電磁爐設(shè)計(jì)與研究

1、 電磁爐的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)專 業(yè)： 通信工程 班 級(jí)： 13通信2 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師： 電氣信息工程學(xué)院 2016 年 5 月電磁爐的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)摘 要電磁爐是目前發(fā)展最快的，市場(chǎng)增長(zhǎng)幅度最高的家電產(chǎn)品之一。開發(fā)的電磁爐具有成本低、界面多、功能齊全等優(yōu)點(diǎn)，有一定的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。本文基于感應(yīng)加熱原理，設(shè)計(jì)開發(fā)了電磁爐的控制系統(tǒng)，完成了電磁爐控制系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計(jì)，本文主要研究?jī)?nèi)容如下:電磁爐的發(fā)展過(guò)程、工作原理、功能實(shí)現(xiàn)原理、硬件電路設(shè)計(jì)原理以及單片機(jī)程序的結(jié)構(gòu)等。硬件電路主要包括主回路、控制電路、保護(hù)電路、電源電路和顯示電路等單元回路。電磁爐實(shí)現(xiàn)的功能:加熱功能、定溫功能、定時(shí)功能、無(wú)鍋檢

2、測(cè)功能、報(bào)警功能，具體包括過(guò)熱報(bào)警、過(guò)壓或者欠壓報(bào)警、風(fēng)扇失效報(bào)警等。顯示界面是數(shù)碼管顯示界面。單片機(jī)的使用讓電磁爐實(shí)現(xiàn)了智能化，主要包括提供良好的人機(jī)界面、功率自動(dòng)控制、溫度自動(dòng)控制、定時(shí)控制以及各種自動(dòng)檢測(cè)報(bào)警等。該系統(tǒng)覆蓋了電、機(jī)、磁等眾多的知識(shí)。單片機(jī)程序結(jié)構(gòu)分主程序和定時(shí)器中斷服務(wù)程序兩個(gè)部分，經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)運(yùn)行，程序運(yùn)行穩(wěn)定可靠。關(guān)鍵詞:電磁爐 電磁感應(yīng) CKM001 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)2第一章 緒論1.1課題研究背景在半個(gè)世紀(jì)以前，德國(guó)人利用電磁感應(yīng)原理發(fā)明電磁爐。從此，電磁爐開始走進(jìn)人們的生活。目前，在西方發(fā)達(dá)國(guó)家，電磁爐的使用率比較高，基本上達(dá)到80%左右?，F(xiàn)在由于人們生活水平的提高，廚

3、房電氣化程度越來(lái)越高，電磁爐在我國(guó)也逐漸地進(jìn)入千家萬(wàn)戶。與其他傳統(tǒng)的加熱廚房用具相比，電磁爐作為高科技的產(chǎn)品，具有許多的優(yōu)點(diǎn)。它既環(huán)保又節(jié)能，被人們稱為“綠色爐具”。一般說(shuō)來(lái)，電磁爐具備以下四個(gè)方面的優(yōu)點(diǎn)：(1) 安全衛(wèi)生使用電磁爐烹調(diào)時(shí)，無(wú)熱、無(wú)輻射、無(wú)煙、無(wú)明氣、無(wú)煙塵排放，十分有利于凈化空氣和環(huán)境保護(hù)1。同時(shí)，使用電磁爐也有利于減少火災(zāi)的發(fā)生。這是因?yàn)榛陔姶鸥袘?yīng)的原理，電磁爐自身是不會(huì)發(fā)熱的，只有使用鐵質(zhì)的鍋底才能產(chǎn)生熱量，所以假若在使用電磁爐做飯的過(guò)程中，手指不小心的碰到電磁爐，也不會(huì)有灼傷的危險(xiǎn)。(2) 體積小、重量輕、使用方便電磁爐是全封閉的結(jié)構(gòu)，外面只有一只電源線。使用電磁爐沒(méi)

4、有場(chǎng)合的限制，只需要把電源線插到220V的插座上即可使用。電磁爐的用戶界面上有相應(yīng)的開關(guān)鍵和指示燈，操作比較簡(jiǎn)單，而且電磁爐內(nèi)部有許多附加的保護(hù)電路，任何人都可輕松使用它。(3) 加熱的溫度可以隨意調(diào)節(jié)一般地說(shuō)，電磁爐的輸入功率在200-2000W之間。與其他單一功率的廚房用具相比，可以依據(jù)煎、炒、炸、蒸、煮等選擇合適的功率，并且功率調(diào)節(jié)非常簡(jiǎn)單。(4) 熱效率比較高且升溫比較快電磁爐是通過(guò)高頻電流經(jīng)過(guò)線圈產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)，而變化的磁場(chǎng)在鐵質(zhì)的鍋底產(chǎn)生感應(yīng)電流(渦流)，渦流產(chǎn)生大量的熱量使鐵質(zhì)鍋底快速發(fā)熱。在這個(gè)過(guò)程中，不存在熱量的損耗。一般的煤氣爐的熱效率為40，電爐為52而電磁爐為高達(dá)832

5、。有人根據(jù)現(xiàn)在的用電價(jià)格與煤氣的價(jià)格做過(guò)計(jì)算，使用電磁爐比用液化氣節(jié)省近三分之一。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)對(duì)電磁爐的需求量十分大。它已成為中國(guó)市場(chǎng)上比較受歡迎的小家電產(chǎn)品之一。隨著環(huán)保意識(shí)和節(jié)能概念深入人心，電磁爐這種既環(huán)保又節(jié)能的廚房烹飪用具的市場(chǎng)潛力是巨大的。電磁爐正處于成長(zhǎng)期。粗略地統(tǒng)計(jì)，目前國(guó)內(nèi)有1000多家廠家把電磁爐作為自己企業(yè)的重點(diǎn)發(fā)展方向，投入大量的資金開發(fā)更智能化的，功能更加齊全的電磁爐。1.2電磁爐的發(fā)展與趨勢(shì)早在1957年德國(guó)NEFF公司開始把電磁爐轉(zhuǎn)為民用。而后，在上世紀(jì)70年代美國(guó)也進(jìn)行電磁爐的開發(fā)。到了上世紀(jì)的80年代，在西方發(fā)達(dá)國(guó)家電磁爐的使用率在70%左右。而到了上世紀(jì)80

6、年代末，電磁爐才開始進(jìn)入國(guó)內(nèi)市場(chǎng)。雖然電磁爐在90年代初曾經(jīng)經(jīng)歷過(guò)一陣猛烈的旋風(fēng)，但是由于很多廠家急功近利，急于開發(fā)市場(chǎng)，而忽略了電磁爐的技術(shù)開發(fā)，片面以價(jià)格爭(zhēng)奪市場(chǎng)，導(dǎo)致電磁爐的質(zhì)量不穩(wěn)定，頻繁地招到消費(fèi)者的投訴，終于在熱了一陣后走了下坡路4。直到上世末期，由于技術(shù)的進(jìn)步，眾多的家用電器的誕生，使電磁爐再次有了新的生機(jī)。就目前而言，我國(guó)的電磁爐市場(chǎng)比西方的發(fā)達(dá)國(guó)家至少晚了10年的時(shí)間3。.1.3 本課題的主要內(nèi)容本文設(shè)計(jì)的電磁爐是民用的小功率的廚房電氣設(shè)備。主要內(nèi)如下： (1)簡(jiǎn)單介紹了研究電磁爐的背景，描述了國(guó)內(nèi)電磁爐的發(fā)展的歷史和現(xiàn)狀，提出了電磁爐發(fā)展趨勢(shì)。(2) 感應(yīng)加熱是利用電磁感應(yīng)

