《智能微波炉电路设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《智能微波炉电路设计（20页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、智能微波炉电路设计第1章 绪 论1.1 引言随着科学技术的进步，电子技术传感技术以及材料技术近年来得到了很大的发展。国内外微波炉研发机构和生产工厂，为了满足微波炉消费者的使用要求，将各种先进的现代化技术应用微波炉，推出了一系列新颖先进的微波炉产品。这些微波炉新产品，反映了微波炉技术发展趋势，这些趋势主要表现在以下几个方面。（1）智能化。采用微电脑控制技术和传感器感测技术，实现微波炉的智能化加热烹调，是微波炉技术发展的一大方向。这中智能化的微波炉，无需使用者在操作按键上输入烹调时间、加热功率、食物重量等参数，只要按一下启动键，微波炉内的传感器就将检测到的食物温度、整齐湿度等参数不断输出给电脑控制
2、芯片，微电脑控制芯片进行一系列的运算、比较、分析之后，输出相应的指令，自动控制微波炉的加热时间和功率大小，实现智能化全自动烹调。（2）多功能。随着现代化人们生活节奏的加快以及追求生活质量的提高，对于食物的加工烹饪也提出了更高的要求，因而出现了多功能的微波炉。比如将电烤箱的烧烤功能元件加入微波炉，制造出的微波炉烧烤组合微波炉，就是一个例子。这种微波炉目前在国内已经非常普遍，其优点就在于利用微波炉能量快速烹调，使食物具有更好的口感和视觉效果效应。（3）节能化。松下公司将变频技术应用于微波炉推出的变频微波炉产品，通过将市电电源换为变频电源，能将50Hz的电源任意转换成2000045000Hz的高频电
3、源，供给微波炉产生电路，使微波炉的输出功率随着电源频率的变化而改变，从而改变了以往微波炉利用占空比原理调节微波炉输出功率的方式，不仅使得微波炉能量产生电路的供电系统的体积重量大大减小，而且使得耗电量减少了四分之一左右。（4）健康化。随着人们健康环保意识的增强，对于食品中热量的限制也愈加重视。作为现代化食品烹调器具的微波炉，能烹调出低热量的保健食品。（5）操作简便化。采用各种液晶触摸式控制面板和声控传递系统，使得这种多功能微波炉的操作变得简单易行。1.2 微波炉概述微波炉其实就是用微波来煮饭烧菜的。微波炉是一种用微波加热食品的现代化烹调灶具。微波是一种电磁波。微波炉由电源，磁控管，控制电路和烹调
4、腔等部分组成。电源向磁控管提供大约4000伏高压，磁控管在电源激励下，连续产生微波，再经过波导系统，耦合到烹调腔内。在烹调腔的进口处附近，有一个可旋转的搅拌器，因为搅拌器是风扇状的金属，旋转起来以后对微波具有各个方向的反射，所以能够把微波能量均匀地分布在烹调腔内。微波炉的功率范围一般为5001000瓦。图1.1微波炉示意图1.2.1 微波炉的种类和性能微波炉按控制方式的不同可分为机电控制式和电脑控制式.机电控制式微波炉通过定时器和功率调节器等机械装置控制微波加热的时间和火力;电脑控制式微波炉是按设定的程序自动完成各种操作的。1.2.2 微波炉的基本结构微波炉是用微波来烹调食物的.微波炉烹调食物
5、的时间短,食物养分和维生素损失少,矿物质、氨基酸的存有率比其他烹调方法要高得多.与煤气、煤炉相比,微波炉工作时不会产生烟尘和未燃烧的有害气体,其加热的过程是在炉腔中完成的,无明火,使用更加安全可靠。（1）微波炉的基本外形和构造门安全联锁开关-确保炉门打开，微波炉不能工作，炉门关上，微波炉才能工作； 视屏窗-有金属屏蔽层，可透过网孔观察食物的烹饪情况； 通风口-确保烹饪时通风良好； 转盘支承-带动玻璃转盘转动； 玻璃转盘-装好食物的容器放在转盘上，加热时转盘转动，使食物烹饪均匀； 控制板-控制各档烹饪； 炉门开关-按此开关，炉门打开。1.2.3 微波炉的工作原理（1）微波的特性 微波是一种频率为
