對基于單片機的智能電烤箱設(shè)計與制作探討

石紅波

【摘 要】隨著社會的不斷發(fā)展，人們的改造能力不斷提高，智能家電成為目前家電發(fā)展的重要方向。電烤箱在日常生活具有十分重要的作用，智能電烤箱能夠?qū)崿F(xiàn)對烤箱的全自動控制，實時監(jiān)測電烤箱的各個工作狀態(tài)，在烤箱運行過程中出現(xiàn)意外情況，系統(tǒng)可智能報警，智能化控制。隨著機電控制技術(shù)的發(fā)展，主要體現(xiàn)了單片機和PLC兩種控制方式。本設(shè)計采用單片機控制，單片機在日常生活中的運用越來越廣泛。

【關(guān)鍵詞】單片機；智能家電；電烤箱；溫度控制

本文介紹了以單片機為核心的電烤箱溫度控制系統(tǒng)。電烤箱溫度控制系統(tǒng)由兩個部分組成：硬件部分和軟件部分。其中硬件部分包括：單片機電路、傳感器電路、放大器電路、轉(zhuǎn)換器電路、以及鍵盤和顯示電路。軟件部分包括：主程序、運算控制程序、以及各功能實現(xiàn)模塊的程序。利用單片機作為主芯片，對整個系統(tǒng)進行控制，能夠有效地提升烤箱的工作特性以及電烤箱的附加值。產(chǎn)品中采用電路中常見的濾波電路、電源電路以及AD轉(zhuǎn)換電路等各個模塊電路作為電路硬件，載體采用數(shù)字PID控制算法，實現(xiàn)對電烤箱的溫度的控制。通過本次設(shè)計進一步詳細說明單片機控制系統(tǒng)在社會生活中的應(yīng)用。為以后進一步應(yīng)用單片機系統(tǒng)提供幫助[1]。

一、對智能電烤箱設(shè)計的性能指標

智能電烤箱采用AT89C52單片機控制整個系統(tǒng)，溫度采集由一線式數(shù)字溫度傳感器DS18B20采集。根據(jù)實際的用戶需求調(diào)查，結(jié)合目前市場上智能電烤箱的特點，制定了智能電烤箱的工作性能指標。為了能夠具有更好的適應(yīng)性，產(chǎn)品設(shè)計具備3-24V 的電源工作范圍；控制電路要能夠具備較強的實際驅(qū)動能力，其輸出阻抗大不大于10 千歐，輸出驅(qū)動電流不小于20mA；產(chǎn)品要能夠?qū)崿F(xiàn)精確的計時，連續(xù)工作兩天，其系統(tǒng)控制時間誤差小于3秒；產(chǎn)品具備良好的人際界面，方便實現(xiàn)控制；產(chǎn)品要具備可移植性以及性能提升的空間[2]。

二、智能電烤箱的構(gòu)造

智能電烤箱由箱體、箱門、電熱元件、控溫與定時裝置組成。核心部件是：智能主板、箱體、箱門。①箱體多用薄鋼板制成，一般為雙層，其間為空氣夾層或填充絕熱材料②箱門上裝有耐高溫玻璃，以便觀察食物烤制情況③電熱元件常用外表涂敷遠紅外輻射材料的金屬管式。一般電烤箱都有上下兩只電熱元件，有的還在箱側(cè)加裝一、二只。

控溫元件主要采用雙金屬片式。80年代以后，電子式控溫元件也已逐步推廣。定時裝置常用發(fā)條式和電動式，前者定時范圍在1小時以內(nèi)，后者可達數(shù)小時。有的電烤箱中還設(shè)一食物托盤，由微電機驅(qū)動，低速旋轉(zhuǎn)，使食物烤制更為均勻。20世紀80年代初出現(xiàn)電腦電烤箱，采用溫度傳感器、重量傳感器、濕度傳感器和微處理機，可以根據(jù)預(yù)先輸入的烤制程序，自動選取最佳烤制模式，使烤制過程最優(yōu)化和自動化[3]。

基于單片機設(shè)計的智能電烤箱控制板是由電源電路，單片機信號處理，顯示單元，輸出繼電器控制電路，工作狀態(tài)設(shè)置，工作狀態(tài)報警電路等六個功能部分構(gòu)成。在電路設(shè)計中遵循了模塊化的設(shè)計方案，各個電路之間的功能相對獨立，在電路的連接中要采用了對應(yīng)的方案，盡量減少了模塊電路之間的耦合。

