CN112021929A - 一种蒸煮柜蒸汽自控系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种蒸煮柜蒸汽自控系统，包括控制系统，其特征在于，所述的控制系统包括单片机分别连接有定时控制模块、温度自动控制模块、功率自动控制模块、柜检测控制模块、数码管显示控制模块、安全保护控制模块、电源电路模块，由柜检测控制模块通过电流检测电路来实现整体的蒸煮自控操作。设置了柜检测控制模块，系统可以根据柜情况或软件情况实现智能自动智能控制及异常自动报警，系统可实现数码管显示控制、多种安全保护功能、功率自动控制、温度自动控制、定时控制以及自动检测报警功能的控制；在软件设计上，采用模块化程序设计的思想，对控制系统的各个功能模块进行划分和设计，提高了控制系统的快速性和准确性，提高机械设备使用的智能性。

Description

一种蒸煮柜蒸汽自控系统

技术领域

本发明涉及蒸煮柜蒸汽行业，具体是一种蒸煮柜蒸汽自控系统。

背景技术

蒸煮柜主要用于饭堂或食品加工厂，主要用于大批量的食品蒸煮用，现行使用的蒸煮 柜控制比较单一，不能根据柜内检测实现一种自动控制的系统，为了实现提高设备使用的 自动化，智能化，本发明提供一种用于蒸煮柜蒸汽自控系统。

发明内容

本发明的目的在于提供供一种蒸煮柜蒸汽自控系统，以解决上述背景技术中提出的问 题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种蒸煮柜蒸汽自控系统，包括控制系统，其特征在于，所述的控制系统包括单片机 分别连接有定时控制模块、温度自动控制模块、功率自动控制模块、柜检测控制模块、数码管显示控制模块、安全保护控制模块、电源电路模块，由柜检测控制模块通过电流检测电路来实现整体的蒸煮自控操作。

所述的柜检测控制模块的电路包括R17、D4、C10、LM339R17连接构成，所述的R17分压，D4、C10构成一个滤波电路，LM339作为电压比较器；当LM339的7脚电压高于6脚 时，输出一个高电平，可通过测定一个软件检测电压临界值(0.94V)，若当系统启动50ms 以上时，电压小于此临界值，则认为是软件，若软件，则从工作原理上进行解释，即认为 是内部加热线圈没有负载，也就没有功耗，所以主回路只有很小的输入电流，取样电压也 很低，即单片机检测到的电压将很低，系统自动报警，关断控制线；若电压高于临界值， 则认为有柜，恢复原来的工作状态。

所述的定时控制模块的电路包括信号发生器、时间显示电路、按键电路以及指示电路。

所述的功率自动控制模块是基于控制PWM占空比来实现的，模块主要由单片机和ADC0808组成。根据电源电压(市电压)利用相关公式并通过调节RV1的大小来实现功率 控制。

所述的安全保护控制模块包括欠压保护电路、过压保护电路。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：设置了柜检测控制模块，系统可以根据柜情 况或软件情况实现智能自动智能控制及异常自动报警，系统可实现数码管显示控制、多种 安全保护功能、功率自动控制、温度自动控制、定时控制以及自动检测报警功能的控制；在软件设计上，采用模块化程序设计的思想，对控制系统的各个功能模块进行划分和设计，提高了控制系统的快速性和准确性，提高机械设备使用的智能性。

附图说明

图1为本系统结构示意图。

图2为本系统的柜检测控制模块的电路图。

图3为本系统的定时控制模块的电路图。

图4为本系统的功率控制模块的电路图。

图5为本系统的温度自动控制模块的电路图。

图6为本系统的数码管显示控制模块的电路图。

图7为本系统的安全保护控制模块的电路图。

图8为本系统的柜检测控制模块的工作流程图。

图9为本系统的主程序流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地 描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本 发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实 施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1～9，本发明实施例中，一种蒸煮柜蒸汽自控系统，包括控制系统，其特征 在于，所述的控制系统包括单片机分别连接有定时控制模块、温度自动控制模块、功率自 动控制模块、柜检测控制模块、数码管显示控制模块、安全保护控制模块、电源电路模块， 由柜检测控制模块通过电流检测电路来实现整体的蒸煮自控操作。