6、 300MHz300GHz 的电磁波，它的波长很短，具有可见光的性质，沿直线传播。微波在遇到金属材料时能反射，遇到玻璃、塑料、陶瓷等绝缘材料可以穿透，在遇到含有水分的蛋白质、脂肪等介质可被吸收，并将微波的电磁能量变为热能。由于微波的频率较高，它的传输需要用高导电率的 波导管来传输。 微波的频段虽然很宽，但是真正用于微波加热的频段却很窄，主要原因是避免使用较多的无线电频率，防止对微波通讯造成干扰。国际上，家用微波炉有 915MHz 和 2450MHz 两个频率， 2450MHz 用于家庭烹调炊具， 915MHz 用于干燥、消毒等工业，医疗行业等。 （2）微波加热原理 被加热的介质一般可分为无极性
7、分子电介质和有极性分子电介质。有极性分子在没有外加电场时不显示极性。如果将这种介质放在外加电场中，每个极性分子会沿着电场力的方向形成有序排列，并在电介质表面会感应出相反的电荷，这一过程称为极化。外加电场越强，极化作用也越强。当外加电场改变方向时，极性分子也随之以相反的方向形成有序排列。若外加的是交变电场和磁场，极性分子将被反复交变磁化，交变电场的频率越高，极性分子反复转向的极化也就越快。此时，分子热运动的动能增大，也就是热量增加，食物的温度也随之升高，便完成了电磁能向热能的转换。 （3）微波炉的工作过程 电控系统将 220V 交流电压通过高压变压器和高压整流器，转换成4000左右的直流电压，送
8、到微波发生器产生微波，微波能量通过波导管传入炉内腔里由于炉内腔是金属制成的，微波不能穿过只能在炉腔里反射，并反复穿透食物，加热食物从而完成加热过程。第2章 总体方案设计按照任务书设计要求,本次的课程设计是通过PLC实现对其的智能化控制.在熟悉了微波炉的工作原理后,利用PLC良好的可编程性，快速的信号处理能力和控制能力，辅助以键盘的输入模块，声光显示模块等构成控制系统。我们在烹调模式显示、超温报警设置、炉门密封和加温完毕智能提醒等方面进行了设计。因设计的时间关系,在本次设计中,烹调模式只选择了烹调、烧烤和解冻三种常见的模式,三种模式通过三个LED灯控制,每一个对应一种模式。超温报警也设置一个LE
9、D灯控制,为体现其智能化和人性化,同时加上一个报警器,并且超温后将自动停止工作。炉门的密封通过一个限位开关控制,当开关按下时,方能开炉门。加温完毕后,设置LED闪光灯和声音报警器同时提醒功能。温度显示用了四个八段数码管来控制,并且设置了加温速度和时间按钮,也有火力大小按钮来调节。还设置有一些功能按扭,但可能因为时间的关系不可能全部做出来。2.1系统原理设计2.1.1系统总体框图设计（1）利用PLC良好的可编程性，快速的信号处理能力和控制能力，辅助以键盘的输入模块，声光显示模块等构成控制系统可编程控制系统模块工作状态设置键盘输入模块温度自检模块状态显示模块声光提示模块红外线检测模块图2.1系统原
10、理框图2.微波炉控制系统主电路图见最后一页附图2.22.1.2微波炉电器结构图图2.3微波炉电器结构图XP.电源插座 FU.熔断器 ST.温控器 T1.低压变压器 S1 S2门联锁开关 S3.门监控开关 RT.热敏传感器 K1 K2.继电器 EL.炉灯 M1.转盘电机 M2.风扇电机 T2.高压变压器 C.高压电容器 V1.保护器二极管 V2.高压二极管 MT.磁控管概述本次设计的微波炉电器运行原理如下： 把要烹饪的食物放入炉内，插上电源插头XP，关好炉门，此时继电器K2常开开关闭合，门联锁开关S1断开。通过温控器ST来控制，继电器K1开关闭合，炉灯亮。启动微波炉，门联锁开关S2闭合，转盘电机
