CN101606543B - 自动化全羊烤炉 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动化全羊烤炉，它包括炉体、炉盖、用来夹放烤制食物的箅子、主轴、皮带轮、皮带、主轴电机、炭盒、主轴电机驱动电路、用于接收各种程控指令的键盘处理电路和电源电路，所述箅子安装在位于炉体内的主轴上，所述主轴电机通过皮带和皮带轮与炉体内的主轴连接，所述主轴电机驱动电路的输出端和主轴电机的输入端相连，所述键盘处理电路的单片机和多个按键相连，所述电源电路的输出端分别和所述主轴电机的电源输入端、所述主轴电机驱动电路的电源输入端、所述键盘处理电路的电源输入端相连。该烤炉实现了烤制过程的自动化，劳动强度低，工作效率高，木炭利用率高，功能多样。该烤炉不仅可烤制全羊，还可烤制其他肉类。

Description

自动化全羊烤炉

技术领域

本发明是一种以木炭为热源的烤制用机械设备，涉及一种烤制肉类，特别是烤制全羊的、带有炉箅的自动化全羊烤炉。

背景技术

目前，烤肉机主要有炭烤制炉具和电烤制炉具两种。使用炭烤制炉具，操作者必须经常人工翻动食物，且容易使肉质受热不均，有时会焦糊，这种炉具存在功能单一、工作效率低和劳动强度大的缺点。电作为热源的炉具存在耗电大、热效率低、成本高等问题。

中国专利公开号CN2926844，公开日2007年07月25日，发明创造的名称为全羊烧烤炉，该申请案公开了一种采用电机带动的炭式全羊烧烤炉。其不足之处是该实用新型只给出了粗略的结构框架，未详细说明烧烤炉的结构特征、功能特点等技术特征，缺乏可实施性，而且也没有将该烤炉的功能进一步完善，不能自动化地实现全羊的烤制，即：只是采用减速电机简单地解决了全羊的旋转问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种自动化全羊烤炉，它采用自动控制电路可实现烤制过程的自动化，降低劳动强度，提高了工作效率，同时，使得烤制食物受热均匀、味道纯正；该烤炉采用自动控制温度电路，因而提高了木炭的热效率，节约能源；同时，该烤炉具有功能多、完善的特点。

本发明通过下述技术方案予以实现：本发明包括炉体、位于炉体上方的炉盖、用来夹放烤制食物的箅子、主轴、皮带轮、皮带、主轴电机、用来盛放木炭的炭盒、主轴电机驱动电路、用于接收各种程控指令的键盘处理电路和电源电路。所述主轴电机和主轴相连接；所述箅子位于所述炉体内部，安装在位于炉体内的主轴上；所述皮带轮位于主轴的一侧，和主轴固定在一起，所述主轴电机和皮带轮位于主轴的同一侧，所述主轴电机通过皮带和皮带轮与炉体内的主轴连接，带动主轴和箅子同时旋转；所述主轴电机驱动电路的输出端和主轴电机的输入端相连接；所述键盘处理电路的单片机U1和多个按键相连；所述电源电路的输出端和所述主轴电机的电源输入端相连，所述电源电路的输出端和所述主轴电机驱动电路的电源输入端相连，所述电源电路的输出端还和所述键盘处理电路的电源输入端相连。

所述炉盖上部开有排烟孔，外侧安装有手柄；所述炉盖通过位于炉盖后侧的合页连接炉体，以合页所在连接处为轴，炉盖相对于炉体可以张开任意角度；位于所述炉盖后侧的定位扣和炉体采用螺栓连接或焊接方法固定，定位扣的竖立部分是倾斜的，和水平面的夹角大于90°。

所述箅子由上下两个单网、换档扣和锁扣组成，所述单网包含多个导油轨，所述换档扣中有三个挡舌；所述单网外轮廓形状为沙漏状，沿纵轴方向左右对称；所述导油轨沿横轴方向看进去，形似燕尾状；所述主轴穿过所述箅子的下单网的横向中心轴，所述上下两个单网通过放置在四角处的换档扣、锁扣相连。

所述炭盒是可抽取式的炭盒，由用于盛放木炭的上层和用于接灰的下层组成；所述炭盒两侧还设有集油槽，所述集油槽和箅子的两侧边缘位置相对应；所述炭盒的前端设有手柄。

所述皮带轮上安装有可拆卸的摇动手柄。炉支架位于炉体下方，定向脚轮和可变向脚轮与炉支架底部相连。

本发明还包括自动控温电路，它由温度传感器、风扇、风扇电机和风扇电机驱动电路组成；温度传感器位于炉体内壁，温度传感器的输出端与单片机U1相连，风扇和风扇电机位于炉体内侧；所述风扇电机驱动电路的输出端和风扇电机的输入端相连接，用于拖动风扇电机转动。

所述风扇电机驱动电路由Atmel公司生产的型号为ATmega8515单片机U1、电阻R1和R21-R25、光电耦合器U4、NPN型三极管Q4和Q7、N沟道COMS管Q2、风扇电机B2、手动开关SW2、按键S6、电容C1-C3和一个晶体振荡器Y1组成；三极管Q7和电阻R25连接组成风扇电机保护电路；由光电耦合器U4、电阻、三极管组成的风扇电机驱动电路与单片机U1相连；二极管D2的阳极和主轴电机B2的正极相连，二极管D2的阴极和主轴电机B2的负极相连，二极管D2和主轴电动机B2构成COMS管Q2的保护回路。

自动控温电路保持炉体内部恒温的方法，通过以下步骤实现：

(1)温度传感器将采集到的温度值T1传送给单片机U1，采集到的温度值T1与较低温度值TL相减，将得到的差值存入变量A中，延时一段时间，再将第二次采集到的温度T2与较低温度TL相减，将得到的差值存入变量B中，将这两次的差值再相减求得的差值存入变量Y中；

