對(duì)基于單片機(jī)的智能電烤箱設(shè)計(jì)與制作探討

石紅波 石全友

摘 要 隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，人們的改造能力不斷提高，智能家電成為目前家電發(fā)展的重要方向。電烤箱在日常生活具有十分重要的作用，智能電烤箱能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)烤箱的全自動(dòng)控制，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電烤箱的各個(gè)工作狀態(tài)，在烤箱運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)意外情況，系統(tǒng)可智能報(bào)警，智能化控制。隨著機(jī)電控制技術(shù)的發(fā)展，主要體現(xiàn)了單片機(jī)和PLC兩種控制方式。本設(shè)計(jì)采用單片機(jī)控制，單片機(jī)在日常生活中的運(yùn)用越來(lái)越廣泛。

關(guān)鍵詞 單片機(jī) 智能家電 電烤箱 溫度控制

中圖分類(lèi)號(hào)：TP368.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

本文介紹了以單片機(jī)為核心的電烤箱溫度控制系統(tǒng)。電烤箱溫度控制系統(tǒng)由兩個(gè)部分組成：硬件部分和軟件部分。其中硬件部分包括：?jiǎn)纹瑱C(jī)電路、傳感器電路、放大器電路、轉(zhuǎn)換器電路、以及鍵盤(pán)和顯示電路。軟件部分包括：主程序、運(yùn)算控制程序、以及各功能實(shí)現(xiàn)模塊的程序。利用單片機(jī)作為主芯片，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行控制，能夠有效地提升烤箱的工作特性以及電烤箱的附加值。產(chǎn)品中采用電路中常見(jiàn)的濾波電路、電源電路以及AD轉(zhuǎn)換電路等各個(gè)模塊電路作為電路硬件，載體采用數(shù)字PID控制算法，實(shí)現(xiàn)對(duì)電烤箱的溫度的控制。通過(guò)本次設(shè)計(jì)進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明單片機(jī)控制系統(tǒng)在社會(huì)生活中的應(yīng)用。為以后進(jìn)一步應(yīng)用單片機(jī)系統(tǒng)提供幫助。

1對(duì)智能電烤箱設(shè)計(jì)的性能指標(biāo)

智能電烤箱采用AT89C52單片機(jī)控制整個(gè)系統(tǒng)，溫度采集由一線式數(shù)字溫度傳感器DS18B20采集。根據(jù)實(shí)際的用戶(hù)需求調(diào)查，結(jié)合目前市場(chǎng)上智能電烤箱的特點(diǎn)，制定了智能電烤箱的工作性能指標(biāo)。為了能夠具有更好的適應(yīng)性，產(chǎn)品設(shè)計(jì)具備3-24V 的電源工作范圍；控制電路要能夠具備較強(qiáng)的實(shí)際驅(qū)動(dòng)能力，其輸出阻抗大不大于10 千歐，輸出驅(qū)動(dòng)電流不小于20mA；產(chǎn)品要能夠?qū)崿F(xiàn)精確的計(jì)時(shí)，連續(xù)工作兩天，其系統(tǒng)控制時(shí)間誤差小于3秒；產(chǎn)品具備良好的人際界面，方便實(shí)現(xiàn)控制；產(chǎn)品要具備可移植性以及性能提升的空間。

2智能電烤箱的構(gòu)造

智能電烤箱由箱體、箱門(mén)、電熱元件、控溫與定時(shí)裝置組成。核心部件是：智能主板、箱體、箱門(mén)。（1）箱體多用薄鋼板制成，一般為雙層，其間為空氣夾層或填充絕熱材料；（2）箱門(mén)上裝有耐高溫玻璃，以便觀察食物烤制情況；（3）電熱元件常用外表涂敷遠(yuǎn)紅外輻射材料的金屬管式。一般電烤箱都有上下兩只電熱元件，有的還在箱側(cè)加裝一、二只。

