CN101375770B - 全自动豆浆机无源隔离传感装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种全自动豆浆机无源隔离传感装置，包括藉由无变压器降压整流电源电路供电的单片机，及连接该单片机的温度传感器、防溢传感器和防干烧传感器；所述温度传感器、防溢传感器和防干烧传感器均为无源交流电隔离传感器。本发明全自动豆浆机无源隔离传感装置中，由于三个传感器均采用了变压器对交流电进行隔离，使得防溢电极、防干烧电极和热敏电阻这三个传感头在工作时本身均不带电，因而消除了本发明在电源电路中未采用变压器而带来的风险，进一步提高了产品安全性。

Description

全自动豆浆机无源隔离传感装置

技术领域

本发明涉及一种全自动豆浆机无源隔离传感装置。

背景技术

传统的全自动豆浆机无源隔离传感装置中，通常采用由电源变压器和全波桥式整流器共同组成的整流电路给单片机供电，因此连接单片机的温度传感器、防溢传感器和防干烧传感器工作时均带弱电，较为安全。然而目前少数全自动豆浆机无源隔离传感装置中，单片机由于需要直接驱动可控硅来控制电热元件和电机，故往往藉由无变压器降压整流电源电路进行供电。由于电源电路中无变压器，无法对交流电进行有效的隔离，因此这类全自动豆浆机无源隔离传感装置中，温度传感器、防溢传感器和防干烧传感器工作时其传感头上均带有强电，很不安全。

发明内容

本发明目的是：提供一种可对交流电进行有效隔离，工作安全的全自动豆浆机无源隔离传感装置。

本发明的技术方案是：一种全自动豆浆机无源隔离传感装置，包括藉由无变压器降压整流电源电路供电的单片机，及连接该单片机的温度传感器、防溢传感器和防干烧传感器；其特征在于所述防溢传感器包括防溢电极和第一变压器，该第一变压器由两个相互耦合关联的第一电感线圈和第二电感线圈组成，其中第一电感线圈的两端连接防溢电极，而第二电感线圈的上端接单片机的I/O口，下端经第一分压电阻接地，该第一分压电阻的非接地端接入单片机的第一A/D转换器端口；所述防干烧传感器包括防干烧电极和第二变压器，该第二变压器由两个相互耦合关联的第三电感线圈和第四电感线圈组成，其中第四电感线圈的两端连接防干烧电极，而第三电感线圈的上端接单片机的I/O口，下端经第二分压电阻接地，该第二分压电阻的非接地端接入单片机的第二A/D转换器端口；所述温度传感器包括热敏电阻和第三变压器，该第三变压器由两个相互耦合关联的第五电感线圈和第六电感线圈组成，其中第六电感线圈的两端连接热敏电阻，而第五电感线圈的上端接单片机的I/O口，下端经第三分压电阻接地，该第三分压电阻的非接地端则接入单片机的第三A/D转换器端口。

本发明中所述第一分压电阻的非接地端经由第二整流二极管、第一负载电阻和第二滤波电容共同连接而成的半波整流滤波电路接入单片机的第一A/D转换器端口。

本发明中所述第二分压电阻的非接地端经由第三整流二极管、第二负载电阻和第三滤波电容共同连接而成的半波整流滤波电路接入单片机的第二A/D转换器端口。

本发明中所述第三分压电阻的非接地端经由三极管、第三负载电阻、第四整流二极管和第四滤波电容共同连接而成的运算放大电路接入单片机的第三A/D转换器端口。

本发明中所述无变压器降压整流电源电路为电阻降压式电源电路或者阻容降压式电源电路。当然为了进一步简化电路结构，节约成本，本发明中的无变压器降压整流电源电路优选电阻降压式电源电路，且该电阻降压式电源电路，该电阻降压式电源电路由第一整流二极管，稳压二极管、第一滤波电容和至少一个降压电阻共同连接而成；所述第一整流二极管的负极经降压电阻接交流电源的一个输入端，而第一整流二极管的正极与稳压二极管的正极连接后一起接入单片机的一个I/O口；第一滤波电容并联在稳压二极管两端，而稳压二极管的负极连接交流电源的另一输入端后一起接入单片机的另一个I/O口。