(2)若变量Y大于0，表明温度呈上升状，若温度T2小于较低温度TL，表明木炭未充分燃烧，单片机U1发出一个控制信号给风扇电机，启动风扇转动，使木炭充分燃烧；

若温度T2大于较低温度TL，单片机还要再作一次判断，若大于较高温度TH，表明木炭已经充分燃烧，单片机U1发出一个控制信号给风扇电机，停止风扇转动，若小于较高温度TH，让风扇继续转动；

(3)若变量Y小于0，表明温度呈下降状，单片机U1再对采集到的温度作判断，若温度T2大于较高温度TH，表明木炭燃烧已经很充分，单片机U1发出一个控制信号给风扇电机，停止风扇转动；

若T2小于较高温度TH，单片机还要再作一次判断，若大于较低温度TL，风扇仍停止转动，如果小于较低温度TL，说明木炭未充分燃烧，单片机U1发出一个控制信号给风扇电机，启动风扇转动，使木炭燃充分烧；

(4)继续从步骤(1)重复上述过程。

所述主轴电机驱动电路由单片机U1、电阻R1、R9-R14、光电耦合器U3、NPN型三极管Q3和Q8、N沟道COMS管Q1、主轴电机B1、手动开关SW1、按键S6、电容C1-C4和一个晶体振荡器Y1组成；由三极管Q8和电阻R14连接组成主轴电机B1保护电路；由光电耦合器U3、电阻、三极管组成的直流电机驱动电路与单片机U1相连；二极管D1的阳极和主轴电机B1的正极相连，二极管D1的阴极和主轴电机B1的负极相连，二极管D1和主轴电动机B1构成COMS管Q1的保护回路。

采用程控化自动方式烤制全羊的方法，通过如下几个阶段实现：第一个阶段主轴电机转动速度v1缓慢，时间ST1较长；第二个阶段主轴电机转动速度v2加快，时间最长；第三个阶段主轴电机转动速度v3再次放慢，时间ST3最短，第三阶段结束，完成烤制任务，其中ST2＞ST1＞ST3，v2大于v1和v3。

所述键盘控制电路它是由单片机U1、按键S1-S6、电阻R1-R6、电容C1-C3和一个晶体振荡器Y1组成；按键S1-S6分别与单片机U1相连，并分别与上拉电阻R2-R6串联接到5V电压上；按键S1是启动/停止按键，按键S2是功能转换/确认复用按键，用于调速、定时、烤制方式选择三种不同功能之间的切换和在各种参数设定结束后按下此键进行确认，按键S3是暂停键，按键S4、S5是上选、下选键，用于调整调速、定时和设置烤制方式等状态下的功能参数，按键S1、S2、S4和S5均为复用按键。

所述电源电路由继电器工作电路和直流电源电路组成；所述继电器工作电路由单片机U1、电阻R26、R27、继电器K1、三极管Q6、电源输出接口JP1、二极管D3、发光二极管DS7、按键S6、电容C1-C3和一个晶体振荡器Y1组成；由继电器K1、电阻、三极管组成继电器工作电路与单片机U1相连；单片机U1的输出信号经过三极管Q6，加载到继电器K1的线圈两端，控制继电器K1的吸合与断开；二极管D3的阳极、阴极和继电器K1的两端相连，二极管D3和继电器K1组成三极管Q6的保护电路；所述继电器工作电路设有蓄电池接口JP2，和电源输出接口JP1并联，用于在没有市电的情况下由蓄电池供电，提供24V和5V直流输入电压；所述直流电源电路提供24V和5V两种直流电压。

与现有技术相比，本发明有益效果是：

1.通过自动控制电路可实现烤制过程的自动化，降低了劳动强度低，提高了工作效率高，同时，使得烤制食物受热均匀、味道纯正。

2.功能齐全、操作简单。本烤炉有三种工作方式——自动、半自动和手动。其中，操作者通过键盘处理电路中的按键切换自动和半自动工作方式。自动方式是程控化的，已经把电动机转动的时间和转速结合在一起编入程序，用户只需根据不同口味选择档位即可，整个烤制工作结束，报警电路会发出报警声，提醒操作者取出食物。半自动方式是操作者自己通过键盘处理电路人工设定烤制时间和主轴转速，整个烤制工作结束，报警电路会发出报警声，提醒操作者取出食物。手动方式是主轴电机不运行，操作者通过摇动主轴手柄，进行人工烤制。

3.可自动保持炉内恒温，使烤制过程始终保持在最佳温度，使能源利用合理。自动控制电路中的单片机对温度传感器传输过来的温度值进行判别，如果温度比较低，说明木炭燃烧不充分，这时驱动风扇工作，加快木炭表面的空气对流，使木炭充分燃烧；如果温度适中，说明木炭燃烧比较充分，这时停止风扇工作。

4.减少烤制食物渗油引起的二次污染。箅子中包括多根导油轨，从横轴方向看进去，形似燕尾状；箅子的单网的外轮廓形状近似沙漏状，沿纵轴方向左右对称；炭盒两侧的集油槽和箅子的两侧边缘位置相对应。在烤制过程中，从肉里渗出的油，利用油的粘稠特性和地球重力，沿着导油轨走势的方向流动，集中到箅子的四个角a、b、c、d上，被炭盒两侧的集油槽收集，因而，解决了油滴到木炭上引起木炭二次燃烧产生许多有害气体的问题，并且排除了不卫生因素。