三、智能電烤箱的工作原理

本文電烤箱溫度可預(yù)置、可調(diào)整，烘干過程基本實現(xiàn)恒溫（預(yù)置溫度范圍之內(nèi)）控制。實現(xiàn)對箱內(nèi)溫度每隔--段時間（本設(shè)計間隔為30s）進行自動采樣監(jiān)測。溫度超出預(yù)置智能報警裝置。

電烤箱由穩(wěn)定的電源電路、單片機控制運算電路、顯示驅(qū)動電路以及智能報警電路等功能模塊構(gòu)成，同時根據(jù)工作的需求還可以進行工作狀態(tài)的預(yù)先設(shè)置。電源采用了傳統(tǒng)的串聯(lián)型穩(wěn)壓電源模塊，能夠根據(jù)需求輸出6-12V的直流電壓，單片機控制電路考慮到大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)以及工作性能的要求，采用了臺灣的荷泰系列的單片機進行控制，經(jīng)過測試分析能夠完成勝任產(chǎn)品的工作，在顯示部分采用的VFD顯示技術(shù)，以達到顯示清晰、能見度高、顯示內(nèi)容豐富等家電產(chǎn)品的顯示要求。整體電路的設(shè)計遵循模塊化的設(shè)計方案，符合目前智能家電的發(fā)展趨勢，滿足了智能電烤箱應(yīng)用過程中所有的實際需求

此外電烤箱溫度控制系統(tǒng)是利用單片機的中斷功能來設(shè)計的一種智能的烤箱系統(tǒng)，避免電烤箱加熱過程中發(fā)生安全事故。本文以AT89C52 單片機最小系統(tǒng)為主控芯片，利用DS18B20數(shù)字溫變傳感器采集溫度。這種溫度控制系統(tǒng)能過通LCD1602顯示屏直觀的來觀察電烤箱溫度，通過按鈕調(diào)節(jié)上限和下限溫度的值。

四、單片機的優(yōu)點及發(fā)展前景

電烤箱是利用電熱元件所發(fā)出的輻射熱來烘烤食品的電熱器具，利用它我們可以制作烤雞、烤鴨、烘烤面包、糕點等。根據(jù)烘烤食品的不同需要，電烤箱的溫度一般可在50-25攝氏度范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。過去各種形式各異的電烤箱會出現(xiàn)加熱不均、工作效率低等問題，本次設(shè)計的單片機智能電烤箱，針對過去加熱不均和工作效率低進行技術(shù)的改進：將食物兩邊挖兩個較天的孔（或打出許多小眼），使上下空氣連通。在下層箱壁上安裝一個耐高溫且密封性好的小電風(fēng)扇，這樣，新型的電烤箱將會避免加熱不均和工作效率低下的弊端。改進后的電烤箱在電風(fēng)扇的機械吹動下，迫使箱體內(nèi)的空氣快速流通，使電阻絲產(chǎn)生的熱很快均勻地分布于食物四周，這樣既可以均勻加熱烘烤，又可以在短時間內(nèi)烤熟食物，因而大大提高了熟食的質(zhì)量和電能的利用效率。

隨著中國家庭廚房小家電擁有量的不斷增加，作為西方廚房里傳統(tǒng)電器的代表，電烤箱走進更多家庭。年輕人喜歡燒烤類食物和烘焙糕點的美味，利用電烤箱可以制作烤雞、烤鴨，并可烘烤面包、糕點等。擁有一臺電烤箱，消費者可以按照食譜操作，自己在家制作出一頓豐盛的大餐，體會DIY的樂趣。未來智能電烤箱將會擁有巨大的市場銷量。

綜上所述，本次溫度控制系統(tǒng)設(shè)計整體而言完全可以實現(xiàn)對電烤箱溫度的控制。電烤箱的溫度控制系統(tǒng)是以單片機為核心，采用軟件編程，通過對電路的通斷來控制電控箱的溫度。隨著社會的發(fā)展，機電控制的應(yīng)用越來越廣泛。從石油化工到電力生產(chǎn)，從冶金到建材，從食品到機械都要對溫度進行控制甚至在有些產(chǎn)品生產(chǎn)過程中溫度的控制直接影響到產(chǎn)品的質(zhì)量。單片機溫度控制無論是現(xiàn)在還是未來都會起到重要作用。

【參考文獻】

[1]周昊， 陳虹安， 阮太元. 基于單片機的智能飲用水杯設(shè)計與制作[J]. 數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用， 2017，1（3）：169-170.

[2]朱奎林. 家用飲水機智能設(shè)計與節(jié)能改進[J]. 計算機與數(shù)字工程， 2017， 45（12）：2534-2537.

[3]鐘佳德. 令人“不安”的智能家居！安全是智能家居未來制高點[J]. 消費電子， 2016，3（4）：43-46.