7、的原理使電能轉(zhuǎn)變成熱能。電磁爐就是基于這個(gè)原理設(shè)計(jì)的。電磁爐加熱的原理：當(dāng)線圈中通過(guò)高頻電流時(shí)，線圈周圍產(chǎn)生高頻交變磁場(chǎng)，在高頻交變磁場(chǎng)的作用下，鐵質(zhì)鍋底中產(chǎn)生強(qiáng)大的渦流，鍋底迅速釋放出大量的熱量，達(dá)到加熱目的。(3)簡(jiǎn)單介紹了電磁爐的可能出現(xiàn)的主要的故障和平時(shí)使用注意事項(xiàng)。第二章 電磁爐感應(yīng)加熱原理2.1概述1831年，法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象，內(nèi)容為：當(dāng)一個(gè)回路中的電流變化時(shí)，它附近的另外一個(gè)閉合回路中就會(huì)有感應(yīng)電流產(chǎn)生。感應(yīng)加熱是法拉第電磁感應(yīng)定律的具體應(yīng)用。感應(yīng)加熱在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用，例如渦流冶煉、淬火、焊接等等。在這些應(yīng)用中，可以非常方便地設(shè)定加熱參數(shù)，控制加熱效果。感應(yīng)加熱

8、有很多優(yōu)點(diǎn)：由于被加熱物體和加熱設(shè)備之間根本沒(méi)有電氣接觸，所以避免了許多電氣事故的發(fā)生；在很短的時(shí)間內(nèi)可以產(chǎn)生足夠大的能量，因而可以得到很高的能量密度。而如今，人們對(duì)高品質(zhì)、高效率、高安全性的家電產(chǎn)品的要求越來(lái)越高。采用感應(yīng)加熱原理的家電產(chǎn)品如電磁爐、電磁電飯煲、電磁熱水器等等以其安全、高效、快速、清潔、環(huán)保、節(jié)能等眾多優(yōu)點(diǎn)吸引了廣大的消費(fèi)者。2.2感應(yīng)加熱基本工作原理627感應(yīng)加熱是利用電磁感應(yīng)的原理使電能轉(zhuǎn)變成熱能。感應(yīng)加熱的過(guò)程可簡(jiǎn)單地描述為：根據(jù)安培定則，線圈中通過(guò)交變電流時(shí)周圍會(huì)產(chǎn)生交變的磁場(chǎng)，當(dāng)一個(gè)導(dǎo)體放入這個(gè)交變的磁場(chǎng)中時(shí)，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律和集膚效應(yīng)，在導(dǎo)體的表面會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)

9、電流（渦流），由于電流的熱效應(yīng)而產(chǎn)生熱量。感應(yīng)加熱的基本原理與變壓器類似。在一個(gè)金屬導(dǎo)體外面套上一個(gè)匝數(shù)為N1的線圈，如圖2-1所示，當(dāng)交變電流通入感應(yīng)線圈時(shí)，感應(yīng)圈內(nèi)就會(huì)產(chǎn)生交變磁通，使感應(yīng)圈中的工件受到電磁感應(yīng)而產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)。圖2-1 感應(yīng)加熱原理2.3電磁爐感應(yīng)加熱系統(tǒng)現(xiàn)代先進(jìn)的半導(dǎo)體制造技術(shù)使得電力電子開關(guān)器件可以工作在越來(lái)越高的頻率，功能越來(lái)越強(qiáng)大，體積越來(lái)越小，成本越來(lái)越低。感應(yīng)加熱系統(tǒng)，曾經(jīng)只是應(yīng)用在航空、導(dǎo)彈等領(lǐng)域，現(xiàn)在也逐漸應(yīng)用到家電產(chǎn)品中去如電磁爐、電磁電飯煲、電磁熱水器等。2.3.1電磁爐的加熱原理電磁爐是利用電磁感應(yīng)原理將電能轉(zhuǎn)換為熱能的工作原理。由整流電路將50/60

10、Hz的交流電壓轉(zhuǎn)換成直流電壓（AC-DC-AC、交流-直流-交流），再經(jīng)過(guò)控制電路將直流電壓轉(zhuǎn)換成頻率為2035KHz的高頻電壓，高速變化的電流流過(guò)線圈產(chǎn)生高速變化的磁場(chǎng)，當(dāng)磁場(chǎng)內(nèi)的磁力線通過(guò)金屬器皿底部金屬體內(nèi)產(chǎn)生無(wú)數(shù)的小渦流，使器皿本身自行高速發(fā)熱，然后再加熱器皿內(nèi)的東西，達(dá)到用戶使用的結(jié)果6。圖2-2電磁感應(yīng)加熱的基本過(guò)程圖2-2是電磁感應(yīng)加熱的基本過(guò)程，至少需要整流單元、功率開關(guān)管、功率開關(guān)管驅(qū)動(dòng)控制單元、加熱線圈單元及鍋具等部件。電磁爐是運(yùn)用高頻電磁感應(yīng)原理加熱。它將市電整流濾波后得到的脈動(dòng)直流轉(zhuǎn)換為高頻電流，通過(guò)加熱線圈建立高頻磁場(chǎng)，磁力線經(jīng)線圈與金屬器皿底部構(gòu)成的磁回路穿透爐面作

11、用于鍋底，利用小電阻大電流的短路熱效應(yīng)產(chǎn)生熱量，在鍋底形成渦流而發(fā)熱，起到加熱器皿中的食物的作用。一般來(lái)講,器皿一般是用鋼質(zhì)、鐵質(zhì)材料來(lái)加熱，鋁、銅由于表面電阻率太小，而不易被加熱，陶瓷、木等又由于表面電阻率太大，使產(chǎn)生電流太小，所以也不易被加熱。2.3.2電磁爐主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)168電磁爐的主電路如圖2-3所示，市電經(jīng)橋式整流器變換為直流電，再經(jīng)電壓諧振變換器變換成頻率為2035kHz的交流電。電壓諧振變換器是低開關(guān)損耗的零電壓型（ZVS）變換器，功率開關(guān)管的開關(guān)動(dòng)作由單片機(jī)控制，并通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路完成。圖2-3 電磁爐的主電路電磁爐的加熱線圈盤與負(fù)載鍋具可以看作是一個(gè)空心變壓器，次級(jí)負(fù)載具有等效

12、的電感和電阻，將次級(jí)的負(fù)載電阻和電感折合到初級(jí)，可以得到圖2-4所示的等效電路。其中R*是次級(jí)電阻反射到初級(jí)的等效負(fù)載電阻；L*是次級(jí)電感反射到初級(jí)并與初級(jí)電感L相疊加后的等效電感。圖2-4 電磁爐主電路等效電路第三章 電磁爐的設(shè)計(jì)方案3.1電磁爐的功能要求電磁爐實(shí)現(xiàn)的功能要求如下:電磁爐上電時(shí)，蜂鳴器響一聲，進(jìn)入關(guān)機(jī)狀態(tài)。關(guān)機(jī)狀態(tài)下，沒(méi)有任何顯示，沒(méi)有加熱的脈沖，也沒(méi)有任何檢測(cè)、報(bào)警功能。此時(shí)按下開/關(guān)鍵，可以開機(jī)，要求實(shí)現(xiàn)以下具體功能。(1)加熱功能加熱火力分為6檔，由低到高分別為: 保溫、煎、煮、炸、炒。不同火力的檔位，輸出的功率是不同的。對(duì)應(yīng)的功率分別設(shè)為2000W，1800W，150

13、0W，1200W，900W,間歇。其中間歇檔為斷續(xù)加熱，即開3秒，停3秒。對(duì)應(yīng)的功率可根據(jù)用戶的需要再增加或減少。(2)定溫功能定溫溫度有6檔，由高到氏分別為240°C，210°C ，180°C ，140°C，100°C，60°C。溫度控制均為上、下限控制，每5秒鐘控制一次，若溫度高于上限則關(guān)斷加熱脈沖;若溫度低于下限則打開加熱脈沖，以最高火力檔加熱。定溫溫度檔數(shù)可根據(jù)用戶需要再增加或減少。(2)定時(shí)功能最高定時(shí)時(shí)間為120分鐘。開機(jī)后定時(shí)時(shí)間為120分鐘，按定時(shí)鍵可調(diào)整定時(shí)時(shí)間，定時(shí)時(shí)間以5分鐘為一檔遞增或遞減。定時(shí)時(shí)間到后，電磁爐

