智能微波爐控制系統(tǒng)設計.doc

智能微波爐課程設計 智能微波爐課程設計題 目 基于PLC的智能微波爐控制系統(tǒng)設計 同濟大學 專業(yè) 機械設計制造及其自動化 班級 機電B 學號080221 學生姓名 傅威東 指導老師 XX、XXX 完成日期 2011年 11月 隨著科學技術的進步，電子技術傳感技術以及材料技術近年來得到了很大的發(fā)展。國內外微波爐研發(fā)機構和生產工廠，為了滿足微波爐消費者的使用要求，將各種先進的現(xiàn)代化技術應用微波爐，推出了一系列新穎先進的微波爐產品。這些微波爐新產品，反映了微波爐技術發(fā)展趨勢，這些趨勢主要表現(xiàn)在以下幾個方面。（1）多功能。隨著現(xiàn)代化人們生活節(jié)奏的加快以及追求生活質量的提高，對于食物的加工烹飪也提出了更高的要求，因而出現(xiàn)了多功能的微波爐。比如將電烤箱的燒烤功能元件加入微波爐，制造出的微波爐燒烤組合微波爐，就是一個例子。這種微波爐目前在國內已經非常普遍，其優(yōu)點就在于利用微波爐能量快速烹調，使食物具有更好的口感和視覺效果效應。（2）智能化。采用微電腦控制技術和傳感器感測技術，實現(xiàn)微波爐的智能化加熱烹調，是微波爐技術發(fā)展的一大方向。這中智能化的微波爐，無需使用者在操作按鍵上輸入烹調時間、加熱功率、食物重量等參數，只要按一下啟動鍵，微波爐內的傳感器就將檢測到的食物溫度、整齊濕度等參數不斷輸出給電腦控制芯片，微電腦控制芯片進行一系列的運算、比較、分析之后，輸出相應的指令，自動控制微波爐的加熱時間和功率大小，實現(xiàn)智能化全自動烹調（3）節(jié)能化。松下公司將變頻技術應用于微波爐推出的變頻微波爐產品，通過將市電電源換為變頻電源，能將50Hz的電源任意轉換成2000045000Hz的高頻電源，供給微波爐產生電路，使微波爐的輸出功率隨著電源頻率的變化而改變，從而改變了以往微波爐利用占空比原理調節(jié)微波爐輸出功率的方式，不僅使得微波爐能量產生電路的供電系統(tǒng)的體積重量大大減小，而且使得耗電量減少了四分之一左右。（4）健康化。隨著人們健康環(huán)保意識的增強，對于食品中熱量的限制也愈加重視。作為現(xiàn)代化食品烹調器具的微波爐，能烹調出低熱量的保健食品。1.2 微波爐概述電源向磁控管提供大約4000伏高壓，磁控管在電源激勵下，連續(xù)產生微波，再經過波導系統(tǒng)，耦合到烹調腔內。在烹調腔的進口處附近，有一個可旋轉的攪拌器，因為攪拌器是風扇狀的金屬，旋轉起來以后對微波具有各個方向的反射，所以能夠把微波能量均勻地分布在烹調腔內。微波爐其實就是用微波來煮飯燒菜的。微波爐是一種用微波加熱食品的現(xiàn)代化烹調灶具。微波是一種電磁波。微波爐由電源，磁控管，控制電路和烹調腔等部分組成。微波爐的功率范圍一般為5001000瓦。圖1.1微波爐示意圖1.2.1 微波爐的種類和性能電腦控制式微波爐是按設定的程序自動完成各種操作的。1.2.2 微波爐的基本結構微波爐是用微波來烹調食物的.微波爐烹調食物的時間短,食物養(yǎng)分和維生素損失少,礦物質、氨基酸的存有率比其他烹調方法要高得多.與煤氣、煤爐相比,微波爐工作時不會產生煙塵和未燃燒的有害氣體,其加熱的過程是在爐腔中完成的,無明火,使用更加安全可靠。（1）微波爐的基本外形和構造門安全聯(lián)鎖開關-確保爐門打開，微波爐不能工作，爐門關上，微波爐才能工作； 視屏窗-有金屬屏蔽層，可透過網孔觀察食物的烹飪情況； 通風口-確保烹飪時通風良好； 轉盤支承-帶動玻璃轉盤轉動； 1.2.3 微波爐的工作原理（1）微波的特性 微波是一種頻率為 300MHz300GHz 的電磁波，它的波長很短，具有可見光的性質，沿直線傳播。