周錦榮，陳 福，2，王 輝，何安玲

(1.漳州師范學(xué)院 物理與電子信息工程系，福建 漳州363000;2.廈門普羅太克科技有限公司 研發(fā)部，福建 廈門361000)

隨著智能家電控制技術(shù)的不斷發(fā)展，具有多功能和智能化的廚房控制器成為廚房電器設(shè)備發(fā)展的主流［1］。和傳統(tǒng)單一廚房設(shè)備控制器相比，多功能廚房控制器具有占用空間小、成本低、功能多、便于設(shè)備統(tǒng)一管理，使用安全、方便等優(yōu)點［2］。

系統(tǒng)以PIC單片機(jī)作為主控制芯片，選用VFD(Vacuum Fluorescent Display)真空熒光屏為顯示器［3］，結(jié)合氣敏傳感器，熱敏電阻，高壓點火器，繼電器等受控對象，通過檢測外部信號以及內(nèi)部定時時間狀態(tài)可以控制各種受控對象工作狀態(tài)之間的相互轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)對廚房電器設(shè)備的智能控制［2］。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體流程圖

1 各單元電路硬件設(shè)計

1.1 電源電路設(shè)計

設(shè)計所需的6組工作電源均由如圖2所示的電路提供。6組電源分別為AC220 V、AC3 V、DC+12 V、DC+5 V、DC+5 V B、DC+24 V、DC－30 V。各組電源的使用情況如下:AC220 V作為抽油煙機(jī)電機(jī)工作電壓;AC3 V作為VFD燈絲驅(qū)動電壓;DC－30 V作為VFD顯示段碼工作電壓;DC+12 V作為繼電器工作電壓;DC+5 V作為單片機(jī)及外圍+5 V供電電源;DC+5 V B作為氣敏傳感器工作電壓;DC+24 V作為24 V直流電機(jī)以及照明LED工作電壓。

為確保VFD顯示屏段碼截止時沒有鬼影余亮現(xiàn)象，在AC3 V中心抽頭和DC－30 V之間加了5.1 V穩(wěn)壓管1N4733，同時在關(guān)閉VFD時通過繼電器KA1切斷燈絲電源AC3 V，以達(dá)到徹底熄滅燈絲和省電的目的。

圖2 電源電路

1.2 功能控制電路設(shè)計

如圖3所示功能控制電路，通過繼電器控制抽油煙機(jī)、風(fēng)機(jī)的強(qiáng)度以及消毒、烘干童鎖、LED照明開關(guān)等。為確保消毒和烘干是在消毒柜關(guān)閉狀態(tài)下才工作，故在消毒柜的柜門處裝了個門開關(guān)，只有門在關(guān)閉狀態(tài)下繼電器才能動作。在烘干發(fā)熱棒上串聯(lián)一個熱敏電阻NTC5D－11，在溫度過高時斷開，防止溫度過高而燒壞碗筷和設(shè)備本身。同時，在設(shè)計時考慮到安全因素，加了童鎖功能，即正在進(jìn)行消毒或烘干時童鎖關(guān)閉，消毒烘干結(jié)束后1 min才開啟童鎖，以防止兒童在設(shè)備正在消毒或烘干時誤打開柜門而燙傷，童鎖為電磁閥。

設(shè)計中考慮到兩板之間的數(shù)據(jù)傳送及節(jié)省I/O口，選用串并轉(zhuǎn)換芯片74HC595作為I/O口擴(kuò)展，再經(jīng)過7路內(nèi)部達(dá)林頓結(jié)構(gòu)的ULN2003驅(qū)動繼電器。電路中，將ULN2003第9腳接+12 V就相當(dāng)于在每個被驅(qū)動對象兩端反向并聯(lián)1個二極管，起到續(xù)流的作用，外部無需再加二極管達(dá)到節(jié)省成本的效果。

圖3 功能控制電路

1.3 處理器電路設(shè)計

處理器電路如圖4所示，選用Microchip公司的PIC16F72作為系統(tǒng)的核心控制芯片［4］。PIC16F72具有8位精度AD，2 kB×8位ROM，128×8 Byte RAM，22個驅(qū)動能力達(dá)到20 mA電流的I/O口，滿足對處理器的要求。電路中選用晶振為4 MHz，起振電容C18、C19取22 pF。R2和C17一起構(gòu)成系統(tǒng)復(fù)位電路。為減小紋波干擾，在電源跟地之間接了C20和C21濾波，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