14、自動(dòng)關(guān)機(jī)。(4)無(wú)鍋檢測(cè)當(dāng)爐臺(tái)上無(wú)鍋時(shí)，電磁爐可自動(dòng)檢測(cè)，此時(shí)顯示全滅，每2秒蜂鳴器響一次，電源指示燈閃爍一次，持續(xù)30秒后(蜂鳴器響15次)，自動(dòng)關(guān)機(jī)。若30秒內(nèi)，又將鍋放回爐臺(tái)上，則以原來(lái)的方式工作，無(wú)鍋檢測(cè)時(shí)間不計(jì)入定時(shí)時(shí)間。當(dāng)電磁爐處于關(guān)斷加熱脈沖時(shí)(如定溫溫度己超過(guò)上限)，無(wú)鍋檢測(cè)將失效。(5)報(bào)警功能當(dāng)開機(jī)時(shí)，微電腦不斷的檢測(cè)電磁爐的工作狀況，當(dāng)出現(xiàn)異常時(shí)，將發(fā)生報(bào)警。報(bào)警時(shí)，蜂鳴器響一次，發(fā)光二極管全亮，數(shù)碼管高位顯示E，低位顯示報(bào)警弓t，持續(xù)5秒后自動(dòng)關(guān)機(jī)。報(bào)警號(hào)如下:1、欠壓、過(guò)壓報(bào)警當(dāng)市電電壓低于170V，或超過(guò)260V時(shí)報(bào)警，數(shù)碼管顯示El。2、IGBT超溫、IGBT傳感

15、器開路報(bào)警IGBT溫度過(guò)高或IGBT溫度傳感器開路報(bào)警。數(shù)碼管顯示EZ。當(dāng)環(huán)境溫度低于零下負(fù)30度時(shí)，將會(huì)誤判為傳感器開路報(bào)警。3、鍋底溫度超溫、傳感器斷路報(bào)警若鍋底溫度過(guò)高，或溫度傳感器斷路則報(bào)警，數(shù)碼管顯示E3。開機(jī)后，將延時(shí)一段時(shí)間，再進(jìn)行鍋底溫度傳感器斷路檢測(cè)。延時(shí)時(shí)間將據(jù)開機(jī)時(shí)的環(huán)境溫度(用IGBT溫度檢測(cè)通道)而變化，若環(huán)境溫度大于0度，則延時(shí)2分鐘;若環(huán)境溫度小于0度，則延時(shí)時(shí)間隨著環(huán)境溫度的降低而增加，最大延時(shí)時(shí)間為9分鐘。若無(wú)延時(shí)，當(dāng)環(huán)境溫度小于0度時(shí)，將會(huì)誤判為傳感器開路報(bào)警。4、負(fù)荷電流過(guò)大報(bào)警若負(fù)荷電流過(guò)大，則報(bào)警，數(shù)碼管顯示E4。5、風(fēng)扇工作異常檢測(cè)報(bào)警開機(jī)后，延時(shí)2

16、秒，再檢測(cè)風(fēng)扇工作電壓。當(dāng)風(fēng)扇受阻(如有異物進(jìn)入長(zhǎng)住風(fēng)扇)，或風(fēng)扇電機(jī)線圈斷路，或匝間短路時(shí)報(bào)警，數(shù)碼管顯示ES。3.2電磁爐的按鍵和界面要求按照委托開發(fā)廠家海爾的要求，界面是LED數(shù)碼管顯示的。操作面板如3-1所示。圖3-1 操作面板Fig.3-1 Operation Panel按鍵說(shuō)明如下：(1)本機(jī)具有 “開關(guān)”、“火鍋” 、“定溫” 、“童鎖”、“定時(shí)”5個(gè)按鍵和調(diào)大、調(diào)小用的指滑條。在圖3-1中，從左至右按鍵為“定溫”“定時(shí)”“滑動(dòng)”“火力”“開關(guān)”“童鎖”。(2)開/關(guān)”鍵：用來(lái)開機(jī)、關(guān)機(jī)。(3)調(diào)節(jié)滑條：用于檔位的調(diào)整，向右滑動(dòng)增加檔位，向左滑動(dòng)時(shí)減小檔位，共6個(gè)檔位；也用于定時(shí)

17、時(shí)間的調(diào)節(jié)，向右滑動(dòng)時(shí)，0-59增加循環(huán)調(diào)節(jié)分鐘，向左滑動(dòng)時(shí)，0-3增加循環(huán)調(diào)節(jié)小時(shí)。(4)功能鍵：在待機(jī)狀態(tài)按下“火力”鍵，火力功能燈亮，進(jìn)入火力工作狀態(tài)；在待機(jī)狀態(tài)按下“定溫”鍵，定溫功能燈亮，進(jìn)入定溫工作狀態(tài)；“火力”“定溫”功能下可相互切換。(5)童鎖鍵：在非關(guān)機(jī)狀態(tài)下按“童鎖”鍵，童鎖功能燈亮，進(jìn)入童鎖狀態(tài)；在童鎖狀態(tài)按下只響應(yīng)開關(guān)鍵和童鎖鍵，其中開關(guān)鍵短按即可響應(yīng)，童鎖鍵需長(zhǎng)按3S解鎖。(6)定時(shí)鍵：在“火力“或“定溫”狀態(tài)下按“定時(shí)”鍵，定時(shí)功能燈亮，進(jìn)入定時(shí)設(shè)定狀態(tài)；基本狀態(tài)說(shuō)明如下：(1)上電狀態(tài)：插上電源，蜂鳴器響一長(zhǎng)聲（約1 S），所有LED燈全亮（約1 S），然后進(jìn)入關(guān)

18、機(jī)狀態(tài)。(2)關(guān)機(jī)狀態(tài)： “開關(guān)”燈閃爍（1Hz），數(shù)碼管滅，其它LED燈熄滅。(3)待機(jī)狀態(tài)：“開關(guān)”燈亮，數(shù)碼管顯示“-”，其它LED燈熄滅。(3)定溫功能：在待機(jī)狀態(tài)下，按下“定溫”鍵，蜂鳴器響一聲，進(jìn)入定溫功能；定溫指示燈長(zhǎng)亮，默認(rèn)定溫為第4檔，數(shù)碼管顯示 “180C ”，檔位LED顯示對(duì)應(yīng)火力檔 位（火力檔位LED共有18個(gè)燈，三個(gè)燈為一組，共6組，對(duì)應(yīng)6檔火力）。在定溫狀態(tài)下，按滑動(dòng)鍵可進(jìn)行6檔溫度調(diào)節(jié)，最小可調(diào)到1檔，最大可調(diào)到6檔。在定溫狀態(tài)下按“開/關(guān)”可以關(guān)機(jī)。在定溫狀態(tài)下無(wú)按鍵操作時(shí)，2小時(shí)自動(dòng)關(guān)機(jī)進(jìn)入關(guān)機(jī)狀態(tài)。表3-1溫度表Table 3-1 檔位123456數(shù)碼管顯示

19、60100140180210240對(duì)應(yīng)功率W9009001200150018002000(4)火力功能：在待機(jī)狀態(tài)下，按下“火力”鍵，蜂鳴器響一聲，進(jìn)入火力功能；火力指示燈長(zhǎng)亮，默認(rèn)火力為第6檔，數(shù)碼管顯示 “6 ” ，檔位LED顯示對(duì)應(yīng)火力檔 位。在火力狀態(tài)下，按滑動(dòng)鍵可進(jìn)行6檔火力調(diào)節(jié)，最小可調(diào)到1檔，最大可調(diào)到6檔.在火力狀態(tài)下按“開/關(guān)”可以關(guān)機(jī)。在火力狀態(tài)下無(wú)按鍵操作時(shí)，2小時(shí)自動(dòng)關(guān)機(jī)進(jìn)入關(guān)機(jī)狀態(tài)。表3-2功率表檔位123456數(shù)碼管顯示123456功率范圍W間歇9001200150018002000(5)定時(shí)功能：在“火力”“定溫”功能時(shí)，按“定時(shí)”鍵，數(shù)碼管閃爍顯示定時(shí)時(shí)間，默認(rèn)