控溫元件主要采用雙金屬片式。80年代以后，電子式控溫元件也已逐步推廣。定時(shí)裝置常用發(fā)條式和電動(dòng)式，前者定時(shí)范圍在1小時(shí)以?xún)?nèi)，后者可達(dá)數(shù)小時(shí)。有的電烤箱中還設(shè)一食物托盤(pán)，由微電機(jī)驅(qū)動(dòng)，低速旋轉(zhuǎn)，使食物烤制更為均勻。20世紀(jì)80年代初出現(xiàn)電腦電烤箱，采用溫度傳感器、重量傳感器、濕度傳感器和微處理機(jī)，可以根據(jù)預(yù)先輸入的烤制程序，自動(dòng)選取最佳烤制模式，使烤制過(guò)程最優(yōu)化和自動(dòng)化。

3智能電烤箱的工作原理

本文電烤箱溫度可預(yù)置、可調(diào)整，烘干過(guò)程基本實(shí)現(xiàn)恒溫（預(yù)置溫度范圍之內(nèi)）控制。實(shí)現(xiàn)對(duì)箱內(nèi)溫度每隔——段時(shí)間（本設(shè)計(jì)間隔為30s）進(jìn)行自動(dòng)采樣監(jiān)測(cè)。溫度超出預(yù)置智能報(bào)警裝置。

電烤箱由穩(wěn)定的電源電路、單片機(jī)控制運(yùn)算電路、顯示驅(qū)動(dòng)電路以及智能報(bào)警電路等功能模塊構(gòu)成，同時(shí)根據(jù)工作的需求還可以進(jìn)行工作狀態(tài)的預(yù)先設(shè)置。電源采用了傳統(tǒng)的串聯(lián)型穩(wěn)壓電源模塊，能夠根據(jù)需求輸出6-12V的直流電壓，單片機(jī)控制電路考慮到大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)以及工作性能的要求，采用了臺(tái)灣的荷泰系列的單片機(jī)進(jìn)行控制，經(jīng)過(guò)測(cè)試分析能夠完成勝任產(chǎn)品的工作，在顯示部分采用的VFD顯示技術(shù)，以達(dá)到顯示清晰、能見(jiàn)度高、顯示內(nèi)容豐富等家電產(chǎn)品的顯示要求。整體電路的設(shè)計(jì)遵循模塊化的設(shè)計(jì)方案，符合目前智能家電的發(fā)展趨勢(shì)，滿(mǎn)足了智能電烤箱應(yīng)用過(guò)程中所有的實(shí)際需求。

4單片機(jī)的優(yōu)點(diǎn)及發(fā)展前景

電烤箱是利用電熱元件所發(fā)出的輻射熱來(lái)烘烤食品的電熱器具，利用它我們可以制作烤雞、烤鴨、烘烤面包、糕點(diǎn)等。根據(jù)烘烤食品的不同需要，電烤箱的溫度一般可在50-25攝氏度范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。過(guò)去各種形式各異的電烤箱會(huì)出現(xiàn)加熱不均、工作效率低等問(wèn)題，本次設(shè)計(jì)的單片機(jī)智能電烤箱，針對(duì)過(guò)去加熱不均和工作效率低進(jìn)行技術(shù)的改進(jìn)：將食物兩邊挖兩個(gè)較天的孔（或打出許多小眼），使上下空氣連通。在下層箱壁上安裝一個(gè)耐高溫且密封性好的小電風(fēng)扇，這樣，新型的電烤箱將會(huì)避免加熱不均和工作效率低下的弊端。改進(jìn)后的電烤箱在電風(fēng)扇的機(jī)械吹動(dòng)下，迫使箱體內(nèi)的空氣快速流通，使電阻絲產(chǎn)生的熱很快均勻地分布于食物四周，這樣既可以均勻加熱烘烤，又可以在短時(shí)間內(nèi)烤熟食物，因而大大提高了熟食的質(zhì)量和電能的利用效率。

綜上所述，本次溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)整體而言完全可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電烤箱溫度的控制。電烤箱的溫度控制系統(tǒng)是以單片機(jī)為核心，采用軟件編程，通過(guò)對(duì)電路的通斷來(lái)控制電控箱的溫度。隨著社會(huì)的發(fā)展，機(jī)電控制的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。從石油化工到電力生產(chǎn)，從冶金到建材，從食品到機(jī)械都要對(duì)溫度進(jìn)行控制甚至在有些產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中溫度的控制直接影響到產(chǎn)品的質(zhì)量。單片機(jī)溫度控制無(wú)論是現(xiàn)在還是未來(lái)都會(huì)起到重要作用。

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