所述的柜检测控制模块的电路包括R17、D4、C10、LM339R17连接构成，所述的R17分压，D4、C10构成一个滤波电路，LM339作为电压比较器；当LM339的7脚电压高于6脚 时，输出一个高电平，可通过测定一个软件检测电压临界值(0.94V)，若当系统启动50ms 以上时，电压小于此临界值，则认为是软件，若软件，则从工作原理上进行解释，即认为 是内部加热线圈没有负载，也就没有功耗，所以主回路只有很小的输入电流，取样电压也 很低，即单片机检测到的电压将很低，系统自动报警，关断控制线；若电压高于临界值， 则认为有柜，恢复原来的工作状态。

所述的定时控制模块的电路包括信号发生器、时间显示电路、按键电路以及指示电路。

所述的功率自动控制模块是基于控制PWM占空比来实现的，模块主要由单片机和ADC0808组成。根据电源电压(市电压)利用相关公式并通过调节RV1的大小来实现功率 控制。

所述的安全保护控制模块包括欠压保护电路、过压保护电路。

本系统设置了柜检测控制模块，系统可以根据柜情况或软件情况实现智能自动智能控 制及异常自动报警，系统可实现数码管显示控制、多种安全保护功能、功率自动控制、温 度自动控制、定时控制以及自动检测报警功能的控制；在软件设计上，采用模块化程序设 计的思想，对控制系统的各个功能模块进行划分和设计，提高了控制系统的快速性和准确 性，提高机械设备使用的智能性。

以下作出一一介绍说明:

2.1软件检测模块

柜检测控制模块的电路图的任务是检查上是否有柜，若放有合适的柜，便进行连续加 热工作或者保温工作；若没有柜，便停止加热并发出软件报警，提示用户现在软件，以便 做相应处理；如果在软件报警中途有柜放上去了，则继续加热工作。

如图所示，柜检测控制模块的电路图通过电流检测电路来实现，检测原理：R17分压， D4、C10构成一个滤波电路，LM339作为电压比较器；当LM339的7脚电压高于6脚时， 输出一个高电平，可通过测定一个软件检测电压临界值(0.94V)，若当系统启动50ms以上 时，电压小于此临界值，则认为是软件，若软件，则从工作原理上进行解释，即认为是内 部加热线圈没有负载，也就没有功耗，所以主回路只有很小的输入电流，取样电压也很低， 即单片机检测到的电压将很低。系统自动报警，关断控制线；若电压高于临界值，则认为 有柜，恢复原来的工作状态；软件检测时，按关机键，仍能关机。

2.2定时控制模块

电路包括信号发生器、时间显示电路、按键电路以及指示电路等几部分。

按键功能说明：

K1：用来设置定时时间的小时，设置小时每按一下，时钟加一。

K2：设置定时的分钟，每按一下，分钟加一。

K3：定时设定确认键，设置完后按一下K3确认并退出。显示会自动从00：00开始计时。

K4：定时设置，起始时间为00：00；设置首先按一下K4，然后按其他键设置定时时间。

时钟电路设计，原理图中的C1、C2电容起着系统时钟频率微调和稳定的作用，因此， 在本定时模块中C1、C2选择30pF，晶振频率为12MHz。

其电路设计如图。

定时指示可以有声或光两种形式，本系统采用声音指示。关键元件是扬声器，扬声器 有无源和有源两种，前者需要输入声音频率信号才能正常发声，后者则只需外加适当直流 电源电压即可，元件内部已封装了音频振荡电路，在得电状态下即起振发声。市场上的有 源扬声器分为3V、5V、6V等系列，以适应不同的应用需要。定时电路是用比较器来比较计时系统和定时系统的输出状态，如果计时系统和定时系统的输出状态相同，则发出一个脉冲信号，再和一个高频信号混合，送到放大电路驱动扬声器发声，从而实现定时报警的功能。

