電子系統(tǒng)概論 第十二講_燃?xì)庠罹哂蜔煓C(jī)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)

1、 灶具和油煙機(jī)灶具和油煙機(jī) 嵌入式智能協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)嵌入式智能協(xié)調(diào)控制系統(tǒng) 杭州電子科技大學(xué)杭州電子科技大學(xué)1、目前全國(guó)年產(chǎn)燃?xì)庠罹吆陀蜔煓C(jī)各2000萬(wàn)臺(tái)，產(chǎn)值100億。2、燃?xì)庠罹?、油煙機(jī)仍以機(jī)械式為主，技術(shù)含量相對(duì)較低，也是目前唯一沒(méi)有進(jìn)入智能化的家電產(chǎn)品。3、整體廚房越來(lái)越受到消費(fèi)者親睞，燃?xì)庠罹吆陀蜔煓C(jī)“一體化”協(xié)調(diào)控制也是大勢(shì)所趨。、廚電產(chǎn)品更注重安全、節(jié)能、美觀和操作方便。1、主要技術(shù)指標(biāo)、主要技術(shù)指標(biāo) 工作電壓：AC 160V260V。 定時(shí)范圍：1-99分鐘。 具有自動(dòng)燒水、煲湯和恒溫油炸等自動(dòng)烹調(diào)功能。 協(xié)調(diào)控制功能：油煙機(jī)能根據(jù)灶具火力大小和燒煮情況，自動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)力大小。 風(fēng)機(jī)

2、調(diào)速范圍：20%-100% ，變頻調(diào)速二、產(chǎn)品技術(shù)要求和總體設(shè)計(jì)方案二、產(chǎn)品技術(shù)要求和總體設(shè)計(jì)方案火力和風(fēng)速大小均可由“”、“”數(shù)字鍵控制觸摸感應(yīng)操作按鍵，VFD屏狀態(tài)顯示。安全保護(hù)：點(diǎn)火不成功、燒煮過(guò)程熄火、燃?xì)庑孤?、以及灶具工作結(jié)束后自動(dòng)切斷氣源。 測(cè)溫范圍：0-300 測(cè)溫精度：5%工作溫度：02、總體設(shè)計(jì)方案、總體設(shè)計(jì)方案 為了實(shí)現(xiàn)灶具和油煙機(jī)的協(xié)調(diào)智能控制， 系統(tǒng)擬采用主從式結(jié)構(gòu)，即由一個(gè)主機(jī)（灶具控制器）和一個(gè)從機(jī)（油煙機(jī)控制器）組成。 主機(jī)和從機(jī)間可采用如下幾種通信方案： 紅外無(wú)線(xiàn)通信 315MHZ無(wú)線(xiàn)通信 RS232 有線(xiàn)通信 電力線(xiàn)載波通信 最終我們采用電力線(xiàn)載波通信。 總體

3、結(jié)構(gòu)方案總體結(jié)構(gòu)方案三、灶具控制器（主機(jī)）設(shè)計(jì)三、灶具控制器（主機(jī)）設(shè)計(jì)1、火力控制方案選擇、火力控制方案選擇（1）、方案一本項(xiàng)目的關(guān)鍵是控制灶具火力大小，方案一選用線(xiàn)性比例電磁閥，由電磁閥線(xiàn)圈電流的大小，決定閥門(mén)開(kāi)度。此方案的優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低；缺點(diǎn)：線(xiàn)圈電流大小不易控制，要保持閥門(mén)開(kāi)度，就必須在線(xiàn)圈上通電流，因此灶具工作時(shí)功耗較大。（2）、方案二方案二選用步進(jìn)電機(jī)控制機(jī)械旋塞閥 ，由閥門(mén)旋轉(zhuǎn)角度決定開(kāi)度大小。此方案的優(yōu)點(diǎn)：控制精度較高，火力調(diào)節(jié)結(jié)束后，步進(jìn)電機(jī)不需要通電維持，因此功耗較小。缸點(diǎn)：此方案一成本略高。2、溫度傳感器選擇、溫度傳感器選擇（1）、方案一 選用PT100鉑電阻，優(yōu)