本发明优点是：

1.本发明全自动豆浆机无源隔离传感装置中，由于三个传感器均采用了变压器对交流电进行隔离，使得防溢电极、防干烧电极和热敏电阻这三个传感头在工作时本身均不带电，因而消除了本发明在电源电路中未采用变压器而带来的风险，进一步提高了产品安全性。

附图说明

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

图1为本发明全自动豆浆机无源隔离传感装置的原理图。

具体实施方式

实施例：结合图1所示为本发明全自动豆浆机无源隔离传感装置的一种具体实施方式：它包括交流电源、电阻降压式电源电路21、单片机U1、传感控制单元22、加热控制单元和电机控制单元。

所述交流电源为220V市电，其一个输入端AC1接火线；而另一输入端AC2接零线，电位为0V，也为接地端。且本实施例中所述交流电源的输入端AC1和AC2间连接有电容C1。

所述电阻降压式电源电路21由第一降压电阻R1、第二降压电阻R2，第一整流二极管D1，稳压二极管DW1和第一滤波电容CD1共同连接而成。所述第一整流二极管D1的负极经第一、第二降压电阻R1、R2后接交流电源输入端AC1，而第一整流二极管D1的正极与稳压二极管DW1的正极连接后一起接入单片机的I/O口1，作为单片机U1的直流供电电源的正极。第一滤波电容CD1并联在稳压二极管DW1两端，而稳压二极管DW1的负极连接交流电源输入端AC2后一起接入单片机U1的I/O口20，作为单片机U1的直流供电电源的负极。本实施例中交流电源经第一、第二降压电阻R1、R2降压，第一整流二极管D1半波整流、稳压二极管DW1稳压和第一滤波电容CD1滤波后提供一个5V的电源给单片机U1使用。

所述传感控制单元22由温度传感器、防溢传感器和防干烧传感器共同组成。且所述温度传感器、防溢传感器和防干烧传感器均为无源交流电隔离传感器，具体如下：

防溢传感器的主体是第一变压器T1，该第一变压器T1由两个相互耦合关联的第一、第二电感线圈L1、L2组成，其中第一电感线圈L1的两端连接防溢电极F，而第二电感线圈L2的上端接单片机U1的I/O口5，下端则经第一分压电阻R16接地，该第一分压电阻R16的非接地端则经由第二整流二极管D2、第一负载电阻R15和第二滤波电容C4共同连接而成的半波整流滤波电路接入单片机U1的第一A/D转换器端口16。

该防溢传感器的工作原理如下：单片机U1的I/O口5提供一交流信号在第二电感线圈L2一端的回路中，而防溢电极F可等效成接入第一电感线圈L1一端的阻抗，该阻抗将被反射在第二电感线圈L2上。当防溢电极F利用液体回路形成电阻后使得第一电感线圈L1上的阻抗下降，反射在第二电感线圈L2上的阻抗也随之下降，体现在第一分压电阻R16上的信号压降随之升高，该信号压降经整流后输入单片机U1的第一A/D转换器端口16转换成数字信号。

所述防干烧传感器的主体是第二变压器T2，该第二变压器T2由两个相互耦合关联的第三、第四电感线圈L3、L4组成，其中第四电感线圈L4的两端连接防干烧电极G，而第三电感线圈L3的上端接单片机U1的I/O口5，下端则经第二分压电阻R14接地，该第二分压电阻R14的非接地端则由第三整流二极管D3、第二负载电阻R13和第三滤波电容C5共同连接而成的半波整流滤波电路接入单片机U1的第二A/D转换器端口15。