20、顯示定時(shí)時(shí)間為“00：00”,操作指滑鍵向右滑動(dòng)時(shí)，調(diào)節(jié)分鐘循環(huán)加5，范圍為“00-59”；操作指滑鍵向左滑動(dòng)時(shí)，調(diào)節(jié)小時(shí)循環(huán)加，范圍為“00-03”。當(dāng)定時(shí)時(shí)間設(shè)定為“00：00”時(shí)，閃爍10S后，取消定時(shí)，回到默認(rèn)功能時(shí)間2小時(shí)。其它定時(shí)間閃爍10S后確認(rèn)，顯示定時(shí)時(shí)間倒計(jì)時(shí)，定時(shí)時(shí)間到后關(guān)機(jī)。3.3設(shè)計(jì)方案電磁爐控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)兩大部分。硬件部分是實(shí)現(xiàn)電磁爐上述功能的基礎(chǔ)，可以說(shuō)是電磁爐的“肢體”;軟件部分則是完成電磁爐上述功能的關(guān)鍵，是設(shè)計(jì)的關(guān)鍵部分，也可以說(shuō)是“靈魂。良好的軟件設(shè)計(jì)可以最大限度的發(fā)揮硬件資源的優(yōu)勢(shì)。所以，電磁爐控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)既要有合理的硬件資源，還要

21、有一套可靠的軟件系統(tǒng)作為支持。3.3.1硬件設(shè)計(jì)電磁爐主要是利用電磁感應(yīng)原理，電流經(jīng)過(guò)線盤產(chǎn)生變化磁場(chǎng)，磁場(chǎng)感應(yīng)到爐面上的鐵質(zhì)鍋具底部產(chǎn)生渦流，從而產(chǎn)生大量的熱能，直接令鍋具底部迅速發(fā)熱，進(jìn)而加熱鍋內(nèi)食物。電磁爐的感應(yīng)加熱原理如前所述，電磁爐硬件部分主要包括以下幾個(gè)方面:1)：整流部分(AC-DC)，包括三相不可控整流橋、LC濾波電路、電壓電流檢測(cè)電路等。2)：逆變部分（DC-AC)，包括大功率開關(guān)器件IGBT、IGBT的隔離驅(qū)動(dòng)及過(guò)壓過(guò)流保護(hù)電路、緩沖電路等。3)：諧振槽路及負(fù)載電路部分，包括加熱線圈盤、鍋具等。4)：控制電路及保護(hù)電路電路，包括信號(hào)調(diào)理電路、溫度檢測(cè)電路、電源電路、檔位輸入

22、電路、顯示及故障報(bào)警電路、過(guò)溫、過(guò)壓、過(guò)流保護(hù)電路等。電磁爐的硬件組成框圖如圖3-2示。詳細(xì)的硬件設(shè)計(jì)將在第四章介紹。圖3-2電磁爐硬件構(gòu)成框圖Fig.3-2 Induction hardware structure diagram3.3.2軟件設(shè)計(jì)電磁爐的軟件部分采用模塊化程序設(shè)計(jì)思想。通過(guò)對(duì)電磁爐的各個(gè)功能進(jìn)行劃分，每個(gè)程序模塊完成相應(yīng)特定的功能。最后，將所有功能模塊連接在一起，完成整個(gè)控制系統(tǒng)程序的設(shè)計(jì)28。電磁爐的程序應(yīng)分為兩大部分：主程序和定時(shí)器中斷服務(wù)程序。主程序是電磁爐控制系統(tǒng)的總體程序，它負(fù)責(zé)整個(gè)控制系統(tǒng)中各個(gè)模塊程序的協(xié)調(diào)運(yùn)行，是電磁爐控制系統(tǒng)的核心程序。主程序是循環(huán)執(zhí)行的，

23、主要實(shí)現(xiàn)那些需要實(shí)時(shí)處理的功能，如功率控制、定溫控制、無(wú)鍋檢測(cè)和報(bào)警等。定時(shí)器中斷服務(wù)程序是定時(shí)執(zhí)行的，主要是為主程序服務(wù)的，包括提供良好的人機(jī)界面，為主程序提供狀態(tài)轉(zhuǎn)換及定時(shí)數(shù)據(jù)，以及實(shí)現(xiàn)各種需要計(jì)時(shí)、定時(shí)控制的功能等等。為了使程序運(yùn)行穩(wěn)定可靠，主程序與定時(shí)中斷服務(wù)程序應(yīng)遵循如下原則：(1) 主程序與定時(shí)中斷服務(wù)程序可以雙向傳送數(shù)據(jù)。但定時(shí)中斷服務(wù)程序提供數(shù)據(jù)給主程序，是為了協(xié)助主程序?qū)崿F(xiàn)電磁爐的某些功能。如程序在中斷中檢測(cè)到開機(jī)鍵按下，傳遞至主程序，主程序就進(jìn)行開機(jī)處理;主程序提供數(shù)據(jù)給后臺(tái)，是輔助性的，是為了更好地幫助自已實(shí)現(xiàn)電磁爐的功能服務(wù)的。(2) 由于中斷可能發(fā)生在主程序的任何地方

24、，定時(shí)中斷服務(wù)程序?yàn)橹鞒绦蛱峁┑臄?shù)據(jù)隨時(shí)會(huì)改變，因此在一次主程序循環(huán)中，此數(shù)據(jù)最好只使用一次。(3) 在中斷服務(wù)程序中，也可以單獨(dú)實(shí)現(xiàn)一些需要周期性控制的功能。例如定時(shí)時(shí)鐘。第四章 電磁爐硬件電路設(shè)計(jì)4.1 交流電輸入部分市電220V經(jīng)接插件L1、N1接入電路。電路開始通電。由于電磁爐工作電流較大，接插件N1、L1和保險(xiǎn)管兩端引腳焊接必須牢固，目的是避免接觸不良。電磁爐的保險(xiǎn)絲是個(gè)保護(hù)裝置，在更換的過(guò)程中要選用同型號(hào)的更換。（過(guò)小電流不夠過(guò)、易熔斷。過(guò)大保護(hù)失去作用）。所以16A/250V的保險(xiǎn)絲不能隨意改動(dòng)或代換（更不能直接短路）。RZ1是壓敏電阻，作用是為了防止市電輸入電壓過(guò)高而損壞電磁爐

25、，其外型像瓷片電容（藍(lán)色）。壓敏電阻標(biāo)注一般為10D561K或10D471K，其最大允許使用電壓為300V（AC），當(dāng)電壓超出其范圍時(shí)，就會(huì)被炸裂。在維修過(guò)程中，更換時(shí)，要選合適的型號(hào)對(duì)號(hào)入座。L1、N1之間有電容C1，該電容既能防止電磁爐工作產(chǎn)生的高頻干擾脈沖竄入市電網(wǎng)干擾其他電器，又防止市電網(wǎng)的干擾脈沖竄入電磁爐電路影響其工作。該電容的容量通常為2uF5 uF。如圖4-1所示。圖4-1 交流輸入電路 Fig.4-1 AC input circuit4.2大電流整流濾波輸出部分220V的交流電引入后，需要經(jīng)過(guò)整流橋進(jìn)行整流。如圖4-2所示。BG1是個(gè)大電流高耐壓器件，其規(guī)格為20A800V。

26、當(dāng)其燒壞后，不能隨意用其它整流器代替。一定要用同型號(hào)或比它更大電流高耐壓的整流器（外觀、管腳、接口相同）替換。圖4-2 高壓整流濾波電路Fig.4-2 High-voltag rectifier filter circuitL1扼流圈、C4電容組成倒L型濾波電路7。作用是把整流出來(lái)的直流脈動(dòng)成分濾去，使輸出波形更加平滑。當(dāng)C4、8uF/400V（DC）電容擊穿短路時(shí)，保險(xiǎn)絲會(huì)燒斷，整流器也會(huì)因電流過(guò)大而燒壞。此電容容量變值時(shí)（變?。绷鬏敵?00V電壓會(huì)明顯下降，當(dāng)C4沒(méi)有容量時(shí)，也會(huì)導(dǎo)致燒IGBT，維修時(shí)要特別注意。4.3線盤高頻振蕩電路在電磁爐電路中，開關(guān)管扮演著非常重要的角色。當(dāng)開關(guān)管