5.烤制全羊安装方便。箅子由上下两个单网、换档扣和锁扣组成，换档扣中有三个挡舌，以适应不同厚度的烤制食物，锁扣用来夹紧放置在箅子中的食物。

6.直流电源设有额外的蓄电池接口，在没有市电的情况下，使用蓄电池供电，为主轴电机、风扇电机和硬件电路提供24V和5V电压，保证烤炉完成烤制任务。

7.采用增长炉体、炉盖、箅子、炭盒的方法，使烤炉的功能进一步拓展，能一次烤制更多的食物，可以同时烤制两只全羊，提高了工作效率。

附图说明

图1是系统框图。其中101是直流电源，102是自动控制电路，103是机械传动装置。

图2是烤炉前视图。其中201是排烟孔，202是箅子，203是炉盖，204是摇动手柄，205是皮带轮，206是电气控制箱，207是皮带盖，208是主轴电机，209是脚轮(定向)，210是炉盖手柄，211是炉盖支撑杆，212是主轴，213是风扇，214是炉体，215是炉支架，216是脚轮(可变向)，217是炭盒，218是炭盒柜。

图3是烤炉后视图。其中301是定位扣，302是合页，303是固定孔，304是定位扣的竖立部分，305是定位扣的水平部分。

图4是烤炉俯视图。其中401是温度传感器，402是皮带。

图5是烤炉箅子图。其中501是单网a，502是单网b，503是换档扣，504是锁扣，505是导油轨，506是挡舌。

图6是烤炉炭盒图。其中601是落灰孔，602是炭盒手柄，603是集油槽，604是接灰层。

图7是烤炉手摇主轴图。其中701是轴承座。

图8是自动控制电路框图。其中801是AVR单片机，802是键盘电路，803是时间显示电路，804是温度显示电路，805是电机驱动电路，806是指示灯驱动电路，807是蜂鸣器驱动电路，808是风扇驱动电路，809继电器工作电路。

图9是键盘处理电路图。

图10是时间显示电路图。

图11是温度显示电路图。

图12是主轴电机驱动电路图。

图13是指示灯驱动电路图。

图14是报警电路图。

图15是风扇电机驱动电路图。

图16是烤制曲线图。

图17是保持恒温流程图。

图18是继电器工作电路图。

图19是电源电路图。

图20是加长烤炉的机械结构图。其中2001是排烟孔，2002是箅子1，2003是炉盖，2004是主轴，2005是炉体，2006是箅子2，2007是炭盒。

图21是加长烤炉的箅子图。

图22是加长烤炉的炭盒。其中2201是集油槽，2202是炭盒手柄，2203是接灰层。

图23是加长烤炉的炉盖。其中2301是炉盖手柄。

图24是加长烤炉的炉体。其中2401是温度传感器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

第1实施例：

如图1所示，整个系统包括直流电源101、自动控制电路102和机械传动装置103。直流电源101给自动控制电路102提供各种工作电压；所述自动控制电路102发出各种控制信号，控制所述机械传动装置103按照程序指令工作。

结合图2和图3a，烤炉包括排烟孔201、箅子202、炉盖203、摇动手柄204，皮带轮205、电气控制箱206、皮带盖207、主轴电机208、脚轮(定向)209、炉盖手柄210、炉盖支撑杆211、主轴212、风扇213、炉体214、炉支架215、脚轮(可变向)216、炭盒217和炭盒柜218。炉支架215承载炉体214、主轴电机208和电气控制箱206；炉盖203与炉体214相连，不仅能保持炉内的热量，还能防止灰尘进入炉体；炉盖203上方的排烟孔201将烤制过程中产生的烟雾排出炉体；位于炉盖203外侧的手柄210方便操作者开启和关闭炉盖；炉体214是容纳食物的主要装置，炉体214中固装有炭盒柜218、风扇213、主轴212；炭盒柜218是盛放可抽取式炭盒217的装置；炭盒217分上下两层，第一层盛放木炭，燃尽的炭灰通过落灰孔601可自然地落到第二层——按灰层604，两侧的集油槽603收集从食物中渗出的油；风扇213能增加炉内空气流动，给炭盒217内的炭表面层输送空气或氧气使木炭充分燃烧，送风方向一改往日思路，变为抽风，既可达到上述目的，也可以把木炭燃烧产生的部分烟雾带离烤炉；皮带轮205与主轴212相连，主轴电动机208通过皮带402和皮带轮205带动主轴212旋转，使被加工的食物受热均匀；皮带盖207保护操作者的安全，还能防尘；通过安装在皮带轮205上的摇动手柄204可以手摇主轴212，人工烤制；箅子202固装在主轴212上，它不仅能把食物固定住，还能增大食物的受热面积；电气控制箱206是操作者控制烤炉的操作面板；脚轮(定向)209、脚轮(可变向)216与炉支架215底部相连，其中脚轮(定向)209只可沿某一固定的角度滚动；脚轮(可变向)216可旋转到任意角度滚动，方便炉体在地面上朝任意方向移动；炉盖支撑杆211能使炉盖203开启程度固定在某一位置。

图3表示炉盖的开启和防止炉体后翻装置。合页302位于炉盖203与炉体214的连接处，用于连接炉盖203与炉体214；以合页302所在连接处为轴，炉盖203相对于炉体214可以张开任意角度。

定位扣301的水平部分305上有三个固定孔303，用来安装螺栓，连接炉体214，或定位扣301的水平部分305也可以采用焊接的方法和炉体214固定在一起。定位扣301的竖立部分304是倾斜的，是水平面的夹角大于90°。定位扣301防止炉盖203过分开启，造成机体重心后移失衡，机体后翻。