圖4 處理器電路

1.4 顯示電路設(shè)計

設(shè)計時主要考慮到廚房環(huán)境油煙較多，周圍溫度較高，強(qiáng)電流、強(qiáng)磁場等環(huán)境因素，而VFD顯示屏有自動發(fā)光、高清晰度和高亮度顯示、低壓操作、低功耗的特點，并具有從紅色到藍(lán)色多種色彩、寬視角、反應(yīng)速度快、、可靠且使用壽命長、成本低等優(yōu)點，適合作為系統(tǒng)控制信息顯示屏［5－6］。顯示電路如圖5所示，開關(guān)管用的三極管9013，VFD專用驅(qū)動芯片PT6312［7］。

圖5 VFD顯示電路

1.5 爐火檢測和氣閥開關(guān)電路設(shè)計

考慮到安全性，只有在檢測到爐火，且倒計時開始定時后才開啟氣閥。為提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，點火開關(guān)信號間用光耦隔離，如圖6和圖7所示。

1.6 漏氣檢測及報警電路設(shè)計

單元電路如圖8和圖9所示。當(dāng)爐火定時時間到和氣敏傳感器檢測到煤氣漏氣時報警提示。用普通無源蜂鳴器即可滿足要求，蜂鳴器需要的1 kHz方波由單片機(jī)500μs中斷取反產(chǎn)生，只要在BELL端輸入高電平就可報警。為增大驅(qū)動電流用三極管9013和9012作二級放大。同時，加R22，R23和C23構(gòu)成充放電回路，以使報警時的聲音有假和弦效果［5］。

1.7 按鍵掃描電路設(shè)計

電路圖如圖10所示，采用7個按鍵，分別為風(fēng)速調(diào)整鍵、消毒鍵、烘干鍵、開/關(guān)機(jī)鍵、時間/定時設(shè)置鍵、小時鍵、分鐘/LED開關(guān)鍵。通過單片機(jī)采集按鍵結(jié)果進(jìn)行處理。

圖10 按鍵電路

2 軟件設(shè)計

系統(tǒng)軟件利用Mplab集成開發(fā)環(huán)境(IDE)進(jìn)行編寫，程序總流程如圖11所示。在編寫軟件時，將程序編寫為多任務(wù)方式，各種任務(wù)放在程序各分支上，依據(jù)程序狀態(tài)的變化分別執(zhí)行各個模塊功能程序。同時將實時事件放在主干道上，每次程序循環(huán)都要執(zhí)行［4］。各個相互關(guān)系模塊之間只通過標(biāo)志位聯(lián)系。

軟件設(shè)計中還涉及到500μs中斷服務(wù)子程序、VFD顯示子程序、按鍵掃描子程序、爐火定時子程序、煤氣漏氣檢測子程序等模塊。

圖11 軟件總流程圖

3 結(jié)束語

文中主要介紹了利用PIC單片機(jī)為主控制芯片的多種廚房設(shè)備智能組合控制設(shè)計思想和方法。該系統(tǒng)還可以做部分功能上的擴(kuò)展，比如在系統(tǒng)中加入廚房熱水器、微波爐、洗碗機(jī)的控制，使功能更強(qiáng)大;加入煙霧及氣敏傳感器和語音模塊以及GPRS接收模塊，當(dāng)家里發(fā)生火災(zāi)時報警，可以語音提示并利用手機(jī)通知主人，甚至進(jìn)行遠(yuǎn)距離廚房設(shè)備無線控制，使功能更多樣化，操作更加人性化和智能化。

［1］ 廖天發(fā)，曹建忠，王定庚.基于RS485的現(xiàn)場總線整體廚房控制電路設(shè)計［J］.河北職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2007，7(3):14－15.

［2］ 徐洪峰灶具與油煙機(jī)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)［D］.杭州:杭州電子科技大學(xué)，2010.

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［5］ 徐驩.VFD汽車顯示與車體控制系統(tǒng)［D］.南京:東南大學(xué)，2004.

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