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电磁炉控制系统.doc

发布时间：2022-05-30 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：2.73M 资料格式：doc 举报 版权申诉
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    1绪 论
    1.1 课题意义
    1.2 国内外研究现状
    2 系统总体方案
    2.1方案设计
    2.2 方案论证
    3 硬件设计
    3.1 芯片介绍
    3.1.1 AT89C51
    3.1.2 模数转换器ADC0808
    3.2电磁炉无锅检测模块
    3.3 定时控制模块
    3.4 功率控制模块
    3.5 显示模块
    3.6 保护电路
    2.8报警模块
    3.9 电源电路
    4 程序设计
    4.1 主程序流程
    4.3 A/D转换程序流程
    4.4外部中断
    4.5 定时模块流程
    4.5.1内部定时中断
    4.5.2定时功能的实现
    4.6 基本显示模块流程
    4.6.1 显示时间程序流程
    4.7 报警模块流程
    4.7.1 定时报警程序流程图
    5 系统仿真与调试
    5.1 系统仿真
    5.1.1 原理图绘制
    5.1.2 程序的设计与编译
    图5-1 系统仿真图
    5.2 系统调试
    5.2.1 定时模块
    5.2.2 温度和功率控制模块
    5.2.3 无锅检测和保护模块
    5.2.4 报警模块调试
    结 论
    参考文献
    致 谢
    附录A 程序清单
    附录B 系统原理图
    西安石油大学本科毕业设计(论文) 一种电磁炉的控制电路设计 摘要 本文介绍了电磁炉的功能控制系统，它利用单片机的多功能控制优势对电磁 炉进行智能控制，使之具有高效节能、健康环保、安全可靠等一系列优点。电磁炉成 为目前发展最快的，市场增长幅度最高的家电产品之一。 本设计以 AT89C51 为核心，实现电磁炉的数码管显示控制、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；对单片 机 AT89C51 在系统控制上的应用，从软硬件两方面对控制系统的设计方案做了简单 的介绍。在软件设计上，采用模块化程序设计的思想，对电磁炉控制系统的各个功能 模块进行划分和设计。研究智能锅具检测技术，提高了锅具检测的快速性和准确性， 减少电磁污染并节约了电能。 最后，对整个系统进行仿真、调试和性能测试。测试结果表明，该控制系统设计 合理，稳定，安全、可靠性高。 关键词：电磁炉；单片机；多功能；控制
    西安石油大学本科毕业设计(论文) A Kind of Control Circuit Design of Electromagnetic Oven Abstract This paper introduces the functions Control System of the Induction cooker, which uses the multi-functional control advantages of single-chip microcomputer to realize an intelligent control of induction cooker so that they have a series of advantages such as high efficiency, energy-saving, healthy environmental protection,high security and reliability. It become one of household electrical appliances whose development is quickest and the market growth rate is highest at the present. This design uses AT89C51 as the core processor which realizes many functions as nixietube display,varies of safety protection,output power ato-controllation,time setting ato-controllation and detection alarming; and simply introduces the application of single-chip AT89C51 in control system , elaborates the design from both handware and software. In the software design，it uses the ideas of modularized program design to carve up and design each function module in the induction cooker. Intelligent cooker testing technology enhances the rapid detection and accuracy for the pan and reduces electromagnetic pollution and saving electricity. Finally, the equipment is entire simulated and debugged. After many times testing and running, it has proven that this system features with reasonable ， output power steady, safety and reliable. Keywords: Induction cooker；Single-chip microcomputer；Mult-function；Control
    西安石油大学本科毕业设计(论文) 目 录 1 绪论................................................................................................................................... 1 1.1 课题意义.....................................................................................................................1 1.2 国内外研究现状.........................................................................................................1 2 系统总体方案................................................................................................................. 