该防干烧传感器的工作原理如下：单片机U1的I/O口5提供一交流信号在第三电感线圈L3一端的回路中，而防干烧电极G可等效成接入第四电感线圈L4一端的阻抗，该阻抗将被反射在第三电感线圈L3上。当防干烧电极G利用液体回路形成电阻后使得第四电感线圈L4上的阻抗下降，反射在第三电感线圈L3上的阻抗也随之下降，体现在第二分压电阻R14上的信号压降随之升高，该信号压降经整流后输入单片机U1的第二A/D转换器端口15转换成数字信号。

所述温度传感器的主体是第三变压器T3，该第三变压器T3由两个相互耦合关联的第五、第六电感线圈L5、L6组成，其中第六电感线圈L6的两端连接热敏电阻H，而第五电感线圈L5的上端接单片机U1的I/O口5，下端则经第三分压电阻R12接地，该第三分压电阻R12的非接地端则经由三极管U2A、第三负载电阻R11、第四整流二极管D4和第四滤波电容C6共同连接而成的运算放大电路接入单片机U1的第三A/D转换器端口14。

该温度传感器的工作原理如下：单片机U1的I/O口5提供一交流信号在第五电感线圈L5一端的回路中，而热敏电阻H可等效成接入第六电感线圈L6一端的阻抗，该阻抗将被反射在第五电感线圈L5上。当液体温度的变化导致热敏电阻H的阻值变化后，反射在第五电感线圈L5上的阻抗也随之变化，体现在第三分压电阻R12上的信号压降随之变化，该信号压降经放大后输入单片机U1的第三A/D转换器端口14转换成数字信号。

相比传统的传感器控制电路，本发明中由于上述三个传感器均借助变压器的两个耦合的电感线圈传递交流压降信号，对交流电进行隔离，因此使得防溢电极、防干烧电极和热敏电阻这三个传感头在工作时本身均不带电，消除了本发明在电源电路中未采用变压器而带来的风险，进一步提高了产品安全性。

本实施例中所述加热控制单元由第一可控硅串联驱动电路和加热元件R17构成，加热元件R17在该电原理图中等效为一个发热电阻。所述第一可控硅串联驱动电路由第一主控可控硅TR1、第三主控可控硅TR3、第一前级可控硅TR4，第一电阻R7、第二电阻R8共同构成；其中第一主控可控硅TR1和第三主控可控硅TR3串联连接，具体是第三主控可控硅TR3的第一主电极接第一主控可控硅TR1的第一主电极，同时第三主控可控硅TR3的第二主电极接交流电源输入端AC2，而第一主控可控硅TR1的第二主电极接加热元件R17的一端，而加热元件R17的另一端接交流电源输入端AC1。单片机U1的一个I/O口12经第一电阻R7接第一前级可控硅TR4的控制极，第一前级可控硅TR4的第二主电极接第三主控可控硅TR3的控制极，而第一前级可控硅TR4的第一主电极经第二电阻R8接第一主控可控硅TR1的控制极。

该第一可控硅串联驱动电路的工作原理如下：

当单片机U1的I/O口12的输出电压为0V时，第一主控可控硅TR1、第三主控可控硅TR3、第一前级可控硅TR4关闭。

当单片机U1的I/O口12的输出电压为-5V时，第三主控可控硅TR3与第一前级可控硅TR4开启，而第一前级可控硅TR4开启后形成第一主控可控硅TR1的控制极电流，使得第一主控可控硅TR1也开启，从而接通加热元件R17的交流电源供电回路，使加热元件R17正常工作。并且所述三个可控硅TR1、TR3和TR4均可通过单片机U1输出信号调整导通角，从而实现加热功率的无级调控，尤其能够在煮豆浆时实现文火连续熬煮，充分分解蛋白质的效果，且不会造成糊加热元件及豆浆烧焦现象。

当然使用第一可控硅串联驱动电路还能够实现加热元件R17的双级保护，具体如下：

若设第三主控可控硅TR3失控(击穿)，则当单片机U1的I/O口12的输出电压为0V时，第一前级可控硅TR4依旧无法导通，使得第一主控可控硅TR1的控制极电流为零，这样第一主控可控硅TR1就关闭加热元件R17的交流电源供电回路。