27、導(dǎo)通時(shí)，+300V經(jīng)加熱線圈、開關(guān)管以大電流給加熱線圈充電，電能轉(zhuǎn)化為加熱線圈中的電磁能。經(jīng)測(cè)試，此時(shí)加在開關(guān)管上的電壓約為十250V，工作電流在20A40A之間。如此大的工作電流，選擇合適的開關(guān)管才能安全穩(wěn)定地工作。一般說(shuō)來(lái)普通的MOS場(chǎng)效應(yīng)管，雖然僅需微弱的驅(qū)動(dòng)電壓即可工作，但工作在高電壓和大電流狀態(tài)時(shí)，因內(nèi)阻較大，管子發(fā)熱快，難以長(zhǎng)時(shí)間工作；大功率達(dá)林頓管雖然可以在高電壓、大電流狀態(tài)下長(zhǎng)時(shí)間工作，但需要較大的驅(qū)動(dòng)電流。將場(chǎng)效應(yīng)管與大功率達(dá)林頓管有機(jī)地結(jié)合的IGBT管，將場(chǎng)效應(yīng)管作為推動(dòng)管，大功率大功率管作為輸出管,在高電壓、大電流狀態(tài)下長(zhǎng)期安全工作，并表現(xiàn)出極好的開關(guān)特性，輸出功率可達(dá)1

28、000W以上。因此電磁爐的開關(guān)選用IGBT管。圖4-3 是電磁爐高頻振蕩電路CN3、CN4（接上線盤）與C5、IGBT1組成一個(gè)高頻振蕩電路（振蕩頻率一般為20KHz 40KHz之間）。高頻交變電流是由線盤的電感量，與高頻諧振電容的容量決定的。因此線盤的電感量和電容的容量要根據(jù)功率來(lái)確定。當(dāng)IGBT擊穿后，要對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)，C5容量變值都會(huì)導(dǎo)致IGBT燒壞（特別是電容短路）。IGBT是電磁爐的核心部件，采用西門子公司公司H20R1202（型號(hào)），其擊穿燒壞后維修一定要用同樣的型號(hào)更換（因?yàn)閰?shù)、溫升有些不同,可能會(huì)第二次出現(xiàn)故障）。R6是下拉電阻，DW1為限幅穩(wěn)壓管（二極管）作用是把驅(qū)動(dòng)輸入限制

29、在0V18V之間。維修時(shí)，當(dāng)IGBT擊穿燒壞，也要對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)，正常后才可以更換IGBT。R7為限流電阻.。圖4-3高頻振蕩電路 Fig.4-3 High-frequency oscillator circuit4.4電源電路22電磁爐的風(fēng)扇、IGBT的驅(qū)動(dòng)電路、集成電路想要正常的工作就需要有一定的直流電壓提供能量。如圖4-4所示。圖4-4 直流電源電路 Fig.4-4 DC power supply circuit市電（交流220V）經(jīng)D1、D2整流。D6二次整流E1濾波后出來(lái)300V左右的高壓進(jìn)入U(xiǎn)2的5、6、7、8腳。當(dāng)E2兩端電壓達(dá)到14.5V時(shí)（此電容是諧振電容），U2芯片開始工作，

30、場(chǎng)效應(yīng)管進(jìn)入開關(guān)狀態(tài)（場(chǎng)效應(yīng)在芯片內(nèi)部）。電路的穩(wěn)壓由U2的3腳（反饋輸入）內(nèi)接的控制電路與外接的穩(wěn)壓管DW2完成。C12是用于提高整流性能，以防高頻干擾。U2的1、2腳輸出19.5V的電壓（此電壓有高頻脈動(dòng)成分）。經(jīng)過(guò)高頻變壓器的初級(jí)繞組后（為+5V準(zhǔn)備），L3、E5組成倒L型濾波電路（高頻脈動(dòng)成分濾去）輸出相對(duì)平滑的直流電，為風(fēng)機(jī)供電。再由R13降壓E4、C10電容濾波輸出+18V比較平滑的直流電。為IGBT驅(qū)動(dòng)供電。D8為鉗位二極管，把電位鉗制在0V以上。D7為保護(hù)二極管。R22為限流電阻。由于變壓器初級(jí)有高頻脈動(dòng)成分，次級(jí)耦合也有高頻脈動(dòng)成分。經(jīng)D11半波整流E3濾波出來(lái)8.5V的直流

31、電壓。進(jìn)入U(xiǎn)3三端穩(wěn)壓集成輸入端。三端穩(wěn)壓集成內(nèi)部結(jié)構(gòu)（略）。在輸出端得到一個(gè)+5V的電壓。經(jīng)E6、C11濾波后為主芯片、保護(hù)電路、控制板供電。4.5 IGBT驅(qū)動(dòng)電路26圖4-5 IGBT驅(qū)動(dòng)電路 Fig.4-5 IGBT drive circuit驅(qū)動(dòng)電路有兩個(gè)任務(wù)：一是對(duì)開關(guān)脈沖進(jìn)行激勵(lì)放大，充分激勵(lì)I(lǐng)GBT使之處于良好的導(dǎo)通狀態(tài)；而是為IGBT關(guān)斷提供反偏電壓，使IGBT能夠可靠的關(guān)斷。如圖4-5所示，在電路工作時(shí)（接上線盤）IC1的第3管腳發(fā)出一個(gè)脈沖信號(hào)控制Q4（在這里當(dāng)數(shù)字電路中的開關(guān)作用）。Q4導(dǎo)通（短暫）輸出低電平，來(lái)控制Q2。Q2基極因是低電平而截止，在集電極輸出高電平，來(lái)

32、控制Q1、Q3。Q1基極高電平，所以導(dǎo)通，18V通過(guò)了三極管進(jìn)入IGBT的G腳（控制腳）。Q3因?yàn)槭荘NP型三極管，導(dǎo)通與截止跟NPN型相反。所以Q3基極雖然是高電平。其輸出還是高電平。因IGBT的G極（控制極）有信號(hào)輸入，開始導(dǎo)通（但很快就截止了。因?yàn)槭敲}沖信號(hào)，輸入很快變?yōu)榈碗娖搅耍Ｔ诰€盤與C5之間產(chǎn)生了阻尼振蕩。經(jīng)同步電路分壓后，又有一個(gè)信號(hào)（稱為檢鍋信號(hào)）經(jīng)C30電容（因電容通高頻阻低頻特性）進(jìn)入Q2的基極。反復(fù)以上步驟。D5、D9是鉗位二極管。R8、R9上拉電阻。R41為下拉電阻。4.6控制電路4.6.1同步電路電磁爐工作時(shí)，IGBT快速交替地工作在截止與導(dǎo)通狀態(tài)之間。設(shè)定不同的火

33、力時(shí)，IGBT的截止與導(dǎo)通時(shí)間比例不同。在IGBT導(dǎo)通時(shí)，線盤中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的極性為CN3“”CN4“”。由于電感線圈中的電流不能突變，流過(guò)IGBT的C、E極間電流逐漸增大。當(dāng)電流增大至某一值時(shí)IGBT立即截止，以避免大電流擊穿IGBT。當(dāng)IGBT截止時(shí)，線盤中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)極性立即變?yōu)镃N3“”CN4 “”，線盤經(jīng)C5充電，接著C5對(duì)線盤放電。線盤與C5電容產(chǎn)生阻尼諧振，電磁能迅速轉(zhuǎn)化為熱能。加在IGBT的C、E極上的電壓非常高，在這個(gè)期間，要確保IGBT可靠截止。否則，高電壓形成的大電流必將損壞IGBT。按以上的情況，要使IGBT工作狀態(tài)與線盤的狀態(tài)保持協(xié)調(diào)，也就是說(shuō)要IGBT導(dǎo)通與截止，跟線

34、盤狀態(tài)保持一致。那么，就要設(shè)計(jì)一種電路來(lái)完成這種任務(wù)，這種電路就是同步控制電路。如圖4-7所示。IGBT導(dǎo)通時(shí)，線盤兩端電壓極性CN3“”CN4 “”正電位（正電壓）。R3、R19、R17、R14分壓后得3.0V電壓到IC1的第19管腳，負(fù)電壓經(jīng)R4、R5、R32、R37、R15、R16、R24分壓后得2.85V電壓到IC1的第20管腳（以上是線盤沒(méi)有工作情況下電壓）。當(dāng)IGBT燒壞或沒(méi)有功率輸出情況下，R3、R19、R17、R14 、R4、R5、R32、R37、R15、R16、R24都要進(jìn)行檢測(cè)，查看是否開路或變值。R18再分個(gè)電壓1.03V出來(lái)進(jìn)入IC1的第18管腳。用來(lái)檢知線盤工作時(shí)的峰