4 2.1 方案设计.....................................................................................................................4 2.2 方案论证.....................................................................................................................5 3 硬件设计......................................................................................................................... 6 3.1 芯片介绍.....................................................................................................................6 3.2 电磁炉无锅检测模块...............................................................................................10 3.3 定时控制模块...........................................................................................................11 3.4 功率控制模块...........................................................................................................12 3.5 显示模块...................................................................................................................14 3.6 保护电路...................................................................................................................16 3.7 按键模块...................................................................................................................17 2.8 报警模块...................................................................................................................18 3.9 电源电路...................................................................................................................19 4 程序设计....................................................................................................................... 20 4.1 主程序流程...............................................................................................................20 4.2 无锅检测程序流程...................................................................................................21 4.3 A/D 转换程序流程.................................................................................................... 21 4.4 外部中断...................................................................................................................22 4.5 定时模块流程...........................................................................................................23 4.6 基本显示模块流程...................................................................................................25 4.7 报警模块流程...........................................................................................................26 5 系统仿真与调试........................................................................................................... 27 5.1 系统仿真...................................................................................................................27 5.2 系统调试...................................................................................................................30 结 论............................................................................................................................... 32 参考文献............................................................................................................................. 33 致 谢................................................................................................................................. 33 附录 A 程序清单..............................................................................................................35 附录 B 系统原理图..........................................................................................................40 附录 C 元器件清单..........................................................................................................41 I
