只能电磁炉控制系统设计Word文件下载.docx

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1.2国内外现状

我们在看到电磁炉发展的同时，也看到了发展的美中不足，无论从技术的研发上还是从对市场的投入上，诸多企业都展示出了对电磁炉市场的信心，但是，加大技术研发的投资，仍然是重中之重。

1.2.1国外现状

在此类项目上欧美国家电磁感应加热电源设备研制开发起步较早，技术较为先进。

多为采用陶瓷防辐射电磁炉，由于国内陶瓷工艺方面与国外差距很大，所以国内的电磁炉还有避免不了的辐射。

1.2.2国内现状

国内电磁炉市场单炉的需求量占主流，大约在80%左右，随着国内各大城市住房条件的改善以及人们环保、节能意识的加强，多炉头电磁炉，尤其是双炉电磁炉将占据更大的市场份额；

在电磁加热设备研制开发上起步较晚，目前虽厂家较多，但技术水平参差不齐，规模实力较小，研发能力相对不足，国内商用食品电磁加热设备技术方面存在以下主要问题：

（1）设备自身功率损耗大，发热严重，稳定性不良；

（2）控制方式有待改善；

（3）保护设计不完善，可靠性差；

（4）非模块化设计，产品安装维护复杂；

（5）标准化程度低，不利于大规模生产。

1.3课题研究的主要内容

加热原理：

变压器有一个缺点就是铁芯在磁场感应中会产生涡流，而涡流流动需要克服铁芯的内阻，于是铁芯便会发热，从而影响变压器的效率。

恰恰相反，电磁炉就是引用这一原理对食品进行加热的。

它利用高频的电流通过环形线圈，从而产生无数封闭磁场力，当磁场那磁力线通过锅的底部，既会产生无数小涡流，使锅体本生自行高速发热，然后再加热锅内食物。

图1.1电磁炉加热原理

工作过程：

电流电压经过整流器转换为直流电，又经高频电力转换装置使直流电变为超过音频的高频交流电，将高频交流电加在扁平空心螺旋状的感应加热线圈上，由此产生高频交变磁场。

其磁力线穿透灶台的陶瓷台板而作用于金属锅。

在烹饪锅体内因电磁感应就有强大的涡流产生。

涡流克服锅体的内阻流动时完成电能向热能的转换，所产生的焦耳热就是烹调的热源。

本课题主要研究的是电磁炉自动感温散热控制系统，电磁炉自动感温控制系统主要有以下几部分组成：

电磁炉的加热部分、温度检知部分、检测部分、风扇散热及炉面感温探头。

正常工作时，电磁炉加热系统工作，启动风扇散热系统，同时，炉面探头将锅底温度热量信号传递到CPU，CPU接收到信息控制电磁炉的工作状态，保证烹饪过程的温度。

本课题的主要工作内容如下：

（1）控制系统核心最小系统硬件设计

（2）电磁炉加热系统设计

（3）电磁炉风扇散热系统设计

（4）温度检测电路设计

（5）电磁炉系统工作显示电路设计

（6）系统工作电源及报警电路设计

（7）系统软件流程及程序设计

同时，还应解决电磁炉数字式高频全桥开关电磁加热电源系统的全数字控制、高频化、模块化设计，构成电磁炉的核心电源模块。

第二章系统总体方案

2.1方案设计

方案一：

控制部分的核心采用传统的数字逻辑芯片来实现。

系统的逻辑状态以及相互转移更是复杂，用纯粹的数字电路或小规模的可编程逻辑电路来实现该系统有一定的困难，需要用中大规模的可编辑逻辑电路。

这样，系统的成本就会急剧上升。

方案结构图如图3.1所示。

图2.1方案一结构图

方案二：

以AT89C52系统为核心，利用单片机丰富的I/O端口，及其控制的灵活性，使其实现电磁炉数码管显示控制、多种安全保护功能、功率自动控制、温度自动控制、定时控制以及各种自动检测报警功能的控制。

此系统的硬件和软件都比较容易实现，且满足本题的精度要求，性价比较高的AT89C52具有以下特点：

其8K的EPROM可在固化程序上是方便地多次擦写，独有的低功耗性能保证器件的长时间工作；

采用最小应用系统设计，电路可靠、稳定。

2.2方案论证

方案一采用模拟电路和数字电路设计的整体电路的规模较大，用独立振荡单元，多个功率管并联、驱动放大电路采用分立元件，例如：

定时采用555构成的单稳态触发器控制，但是该单稳态电路对输入的脉冲宽度有一定的要求，即触发脉冲宽度要小于暂稳时间，而实际应用中则大于暂稳时间，于是还要先经微分电路后再加到电路的低电平触发端。

仅一个定时控制电路就已经如此复杂，若加上其它的温度、功率、显示等电路，系统电路更为繁杂，由此一来，用到的器件多，造成故障率高，难调试，而且电路复杂，维修和生产测试不太方便；

虽然容易实现，但控制和性能方面都很差，硬件设计任务比较麻烦，而且设计的产品实际操作也不方便。

方案二是采用以AT89C52为核心的单片机系统，可以实现数码显示、定时控制、温度功率自动控制等功能，大大提高了智能化自动控制的速度。

显示采用8位一体数码管，既显示定时又显示温度，其中，数码管的前四位显示定时的时和分，后三位显示温度；

定时采用单片机内部定时和外部中断结合控制实现；

温度和功率控制选用TLC2543和电位器联合控制实现。

由此一来，系统利用单片机强大功能对各个模块进行系统控制，减少分立元器件的使用，使其效率高、体积小、重量轻、噪音小、省电节能、并且系统所测结果的精度和性能都很高，该方案完全具有可行性，同时体现了技术的先进性，经济上也有很大的优势。