35、值。C8為濾波電容。圖4-6同步電路Fig.4-6 Synchronization circuit4.6.2風(fēng)扇的驅(qū)動(dòng)電路CPU控制FAN端口輸出高電平，使Q5三極管導(dǎo)通，18V電壓加在風(fēng)扇兩端經(jīng)過(guò)Q5到地，使風(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn)，當(dāng)FAN輸出低電平時(shí)，Q5截止，風(fēng)扇停止工作。如圖4-7所示。它的作用是排出爐內(nèi)熱氣：將IGBT及整流橋緊貼在散熱片上，利用風(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn)，通過(guò)電磁爐外殼上的進(jìn)、出風(fēng)口形成的氣流將散熱片上的熱及線盤等零件工作時(shí)所產(chǎn)生的熱，加熱鍋具輻射進(jìn)電磁爐內(nèi)的熱、以及其它器件所散出的熱排出爐外。降低爐內(nèi)的環(huán)境溫度，以穩(wěn)定電磁爐正常工作。CPU根據(jù)程序判斷發(fā)出控制命令。(1) 結(jié)合爐面?zhèn)鞲衅髋cIGB

36、T傳感器取到的AD值，控制風(fēng)扇工作。(2) 判斷是否開機(jī)，風(fēng)扇長(zhǎng)轉(zhuǎn)。(3) 判斷是否有特殊要求控制風(fēng)扇工作圖4-7 風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)電路 Fig.4-7 Fan drive circuit4.7保護(hù)電路4.7.1電源電壓檢知電路市電（交流220V）經(jīng)D1、D2整流后由R29、R26、R10、R12分壓得到一個(gè)電壓進(jìn)入IC1的11腳ADC1進(jìn)行檢知。當(dāng)電壓變化（大于270V或低于140V）時(shí)，IC1就會(huì)關(guān)閉PWM，顯示故障。起到保護(hù)元器件的作用。如圖4-8所示。圖4-8電源電壓檢知電路 Fig.4-8 Power supply voltage detection circuit4.7.2電流檢知電路市電

37、（交流220V）經(jīng)過(guò)橋式整流電路，在經(jīng)過(guò)LC電路濾波，經(jīng)過(guò)小電阻RK1(15歐)引出大電流，經(jīng)過(guò)R2,VR1,R40,R44,R43分得電流進(jìn)入IC1的16腳ADC0進(jìn)行檢知。當(dāng)電流變化過(guò)低或過(guò)高時(shí)，IC1就會(huì)關(guān)閉PWM，顯示故障。起到保護(hù)元器件的作用。如圖4-9所示。圖4-9 電流檢知電路 Fig.4-9 Current detection circuit4.7.3爐面溫度與IGBT溫度檢知電路爐面?zhèn)鞲衅鳎籂t面加熱鍋具的溫度透過(guò)微晶玻璃板傳至緊貼在微晶玻璃板底部的傳感器，該傳感器的阻值變化直接反映了鍋具溫度的變化，傳感器與R27電阻分壓電壓的變化反映了傳感器的阻值變化，就反映出加熱鍋具的溫度

38、變化。如圖4-10右側(cè)所示。CPU通過(guò)檢測(cè)ADC6路值的變化作出如下的指令控制：(1) 定溫控制，控制加熱溫度點(diǎn)，恒定加熱物體溫度恒定在設(shè)定的溫度范圍內(nèi)。(2) 自動(dòng)功能及火鍋控制，利用探測(cè)溫度及結(jié)合時(shí)間，控制鍋具內(nèi)部的溫度，達(dá)到最佳的烹煮效果。(3) 自動(dòng)功能工作時(shí)，鍋具溫度是否高過(guò)設(shè)定溫度，立即停止工作，并關(guān)機(jī)。(4) 鍋具干燒時(shí)，立即停止工作，并關(guān)機(jī)。(5)傳感器開路或短路時(shí)，開機(jī)后發(fā)出不工作信號(hào)（開路需要1分鐘后再判斷），并報(bào)知故障信息。IGBT熱敏電阻：該熱敏電阻放在緊貼著IGBT的正面。用導(dǎo)熱硅脂涂在它們之間，并壓在PCB板上，IGBT產(chǎn)生的溫度直接傳到了熱敏電阻上，熱敏電阻與R2

39、8電阻分壓點(diǎn)的變化反映了熱敏電阻的阻值變化。直接反映出IGBT的溫度變化。圖4-10左側(cè)所示。CPU通過(guò)檢測(cè)ADC7路值的變化作出如下指令控制: (1) 當(dāng)探測(cè)到IGBT結(jié)溫>85時(shí)，根據(jù)當(dāng)前工作情況，升功率或降功率，或間隙加熱方式，讓IGBT結(jié)溫85。如果在不正常情況下溫升還繼續(xù)升高，高于110，則立即停止加熱，并報(bào)知信息或不報(bào)知信息，而是每4S檢測(cè)一下鍋具。待溫升下降到60又再次加熱，循環(huán)工作。(2) 熱敏電阻開路或短路時(shí)，開機(jī)后發(fā)出不工作信號(hào)，（開路需要1分鐘后再判斷），并報(bào)知故障信息。(3) 在關(guān)機(jī)狀態(tài)下，如果IGBT溫升高于55，CPU則控制風(fēng)扇一直工作，直到溫度小于45后停止

40、工作。第一次上電時(shí)不作判斷處理。圖4-10爐面溫度與IGBT溫度檢知電路Fig.4-10 Furnace surface temperature and the IGBT temperature detection circuit 4.8顯示板圖4-11 按鍵輸入電路 Fig.4-11 Key input circuit74HC165是一個(gè)8位并行輸入串行輸出的移位寄存器。當(dāng)引腳1 ()是低電平時(shí)，外部的開關(guān)狀態(tài)通過(guò)IC1存入寄存器中。當(dāng)引腳1 ()是高電平時(shí)，寄存器把這些數(shù)據(jù)移出送到單片機(jī)的PC3口。如圖4-11所示。圖4-12 數(shù)碼顯示電路 Fig.4-12 Digital display

41、 circuitTM1618 是一種帶鍵盤掃描接口的LED（發(fā)光二極管顯示器）驅(qū)動(dòng)控制專用電路，內(nèi)部集成有MCU 數(shù)字接口、數(shù)據(jù)鎖存器、LED 高壓驅(qū)動(dòng)、鍵盤掃描等電路。本文引用于LED的驅(qū)動(dòng)。單片機(jī)將顯示的數(shù)據(jù)通過(guò)TM1618的1引腳DIO在時(shí)鐘上升沿輸入串行數(shù)據(jù)，從低位開始。SEG1-SEG8用于段輸出，Grid1-Grid7 用于位輸出。如圖4-12所示。第五章 電磁爐單片機(jī)軟件設(shè)計(jì)5.1主程序框架如圖5-1是電磁爐的主程序流程圖。完成上電初始化程序以后，便進(jìn)入主程序的循環(huán)，實(shí)際上主程序循環(huán)包括兩個(gè)部分即開機(jī)循環(huán)和關(guān)機(jī)循環(huán)。電磁爐一上電，便默認(rèn)為關(guān)機(jī)狀態(tài)，因此主程序進(jìn)入關(guān)機(jī)循環(huán)，然后不斷

