09325109智能微波炉电路设计Word文件下载.docx
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2微波炉电器结构图
图微波炉电器结构图
XP.电源插座FU.熔断器ST.温控器T1.低压变压器S1S2门联锁开关S3.门监控开关RT.热敏传感器K1K2.继电器EL.炉灯M1.转盘电机M2.风扇电机T2.高压变压器C.高压电容器V1.保护器二极管V2.高压二极管MT.磁控管
概述本次设计的微波炉电器运行原理如下：
把要烹饪的食物放入炉内，插上电源插头XP，关好炉门，此时继电器K2常开开关闭合，门联锁开关S1断开。
通过温控器ST来控制，继电器K1开关闭合，炉灯亮。
启动微波炉，门联锁开关S2闭合，转盘电机M1.风扇电机M2通电运转。
若选择高温档，门监控开关S3闭合，高压变压器T2通电，磁控管MT连续发射微波加热；
若选择其他档位，门监控开关S3处于通断交替状态，磁控管MT断续发射微波加热。
微波炉外观结构设计
1微波炉内部结构图
图微波炉内部结构图
（1）门安全连锁开关确保炉门关闭，微波炉才能正常工作。
（2）视频窗有金属屏蔽层，可透过网孔观察食物烹调情况。
（3）波导口磁控管发射的微波进入腔体的通道。
（4）转轴带动玻璃转盘转动。
（5）转盘支承支承玻璃转盘并按其轨道转动。
（6）玻璃转盘装好食物的容器放在转盘上，加热时转盘转动，使食物烹调均匀，以达到理想的均匀烹调效果。
（7）控制板详见控制面板。
（8）光波管安装在炉腔顶部，使用光波功能时发出光波。
（9）金属网架光波烹调食物时的托架。
2微波炉控制面板设计
（1）指示灯及按键功能简介：
当微波炉正常工作时，指示灯亮。
当遇到特殊情况时，指示灯灭。
当微波炉正常工作完时，指示灯灭并发出蜂鸣。
并在开门的瞬间使微波炉内的照明灯亮，当门关闭时该灯不亮，若门在规定时间内没有关闭，该灯也熄灭。
通过调通过高敏铂电阻对模拟温度变化并数码管显示。
当温度上升到一定的值时，指示灯亮并发出蜂鸣表示过热，温度过热限度由键盘设置。
用于不同信息显示的切换。
可显示当前的设定时间、当前的炉内温度和设定的最高温度等。
快速设定当前加热时间和火力的合适烹调的值。
一般通过温度传感器将加热温度。
快速设定当前加热时间和火力的合适烘烤的值。
快速设定当前加热时间和火力的合适解冻的值。
用于设置加热的温度最高值。
有10分、1分、10秒的按键选择。
硬件电路设计
1元件选择
在此次的设计中,因为转盘和风扇都需要电机的带动,故在选择元件时要选择几个重要的元件：
PLC机，转盘电机，风扇电机，磁控管和高压变压器。
因设计时间的关系,本次设计对其它元件的选择不做详细的说明,但经老师的指导，所有的元件均符合设计的要求。
1PLC的选择以及I/O参数
可编程序控制器简称PLC，它是以微处理器为基础的通用工业控制装置。
它的应用面广,功能强大，使用方便，已经成为当代工业自动化的主要支柱之一。
PLC广泛地应用在各种机械设备和生产过程的自动控制系统中，PLC在其他领域，如民用和家庭自动化中的应用也是迅速发展，本次设计就基于PLC的智能微波炉控制系统设计。
选择合适的PLC系列，PLC根据硬件结构的不同，可以将PLC分为整体式PLC和模块式PLC。
本次设计为控制微波炉选用整体式PLC，整体式又叫做单元式或箱体式，CPU模块I/O模块和电源装在一个箱状机壳内，结构非常紧凑，同时它的体积小，价格低等优点。
本次设计PLC选用三菱公司FX2N系列的，FX2N系列是三菱公司PLC是FX家族中最先进的系列。
具有高速处理及可扩展大量满足单个需要的特殊功能模块等特点，为自动化应用提供最大的灵活性和控制能力。
选择具体I/O要求的PLC机根据前面提到的功能要求，其I/O的需求列举如下：
继电器驱动：
