且制作容易，使用靈活，設(shè)置也很方便，非常適合大批量的生產(chǎn)使用，適用于集體食堂和各類餐館、飯店的安裝使用。

2.2 水位檢測(cè)控制智能化設(shè)計(jì)研究

在蒸飯柜水槽內(nèi)部加入兩個(gè)限位感應(yīng)開關(guān)和一個(gè)進(jìn)水開關(guān)，當(dāng)水位下降至下方的限位開關(guān)時(shí)，單片機(jī)控制自動(dòng)斷電并打開進(jìn)水開關(guān)加水，方便快捷。

上限位、中限位、下限位傳感器被液體淹沒時(shí)為 ON， 閥A為電磁閥，線圈通電時(shí)打開，線圈斷電時(shí)關(guān)閉。開始時(shí)水箱是空的， 閥門關(guān)閉，各傳感器均為 OFF。按下啟動(dòng)按鈕SB1后，打開閥A，開始加水，水位線上升。中限位開關(guān)變?yōu)镺N時(shí)，電熱管打開，開始加熱。當(dāng)液面達(dá)到上限位開關(guān)時(shí)，閥A關(guān)閉，停止加水， 繼續(xù)加熱，直至水位線下降至下限位開關(guān)時(shí)停止加熱，閥A自動(dòng)打開，開始加水，開始進(jìn)入周期性循環(huán)。此設(shè)計(jì)具有防干燒保護(hù)，超溫保護(hù)，自動(dòng)故障檢測(cè)，電壓過高過低及缺相保護(hù)功能。

2.3 蒸汽回收裝置智能化設(shè)計(jì)研究

蒸汽柜工作時(shí)有大量蒸汽，影響工作人員視野，而且高溫蒸汽容易傷人，存在不安全因素。我們采用蒸汽回收裝置置于蒸飯柜上方，可以有效解決這個(gè)問題。蒸汽回收處理裝置由金屬罩、排氣扇組成，裝置下方的四個(gè)弧形邊帶有向上彎曲的水槽，當(dāng)水蒸氣冷凝為水時(shí)，就會(huì)順著水槽流至四個(gè)角，將四個(gè)角彎成管狀，接上橡膠管使其匯流，通過排水管道排出。

蒸汽回收裝置的控制開關(guān)可獨(dú)立使用，也可利用無(wú)線電遙控技術(shù)，將控制方式容于單片機(jī)的控制系統(tǒng)，協(xié)同控制。

3. 商用蒸飯柜工作原理和單片機(jī)選擇

AT89C2051是一款低功耗、高性能、高靈活、超高效的CMOS8位微控制器，具有8K系列可編程Flash存儲(chǔ)器，使用Atmel公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，也適用于常規(guī)編程。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash。AT89C2051可降至0HZ靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。故選用AT89C2051單片機(jī)。

4. 商用蒸飯柜硬件電路設(shè)計(jì)研究

1. 電路簡(jiǎn)單，全部電路使用一個(gè)“單片機(jī)”芯片和兩個(gè)輔助芯片，配合少量外圍分立元件，即可完成相關(guān)控制功能。

2. 初始加電時(shí)，系統(tǒng)將檢測(cè)水箱水位，只有水箱水位正常（水位開關(guān)SW閉合）時(shí)，才會(huì)使三相固態(tài)繼電器 SSR 導(dǎo)通，電熱管加電工作。此后，系統(tǒng)將循環(huán)監(jiān)測(cè)水箱水位，一旦出現(xiàn)水箱水位低于預(yù)設(shè)最低水位（即自動(dòng)補(bǔ)水管道系統(tǒng)出現(xiàn)故障），導(dǎo)致SW開關(guān)斷開時(shí)，系統(tǒng)將立即切斷電熱管電源，同時(shí)給出“缺水”的聲、光報(bào)警信號(hào)。

3. 當(dāng)電熱管加電工作時(shí)，系統(tǒng)將對(duì)連接三相電的三組電熱管實(shí)施工作狀態(tài)監(jiān)控并在控制面板上用發(fā)光二極管指示燈給出相應(yīng)的指示。當(dāng)各組電熱管均工作正常時(shí)，面板上的三組電熱管工作狀態(tài)指示燈將同時(shí)點(diǎn)亮。如果某一組電熱管損壞，則面板上對(duì)應(yīng)該組的電熱管指示燈將開始“閃爍”，表示該組電熱管故障，提示需要檢修更換，但此時(shí)蒸飯柜仍可勉強(qiáng)工作，只是蒸熟飯的時(shí)間要相應(yīng)延長(zhǎng)，此時(shí)蜂鳴器并不報(bào)警。如果是某兩組或三組電熱管同時(shí)損壞時(shí)，則面板上的三組電熱管指示燈將同時(shí)“閃爍”，蜂鳴器也同時(shí)發(fā)出報(bào)警聲響，表明此時(shí)電熱管已無(wú)法保證蒸飯柜的正常工作，必須立即進(jìn)行檢修、更換。

4. 本電路的輸入輸出均采用了光電隔離的工作方式，抗干擾能力強(qiáng)，工作穩(wěn)定可靠。

5 結(jié)語(yǔ)

本設(shè)計(jì)研究根據(jù)蒸飯柜現(xiàn)實(shí)生活使用過程中出現(xiàn)的一些問題，綜合考慮使用環(huán)境因素等方面的影響，從定時(shí)斷電提醒智能化設(shè)計(jì)研究、水位檢測(cè)控制智能化設(shè)計(jì)研究和蒸汽回收裝置智能化設(shè)計(jì)研究三個(gè)方面對(duì)商用蒸飯柜進(jìn)行改進(jìn)創(chuàng)新研究。本蒸飯柜在普通蒸飯柜的基礎(chǔ)上進(jìn)行了升級(jí)，使得機(jī)械報(bào)警提醒簡(jiǎn)單方便；水位檢測(cè)與控制更加的智能可控；微電子控制自動(dòng)化程度更高，并減少了故障發(fā)生率，提高了實(shí)用性；蒸汽回收處理裝置解決了室內(nèi)濕度過高、能見度低的問題。

參考文獻(xiàn)：

[1] 張繼輝.基于單片機(jī)控制的電熱蒸飯柜智能檢測(cè)控制電路[J].電氣時(shí)代，2007，12：86-87

[2] 張毅.自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)及儀表控制系統(tǒng).北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004.11

作者簡(jiǎn)介：

牛文歡（1988—），男，山東菏澤人，濰坊職業(yè)學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院 助教，山東大學(xué)碩士學(xué)位，主要研究方向：產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造.endprint