如图4所示，温度传感器401置于炉体214内壁，温度传感器401将采集到的炉内温度反馈到单片机中。

图5是烤炉箅子的结构图。箅子包括单网a 501，单网b 502，换档扣503和锁扣504。

箅子中单网a 501的横向中心轴与主轴212相连，单网a 501、单网b 502一上一下且放置方向相同，中间由横轴上面两角(a、c)处的换档扣503和下面两角(b、d)处的锁扣504连接。单网纵轴左侧的导油轨505从横轴方向看进去，形似燕尾状。其外轮廓形状接近于沙漏状，中间的导油轨505沿纵轴方向左右对称。换档扣503中有三个挡舌506，以便操作者选择不同的位置，以适应不同厚度的烤制食物。打开锁扣504，将处理好的食物放置到单网a 501上，为了让食物放置更加牢固，针对食物不同厚度，调节换档扣503，使单网b 502的两个角(a、c)处于三个可供选择的档舌506其中之一，锁上锁扣504完成放置。在烤制过程中不断地有油从肉里渗出，利用油的粘稠特性和地球重力，沿着导油轨505走势的方向流动，集中到箅子的四个角a、b、c、d上。

如图6所示，烤炉炭盒包括落灰孔601，炭盒手柄602，集油槽603，接灰层604。炭盒分上下两层，第一层盛放木炭，燃尽的炭灰通过落灰孔601可自然地落到第二层——接灰层604，两侧的集油槽603和箅子202的两侧边缘位置507相对应，收集集中到箅子202四个角(a、b、c、d)上的渗出油。这样解决了油滴到木炭上引起木炭二次燃烧产生许多有害气体的问题，排除了不卫生因素。操作者利用炭盒手柄602把炭盒取出，进行续炭和炭盒清洁。

图7是烤炉手摇主轴图。皮带轮205带动主轴212旋转，箅子202固装在主轴212上，它不仅能把食物固定住，还能增大食物的受热面积，操作者可以手握安装在皮带轮205上的摇动手柄204摇动主轴，进行人工烤制。摇动手柄204可拆卸，在使用电机时，应该将摇动手柄204取下。安装摇动手柄204实现了烤炉的手动烤制功能。轴承座701用于主轴212与炉体214的固定。

如图8所示，自动控制电路包括单片机801、键盘802、时间显示电路803、温度显示电路804、电机驱动电路805、指示灯驱动电路806、蜂鸣器驱动电路807、风扇驱动电路808和继电器工作电路809。所述单片801机分别与键盘802、时间显示电路803、温度显示电路804、电机驱动电路805、指示灯驱动电路806、蜂鸣器驱动电路807、风扇驱动电路808和继电器工作电路809相连接。键盘802向单片机801发出控制信号，单片机801控制其它电路按照控制指令工作。

图9是键盘处理电路图。它是由Atmel公司生产的型号为ATmega8515单片机U1、按键S1-S6、电阻R1-R6、电容C1-C3和一个晶体振荡器Y1组成。按键S1与单片机U1的13脚相连，按键S2与单片机U1的14脚相连，按键S3与单片机U1的15脚相连，按键S4与单片机U1的16脚相连，按键S5与单片机U1的17脚相连。电阻R2与按键S1串联接到+5V电压上，电阻R3与按键S2串联接到+5V电压上，电阻R4与按键S3串联接到+5V电压上，电阻R5与按键S4接到+5V电压上，电阻R6与S5串联接到+5V电压上。电阻R2-R6是上拉电阻，让单片机U1能够识别高、低电平。单片机U1的18、19两个引脚跨接晶体振荡器Y1和微调电容C1、C2，形成反馈电路，构成了一个稳定的自激振荡器。电阻R1、电容C3和按键S6组成按键电平复位电路，与单片机的9脚相连，通过使复位端经电阻R1与5V电源接通而实现复位。按键S1是启动/停止按键，系统上电后等待S1键按下，当S1被按下时，有一个单脉冲出现，系统开始初始化，进入工作状态；系统启动后，如果再次按下按键S1，整机停止工作。按键S2是功能转换/确认复用按键，可以进行调速、定时、自动(烤制方式选择)三种不同功能之间的切换，并由指示灯LMP1点亮指示当前功能状态；还可以在各种参数设定结束后按下按键S2进行确认。按键S3是暂停键，当系统需要暂停运行，按下按键S3，系统进入休眠状态，进程压入堆栈；再次按下按键S3，系统唤醒，恢复到先前的工作状态，继续完成后续的设定任务。按键S4、S5是上选、下选键，能对各种功能的参数进行调节，包括有调速、定时和设置烤制方式。在设定调速参数时，用S4、S5进行主轴旋转速度的递增、递减调节，主轴旋转速度的调节是通过调整单片机U1的输出脉宽调制信号PWM的占空比来实现的，每按动一次按键S4或S5，PWM占空比会上跳或下跳20％，对应的主轴电机转速调整的步进间隔是5转/分钟，主轴旋转速度以“转/分钟”为步进单位，可调节的范围分别是5转/分钟、10转/分钟、15转/分钟。在设定定时参数时，用按键S4、S5设置，S5键作为位选按键，S4键作为段选按键，按键S5可以在时间的个位、十位、百位之间进行切换，按键S4进行每位上数字0-9循环递增的调节，定时时间以分钟为步进单位。在设定烤制方式时，用按键S4、S5进行不同烤制方式的切换，烤制方式包括嫩、中、老。

图10是时间显示电路图。所述时间显示电路用来指示自动方式或半自动方式的剩余烤制时间。它是由单片机U1、三个数码显示管L1-L3、电阻R1、按键S6、电容C1-C3和一个晶体振荡器Y1组成。数码显示管L1-L3的a-g脚都与单片机U1的1-7脚相连，数码显示管L1的K脚与单片机U1的21脚相连，数码显示管L2的K脚与单片机22脚相连，数码显示管L3的K脚与单片机U1的23脚相连。当操作者采用自动方式时，时间显示电路显示剩余烤制时间，可显示的范围为0-300，转换成时间为0小时-5小时，该电路以倒计时方式显示，且以分钟为步进单位。采用半自动方式，操作者需要设定烤制时间，可设定的范围为0-999。用图9中的按键S2切换至定时模式，再用图9中的按键S5进行位选择，数码管L1、L2、L3分别是指示时间的个位、十位和百位。因为数码管为共阳极，当COM为高电平时选通，按如下顺序开始设定：如个位→十位→百位→个位，按下S5键单片机U1的21脚(COM1)为高电平，数码管L1选通，该位数字呈闪烁状，再按下图9中的S4键进行段选择，数码管上的数字从0-9循环递增，用单片机驱动数码管显示，给阴极端输入低电平的段发光二极管就导通点亮，输入高电平的段则不点亮。个位设定好后再按下图9中的S5键选通数码管L2(十位)，接着按下图9中的S4键进行段选择，百位的设定以此类推，定时时间以分钟为单位。