本系统的定时时间可达到24小时，用户可根据自己的意愿任意设置定时的时间，当 定时时间到时，系统会自动报警以提示用户进行相应的操作。若定时时间还没到，而用户 又想要中止时，则可通过面板上的相应按键进行中断。

2.3功率控制模块

本系统的功率控制是基于控制PWM占空比来实现的，模块主要由单片机和ADC0808组 成。根据电源电压(市电压)利用相关公式并通过调节RV1的大小来实现功率控制。

功率调节与控制如电路图所示，市电的交流电源经桥式整流器变换为直流电，再经电 压谐振变换器变换成频率为20—40KHz的交流电。桥式整流器BR1(见电源电路)的将市 电的工频电源变换为单向脉动的直流电，通过加热线圈L1、二极管D5-D9和功率管Q3-Q10 等构成电压谐振变换器。二极管D8、D9的作用是为部分谐振电流提供通路，保护功率开关管。功率管是电压谐振变换器的主开关。Q3-Q6将PWM(PWM信号由单片机C51的P3.4 口输出)进行信号放大，Q7-Q9相当于一个功率开关(用Q表示)。当主开关Q导通时， 使直流电压加在L1上，L1中的电流由开始按指数规律上升，通过Ll向负载传输能量，L1 发热，同时，Ll中也储存能量。当主开关Q关断后，Ll中的能量向Cl中转移而发生谐振。 通过调节RV1转轴或滑柄，改变动触点在电阻体上的位置，则改变了动触点与任一个固定 端之间的电阻值，来确定要输出的PWM占空比[5]。最后用软件具体实现时，是用PWM信 号来控制负荷电流，即可自由调节和控制功率。由PWM信号得到的比较电压恒定，而电流 负反馈信号随输出功率变化。当输出功率大于设定功率时，得到低电平的控制电平，输出 窄脉冲；当输出功率小于设定功率时，得到高电平的控制电平，输出宽脉冲。这样，就达 到了按设定的功率稳定输出的目的。

2.4温度自动控制模块

温度控制模块包括定温设置即保温，调温和上、下限控制。定温设置通过调节电位器 (RV1)的“↑”、“↓”进行设置定温的大小，按一下“↑”即温度值加1，按一下“↓” 即温度值下降1。本系统可以在温度限制范围内无限级选择要设置的温度大小，设定后， 系统自动处于保温状态。调温时，同样可以通过调节RV1的两个键改变RV1电阻大小，经 A/D0808转换后输出温度[5]，温度变化为每级2～3度。温度上、下限控制：若温度高于 上限或低于下限则自动报警，同时超温警示灯亮。

本系统温度上限为250度，下限为70度。当温度达到250度或低于70度时，峰鸣器会自动发出“B——”的报警声，同时超温(红)灯亮。温度控制电路设计如图

2.5显示模块

本系统显示分为数码管显示和LED灯显示。数码管显示主要有定时显示和温度显示， 采用了8位数码管和一个常用的3-8译码器74LS138实现系统定时时间和温度的数据显示。 在8位LED显示时，为了简化电路，降低成本，采用动态显示的方式，8个LED显示器共 用一个8位的I/O，8位LED数码管的位选线分别由相应的P2.0～P2.2控制，由74LS138 的输出口A、B、C输入经译码器译码输出端Y0～Y7输出，然后依次输入到数码管的位选8～ 1口。而将其相应的段选线由P0.0～P0.7依次输入至数码管的A～DP。系统中的数码管集 时间显示和温度显示于一体，不但减少元器件的数量，降低设计成本，而且用户可更直观 的运用显示功能，使用更方便，实现产品人性化设计。

LED灯显示主要有软件指示，超温指示和系统工作正常指示。如图所示，D1为软件指 示灯，当系统检测到软件时，D1灯亮；D2为正常指示灯，当系统工作正常时，D2亮；D3 为超温指示灯，当系统温度值大于250或小于70时，D3亮。