42、的檢測(cè)是否有開機(jī)鍵按下。關(guān)機(jī)處理是一次性的，所以關(guān)機(jī)循環(huán)純粹地等待開機(jī)鍵的按下。在關(guān)機(jī)狀態(tài)下，按下開機(jī)鍵，主程序在完成開機(jī)初始化后，便進(jìn)入開機(jī)循環(huán)。在開機(jī)循環(huán)中，開機(jī)初始化是一次性的，程序既要檢測(cè)是否有關(guān)機(jī)鍵按下，又要進(jìn)行開機(jī)處理，開機(jī)處理則包括功率控制、定溫控制、無(wú)鍋檢測(cè)和報(bào)警等等，是電磁爐主要功能實(shí)現(xiàn)的地方。在開機(jī)狀態(tài)下，如果按下關(guān)機(jī)鍵，主程序則又返回到關(guān)機(jī)循環(huán)，再重復(fù)上述過(guò)程。圖5-1 主程序流程圖Fig.5-1 The main program flow chart從主程序框架流程圖中，可以看出只有一個(gè)控制信號(hào)即電磁爐是開機(jī)還是關(guān)機(jī)。在實(shí)際的編程過(guò)程中，可以設(shè)置一個(gè)開關(guān)機(jī)的標(biāo)志位pow

43、er-flag，開機(jī)為1，關(guān)機(jī)為0，這個(gè)信號(hào)可來(lái)自中斷(鍵盤)，也可來(lái)自主程序本身報(bào)警檢測(cè)，無(wú)鍋檢測(cè))。主程序要保證在主程序循環(huán)一次的過(guò)程中，只使用了一次Power-flag信號(hào)，并且還需要保證在主程序循環(huán)的子程序中不再使用此標(biāo)志。5.1.1上電初始化上電初始化包括接口的初始化、測(cè)試鍵的檢測(cè)、鍵盤的顯示掃描初始化、定時(shí)器中斷的初始化、AD轉(zhuǎn)換的初始化。圖5-2是上電初始化的流程圖。延時(shí)600ms的軟件延時(shí)目的是等待電路狀態(tài)的穩(wěn)定，否則，一上電立刻按開/關(guān)鍵，有可能引起誤報(bào)警。圖5-2 上電初始化流程圖Fig.5-2 Power-on initialization flow chart5.1.2

44、關(guān)機(jī)處理關(guān)機(jī)信號(hào)Powflag可以來(lái)自于電磁爐上電、定時(shí)、鍵盤和報(bào)警檢測(cè)。關(guān)機(jī)狀態(tài)下有如下特征:(1) 顯示部分全部熄滅，這時(shí)只有開/關(guān)鍵有效。在中斷中可以實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能。(2) 關(guān)斷控制線，PWM輸出關(guān)機(jī)的占空比。(3) 可以檢測(cè)到開機(jī)信號(hào)。(4) 關(guān)閉電風(fēng)扇。關(guān)閉條件是IGBT溫度在50度以下。在上述四個(gè)功能中，第一個(gè)功能在中斷中實(shí)現(xiàn)，后三個(gè)功能在主程序中實(shí)現(xiàn)。5.1.3 A/D轉(zhuǎn)換子程序圖5-5是AD轉(zhuǎn)換的流程。這里首先簡(jiǎn)單介紹一下AD轉(zhuǎn)換在本程序的使用說(shuō)明。(1) ADC值緩沖區(qū)的首地址為adc-fr，6個(gè)字節(jié)分別對(duì)應(yīng)存放著6個(gè)通道的ADC值，尋址方式為間接方式尋址。(2) ADC定時(shí)計(jì)

45、數(shù)器adc-tm。以1MS中斷計(jì)數(shù)，每10MS進(jìn)行一次AD轉(zhuǎn)換。(3) 累加和ade-sumh最大/最小值ade-max/adc-min為進(jìn)行中間計(jì)算的暫存器。(4) 使用通用寄存器:R0為計(jì)數(shù)通道數(shù)，R1為采樣次數(shù)。圖5-5 AD流程圖Fig.5-5 AD flow chart在AD轉(zhuǎn)換器中，在進(jìn)行通道切換后的第一次采樣時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部模擬開關(guān)的切換，將會(huì)對(duì)該通道外部的模擬信號(hào)帶來(lái)比較大的尖峰干擾，所以在編程采取以下措施:(1) 盡可能地減少通道切換的次數(shù)。6個(gè)通道的AD轉(zhuǎn)換，可以用兩種方法:第一種方法是一次采樣切換6個(gè)通道，采樣6次，最后一起計(jì)算AD轉(zhuǎn)換結(jié)果;第二方法是一個(gè)通道采樣6次，立即計(jì)

46、算該通道的AD轉(zhuǎn)換結(jié)果，再切換6個(gè)通道。前者通道的切換次數(shù)是30次，后者通道的切換次數(shù)是6次。顯然，第二種方法更適合本系統(tǒng)。但在一個(gè)ADC轉(zhuǎn)換的周期內(nèi)的平均值，通過(guò)第一種方法更能表現(xiàn)出來(lái)。(2) 在切換通道以后，先進(jìn)行一次假的采樣，再延時(shí)80µs重新采樣。(3) 為了盡可能地減小模擬信號(hào)線上電容對(duì)采樣造成的影響，應(yīng)該降低AD轉(zhuǎn)換的頻率。這里10ms ADC轉(zhuǎn)換一次。5.1.4報(bào)警檢測(cè)當(dāng)開機(jī)時(shí)，單片機(jī)不斷地檢測(cè)電磁爐的工作狀況。在有異常情況出現(xiàn)時(shí)，將發(fā)生相應(yīng)的報(bào)警。在電磁爐報(bào)警時(shí)，蜂鳴器響一次，發(fā)光二極管全部點(diǎn)亮，此時(shí)數(shù)碼管的高位顯示字母E，低位則顯示報(bào)警號(hào)。這種狀態(tài)持續(xù)5秒鐘后，電磁

47、爐將會(huì)自動(dòng)關(guān)機(jī)。報(bào)警量如下：(1) 市電電壓的欠壓、過(guò)壓報(bào)警采用電阻分壓的方式經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換檢測(cè)市電電壓的變化。當(dāng)市電電壓超過(guò)260V或者低于150V時(shí)報(bào)警，電磁爐的數(shù)碼管顯示為E1。(2) IGBT超溫、IGBT傳感器開路報(bào)警IGBT上面緊貼一個(gè)熱敏電阻，經(jīng)單片機(jī)A/D轉(zhuǎn)換檢測(cè)IGBT的溫度。當(dāng)IGBT溫度過(guò)高或IGBT溫度傳感器開路時(shí)報(bào)警。數(shù)碼管顯示EZ。要注意的是當(dāng)環(huán)境溫度低于零下負(fù)30度時(shí)，將會(huì)誤判為傳感器開路報(bào)警。(3)鍋底溫度超溫、傳感器斷路報(bào)警 假若鍋底溫度偏高或著溫度傳感器斷路則會(huì)報(bào)警，電磁爐的數(shù)碼管顯示為E3。在開機(jī)后，延時(shí)一段時(shí)間，再對(duì)鍋底溫度傳感器進(jìn)行斷路檢測(cè)。延時(shí)時(shí)間將會(huì)

48、根據(jù)開機(jī)時(shí)的環(huán)境的溫度(用IGBT溫度檢測(cè)通道)而變化，假若環(huán)境溫度大于0度，則會(huì)延時(shí)2分鐘；假若環(huán)境溫度小于0度，延時(shí)時(shí)間將會(huì)隨著環(huán)境溫度降低而增加，最大的延時(shí)時(shí)間是9分鐘。假如沒(méi)有時(shí)間延時(shí)，當(dāng)環(huán)境溫度小于0度時(shí)，可能會(huì)誤判傳感器開路報(bào)警。因?yàn)榄h(huán)境溫度較低時(shí)，POT溫度檢測(cè)電壓值將是很低的。所以在剛開機(jī)就進(jìn)行鍋底溫度傳感器的斷路檢測(cè)是不對(duì)的，并且在環(huán)境溫度低于攝氏零下5度時(shí)，因?yàn)殡姶艩t會(huì)誤檢測(cè)到鍋底的溫度傳感器斷路，而不能啟動(dòng)。.(4) 負(fù)荷電流過(guò)大報(bào)警若單片機(jī)檢測(cè)到的負(fù)荷電流值過(guò)大(CRU電壓=4.8V)，電磁爐則會(huì)報(bào)警，數(shù)碼管顯示為E4。(5) 風(fēng)扇工作異常報(bào)警因?yàn)楣β使茉诠ぷ鲿r(shí)發(fā)熱，并