图11是温度显示电路图。所述温度显示电路用来指示炉体内部的当前温度值。它由单片机U1、三个数码显示管L4-L6、型号为18B20的温度传感器U5、电阻R1和R7、按键S6、电容C1-C3和一个晶体振荡器Y1组成。数码显示管L4-L6的a-g脚都与单片机的1-7脚相连，数码显示管L4的K脚与单片机24脚相连，数码显示管L5的K脚与单片机25脚相连，数码显示管L6的K脚与单片机26脚相连。温度传感器的2脚DQ为数字信号输入/输出端，与单片机10脚相连。温度传感器1脚GND为电源地。温度传感器3脚VDD为外接供电电源输入端。温度传感器输出端口为漏极开路输出，输出端口2脚接上拉电阻。温度传感器测量温度范围为-55℃-+125℃，工作电压为3V-5.5V的范围，固有测温分辨率为0.5℃。启动后，温度传感器U5将检测出的炉内温度传送给单片机U1，单片机U1再通过数码管L4-L6将温度显示出来，数码管L4、L5、L6分别对应温度值的个位、十位、百位。

图12是主轴电机驱动电路图。它由单片机U1、电阻R1和R9-R14、光电耦合器U3、NPN型三极管Q3和Q8、N沟道COMS管Q1、主轴电动机B1(电动机为直流电动机)、手动开关SW1、按键S6、电容C1-C4和一个晶体振荡器Y1组成。由光电耦合器U3、电阻、三极管组成的直流电机驱动电路与单片机的39脚相连。改变主轴电机的转速通过改变开关电路驱动脉冲宽度占空比即可。脉冲的周期是一定的，脉冲宽度的占空比(占空比＝(脉冲宽度/周期)*100％)随输入信号的大小对应变化。当脉冲列的占空比变化时，开关管(COMS)导通和关断的间隔发生变化，向主轴电动机提供的平均电压、平均电流也就发生变化，因此使电机的转速得到调节。光电耦合器U3使后一级电路的变化不影响到前一级。利用三极管Q8和电阻R14组成保护电路，当电机过载时，回路电流过大，若电阻R14两端压降大于0.7V，三极管Q8导通，COMS管Q1的栅极接地，Q1截止，电机回路断开并停止工作，起到保护作用。电容C4有效滤除电压中携带的杂波，电压变得更加平滑，直流电机的转动更平稳。二极管D1的阳极和主轴电机B1的正极相连，二极管D1的阴极和主轴电机B1的负极相连，二极管D1和主轴电动机B1构成COMS管Q1的保护回路；由于主轴电机B1中的电感可以储存磁场能量，当COMS管Q1关断时，其输出的端子电压就会产生幅值很高的尖脉冲，此尖脉冲可经过二极管D1和主轴电动机B1构成的回路及时释放掉，保护COMS管Q1不被击穿。电源也可以通过手动开关直接从电源处接入，手动操作，进行启动/停止主轴电机。

主轴电机工作的控制分三种方式，自动、半全自动和手动，由单片机输出脉宽调制信号(PWM)控制其转速。自动方式采用程控化，让电动机转动的时间和转速结合在一起，如图16所示，根据烤制的规律，将整个烤制过程分三个阶段：第一个阶段转动速度v1缓慢，时间ST1较长，使里面的肉质受热，避免外焦里生的现象发生；第二个阶段转动速度v2加快，时间ST2最长，使整个肉质均匀受热；第三个阶段转动速度v3再次放慢，时间ST3最短，烤制肉的表面，使表皮香脆。各阶段的烤制时间存在如下关系：ST2＞ST1＞ST3；各阶段的主轴电机转速存在如下关系：v2大于v1和v3。把上述规律程控化，操作起来就会简单、方便。选择不同的烤制口味(嫩、中、老)，相应地，在每个阶段中，主轴电机的转速及烤制时间也是不同的。用图9中的按键S2切换至自动档(烤制方式选择)，发光二极管DS6亮起，再用按键S4、S5进行烤制口味的设定，嫩、中、老代表了三种不同烤制口味。操作者选择哪种口味，相应的二极管DS1-DS3就会亮起，以指示。某一自动化工作全部完成后，单片机会发出一个控制信号，蜂鸣器发出警报声，提醒操作者取出食物。

半自动方式，操作者任意设定烤制时间和主轴转速，用图9中的按键S2进行定时、调速的切换，选择哪种工作模式，相应的二极管DS4、DS5就会亮起，以指示当前工作模式。再用按键S4、S5进行参数设定，在设定调速参数时，用按键S4、S5进行主轴旋转速度的递增、递减调节，主轴旋转速度的调节是调整单片机U1的输出脉宽调制信号PWM的占空比来实现的，每按动一次按键PWM占空比会上跳或下跳20％，对应的主轴电机转速调整的步进间隔是5转/分钟，主轴旋转速度以“转/分钟”为步进单位，可调节的范围分别是5转/分钟、10转/分钟、15转/分钟。在设定定时参数时，用图9中的按键S4、S5设置，S5键作为位选按键，S4键作为段选按键，按键S5可以在时间的个位、十位、百位之间进行切换，按键S4进行每位上数字0-9循环递增的调节，定时时间以分钟为步进单位。这种半自动方式依然不用操作者翻动食物，主轴电机以某一速度匀速转动，给食物刷油以及涂抹事先配比好的调味料的时间和全部工作时间由操作者掌控。