烹饪、烧烤、解冻、火力、转盘、风扇共6个输出ports。
蜂鸣器驱动：
1个输出ports
按键：
启动键、停止键、烹饪模式键，定时键共9个输入ports
门状态检测：
1个输入ports
指示灯检测：
6个输出ports
显示数码管：
5个COM，9个段，需14输出ports
温度检测：
1个A/D输入port
简单加起来总共需要27个输出ports，11个输入ports。
考虑其他的因素选用PLC系列FX2N—64MR—001。
2电机的选择及基本参数
微波炉的风扇电机（罩极电机系列）：
YJ61/10-2。
YJ61型主要用于微波炉、吸顶式空调、自动烘手机、冰箱、电教投影仪等。
其技术参数如表3.1所示
风扇电机的主要作用是驱动风扇为磁控管降温。
如果风扇电机不工作，就会造成磁控管温升过高，使热电断路器动作，切断微波炉的电源。
见表3.1风扇电机技术参数
型号
电压（V）
频率（Hz）
转向
负载电流（A）
输出功率（W）
YJ61/10-2
220
50
逆时针
0.150
15.0
表电机YJ61/10-2技术参数
微波炉的转盘电机（同步电动机系列）49TYJ-B-3。
其主要技术参数见表3.2
转盘电机的作用是带动炉膛内的圆盘转动，圆盘又带着盘中的食物作同步圆周运动，使食物在微波场中的位置不断改变，以达到均匀加热食物的目的。
转盘电机安装在微波炉中炉膛低侧的中央。
见表3.2转盘电机主要技术参数
额定电压
220V
绝缘强度
1500VAC/min
噪音
<
45db
空载功率
8W
温升
60K
空载电流
25mA
转速
30rpm
绝缘电阻
>
100MΩ
转矩
10Kgf.cm
额定频率
50Hz
表电机49TYJ-B-3主要技术参数
3磁控管的原理和结构
磁控管是微波炉的关键器件，主要由管芯和磁铁两部分构成。
管芯由阴极、灯丝、阳极、天线（波导管）等构成。
其工作原理是：
在接通电源后，高压变压器次级灯丝线圈两端产生的3.3V交流电给磁控管灯丝供电。
与此同时，高压绕组产生的约2000V交流高压经高压电容限流，二极管整流后得到约2000V的直流高压加至磁控管阳极（阳极接地，实际上是阴极为负2000V），形成加速电场。
使阴极发射的电子向阳极加速运动。
在电子向阳极加速运动的过程中还要受到永久磁铁所形成的垂直方向上的强磁场作用，因此电子是边旋转边向阳极加速运动（就像子弹在枪管中的运动一样），旋转速度也不断变快。
阳极做成内齿轮状，形成偶数个空腔，称为谐振腔。
每个谐振腔就是一个微波谐振器，其谐振频率取决于谐振腔尺寸。
电子在通过扇形谐振腔时会发生振荡．且频率不断升高。
当频率达到2400MHz以后便形成微波，由波导管口发射，再传输到炉膛内对食品加热。
图磁控管结构图
4微波炉高压变压器结构和原理
高压变压器是_种专用漏磁（感）变压器，其结构示意如图所示。
由图可见，高压变压器共有3个绕组，其中一个初级绕组，交流220V市电电压施加在此绕组中；
两个为各自独立的次级绕组；
即输出交流3．3V的灯丝电压绕组和输出交流2100V左右的高压绕组。
在初、次级绕组之间插有一定厚度的多片硅钢片，使变压器中形成一个具有高磁阻间隙的磁分路。
当高压变压器工作时，磁分路中将产生一定量的漏磁通，它控制着变压器的输出电流，使磁控管工作电流保持相对稳定，原理简述如下
图微波炉高压变压器结构图
控管工作时，变压器的次级高压绕组中有振荡电流流通，使其附近的铁芯产生磁饱和现象。
假设因市电波动等原因而引起磁控管阳极电压上升、阳极电流增大，那么变压器次级绕组的电流也增加，使磁饱和度加深，漏磁通增大，这就使得变压器次级高压下降，也即磁控管阳极电压降低，阳极电流下降，反之则相反，从而起到自动调节阳极电压、电流及稳定微波输出功率的作用。
可见，高压变压器主要是靠漏磁通使磁控管工作电流保持稳定的，因此也被称作漏磁（感）变压器。