4、點(diǎn)：線(xiàn)性好，溫度 范圍寬； 缺點(diǎn)：阻值小，價(jià)格高。（2）、方案二 選用熱電偶，優(yōu)點(diǎn)：溫度范圍寬，結(jié)構(gòu)堅(jiān)固； 缺點(diǎn)：線(xiàn)性比鉑電阻、需冷端補(bǔ)償。（3）、方案三選NTC熱敏電阻，優(yōu)點(diǎn)：價(jià)格低，體積小， 缺點(diǎn)：非線(xiàn)性嚴(yán)重，需用軟件補(bǔ)償處理。灶具控制器（主機(jī)）結(jié)構(gòu)方案灶具控制器（主機(jī)）結(jié)構(gòu)方案3、MCU選擇選擇 I/O口線(xiàn)數(shù)量：口線(xiàn)數(shù)量： A、按鍵10個(gè)，故需10根掃描線(xiàn)； B、4位VFD數(shù)碼管顯示，再加上狀態(tài)信號(hào)燈，共需6位，即6根數(shù)據(jù)線(xiàn)；每個(gè)數(shù)碼管8段，共需14根數(shù)據(jù)線(xiàn) C、步進(jìn)電機(jī)為四相八拍控制，故每只需4根控制線(xiàn)，2只電機(jī)共需8根控制線(xiàn) D、2只電磁閥共需2根控制線(xiàn) E、溫度檢測(cè)3路：灶具熄火保

5、護(hù)2路，鍋底溫度檢測(cè)1路。 F、外擴(kuò)EEROM一片，IIC接口，需3根控制線(xiàn) G、主從通信需2根線(xiàn)。 從上可知，至少需要42根控制線(xiàn)。 FLASH容量估算：容量估算：主要主要估算PID及模糊控制程序大小考慮工作溫度及可靠性：考慮工作溫度及可靠性：選擇工業(yè)級(jí)MCU考慮芯片價(jià)格：考慮芯片價(jià)格：家用消費(fèi)電子產(chǎn)品 最終選用FREESCALE的汽車(chē)級(jí)單片機(jī) MC68HC908AW32。4、感應(yīng)觸摸按鍵電路設(shè)計(jì)、感應(yīng)觸摸按鍵電路設(shè)計(jì) 感應(yīng)按鍵可采用QUTAN或ATMEL公司的專(zhuān)用集成電路，也可采用分立器件構(gòu)成的感應(yīng)電路，考慮成本因素，我們采用分立器件構(gòu)成的電路，振蕩頻率455kHZ5、顯示電路設(shè)計(jì)、顯示電

6、路設(shè)計(jì) 考慮到LCD顯示不清晰、LED功耗大、最終采用VFD屏。 VFD屏又稱(chēng)熒光數(shù)碼管已大量應(yīng)用于高檔家電及汽車(chē)電子產(chǎn)品中，它是燈絲通電后，場(chǎng)致發(fā)光器件。項(xiàng) 目Item符號(hào)Symbol最小值Min推薦值Recommended最大值Max單位Unit燈絲電壓 Filament VoltageE f2.62.83.0Vac柵極電壓 Grid VoltageE c_2528Vp-p陽(yáng)極電壓Anode VoltageE b_2528Vp-p占空系數(shù) Duty FactorD u_1/6_脈沖寬度 Pulse WidthT p_100_s工作溫度 Operating Temptop-20_70儲(chǔ)存溫度

7、 Storage TempT s t g-55_80發(fā) 光 顏 色Color Of Illumination綠Green 藍(lán)Blue 橙OrangeVFD額定參數(shù)：項(xiàng) 目Item符號(hào)Symbol測(cè)試條件Test connection最小值Min典型值Typical最大值Max單位Unit燈絲電流Filament currentIfEf =2.8VacEb=ec=0195210220mAac陽(yáng)極電流Anode CurrentibEf=2.8VacEb=25Vp-pEc=25Vp-pDu=1/6Tp=100s(筆端全選)8.5柵極電流Grid Currentic9.5亮度LuminanceL(G)