手动方式是主轴电机不运行，操作者手摇主轴，进行人工烤制，即本烤炉既可实现自动化烤制食物，也可进行手动操作，一机两用。

图13是指示灯驱动电路图。它是由单片机U1、电阻R1、R15-R20、发光二极管DS1-DS6、按键S6、电容C1-C3和一个晶体振荡器Y1组成。图中发光二极管DS1-DS6与电阻R15-R20串联后，分别接到单片机U1的34脚、33脚、32脚、27脚、28脚、12脚。操作者用图9中的按键S2进行定时、调速、自动(烤制方式)三种模式的切换，选择哪种工作模式，相应的二极管DS4-DS6就会亮起，以指示当前工作模式：DS4表示进入定时工作状态，DS5表示进入设定主轴电机转速工作状态，DS6表示选择烤制方式工作状态。当操作者选择自动(烤制方式选择)方式烤制时，用图9中的按键S2切换至自动档，再用图9中的按键S4、S5进行烤制方式的设定：嫩、中、老代表了三种不同烤制口味。操作者选择哪种口味，相应的二极管DS1-DS3就会亮起，以指示：DS1表示烤制口味为嫩，DS2表示烤制口味为不嫩不老，DS3表示烤制口味为老。当操作者选择半自动方式烤制时，需人工设定主轴旋转速度，用图9中的按键S2切换至调速，再用图9中的按键S4、S5进行主轴旋转速度的递增、递减调节，设定主轴电机转速为5转/分钟时，二极管DS3点亮，以指示；设定主轴电机转速为10转/分钟时，二极管DS2点亮，以指示；设定主轴电机转速为15转/分钟时，二极管DS1点亮，以指示。

图14是报警电路图。它由单片机U1、电阻R1和R8、NPN型三极管Q5、蜂鸣器、按键S6、电容C1-C3和一个晶体振荡器Y1组成。单片机的11脚经过一个三极管放大器接蜂鸣器。整个烤制工作结束，单片机U1的11脚会发出一个高电平，三极管Q5导通，蜂鸣器Micl发出警报声，提醒操作者取出食物；报警声每隔20秒钟发出一次，每次持续时间为1分钟，总共10次。

图15是风扇电机驱动电路图。它由单片机U1、电阻R1、R21-R25、光电耦合器U4、NPN型三极管Q4和Q7、N沟道COMS管Q2、风扇电动机B2(电动机为直流电动机)、手动开关SW2、按键S6、电容C1-C3和一个晶体振荡器Y1组成。由光电耦合器、电阻、三极管组成的风扇电机驱动电路与单片机U1的38脚相连。当启动风扇电机时，单片机U1的38脚输出高电平，驱动风扇电机工作。光电耦合器U4使后一级电路的变化不影响到前一级。利用三极管Q7和电阻R25组成保护电路，当电机过载时，回路电流过大，取电阻R25两端压降，若大于0.7V，三极管Q7导通，COMS管Q2的栅极接地，Q2截止，风扇电机B2回路断开并停止工作，起到保护作用。二极管D2的阳极和主轴电机B2的正极相连，二极管D2的阴极和主轴电机B2的负极相连；由于风扇电动机B2中的电感可以储存磁场能量，当COMS管Q2关断时，其输出的端子电压就会产生幅值很高的尖脉冲，此尖脉冲可经过二极管D2和风扇电动机B2构成的回路及时释放掉，保护COMS管Q2不被击穿。电源也可以通过手动开关直接从电源处接入，手动进行启动/停止，可以人为地控制风扇送风时长。风扇加快了木炭表面的空气流通，带来更多的氧气，使木炭充分燃烧。

自动控温电路由温度传感器401、风扇213、风扇电机B2和风扇电机驱动电路组成。参考图17，温度传感器401将采集到的温度值传递给单片机U1作判别，是否启动风扇电机B2工作，进行抽风；数码管显示当前温度值。这样一个过程周而复始的循环，可以自动保持炉内恒温，木炭燃烧合理，节约能源。

图17b表示单片机温度判别过程。温度传感器将采集到的温度值T1传送给单片机，单片机对温度作判别。首先用采集到的温度值T1与较低温度值TL相减，将得到的差值存入变量A中，延时一段时间，再将第二次采集到的温度T2与较低温度TL相减，将得到的差值存入变量B中，最后将这两次的差值再相减求得的差值存入变量Y中。

若变量Y大于0，说明此时温度呈上升状，这时单片机再对采集到的温度作判断。若温度T2小于较低温度TL，说明木炭燃烧不充分，随即发出一个控制信号启动风扇转动，加快炉内空气流动，使木炭燃烧充分，炉内炭火燃烧更旺；若温度T2大于较低温度TL，单片机还要再作一次判断，若大于较高温度TH，说明木炭燃烧已经很充分，炉内炭火燃烧很旺，随即发出一个控制信号停止风扇转动；若小于较高温度TH，则依然让风扇转动。

若变量Y小于0，说明此时温度呈下降状，这时单片机再对采集到的温度作判断。若温度T2大于较高温度TH，说明木炭燃烧已经很充分，随即发出一个控制信号停止风扇转动；若T2小于较高温度TH，单片机还要再作一次判断，若大于较低温度TL，风扇依然停止转动，如果小于较低温度TL，说明木炭燃烧不充分，随即发出一个控制信号，启动风扇转动，加快炉内空气流动，使木炭燃烧充分，炉内炭火燃烧更旺。