若设第一主控可控硅TR1失控(或击穿)，则当单片机U1的I/O口12的输出电压为0V时，则由于第三主控可控硅TR3和第一前级可控硅TR4的控制极电流为零，两者关闭加热元件R17的交流电源供电回路。

由此可见采用上述第一可控硅串联驱动电路，即使第一主控可控硅TR1或第三主控可控硅TR3中某一个失控或击穿，则当单片机U1的I/O口12的输出电压为0V时依旧能够切断加热元件R17的交流电源供电回路，故能够保证该全自动豆浆机模糊控制加热装置的工作安全性和可靠性。

所述电机控制单元由第二可控硅串联驱动电路和电机构成，其中所述第二可控硅串联驱动电路由第二主控可控硅TR2、第三主控可控硅TR3、第二前级可控硅TR5，第三电阻R9、第四电阻R10共同构成；其中第三主控可控硅TR3和第二主控可控硅TR2串联连接，具体是第三主控可控硅TR3的第一主电极接第二主控可控硅TR2的第一主电极，同时第三主控可控硅TR3的第二主电极接交流电源输入端AC2，而第二主控可控硅TR2的第二主电极接电机M1的一端，而电机M1的另一端接交流电源的输入端AC1。单片机U1的一个I/O口19经第三电阻R9接第二前级可控硅TR5的控制极，第二前级可控硅TR5的第二主电极接第三主控可控硅TR3的控制极，而第二前级可控硅TR5的第一主电极经第四电阻R10接第二主控可控硅TR2的控制极。同样的，所述第二可控硅串联驱动电路中的三个可控硅TR2、TR3和TR5能够通过单片机U1输出信号调整导通角，从而实现电机的无级调速，提高打浆质量，且有利于电机M1的“软启动”和“软关闭”，延长电机寿命。并且所述第二可控硅串联驱动电路与第一可控硅串联驱动电路一样也能够实现电机M1的双级保护，保证该全自动豆浆机模糊加热电路的工作安全性和可靠性，其具体原理同第一可控硅串联驱动电路，不再多述。

并且本实施例中所述第一可控硅串联驱动电路与第二可控硅串联驱动电路进一步共用一个第三主控可控硅TR3，该第三主控可控硅TR3相当于两路可控硅串联驱动电路的总开关，不仅起到了同时实现加热元件R17和电机M1双级保护的功能，也节省了成本。

本实施例全自动豆浆机无源隔离传感装置的工作过程是，接通交流电源后，电阻降压式电源电路21向单片机U1供电，防干烧传感器对水位进行测量，并将测得信号经第一A/D转换器端口16加至单片机U1，若水位正常，则单片机U1继续工作(若水位不正常则单片机U1停止发出后续工作信号)，同时温度传感器对水温进行测量，若低于标准要求温度，则通过第三A/D转换器端口14给单片机U1一个信号，并由单片机U1的I/O口12输出一低电平-5V驱动第一、第三主控可控硅TR1、TR3开启，接通加热元件R17的交流电源供电回路。当温度加热达到标准要求时，单片机U1的I/O口19输出低电平-5V，驱动第二、第三主控可控硅TR2、TR3开启，接通电机M1开始打浆。当电机M1工作到额定时间后单片机U1的I/O口19输出高电平0V，将电机M1的供电电路切断，然后防溢传感器开始检测水位上溢信号，并将测得信号经第二A/D转换器端口15加至单片机U1，若水位未上溢，则单片机U1的I/O口12再次输出低电平-5V驱动加热元件R17对豆浆进行加热煮沸，当豆浆煮沸达到额定时间后，单片机U1的I/O口12发出高电平0V，切断加热元件R17电源。豆浆在煮沸过程中发生溢出时，溢出传感器若测得水位上溢信号，将发出信号推动单片机U1输出控制信号控制可控硅导通角来减小加热元件R17输出功率，而非完全关闭加热元件，防止溢出，待溢出停止后继续提高加热元件R17功率加热。