11、M1. 风扇电机M2通电运转。若选择高温档，门监控开关S3闭合，高压变压器T2通电，磁控管MT连续发射微波加热；若选择其他档位，门监控开关S3处于通断交替状态，磁控管MT断续发射微波加热。2.2微波炉外观结构设计2.2.1微波炉内部结构图图2.4微波炉内部结构图(1) 门安全连锁开关 确保炉门关闭，微波炉才能正常工作。 (2) 视频窗 有金属屏蔽层，可透过网孔观察食物烹调情况。(3) 波导口 磁控管发射的微波进入腔体的通道。(4) 转轴 带动玻璃转盘转动。(5) 转盘支承 支承玻璃转盘并按其轨道转动。(6) 玻璃转盘 装好食物的容器放在转盘上，加热时转盘转动，使食物烹调均匀，以达到理想的均匀烹
12、调效果。(7) 控制板 详见控制面板。(8) 光波管 安装在炉腔顶部，使用光波功能时发出光波。(9) 金属网架 光波烹调食物时的托架。2.2.2微波炉控制面板设计（1）指示灯及按键功能简介： 启动当微波炉正常工作时，指示灯亮。当遇到特殊情况时，指示灯灭。停止当微波炉正常工作完时，指示灯灭并发出蜂鸣。并在开门的瞬间使微波炉内的照明灯亮，当门关闭时该灯不亮，若门在规定时间内没有关闭，该灯也熄灭。超温报警通过调通过高敏铂电阻对模拟温度变化并数码管显示。当温度上升到一定的值时，指示灯亮并发出蜂鸣表示过热，温度过热限度由键盘设置。烹调模式 用于不同信息显示的切换。可显示当前的设定时间、当前的炉内温度和设
13、定的最高温度等。 烹调 快速设定当前加热时间和火力的合适烹调的值。一般通过温度传感器将加热温度。烘烤 快速设定当前加热时间和火力的合适烘烤的值。解冻 快速设定当前加热时间和火力的合适解冻的值。温度设置 用于设置加热的温度最高值。有10分、1分、10秒的按键选择。（2）微波炉的控制面板如图下所示图2.5微波炉的控制面板示意第3章 硬件电路设计3.1 元件选择在此次的设计中,因为转盘和风扇都需要电机的带动,故在选择元件时要选择几个重要的元件：PLC机，转盘电机，风扇电机，磁控管和高压变压器。因设计时间的关系,本次设计对其它元件的选择不做详细的说明,但经老师的指导，所有的元件均符合设计的要求。3.1
14、.1 PLC的选择以及I/O参数可编程序控制器简称PLC，它是以微处理器为基础的通用工业控制装置。它的应用面广,功能强大，使用方便，已经成为当代工业自动化的主要支柱之一。PLC广泛地应用在各种机械设备和生产过程的自动控制系统中，PLC在其他领域，如民用和家庭自动化中的应用也是迅速发展，本次设计就基于PLC的智能微波炉控制系统设计。选择合适的PLC系列，PLC根据硬件结构的不同，可以将PLC分为整体式PLC和模块式PLC。本次设计为控制微波炉选用整体式PLC，整体式又叫做单元式或箱体式，CPU模块I/O模块和电源装在一个箱状机壳内，结构非常紧凑，同时它的体积小，价格低等优点。本次设计PLC选用三
15、菱公司FX2N系列的，FX2N系列是三菱公司PLC是FX家族中最先进的系列。具有高速处理及可扩展大量满足单个需要的特殊功能模块等特点，为自动化应用提供最大的灵活性和控制能力。选择具体I/O要求的PLC机根据前面提到的功能要求，其I/O的需求列举如下：继电器驱动：烹饪、烧烤、解冻、火力、转盘、风扇共6个输出ports。蜂鸣器驱动：1个输出ports按键：启动键、停止键、烹饪模式键，定时键共9个输入ports门状态检测：1个输入ports指示灯检测：6个输出ports显示数码管：5个COM，9个段，需14输出ports温度检测：1个A/D输入port简单加起来总共需要27个输出ports，11个输入ports。考虑其他的因素选用PLC系列FX2N64MR001。3.1.2电机的选择及基本参数微波炉的风扇电机（罩极电机系列）：YJ61/10-2。YJ61型主要用于微波炉、吸顶式