上述单片机温度判别炉体内部温度的方法，可以自动保持炉体内部恒温，同时，杜绝频繁启动/停止风扇电机B2，降低能耗。

电源电路由继电器和直流电源电路组成，为整个烤炉系统的硬件及主轴电机B1、风扇电机B2提供直流电。

如图18所示，继电器工作电路由单片机U1、电阻R26、R27、继电器K1、三极管Q6、电源输出接口JP1、二极管D3、发光二极管DS7、按键S6、电容C1-C3和一个晶体振荡器Y1组成。由继电器K1、电阻、三极管组成继电器工作电路与单片机的37脚相连。如果单片机U1的37脚输出高电平，三极管Q6导通，继电器K1吸合，同时二极管DS7亮起以显示；24V直流电与直流电机连通，对直流电机B1、B2进行供电；5V直流电与系统连通对系统进行供电。如果单片机U1的37脚输出低电平，三极管Q6截止，继电器K1断开，二极管DS7熄灭；24V直流电与直流电机断开，对直流电机B1、B2停止供电；5V直流电与系统断开，对系统停止供电。二极管D3的阳极、阴极和继电器K1的两端相连，二极管D3和继电器K1组成保护电路提供继电器K1放电途径，以保护三极管Q6不被击穿。此外还设有外加蓄电池接口JP2，它和电源输出接口JP1并联，在没有市电的情况下使用蓄电池供电，同样能给主轴电机、风扇电机和单片机提供24V和5V电压，保证炉体完成各种工作。

如图19所示，由市电220V通过降压、整流、滤波、稳压分别输出24V和5V直流电压，其中5V电压直接给单片机供电，24V电压经过继电器开关再给直流电机和风扇电机。

第2实施例：

第二实施例是在第一实施例的基础上，采用增长炉体、炉盖、箅子、炭盒的方法，能一次烤制更多的食物，尤其指烤制两只羊，提高了工作效率。

图20表示加长烤炉的机械结构。排烟孔2001是图2中排烟孔201的两倍，将烤制过程中产生的烟雾排出炉体。炉盖2003的长度是图2中炉盖203的两倍，不仅能保持炉内的热量，还能防止灰尘进入炉体。主轴2004的长度是图2中主轴212的两倍，主轴的旋转使被加工的食物受热均匀。箅子2002、2006与图2中箅子202相同，它们并排固装在主轴2004上，它不仅能把食物固定住，还能增大食物的受热面积。炉体2005的长度是图2中炉体214的两倍，是容纳食物的主要装置。炭盒2007的长度是图2中炭盒217的两倍，炭盒的第一层盛放木炭，燃尽的炭灰通过落灰孔2204可自然地落到第二层——接灰层2203，两侧的集油槽2201收集从食物中渗出的油。

图21是加长烤炉的箅子图。主轴2004的长度是图2中主轴212的两倍，箅子2002、2006与图2中箅子202相同，它们并排固装在主轴2004上。每个箅子中的单网a 501的横向中心轴与主轴2004相连，单网a 501、单网b 502一上一下且放置方向相同，中间用换档扣503和锁扣504连接。

图22是加长烤炉的炭盒图。炭盒的长度是图2中炭盒217的两倍，炭盒的第一层盛放木炭，燃尽的炭灰通过落灰孔2204可自然地落到第二层——接灰层2203，由于炭盒的长度增加。除了两侧的集油槽2201，在炭盒2007的中间位置还平行加一集油槽2201，收集从食物中渗出的油。操作者利用炭盒手柄2202把炭盒取出，进行续炭和炭盒清洁。

图23是加长烤炉的炉盖图。炉盖2003的长度是图2中炉盖203的两倍，不仅能保持炉内的热量，还能防止灰尘进入炉体2005，排烟孔2001的面积也是图2中排烟孔201的两倍，将烤制过程中产生的烟雾排出炉体2005。炉盖2003外侧的手柄2301方便操作者开启和关闭炉盖。

图24是加长烤炉的炉体图。炉体2005的长度是图2中炉体214的两倍，是容纳食物的主要装置。温度传感器2401置于炉体2005内壁。

Claims (12)

1.一种自动化全羊烤炉，包括炉体、位于炉体上方的炉盖、用来盛放木炭的炭盒和主轴电机，其特征在于还包括：箅子、主轴、皮带轮、皮带、主轴电机驱动电路、键盘处理电路、电源电路；

所述箅子位于所述炉体内部，安装在位于炉体内的主轴上，所述箅子用来夹放烤制食物；

所述皮带轮位于主轴的一侧，和主轴固定在一起，所述主轴电机和皮带轮位于主轴的同一侧，所述主轴电机通过皮带和皮带轮与炉体内的主轴连接，带动主轴和箅子同时旋转；

所述主轴电机驱动电路的输出端和主轴电机的输入端相连接，用于拖动主轴电机转动；

所述键盘处理电路的单片机U1和多个按键相连，用于接收各种程控指令；

所述电源电路的输出端和所述主轴电机的电源输入端相连，所述电源电路的输出端和所述主轴电机驱动电路的电源输入端相连，所述电源电路的输出端还和所述键盘处理电路的电源输入端相连。

2.根据权利要求1所述的自动化全羊烤炉，其特征在于还包括：温度传感器、风扇、风扇电机和风扇电机驱动电路，用于自动控制炉体内的温度；温度传感器位于炉体内壁，温度传感器的输出端与单片机U1相连，风扇和风扇电机位于炉体内侧；所述风扇电机驱动电路的输出端和风扇电机的输入端相连接，用于拖动风扇电机转动。

3.根据权利要求1所述的自动化全羊烤炉，其特征在于：所述炉盖上部开有排烟孔，外侧安装有手柄；所述炉盖通过位于炉盖后侧的合页连接炉体，以合页所在连接处为轴；位于所述炉盖后侧的定位扣和炉体采用螺栓连接或焊接方法固定，定位扣的竖立部分是倾斜的，和水平面的夹角大于90°。

