| 摘 要： 本文主要介紹如何使用SPMC65P2404A單片機設(shè)計開發(fā)電磁爐產(chǎn)品。
關(guān)鍵詞：電磁爐
1 引言
電磁爐是應(yīng)用電磁感應(yīng)原理進(jìn)行加熱工作的,是現(xiàn)代家庭烹飪食物的先進(jìn)電子炊具。它使用起來非常方便,可用來進(jìn)行煮、炸、煎、蒸、炒等各種烹調(diào)操作。特點：效率高、體積小、重量輕、噪音小、省電節(jié)能、不污染環(huán)境、安全衛(wèi)生,烹飪時加熱均勻、能較好地保持食物的色、香、味和營養(yǎng)素,是實現(xiàn)廚房現(xiàn)代化不可缺少的新型電子炊具。電磁爐的功率一般在700--1800W左右。
電磁爐按感應(yīng)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(yōu)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(nèi),然后在臺面上挖個洞,使灶面與櫥柜臺面成一個平面。業(yè)內(nèi)專家認(rèn)為這種安裝方法只求美觀,但不科學(xué),很大一部分消費群體把電磁爐當(dāng)做火鍋,埋入式炒菜并不方便。
嵌入式電磁爐：可適應(yīng)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SPMC65P2404A芯片來實現(xiàn)電磁爐的設(shè)計。SPMC65P2404A是凌陽科技推出的一款工業(yè)級通用8位單片機,具有很高的性價比,抗干擾能力強,非常適合應(yīng)用于工業(yè)控制類、家電類產(chǎn)品的設(shè)計。使用SPMC65P2404A設(shè)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(guān)機保護功能;
小物件檢測功能,對不合適的物件不進(jìn)行加熱;
系統(tǒng)采用過流、過壓、超溫等多種保護措施;
采用開關(guān)電源,使系統(tǒng)能夠在180~250V的電壓范圍內(nèi)正常工作;
系統(tǒng)設(shè)置了故障報警功能,方便故障查找及檢修;
系統(tǒng)含有自檢程序,方便生產(chǎn)測試。
2 芯片特性簡介
SPMC65P2404A是凌陽科技推出的工業(yè)級通用8位單片機,最高工作頻率為8MHz,工作電壓3V~5.5V,有192字節(jié)的RAM和4K字節(jié)的OTP ROM,有23個可編程IO口,內(nèi)置上/下拉電阻,8通道10位A/D轉(zhuǎn)換器（100KHz）,SPMC65P2404A其他特性包括：
◆凌陽科技8位單片機
☉182條指令
☉11種尋址模式
☉支持位操作（Set,Clear,Inverse,Test）
◆2個8位可編程定時器/計數(shù)器(可自動預(yù)置初始計數(shù)值)
☉普通的定時/計數(shù)器
☉具有8位捕獲功能
☉具有8位比較功能
◆2個16位可編程定時器/計數(shù)器(可自動預(yù)置初始計數(shù)值)
☉普通的定時/計數(shù)器
☉具有8或16位捕獲功能
☉具有16位比較功能
☉12位PWM輸出
◆中斷方式
☉支持IRQ和NMI中斷
☉4種外部中斷
☉11種內(nèi)部中斷
◆5種復(fù)位功能：上電復(fù)位、低電壓復(fù)位、看門狗復(fù)位、外部復(fù)位及錯誤地址復(fù)位
◆支持3種時鐘電路：晶體振蕩器、RC振蕩、外部信號
◆2種低功耗模式：Halt模式和Stop模式
◆低電壓監(jiān)測(LVD)功能
◆一個蜂鳴器驅(qū)動輸出口
◆具有SPI總線
利用SPMC65P2404A的這些資源,能夠份方便的實現(xiàn)電磁爐的功能。
3 電磁爐加熱原理
電磁爐是應(yīng)用電磁感應(yīng)原理對食品進(jìn)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(chǎn)生磁場,磁場內(nèi)的磁力線穿過鐵鍋、不銹鋼鍋等底部時,產(chǎn)生渦流,令鍋底迅速發(fā)熱,達(dá)到加熱食品的目的。
電磁爐加熱原理如圖3-1所示,灶臺臺面是一塊高強度、耐沖擊的陶瓷平板（結(jié)晶玻璃）,臺面下邊裝有高頻感應(yīng)加熱線圈（即勵磁線圈）、高頻電力轉(zhuǎn)換裝置及相應(yīng)的控制系統(tǒng),臺面的上面放有平底烹飪鍋。
其工作過程如下：交流電壓經(jīng)過整流器轉(zhuǎn)換為直流電,又經(jīng)高頻電力轉(zhuǎn)換裝置使直流電變?yōu)槌^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(yīng)加熱線圈上,由此產(chǎn)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(nèi)因電磁感應(yīng)就有強大的渦流產(chǎn)生。渦流克服鍋體的內(nèi)阻流動時完成電能向熱能的轉(zhuǎn)換,所產(chǎn)生的焦耳熱就是烹調(diào)的熱源。
4 電磁爐設(shè)計要求
電磁爐作為一種普遍的家用產(chǎn)品,除了要具有基本的加熱功能外,它的安全性能及穩(wěn)定性能是設(shè)計的關(guān)鍵。
電磁爐設(shè)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(shù)特性參數(shù)考核：
（1）自身保護特性。輸出開關(guān)管是電磁爐的關(guān)鍵元件,工作于高電壓、大功率狀態(tài),受成本和器件參數(shù)限制,設(shè)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(tài)切換時產(chǎn)生瞬間沖擊、電流增大、機內(nèi)溫升過高、鐵鍋挪離灶板或空載,開關(guān)管都可能損壞。因此,應(yīng)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(fā)熱直接傳至灶板（陶瓷玻璃）,灶板是導(dǎo)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(wěn)定性。電磁爐應(yīng)具有輸出功率自動調(diào)整功能,以改善電源適應(yīng)性和負(fù)載適應(yīng)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(shè)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;
在實現(xiàn)以上電磁爐的性能規(guī)格的基礎(chǔ)上,我們設(shè)計的電磁爐還具有以下的功能規(guī)格：
手動控制火力,從300W~1600W 的范圍,共分為14 檔火力,每檔均有穩(wěn)定的功率;
手動定溫選擇,從70 ~240℃的范圍,共分為6 檔定溫選擇,每檔都能達(dá)到精確定溫;
自動烹調(diào)功能,內(nèi)部自帶1 自動烹調(diào)功能：燒水。
6 種自選功能：火鍋,炒菜,蒸煮,燉燜,煎炸,燒烤,其中火鍋,炒菜可以調(diào)節(jié)不同的火力檔位;蒸煮,燉燜,煎炸,燒烤4 種功能可以選擇不同的溫度。
可以實現(xiàn)1~720 分鐘預(yù)約開機功能,1~180 分鐘的定時關(guān)機功能。
系統(tǒng)提供2 小時自動關(guān)機的保護功能。
5 系統(tǒng)硬件設(shè)計
系統(tǒng)采用SPMC65P2404A 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(fēng)扇控制,數(shù)碼管顯示控制,LED 控制,蜂鳴器控制,系統(tǒng)啟動控制。
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