49、且加熱線圈在工作時(shí)也產(chǎn)生大量的熱量，電磁爐的內(nèi)部溫度一般都是很高，因此風(fēng)扇擔(dān)負(fù)著散熱的功能。一旦風(fēng)扇不能正常工作，整個(gè)電磁爐將會(huì)不能工作甚至有可能損壞，設(shè)置風(fēng)扇工作異常保護(hù)是必要的。在開機(jī)后，延時(shí)2秒種，檢測(cè)風(fēng)扇的工作電壓。當(dāng)風(fēng)扇受阻例如有異物進(jìn)入卡住風(fēng)扇或著風(fēng)扇電機(jī)的線圈斷路，再或者匝間短路時(shí)，電磁爐則會(huì)報(bào)警，數(shù)碼管顯示為E5。在程序中設(shè)置了如下的變量對(duì)其進(jìn)行報(bào)警檢測(cè)控制。(1) 報(bào)警標(biāo)志alm-flag。在開機(jī)初始化時(shí)報(bào)警標(biāo)志alm-flag被清除，當(dāng)連續(xù)有5次異常時(shí)被置位。此信號(hào)被傳入中斷，用來(lái)控制報(bào)警顯示以及報(bào)警顯示延時(shí)，具體見(jiàn)后面的定時(shí)器中斷。(2) alm-delay為報(bào)警延時(shí)計(jì)時(shí)

50、器。在報(bào)警標(biāo)志alm-flag被置位的同時(shí)，報(bào)警延時(shí)計(jì)時(shí)器被設(shè)置為25，在定時(shí)器中斷中，在alm-flag=l的條件下，每200ms減一，總共延時(shí)5秒，當(dāng)定時(shí)時(shí)間到信號(hào)被傳到本程序。(3) 報(bào)警計(jì)數(shù)器alm-cnt。在開機(jī)初始化及電磁爐運(yùn)轉(zhuǎn)正常時(shí)，報(bào)警計(jì)數(shù)器alm-cnt被清除，有異常時(shí)加一，當(dāng)連續(xù)加至5時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生報(bào)警。(4) 報(bào)警號(hào)alm-numb。它用于區(qū)分報(bào)警類型，此信號(hào)被傳入中斷后，就會(huì)有用報(bào)警顯示。5.1.6無(wú)鍋檢測(cè)當(dāng)電磁爐的爐臺(tái)上沒(méi)有鍋或者鍋具的直徑大小、材質(zhì)不符合要求時(shí)，電磁爐可以進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)，此時(shí)顯示部分全滅，蜂鳴器每2秒響一次，并且電源的指示燈閃爍一次，時(shí)間持續(xù)30秒后，電

51、磁爐會(huì)自動(dòng)關(guān)機(jī)。假若在30秒內(nèi)，又將鍋放回到爐臺(tái)上，則會(huì)以原來(lái)的方式繼續(xù)工作，需要說(shuō)明的是無(wú)鍋檢測(cè)的時(shí)間不會(huì)計(jì)入定時(shí)時(shí)間。無(wú)鍋檢測(cè)的原理如下：在控制線路打開時(shí)，電磁爐的爐面上無(wú)鍋或者鍋具不是鐵鍋、直徑太小，電磁爐的負(fù)荷電流將會(huì)很小。也就是說(shuō)，單片機(jī)檢測(cè)到的負(fù)荷電流值CRU將會(huì)很低。通過(guò)實(shí)驗(yàn)可以測(cè)定一個(gè)無(wú)鍋檢測(cè)CRU的電壓臨界值約為0.8V。假若控制線打開時(shí)間在50ms以上時(shí) (在剛打開控制線時(shí)，負(fù)荷電流以及CRU的電壓建立都需要一定的時(shí)間，所以必須延時(shí)50ms，否則電磁爐的爐臺(tái)上即使有鍋也會(huì)檢測(cè)不出來(lái))，CRU的電壓小于此臨界值，則被認(rèn)為是無(wú)鍋，然后輸出無(wú)鍋檢測(cè)的PWM占空比，控制線被關(guān)斷。每

52、隔2秒鐘再打開控制線進(jìn)行一次檢測(cè)，假若CRU的電壓高于CRU臨界值，則被認(rèn)為有鍋，恢復(fù)到原來(lái)的工作狀態(tài);假若連續(xù)15次檢測(cè)到無(wú)鍋，電磁爐則會(huì)自動(dòng)關(guān)機(jī)。在無(wú)鍋檢測(cè)時(shí)，按關(guān)機(jī)鍵，可以能關(guān)機(jī)。當(dāng)電磁爐的控制線處于關(guān)斷狀態(tài)時(shí)(例如定溫的溫度已經(jīng)超過(guò)上限)，應(yīng)該跳過(guò)無(wú)鍋檢測(cè)。5.1.7功率控制功率控制有兩個(gè)方面的含義：一方面是功率控制準(zhǔn)確性；另一方面是功率輸出穩(wěn)定性要達(dá)到要求。功率控制的準(zhǔn)確性，需要準(zhǔn)確測(cè)定單片機(jī)輸出占空比與輸出功率之間的對(duì)應(yīng)系。市電電壓的波動(dòng)是影響電磁爐輸出的功率穩(wěn)定因素它們?cè)谠O(shè)計(jì)的電磁爐中使用“乘法器原理”解決這個(gè)問(wèn)題?！俺朔ㄆ髟怼眴纹瑱C(jī)輸出占空比不同的PWM信號(hào)，所形成的負(fù)荷電流

53、的大小是不同的，占空比越高，負(fù)荷電流就越大;占空比越低，負(fù)荷電流就越小11。用戶根據(jù)自已的需要會(huì)選擇不的火力，在市電的電壓相同的情況下，達(dá)到相應(yīng)的火力所需要的負(fù)荷電流是不同的;當(dāng)市電的電壓不同時(shí)，達(dá)到相同的火力所需要的負(fù)荷電流也是不同的。保持功率穩(wěn)定就是要保持電壓與電流的乘積不變，這就是恒功率控制21。為了達(dá)到恒功控制的目的，PWM輸出信號(hào)的占空比應(yīng)該由市電電壓和用戶所設(shè)的火力檔決定。用戶所需要的每一個(gè)火力檔都應(yīng)該有對(duì)應(yīng)的輸出功率，假設(shè)用戶要求達(dá)到的功率是P，市電電是V，所需要的電流大約是I=P/V。再通過(guò)該電流來(lái)確定PWM信號(hào)得占空比。5.1.9定溫控制定溫控制采用上、下限控制18。具體為：

54、溫度傳感器采用簡(jiǎn)單的熱敏電阻電路，經(jīng)過(guò)AD轉(zhuǎn)換得到溫度的數(shù)字量表示。每一個(gè)設(shè)定的溫度都需要有一個(gè)上、下限，當(dāng)單片機(jī)檢測(cè)到的溫度超過(guò)設(shè)定的上限時(shí)，就會(huì)立刻關(guān)斷加熱脈沖，停止加熱；然而，隨著溫度的降低，當(dāng)單片機(jī)檢測(cè)到的溫度低于設(shè)定的下限時(shí)，就會(huì)立刻輸出加熱脈沖，繼續(xù)加熱。這種控制方式優(yōu)點(diǎn)是控制簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)方便。5.2定時(shí)器中斷服務(wù)程序5.2.1總框架 (1) 中斷周期CKM001只有一個(gè)8位定時(shí)/計(jì)數(shù)器(TCC)，且可產(chǎn)生中斷。由第4腳(BZDR/TCC/PA)輸出，在電路中此信號(hào)可驅(qū)動(dòng)蜂鳴器，本電路蜂鳴器的諧振頻率為1K，因此TMR必須250us溢出一次。由硬件電路可知，鍵盤顯示掃描必須在定時(shí)器中斷中進(jìn)行，因此必須使能定時(shí)器中斷，比較理想的是每過(guò)lms對(duì)鍵盤和顯示進(jìn)行一次掃描，可以定義一個(gè)計(jì)數(shù)器變量cnt，對(duì)TCC中斷次數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，每計(jì)數(shù)到4個(gè)中斷，等于1ms的時(shí)間間隔，對(duì)鍵盤顯示掃描一次。(2) 現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)由于定時(shí)器中斷可能