4.根据权利要求1所述的自动化全羊烤炉，其特征在于：所述箅子由上下两个单网、换档扣和锁扣组成，所述单网包含多个导油轨，所述换档扣中有三个挡舌；所述单网外轮廓形状为沙漏状，沿纵轴方向左右对称；所述导油轨沿横轴方向看进去，形似燕尾状；所述主轴穿过所述箅子的下单网的横向中心轴，所述上下两个单网通过放置在四角处的换档扣、锁扣相连。

5.根据权利要求1所述的自动化全羊烤炉，其特征在于：所述炭盒是可抽取式的炭盒，由用于盛放木炭的上层和用于接灰的下层组成；所述炭盒两侧还设有集油槽，所述集油槽和箅子的两侧边缘位置相对应；所述炭盒的前端设有手柄。

6.根据权利要求1所述的自动化全羊烤炉，其特征在于：所述皮带轮上安装有可拆卸的摇动手柄；炉支架位于炉体下方，定向脚轮和可变向脚轮与炉支架底部相连。

7.根据权利要求1所述的自动化全羊烤炉，其特征在于：所述主轴电机驱动电路由Atmel公司生产的型号为ATmega8515单片机U1、电阻R1、R9-R14、光电耦合器U3、NPN型三极管Q3和Q8、N沟道COMS管Q1、主轴电机B1、手动开关SW1、按键S6、电容C1-C4、二极管D1和一个晶体振荡器Y1组成；由三极管Q8和电阻R14连接组成主轴电机B1保护电路；由光电耦合器U3、电阻、三极管组成的直流电机驱动电路与单片机U1相连；二极管D1的阳极和主轴电机B1的正极相连，二极管D1的阴极和主轴电机B1的负极相连，二极管D1和主轴电动机B1构成COMS管Q1的保护回路。

8.根据权利要求1或7所述的自动化全羊烤炉采用程控化自动方式烤制全羊的方法，其特征在于包括如下阶段：第一个阶段主轴电机转动速度v1缓慢，时间ST1较长；第二个阶段主轴电机转动速度v2加快，时间最长；第三个阶段主轴电机转动速度v3再次放慢，时间ST3最短，第三阶段结束，完成烤制任务，其中ST2＞ST1＞ST3，v2大于v1和v3。

9.根据权利要求1所述的自动化全羊烤炉，其特征在于：所述键盘处理电路它是由单片机U1、按键S1-S6、电阻R1-R6、电容C1-C3和一个晶体振荡器Y1组成；按键S1-S5分别与单片机U1相连，并分别与上拉电阻R2-R6串联接到5V电压上；按键S1是启动/停止按键，按键S2是功能转换/确认复用按键，用于调速、定时、烤制方式选择三种不同功能之间的切换和在各种参数设定结束后按下此键进行确认，按键S3是暂停键，按键S4、S5是上选、下选键，用于调整调速、定时和设置烤制方式等状态下的功能参数，按键S1、S2、S4和S5均为复用按键。

10.根据权利要求1所述的自动化全羊烤炉，其特征在于：所述电源电路由继电器工作电路和直流电源电路组成；所述继电器工作电路由单片机U1、电阻R26、R27、继电器K1、三极管Q6、电源输出接口JP1、二极管D3、发光二极管DS7、按键S6、电容C1-C3和一个晶体振荡器Y1组成；由继电器K1、电阻、三极管组成继电器工作电路与单片机U1相连；单片机U1的输出信号经过三极管Q6，加载到继电器K1的线圈两端，控制继电器K1的吸合与断开；二极管D3的阳极、阴极和继电器K1的两端相连，二极管D3和继电器K1组成三极管Q6的保护电路；所述继电器工作电路设有蓄电池接口JP2，和电源输出接口JP1并联，用于在没有市电的情况下由蓄电池供电，提供24V和5V直流输入电压；所述直流电源电路提供24V和5V两种直流电压。

11.根据权利要求2所述的自动化全羊烤炉，其特征在于：所述风扇电机驱动电路由单片机U1、电阻R1和R21-R25、光电耦合器U4、NPN型三极管Q4和Q7、N沟道COMS管Q2、风扇电机B2、手动开关SW2、按键S6、电容C1-C3和一个晶体振荡器Y1组成；三极管Q7和电阻R25连接组成风扇电机保护电路；由光电耦合器U4、电阻、三极管组成的风扇电机驱动电路与单片机U1相连。

12.根据权利要求11所述的自动化全羊烤炉自动保持炉体内部恒温的方法，其特征在于以下步骤：

(1)温度传感器将采集到的温度值T1传送给单片机U1，采集到的温度值T1与较低温度值TL相减，将得到的差值存入变量A中，延时一段时间，再将第二次采集到的温度T2与较低温度TL相减，将得到的差值存入变量B中，再用变量B中的差值减去变量A中的差值，求得的差值存入变量Y中；

(2)若变量Y大于0，表明温度呈上升状，若温度T2小于较低温度TL，表明木炭未充分燃烧，单片机U1发出一个控制信号给风扇电机，启动风扇转动，使木炭充分燃烧；

若温度T2大于较低温度TL，单片机还要再作一次判断，若大于较高温度TH，表明木炭已经充分燃烧，单片机U1发出一个控制信号给风扇电机，停止风扇转动，若小于较高温度TH，让风扇继续转动；

(3)若变量Y小于0，表明温度呈下降状，单片机U1再对采集到的温度作判断，若温度T2大于较高温度TH，表明木炭燃烧已经很充分，单片机U1发出一个控制信号给风扇电机，停止风扇转动；

若T2小于较高温度TH，单片机还要再作一次判断，若大于较低温度TL，风扇仍停止转动，如果小于较低温度TL，说明木炭未充分燃烧，单片机U1发出一个控制信号给风扇电机，启动风扇转动，使木炭燃充分烧；

(4)继续从步骤(1)重复上述过程。

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