8、350（102）700（204）_Cd/m2(fl)L(B)40（12）80（24）_Cd/m2(fl)L(Or)60（17）120（34）_Cd/m2(fl)_Cd/m2(fl)位間亮度比Luminance RatioLmin/Lmax50_%柵極截止電壓Grid Cut-off voltageEccoEf=2.8VacEb=25Vdc-4.5_Vdc陽(yáng)極截止電壓Anode Cut-off voltageEbcoEf=2.8VacEb=25VdcDu=1/6Tp=100s-4.5_Vdc6、測(cè)溫電路設(shè)計(jì)（、測(cè)溫電路設(shè)計(jì)（0-500）A、火焰溫度檢測(cè)RT選用T型銅銅鎳熱電偶.對(duì)應(yīng)火焰溫度300

9、 為-30mVB、鍋底溫度檢測(cè)（、鍋底溫度檢測(cè)（0-350）鍋底溫度傳感器3選用NTC，D1為2.5V穩(wěn)壓管7、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路名稱(chēng):24BYJ48-01額定電壓12VDC相數(shù)4減速比1/64步距角5.625 /64直流電阻507%(25)空載牽入頻率600Hz空載牽出頻率1000Hz選用選用4相八拍步進(jìn)電機(jī)相八拍步進(jìn)電機(jī) 控制極 1 2 3 4 5 6 7 8 5 + + + + + + + + 4 - - - 3 - - - 2 - - - 1 - - -節(jié)拍： 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 脈沖時(shí)序圖： 5： 4： 3： 2： 1： 基于單片機(jī)的控制的

10、步進(jìn)電路驅(qū)動(dòng)電路：8、高壓脈沖點(diǎn)火電路設(shè)計(jì)、高壓脈沖點(diǎn)火電路設(shè)計(jì)產(chǎn)生產(chǎn)生12KV點(diǎn)火脈沖點(diǎn)火脈沖：9、電源設(shè)計(jì)、電源設(shè)計(jì)n單片機(jī)供電: 4.3V/1An步進(jìn)電機(jī)供電: 12V/1AnVFD顯示器供電: 25V/0.5A9、電源設(shè)計(jì)、電源設(shè)計(jì)A、AC/DC 12VB、12V /4.0V 電源設(shè)計(jì)電源設(shè)計(jì)76182534MC33063C221500pFD2IN5819L1220uHR200.39R211kR222.2k+E1470uF/25V+E21000uF/10VC240.1uFVin(+12V)Vout(+4.0V)12345678IC3MC33063R300.22R31180R322.2kR3343kC251500pF+E3100uF/25V+E4220uF/50VL2220uHD1IN581912KJ112VGND+25VC260.1uFB、12V /25V 電源設(shè)計(jì)電源設(shè)計(jì)n能根據(jù)灶具燒煮情況自動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)力大小n通過(guò)操作面板手動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)力大小n風(fēng)力無(wú)級(jí)調(diào)速n風(fēng)機(jī)功率四、油煙機(jī)控制器（下位機(jī)）四、油煙機(jī)控制器（下位機(jī)）四、油煙機(jī)控制器（下位機(jī)）四、油煙機(jī)控制器（下位機(jī)）、從機(jī)單片機(jī)選擇從機(jī)操作按鍵：個(gè)模擬啟動(dòng)、停止、主從通信：根電機(jī)調(diào)速：根，其中個(gè)燈光控制：根共需個(gè)最終選STM32F103、風(fēng)機(jī)調(diào)速方案電機(jī)轉(zhuǎn)速：=60f/p 、風(fēng)機(jī)調(diào)速電路設(shè)計(jì)（）（） AC-DC電路