(1)显示时间：

译码显示电路将“时”、“分”计数器的输出状态七段显示译码器译码，通过8位 LED七段显示器高四位分别显示时间的时十位、时个位、分十位、分个位。校时电路时用 来对“时”、“分”显示数字进行校对调整的。当开机时，显示00：00，若要定时，则 通过按键进行相应的设置：按一下K4，进入定时设置，数码管显示相应的时间，设置退出 时显示从00：00开始计时的时间；按一下K1、K2分别显示时间分、时的变化。

(2)显示温度：

温度由8位数码管的低四位显示(注：本系统中温度显示只用到数码管的低3位，分别显示温度百、十、个位)。温度显示的范围为：0～255。通过调节可变电阻的大小来调 节温度的高低，并由数码管显示具体温度数据。根据设计要求，结合工作的实际情况，本 设计另设置了报警上下限，即上限为250，下限为70。用一个LED可显示达到温度上下限， 当达到温度上或下限时，该警示灯亮。

2.6安全保护控制模块

在实际生活中，受多种因素的影响往往会出现市电过压、欠压现象，因此，作为一种 烹饪电器，其具有相应的保护功能。如图所示，其中RV2，LM324的1、2、3脚和外围组 件组成欠压保护电路。其中RV3，LM324的5、6、7脚和外围组件组成过压保护电路。电 阻R5～R8为比较器提供基准电压，R4、R5、R6、R12、R14、R16为分压电阻，VDl、VD2 为耦合二极管。

电源电压正常时，RV2输出电压使LM324的2脚电位大于3脚电位，其1脚输出低电平，单片机判断电源电压正常。当电源电压低于160V时，RPl输出电压使LM324的2脚电 位小于3脚电位，其1脚输出高电平，经VD1、R12、R16分压送入单片机进行欠压判断控 制。电源电压正常时，RV3输出电压使LM324的5脚电位大于6脚电位，其7脚输出低电 平，单片机判断电源电压正常。当电源电压高于245V时，RV3输出电压使LM324的5脚电 位小于6脚电位，其7脚输出高电平，经VD2、R12、R16分压送入单片机进行过压判断控 制。

过热检测和保护可参照温度控制模块，当系统温度高于预定值时，系统自动报警并作 相应的处理。

2.7报警模块

利用程序来控制单处机某个口线的“高”电平或“低”电平，则在该口线上就能产生一定频率的矩形波，接上喇叭就能发出一定频率的声音，若再利用延时程序控制“高”、“低”电平的持续时间，就能改变输出频率，从而改变音调。

系统报警信号由单片机P3.4口接入扬声器，有报警信号输入时扬声器发出“B——” 的声音。系统产生报警信号的情况：(1)当定时时间达到时；(2)当温度上限或下限达 到时；(3)当系统检测到软件时。

报警电路由一个扬声器驱动电路和一个扬声器组成。

2.8电源电路

电源是整个系统的能量来源，它直接关系到系统能否运行。在本系统中单片机、数码 管显示、定时、报警等电路需要5V的电源，因此电路中选用稳压芯片7805，其最大输出电流为1.5A，能够满足系统的要求。

系统程序设计说明在进行微机控制系统设计时，除了系统硬件电路设计外，大量的工 作就是如何根据每个生产对象的实际需要设计应用程序。因此，程序设计在微机控制系统 设计中占重要地位。对于本系统，软件更为重要。

在单片机控制系统中，大体上可分为数据处理、过程控制两个基本类型。过程控制程 序主要是使单片机按一定的方法进行计算，然后再输出，以便控制系统准确高效地实现各 功能。

3.1主程序流程

如图9所示，系统启动后，对整个系统进行初始化，进入主程序循环。初始化包括：口线初始化、测试键检测、键盘显示初始化、定时器中断初始化、A/D转换初始化。开机 启动即开启显示，A/D转换和系统内部定时；随着系统工作的进行，用户可启用中断即可 自行设置定时，定温；当定时时间到或系统温度超出设定范围时，系统自动开启报警功能， 提示用户进行相应操作。