    西安石油大学本科毕业设计(论文) 1 绪 论 1.1 课题意义 当今，随着电子技术的高速发展,单片机的应用已经渗透到生产和生活中的各个 方面，有力的推动了社会的发展。单片机以其体积小，集成度高，价格便宜,在数据 处理、实时控制等方面无与伦比的强大功能而受到广大科研工作者及生产厂家的亲 睐。目前，市场热销的电磁炉就是单片机控制系统的一个典型应用，其品牌繁多、功 能强大且多样。作为一个毕业设计的课题，对单片机控制系统的应用做了一些初步的 尝试和探讨。 以往家用电器采用模拟电路和数字电路设计的整体电路的规模较大，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；而今，采用 单片机系统完成设计使电路设计简单可靠，工作可靠性很好，功能强大，实现控制智 能化。为此我们采用了单片机进行设计，相对来说功能强大，用较少的硬件和适当的 软件相互配合可以很容易的实现设计要求，且灵活性强，可以通过软件编程来完成更 多的附加功能。针对各种功能的控制，通过软件编程就可以轻易而举的实现。 本设计以 AT89C51 为核心，实现电磁炉的定时控制、温度自动控制、功率自动控 制、保护功能、数码管显示控制以及无锅检测报警功能的控制；对单片机 AT89C51 在系统控制上的应用，从软硬件两方面阐述了控制系统的设计方案做了简单的介绍。 在软件设计上，采用模块化程序设计的思想，对电磁炉控制系统的各个功能模块进行 划分和设计，提高了控制系统的快速性和准确性。 1.2 国内外研究现状 国外研究电磁炉历史悠久，德国率先研制出高频电磁炉（工作频率２０一５０ ＫＨｚ），紧接着日本也研制出高频电磁炉。国内在２０世纪８０年代末到９０年代 初曾掀起电磁炉热潮，因当时元器件和设计方面的原因（主要是设计原因）、许多电 磁炉产品可靠性很差，导致大量电磁炉生产厂出现亏损。随着技术的进步，元器件质 量的提高，目前国产电磁炉已逐步走向成熟。 电磁炉民用化的最早记载是从１９５７年德国ＮＥＦＦ公司开始的，而后在１ ９７２年美国也开始了电磁炉的研发，而到上世纪８０年代初，电磁炉已经在西方普 及Ｊ１：来了。国内电磁炉市场最初的启动时间是上世纪８０年代末，在９０年代初 期，由于技术不过关，难以适应国内电网质量不稳定以及中国人大火爆炒的饮食需求， 曾经一度出现过空档期，直到世纪末才出现起色，并引起国内家电行业的关注，随之 而来的是众多家电品牌以及新品的诞生。从目前状况来看，国内电磁炉市场比西方发 达圈家至少晚了５一１０年的时间。 1
    西安石油大学本科毕业设计(论文) 国外电磁灶功率一般在 8KW 以下，以平面灶为主；国内炉灶功率较国外商用产品 的功率大，一般在 25KW 以下，并且以凹灶居多。这都是基于国内爆炒等饮食习惯的 基础上的。 商用电磁灶的应用领域一般为：宾馆，酒店，中西快餐业，火车餐车，轮船餐厅， 部队、企业、机关食堂，火锅店和袋装油炸食品电磁加热设备等，非常广泛。除以上 领域外，电磁炉在食品加工商用市场的发展前景也是非常可观的。例如，在小型食品 加工厂，按照传统的加工方式，食用油的浪费很大。使用电磁炉之后，这种情况得到 了很大的改观，既节约了能源，也节省了油。 商用领域刚起步。截止2006年底，全国的餐饮业数量(不含食堂)已超过400万家， 但使用电磁灶具的餐饮店不到1% 。和民用电磁灶相比，商用电磁灶市场占有量要小 得多。按照400万家计算，每家平均使用3~4台的电磁炉，尽管总的需求量并不大，但 是其总的销售额规模和潜在的市场带动作用是很大的。 不同用户要求不同。一般西餐厅厨房台式结构的灶具应用比较广，品种多（趴 炉）；中式餐厅厨房应用分体式结构灶具较多。这种情况对于行业的规模发展是不利 的，也使得产品的成本无法有效降低。 由于商用市场的特殊性，产品具有明显的非标准化属性（工程性质）。商用电磁 炉应用行业比较多，不同的场所就会有自己的独特的要求。例如，很多的营业场所提 出的方案是在多人同时用餐的环境下的，而我们也不单单是提供一个简单的产品，而 是一整套完整的解决方案，属于工程性质了。包括给轮船的气化灶具改造为电磁炉的 整套解决方案等等。 商用电磁炉的渠道与民用产品的渠道是完全不同的。民用产品属于小家电行业， 在卖场中就可以购买到。而商用产品已经脱离小家电行业，所以销售的渠道也是独立 的，也属于工程的性质。 商用电磁灶将逐步取代以油、气燃料为主的加热炊具，市场前景广阔。这是基 于电磁炉的特性决定的。例如在轮船上，燃料基本上是油，灶具在使用之前要将油气 化，要有高压泵房，这套系统既有噪音污染，无形中也浪费了轮船有限的空间。因此， 电磁炉的优越性就更强。 中、西快餐业将成为商用电磁灶市场首先应用和推广的主力。全国现已有肯德 基近2000个门店、麦当劳700个门店、不同品牌的匹萨店接近1000个以上。还有正在 兴起年计划筹建400个门店的塔可钟、东方既白等中餐快餐店的兴起也是不容忽视的。 这些都是市场的巨大潜力所在，关键是产品的大力推广能否适应快餐业的发展。 和民用电磁灶早期市场一样，电磁炉的商用市场受到传统的明火烹饪习惯的影 响。很多的厨师看不见明火，都感觉不习惯。这个要通过具体的实验来打消他们的顾 虑，让他们看到电磁炉确实比明火快。 商用厨房电磁灶产品规格化过程（规模化、降成本）是一个不断完善的过程，是 2
    西安石油大学本科毕业设计(论文) 在市场不断认识提高的基础上完成的。 产品材料、工艺的可*性。一个行业的发展，需要相关的配套资源的同步发展。 例如，微晶玻璃是电磁炉使用中最重要的部件之一，国内产品的抗冲击力较低，用在 民用产品上尚可，但是用在商用产品上，问题非常大。商用灶具上使用的锅体积大、 重量大，甚至达到两三百公斤，这就对微晶玻璃的性能提出了很高的要求。而国外产 品的不但价格高，而且供货周期有很长。因此，配套行业发展的迟滞阻碍了商用产品 的发展和市场竞争。 因此，商用的电磁灶是一个前景无限的市场，但是发展的过程不但需要企业大量 的技术和推广的投入，更要配套行业的齐头并进，才能够将商用市场成为真正地朝阳 产业。 3
    西安石油大学本科毕业设计(论文) 2 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 2-1 所示。 电源 AC/DC 按键控制 电磁炉控制板 驱动电路 主谐振电路 锅具 显示 保护检测电路 图 2-1 方案一结构图 方案二：以 AT89C51 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 AT89C51 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。方案结构图如图 2-2 所示。 定时控制 功率自动控制 数码管显示控制 安全保护控制 单 片 机 检测报警控制 电源电路 图 2-2 方案二结构图 4
    西安石油大学本科毕业设计(论文) 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，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 AT89C51 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 ADC0808 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。 5
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