综上所述，经比较，本设计采用方案二。

方案结构图如图2.2所示。

图2.2方案二结构图

2.3本章小结

通过方案比较，得出各方案的优缺点，以及的方案的可行性，从而确定合理的设计方案，本次设计的方案采用方案二。

第三章硬件设计

3.1芯片介绍

3.1.1单片机

智能电磁炉需要一个可编程控制器，来完成相应的加热程序，作为简单的微处理器，单片机满足能完成工作的前提，稳定性良好、价格便宜、使用简单、接口兼容性强的优点，所以本次设计采用单片机控制，而且采用89C52单片机，单片机89C52是把那些作为控制应用所必需的基本内容都集成在一个尺寸有限的集成电路芯片上。

如果按功能划分，它由如下功能部件组成，即微处理器、数据存储器、程序存储器、并行I/O口、串行口、定时器/计数器、中断系统及特殊功能寄存器。

它们都是通过片内单一总线连接而成，其基本结构依旧是CPU加上外围芯片的传统结构模式。

但对各种功能部件的控制是采用特殊功能寄存器的集中控制方式。

AT89C52最小系统如图3.1所示。

图3.1单片机的最小系统设计电路图

微处理器：

该单片机中有一个8位的微处理器，与通用的微处理器基本相同，同样包括了运算器和控制器两大部分，只是增加了面向控制的处理功能，不仅可处理数据，还可以进行位变量的处理。

数据存储器：

片内为256个字节，片外最多可外扩至64k字节，用来存储程序在运行期间的工作变量、运算的中间结果、数据暂存和缓冲、标志位等，所以称为数据存储器。

程序存储器：

片内为8k，由于受集成度限制，片内只读存储器一般容量较小，如果片内的只读存储器的容量不够，则需用扩展片外的只读存储器，片外最多可外扩至64k字节。

中断系统：

具有5个中断源，2级中断优先权。

定时器/计数器：

片内有3个16位的定时器/计数器，具有四种工作方式。

串行口：

有1个全双工的串行口，具有四种工作方式。

可用来进行串行通讯，扩展并行I/O口，甚至与多个单片机相连构成多机系统，从而使单片机的功能更强且应用更广。

并行I/O口：

共有4个并行8位I/O口（P0、P1、P2、P3），每个口都有1个锁存器和1个驱动器组成。

并行I/O口主要是用于实现与外部设备中数据的并行输入/输出，有些I/O口还具有其他功能。

特殊功能寄存器：

共有21个，用于对片内的各功能的部件进行管理、控制、监视。

实际上是一些控制寄存器和状态寄存器，是一个具有特殊功能的RAM区。

3.1.2A/D转换芯片的选择

在电磁炉加热过程中需要一个转换器把温度转换成数字量传送给单片机，所以在此需要一个A/D，考虑采样频率和分辨率还有价格等问题，选择一款合适的AD芯片就显得尤为重要。

由于51单片机往往要控制比较多的I/O口，因此使用并行ADC会限制系统I/O口功能的扩展，采用串行ADC比较适合那些低速采样而控制管脚又比较多的系统。

TLC2543是有11个输入端的12bit模数转换器，具有转换快、稳定性好、与微处理器接口简单、价格低等优点。

由于它带有串行外设接口（SPI），而51系列单片机没有SPI，因此研究它与单片机的接口非常有意义。

TLC2543的引脚封装图如图3.2所示。

图3.2TLC2543管脚图

图3.2中AIN0-AIN10为模拟输入端；

/CS为片选端；

DIN为串行数据输入端；

DOUT为A/D转换结果的三态串行输出端；

EOC为转换结束端；

CLK为I/O时钟；

REF+为正基准电压端；

REF-为负基准电压端；

VCC为电源；

GND为地。

TLC2543是12bit串行A/D转换器，使用开关电容逐次逼近技术完成A/D转换过程。

由于是串行输入结构，能够节省51系列单片机的I/O资源。

其特点有：

（1）12bit分辨率A/D转换器；

（2）在工作温度范围内10s转换时间；

（3）11个模拟输入通道；

（4）3路内置自测试方式；

（5）采样率为66kb/s；

（6）线性误差+1LSB（max）；

（7）有转换结束（EOC）输出；

（8）具有单、双极性输出；

（9）可编程的MSB或LSB前导；

（10）可编程的输出数据长度。

TLC2543的使用方法

控制字的格式：

控制字为从DATEINPUT端串行输入的8bit数据，它规定了TLC2543要转换的模拟量通道、转换后的输出数据长度以及输出数据的格式。

其中高4bit（D7~D4）决定通道号，对于0通道至10通道，该4bit为0000~1010H，当为1011~1101时，用于对TLC2543的自检，分别测试（Vref++Vre-f）/2、Vref+、Vre-f的值，当为1110时，TLC2543进入休眠状态。

低4bit决定输出数据长度及格式，其中D3、D2决定输出数据长度，01表示输出数据长度为8bit，11表示输出数据长度为16bit其他为12bit，D1决定输出数据是高位先送出，还是低位先送出，为0表示高位先送出。

D0决定输出数据是单极性（二进制）还是双极性（2的补码），若为单极性，该位为0，反之为1。

转换过程：

上电后，片选/CS必须从高到低，才能开始一次工作周期，此时EOC为高，输入数据寄存器被置为0，输出数据寄存器的内容是随机的。

开始时，片选/CS为高，I/OCLOCK、DATAINPUT被禁止，DATAOUT呈高阻状态，EOC为高。

使/CS变低，I/OCLOCK、DATAINPUT使能，DATAOUT脱离高阻状态。

12个时钟信号从I/OCLOCK端依次加入，随着时钟信号的加入，控制字从DATAINPUT一位一位地在时