3.2软件检测程序流程

程序流程如图8所示，本系统中的软件检测利用电流检测电路进行检测，系统检测到 软件检测标志EMPTY为1时，系统认为是软件；否则为有柜。软件时，软件警示灯(D1 红灯)亮。

3.3A/D转换程序流程

A/D转换流程，首先系统自动转换复位，启动A/D转换，将模拟值通过ADC0808转换为具体可视化数字，并可以通过数码管显示出来。本次设计将温度和压力转换为数值。

3.4内部定时中断

内部定时器中断，由于定时器中断可能发生在主程序的任何地方，因此对主程序和中 断服务程序都要用到的资源必须加以保护，如累加器A，在退出中断服务程序时将其恢复。 此定时中断还可被用于任何需要不是很严格的定时控制的场合。例如，扬声器延时，可在 程序的任何地方打开扬声器，同时设置延时时间计数器在每次1分钟，1分钟过后，扬声 器立即自动关断。

此外，定时计数、软件检测延时等，均可在此中断中进行，一般情况下，在主程序中可不必为实现一个与时间控制有关功能而专门编写一段软件延时程序。

3.5定时功能的实现

定时功能的实现涉及到两个方面：时间设定和是否达到设定时间判别与相应处理。当 时十位、时个位、分十位、分个位中任一位发生改变(进位)时，就必须进行报警判别。译码显示电路将“时”、“分”计数器的输出送到七段显示译码驱动器译码驱动，通过八 位七段LED显示器的低四位显示出来。电路根据计时系统的输出状态产生一脉冲信号，然 后加上一个高频或低频信号送到放大电路驱动扬声器发声实现报警。校时电路是直接加一 个脉冲信号到时计数器或者分计数器或者秒计数器来对“时”、“分”显示数字进行校对 调整。

3.6温度控制程序流程

温度控制流程，温度控制道先进行设温度初始化unsigned char m_btTemp，启动A/D 转换。读ADC0808(每250毫秒读一次)数据标志bit m_bRead Data＝0，判断是否有温度调整，延时并显示。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含 一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将 说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可 以理解的其他实施方式。

Claims (5)

1.一种蒸煮柜蒸汽自控系统，包括控制系统，其特征在于，所述的控制系统包括单片机分别连接有定时控制模块、温度自动控制模块、功率自动控制模块、柜检测控制模块、数码管显示控制模块、安全保护控制模块、电源电路模块，由柜检测控制模块通过电流检测电路来实现整体的蒸煮自控操作。

2.根据权利要求1所述的一种蒸煮柜蒸汽自控系统，其特征在于，所述的柜检测控制模块的电路包括R17、D4、C10、LM339R17连接构成，所述的R17分压，D4、C10构成一个滤波电路，LM339作为电压比较器；当LM339的7脚电压高于6脚时，输出一个高电平，可通过测定一个软件检测电压临界值(0.94V)，若当系统启动50ms以上时，电压小于此临界值，则认为是软件，若软件，则从工作原理上进行解释，即认为是内部加热线圈没有负载，也就没有功耗，所以主回路只有很小的输入电流，取样电压也很低，即单片机检测到的电压将很低，系统自动报警，关断控制线；若电压高于临界值，则认为有柜，恢复原来的工作状态。

3.根据权利要求2所述的一种蒸煮柜蒸汽自控系统，其特征在于，所述的定时控制模块的电路包括信号发生器、时间显示电路、按键电路以及指示电路。

4.根据权利要求1所述的一种蒸煮柜蒸汽自控系统，其特征在于，所述的功率自动控制模块是基于控制PWM占空比来实现的，模块主要由单片机和ADC0808组成。根据电源电压(市电压)利用相关公式并通过调节RV1的大小来实现功率控制。

5.根据权利要求1所述的一种蒸煮柜蒸汽自控系统，其特征在于，所述的安全保护控制模块包括欠压保护电路、过压保护电路。

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