当然本发明全自动豆浆机无源隔离传感装置在具体工作时主要通过固化在单片机U1中的控制程序对豆浆的加工过程实施智能程序控制，规范豆浆打浆时的水温和煮沸时间，使制成品的质量好口感佳。至于单片机U1中的控制程序对于本领域相关技术人员来说易于实现，本发明不再多述。

Claims (6)

1.一种全自动豆浆机无源隔离传感装置，包括藉由无变压器降压整流电源电路供电的单片机(U1)，及连接该单片机(U1)的温度传感器、防溢传感器和防干烧传感器；其特征在于所述防溢传感器包括防溢电极(F)和第一变压器(T1)，该第一变压器(T1)由两个相互耦合关联的第一电感线圈(L1)和第二电感线圈(L2)组成，其中第一电感线圈(L1)的两端连接防溢电极(F)，而第二电感线圈(L2)的上端接单片机(U1)的I/O口(5)，下端经第一分压电阻(R16)接地，该第一分压电阻(R16)的非接地端接入单片机(U1)的第一A/D转换器端口(16)；所述防干烧传感器包括防干烧电极(G)和第二变压器(T2)，该第二变压器(T2)由两个相互耦合关联的第三电感线圈(L3)和第四电感线圈(L4)组成，其中第四电感线圈(L4)的两端连接防干烧电极(G)，而第三电感线圈(L3)的上端接单片机(U1)的I/O口(5)，下端经第二分压电阻(R14)接地，该第二分压电阻(R14)的非接地端接入单片机(U1)的第二A/D转换器端口(15)；所述温度传感器包括热敏电阻(H)和第三变压器(T3)，该第三变压器(T3)由两个相互耦合关联的第五电感线圈(L5)和第六电感线圈(L6)组成，其中第六电感线圈(L6)的两端连接热敏电阻(H)，而第五电感线圈(L5)的上端接单片机(U1)的I/O口(5)，下端经第三分压电阻(R12)接地，该第三分压电阻(R12)的非接地端则接入单片机(U1)的第三A/D转换器端口(14)。

2.根据权利要求1所述的全自动豆浆机无源隔离传感装置，其特征在于所述第一分压电阻(R16)的非接地端经由整流二极管(D2)、第一负载电阻(R15)和滤波电容(C4)共同连接而成的半波整流滤波电路接入单片机(U1)的第一A/D转换器端口(16)。

3.根据权利要求1所述的全自动豆浆机无源隔离传感装置，其特征在于所述第二分压电阻(R14)的非接地端经由整流二极管(D3)、负载电阻(R13)和滤波电容(C5)共同连接而成的半波整流滤波电路接入单片机(U1)的第二A/D转换器端口(15)。

4.根据权利要求1所述的全自动豆浆机无源隔离传感装置，其特征在于所述第三分压电阻(R12)的非接地端经由三极管(U2A)、负载电阻(R11)、整流二极管(D4)和滤波电容(C6)共同连接而成的运算放大电路接入单片机(U1)的第三A/D转换器端口(14)。

5.根据权利要求1所述的全自动豆浆机无源隔离传感装置，其特征在于所述无变压器降压整流电源电路为电阻降压式电源电路(21)或者阻容降压式电源电路。

6.根据权利要求5所述的全自动豆浆机无源隔离传感装置，其特征在于所述无变压器降压整流电源电路为电阻降压式电源电路(21)，该电阻降压式电源电路(21)由第一整流二极管(D1)，稳压二极管(DW1)、第一滤波电容(CD1)和至少一个降压电阻共同连接而成；所述第一整流二极管(D1)的负极经降压电阻接交流电源的一个输入端(AC1)，而第一整流二极管(D1)的正极与稳压二极管(DW1)的正极连接后一起接入单片机(U1)的一个I/O口(1)；第一滤波电容(CD1)并联在稳压二极管(DW1)两端，而稳压二极管(DW1)的负极连接交流电源的另一输入端(AC2)后一起接入单片机(U1)的另一个I/O口(20)。

Images