微波在遇到金屬材料時能反射，遇到玻璃、塑料、陶瓷等絕緣材料可以穿透，在遇到含有水分的蛋白質、脂肪等介質可被吸收，并將微波的電磁能量變?yōu)闊崮堋Ｓ捎谖⒉ǖ念l率較高，它的傳輸需要用高導電率的 波導管來傳輸。 （2）微波加熱原理 被加熱的介質一般可分為無極性分子電介質和有極性分子電介質。有極性分子在沒有外加電場時不顯示極性。如果將這種介質放在外加電場中，每個極性分子會沿著電場力的方向形成有序排列，并在電介質表面會感應出相反的電荷，這一過程稱為極化。外加電場越強，極化作用也越強。當外加電場改變方向時，極性分子也隨之以相反的方向形成有序排列。若外加的是交變電場和磁場，極性分子將被反復交變磁化，交變電場的頻率越高，極性分子反復轉向的極化也就越快。此時，分子熱運動的動能增大，也就是熱量增加，食物的溫度也隨之升高，便完成了電磁能向熱能的轉換。微波的頻段雖然很寬，但是真正用于微波加熱的頻段卻很窄，主要原因是避免使用較多的無線電頻率，防止對微波通訊造成干擾。國際上，家用微波爐有 915MHz 和 2450MHz 兩個頻率， 2450MHz 用于家庭烹調炊具， 915MHz 用于干燥、消毒等工業(yè)，醫(yī)療行業(yè)等。 （3）微波爐的工作過程 電控系統(tǒng)將 220V 交流電壓通過高壓變壓器和高壓整流器，轉換成4000左右的直流電壓，送到微波發(fā)生器產生微波，微波能量通過波導管傳入爐內腔里由于爐內腔是金屬制成的，微波不能穿過只能在爐腔里反射，并反復穿透食物，加熱食物從而完成加熱過程。3.1.3磁控管的原理和結構在電子向陽極加速運動的過程中還要受到永久磁鐵所形成的垂直方向上的強磁場作用，因此電子是邊旋轉邊向陽極加速運動(就像子彈在槍管中的運動一樣)，旋轉速度也不斷變快。陽極做成內齒輪狀，形成偶數個空腔，稱為諧振腔。每個諧振腔就是一個微波諧振器，其諧振頻率取決于諧振腔尺寸。電子在通過扇形諧振腔時會發(fā)生振蕩且頻率不斷升高。當頻率達到2400MHz以后便形成微波，由波導管口發(fā)射，再傳輸到爐膛內對食品加熱。圖3.1磁控管結構圖 3.1.4微波爐高壓變壓器結構和原理高壓變壓器是_種專用漏磁(感)變壓器，其結構示意如圖所示。由圖可見，高壓變壓器共有3個繞組，其中一 個初級繞組，交流220V市電電壓施加在此繞組中；兩個為各自獨立的次級繞組；即輸出交流33V的燈絲電壓繞組和輸出交流2100V左右的高壓繞組。在初、次級繞組之間插有一定厚度的多片硅鋼片，使變壓器中形成一個具有高磁阻間隙的磁分路。當高壓變壓器工作時，磁分路中將產生一定量的漏磁通，它控制著變壓器的輸出電流，使磁控管工作電流保持相對穩(wěn)定，原理簡述如下圖3.2微波爐高壓變壓器結構圖控管工作時，變壓器的次級高壓繞組中有振蕩電流流通，使其附近的鐵芯產生磁飽和現(xiàn)象。假設因市電波動等原因而引起磁控管陽極電壓上升、陽極電流增大，那么變壓器次級繞組的電流也增加，使磁飽和度加深，漏磁通增大，這就使得變壓器次級高壓下降，也即磁控管陽極電壓降低，陽極電流下降，反之則相反，從而起到自動調節(jié)陽極電壓、電流及穩(wěn)定微波輸出功率的作用。 可見，高壓變壓器主要是靠漏磁通使磁控管工作電流保持穩(wěn)定的，因此也被稱作漏磁(感)變壓器。這種變壓器可在市電波動范圍較寬的情況下保持磁控管陽極電流的穩(wěn)定，因而在微波爐中獲得了廣泛應用，除特種產品外，幾乎所有的微波爐均采用這類變壓器。3.3電路部分模塊介紹3.3.1 LED顯示電路采用共陽極動態(tài)顯示，加三極管驅動提高顯示亮度，編碼簡單，易于控制，實踐證明：該方式顯示穩(wěn)定，誤碼率低。圖3.6LED顯示電路3.3.2溫度自檢電路采用高靈敏鉑電阻R2（pt100），配合運算放大電路組成溫度采集電路。再經AD轉換電路，進入控制系統(tǒng)，實現(xiàn)溫度的適時控制，用戶可輸入加熱溫度，溫度加熱后自動停止加熱。從而實現(xiàn)自動控制。圖3.7溫度自檢電路3.3.3爐門檢測爐門的密封通過一個限