單片機在電磁爐中的應用

單片機在電磁爐中的應用

 1 引言

　　電磁灶是應用電磁感應原理進行加熱工作的，是現代家庭烹飪食物的先進電子炊具。它使用起來非常方便，可用來進行煮、炸、煎、蒸、炒等各種烹調操作。電磁灶的功率一般在700--1800W左右。

　　電磁爐按感應線圈中的電流頻率分為低頻和高頻兩大類，相比較高頻電磁灶受熱效率高，比較省電。

　　按樣式分類，可以分以下三種。　
　　
　　臺式電磁爐：分為單頭和雙頭兩種，具有擺放方便、可移動性強等優點。因為價格低較受歡迎。
　　
　　埋入式電磁爐：是將整個電磁爐放入櫥柜面內，然后在臺面上挖個洞，使灶面與櫥柜臺面成一個平面。業內專家認為這種安裝方法只求美觀，但不科學，很大一部分消費群體把電磁爐當做火鍋，埋入式炒菜并不方便。
　　
　　嵌入式電磁爐：可適應不同鍋具的需要，不再對鍋具有特殊要求。

　　本文主要介紹利用SPMC65P2404芯片來實現電磁爐的設計。SPMC65P2404是凌陽推出的一款工業控制8位單片機，具有很高的性價比，抗干擾能力強，非常適合應用于工業控制類、家電類產品的設計。使用SPMC65P2404設計的電磁爐具有如下性能：

　　六種加熱模式：火鍋、煎炸、炒菜、燒烤、蒸煮、燒燜；

　　一種自動工作模式：燒水； 最大720分鐘的定時開機功能； 2小時自動關機保護功能； 小物件檢測功能，對不合適的物件不進行加熱； 系統采用過流、過壓、超溫等多種保護措施； 采用開關電源，使系統能夠在180~250V的電壓范圍內正常工作； 系統設置了故障報警功能，方便故障查找及檢修； 系統含有自檢程序，方便生產測試。

2   電磁爐加熱原理

　　電磁爐是應用電磁感應原理對食品進行加熱的。電磁爐的爐面是耐熱陶瓷板，交變電流通過陶瓷板下方的線圈產生磁場，磁場內的磁力線穿過鐵鍋、不銹鋼鍋等底部時，產生渦流，令鍋底迅速發熱，達到加熱食品的目的。

　　電磁爐加熱原理如圖2-1所示，灶臺臺面是一塊高強度、耐沖擊的陶瓷平板（結晶玻璃），臺面下邊裝有高頻感應加熱線圈（即勵磁線圈）、高頻電力轉換裝置及相應的控制系統，臺面的上面放有平底烹飪鍋。

 圖 2‑1     電磁爐加熱原理

　　其工作過程如下：電流電壓經過整流器轉換為直流電，又經高頻電力轉換裝置使直流電變為超過音頻的高頻交流電，將高頻交流電加在扁平空心螺旋狀的感應加熱線圈上，由此產生高頻交變磁場。其磁力線穿透灶臺的陶瓷臺板而作用于金屬鍋。在烹飪鍋體內因電磁感應就有強大的渦流產生。渦流克服鍋體的內阻流動時完成電能向熱能的轉換，所產生的焦耳熱就是烹調的熱源。

3 電磁爐設計要求

　　電磁爐作為一種普遍的家用產品，除了要具有基本的加熱功能外，它的安全性能及穩定性能是設計的關鍵。

　　電磁爐設有多種保護裝置，包括小物件檢測、過熱自動停機保護、過壓或欠壓自動停機保護、空燒自動停止加熱保護、2小時斷電保護、1～2分鐘自動停機保護以及聲光報警顯示等。綜合起來，電磁爐可由下述技術特性參數考核：

　　（1）自身保護特性。輸出開關管是電磁爐的關鍵元件，工作于高電壓、大功率狀態，受成本和器件參數限制，設計時不可能有很大的富裕量，故在工作過程中，若電源電壓過高、工作狀態切換時產生瞬間沖擊、電流增大、機內溫升過高、鐵鍋挪離灶板或空載，開關管都可能損壞。因此，應保證過壓、過流、過溫、鍋檢測等保護裝置正常；
　　
　　（2）鍋底溫度控制特征。鍋底發熱直接傳至灶板（陶瓷玻璃），灶板是導熱材料，故一般都將熱敏元件安裝在灶板底部，探測鍋底的溫度；

       （3）功率穩定性。電磁爐應具有輸出功率自動調整功能，以改善電源適應性和負載適應性；（4）電磁兼容性。該性能涉及對其余家電的干擾和對人體的危害。電磁爐均在電源回路中設有LC濾波電路并用金屬圍框吸收漏磁通，同時采用脈沖方式，使平均輻射功率控制在最小限度；

4 系統硬件設計

　　系統采用SPMC65P2404 作為主控MCU，主要模式有：鍵盤掃描，鍋體溫度檢測，IGBT 溫度檢測，電流過流檢測，超壓欠壓檢測，振蕩信號檢測，風扇控制，數碼管顯示控制，LED 控制，蜂鳴器控制，系統啟動控制。

　　圖 4‑1     系統框圖

4.1   功率板電路分析

　　圖 4‑2    功率板電路圖

4.1.1    加熱線圈工作電路

　　交流電220V 經過前端濾波處理，通過整流橋，變成大約310v 左右的直流電，通過MCU控制IGBT 的導通和關閉，來控制加熱線圈的工作狀態。

4.1.2   開關電源電路部分

　　開關電源部分采用TI 公司最新推出的集成電路VIPer12A，來實現不同電壓的輸出，AC 接入后經過半波整流，接到VIPer12A 的電壓輸入腳，輸出端通過穩壓變壓的方式來得到18V 和5V 直流電，為IC 和其他外圍元件提供電源。

4.1.3    電壓值測量電路

　　AC 接入后，經過半波整流，由R10 和R17 產生分壓，對電路的電壓進行比例式測量，以判斷電路電壓是否超過或者不足。

4.1.4     溫度測量

　　AC 接入后，經過半波整流，由R10 和R17 產生分壓，對電路的電壓進行比例式測量，以判斷電路電壓是否超過或者不足。