这种变压器可在市电波动范围较宽的情况下保持磁控管阳极电流的稳定，因而在微波炉中获得了广泛应用，除特种产品外，几乎所有的微波炉均采用这类变压器。
3.2.1PLC输入输出分配
（1）输入部分
①限位开关：
设置一个微波炉门开关，利用开关的不同状态模拟微波炉的开关门。
②时间设定：
通过调整10分、1分、10秒键，设定系统的工作时间，按启动键开始倒计时；
按暂停/取消键系统暂停工作，倒计时停止，再按暂停/取消键系统将取消本次操作，返回到待机状态。
③烹调模块设定：
可独立智能设置不同的烹饪模块（烹饪，烧烤，解冻），同时不同的模块可以分不同的时间段、不同的加热功率进行工作。
④火力设定：
在开机时默认从最小火力等级开始，每按一次火力控制键，火力等级增加一级。
达到最高级，再按下时又返回最小火力等级。
⑤温度设定：
通过高敏铂电阻来实现对温度的控制。
当温度达到预设温度后，微波炉停止加热，并发出报警信号。
（2）输出部分
输出部分用4个LED数码管，5只发光二极管，1个报警灯和1个蜂鸣器来显示微波炉当前的工作状态。
其中：
采用2个LED数码管显示加热倒计时时间，1个LED数码管显示当前的加热火力，1个LED数码管显示当前的功率。
3只发光二极管来提示3种烹饪模式的开关状态，1只发光二极管来显示火力档的开关状态，1只发光二极管来提示微波炉的启动和停止状态。
1个报警灯提示是否出现报警事件，1个蜂鸣器提示微波炉是否有声音发出。
2工作流程图
因时间的关系,对于设计面板的有些功能不能在短时间实现。
在此次的设计中可能实现的功能具体见其工作流程。
对于其中有点调整的地方，一切以其工作流程图3.3为依据。
图工作流程图
3.2.2PLC外围接线图
由上图的工作流程图可知，其输入有：
启动、停止、烹调、烧烤、解冻、加热（温度设置），输出有：
相对应的灯以及提醒装置。
其外围接线图如下图3.4所示；
微波炉控制的I/O分配表如下：
输入端
X0
启动
X1
停止
X2
门限位开关
X3
烹饪
X4
烧烤
X5
解冻
X6
加热火力
X7
10秒
X8
1分
X9
10分
输出端
Y0
蜂鸣器
Y1
LED显示器
Y2
报警灯
Y3
烹饪灯
Y4
烧烤灯
Y5
解冻灯
Y6
加热火力提示灯
Y7
风扇电机
Y8
转盘电机
图PLC外围接线图
图电动机基本启停控制
电路部分模块介绍
1LED显示电路
采用共阳极动态显示，加三极管驱动提高显示亮度，编码简单，易于控制，实践证明：
该方式显示稳定，误码率低。
图LED显示电路
2温度自检电路
采用高灵敏铂电阻R2（pt100），配合运算放大电路组成温度采集电路。
再经AD转换电路，进入控制系统，实现温度的适时控制，用户可输入加热温度，温度加热后自动停止加热。
从而实现自动控制。
图温度自检电路
附A：
课程设计评分表
东华理工大学长江学院
学生姓名：
晋新学号：
09325109
课程设计题目：
项目内容
满分
实评
选
题
能结合所学课程知识、有一定的能力训练。
符合选题要求
（3人一题）
5
工作量适中，难易度合理
10
能
力
水
平
能熟练应用所学知识，有一定查阅文献及运用文献资料能力
理论依据充分，数据准确，公式推导正确
能应用计算机软件进行编程、资料搜集录入、加工、排版、制图等
能体现创造性思维，或有独特见解
15
成
果
质
量
模型正确、合理，各项技术指标符合要求。
摘要叙述简练完整，假设合理、问题分析正确、数学用语准确、结论严谨合理；
问题处理科学、条理分明、语言流畅、结构严谨、版面清晰
论文主要部分齐全、合理，符号统一、编号齐全。
格式、绘图、表格、插图等规范准确，符合论文要求
字数不少于2000字，不超过15000字
总分
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