电磁炉的设计之欧阳史创编.docx
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电磁炉的设计之欧阳史创编.docx
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电磁炉的设计之欧阳史创编
郑州轻院轻工职业学院
时间:
2021.02.10
创作:
欧阳史
专科毕业设计(论文)
题 目 ____________________
__________________
学生姓名
专业班级
学 号
系 别
指导教师(职称)
完成时间 20 年 月 日
毕业设计(论文)课题申请表
系别:
机电工程系 时间:
11年01月07日
课
题
情
况
课题名称
家用电磁炉的设计
教师姓名
谷小娅
职称
助讲
学位
硕士
教研室
电子
课题来源
A.科研 B.生产 C.教学 √D.其它
课题类别
A.设计 √B.论文
实施地点
无
起止时间
2011.3.1-2011.4.20
上机时数
20
拟指导学生数
6
对学生的特殊要求
模拟、数字电子、单片机
主要
研究
内容
电磁炉以其功率大,做饭快,效率高等优点,被越来越多的家庭所使用。
本设计以单片机为核心,研究电磁炉的硬件系统和软件系统的设计。
目
标
和
要
求
~ 功率范围:
500W,1000W,1800W
~ 压力检测:
~ 功率显示:
四位数码管
~ 按键功能:
开,关,烧水,煎炸,功率500W,1000W,1800W
~ 报警方式:
三极管驱动的蜂鸣音报警
特
色
新颖、有趣。
成果
形式
可行性方案及控制装置的实验验证。
成果
价值
具有广泛的实用价值。
教研
室(组)
审题意见
负责人签字:
年 月 日
系
审
批
意
见
系主任签字:
年 月 日
毕业设计(论文)任务书
学生姓名
学号
教师姓名
谷小娅
职称
助讲
题 目
家用电磁炉的设计
主要研
究内容
电磁炉以其功率大,做饭快,效率高等优点,被越来越多的家庭所使用。
本设计以单片机为核心,研究电磁炉的硬件系统和软件系统的设计。
研究与
设计方法
1、压力传感器的选择
2、湿度传感器的选择
3、双通道的模拟信号的采集
4、模数转换芯片的选择
5、显示电路与报警电路的设计
主要技
术指标(或研究目标)
一、基本功能
~检测压力,功率
~显示功率
~无压报警
1.二、主要技术参数
~ 功率范围:
500W,1000W,1800W
~ 压力检测:
~ 功率显示:
四位数码管
~ 按键功能:
开,关,烧水,煎炸,功率500W,1000W,1800W
~ 报警方式:
三极管驱动的蜂鸣音报警
主要参
考文献
[1]李光飞,楼然苗“51系列单片机设计实例”北京航空航天大学出版社,2003年3月
[2]韩志军,沈晋源,王振波“单片机应用系统设计——入门向导与设计实例”机械工业出版社,2005年1月
[3]赵茂泰“智能仪器原理及应用”电子工业出版社,2004年2月
毕业设计(论文)开题报告
题目名称
学生姓名
专业
班级
1.、选题的目的意义
1.、国内外研究综述
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
三、毕业设计(论文)所用的方法
四、主要参考文献与资料获得情况
五、指导教师审批意见
年 月 日
毕业设计(论文)计划进程表
学生姓名
学号
教师姓名
谷小娅
职称
助讲
题 目
时 间
工作内容
完成情况
毕业设计(论文)中期检查表
题目名称
学生姓名
专业
班级
1.一、阶段性成果
二、存在问题
三、拟采取的研究方法和可行性分析
四、指导教师对学生劳动纪律、设计(论文)进展等方面的评语
指导教师签名:
年 月 日
五、学生所在系意见
系主任签名:
年 月 日
郑州轻院轻工职业学院机电工程系
专科生毕业设计(论文)答辨记录及评价意见表
学生姓名
学号
专业/班级
入学时间
毕业论文(设计)题目
指导教师
谷小娅
职称
助讲
所在单位
机电工程系
指导教师评语:
分数:
签名:
年 月 日
评阅人评语:
分数:
签名:
年 月 日
答辩小组评语:
分数:
答辩小组成员签名:
年 月 日
答辩委员会意见(同意给优、良、中、及格、不及格等次)
答辩委员会主任签名:
年 月 日
摘要
第一章 绪论
1.1选题背景(为什么要设计家用电磁炉系统)
1.2设计过程及工艺要求(设计的技术指标能达到什么程度)
第二章 方案的设计
2.1压力传感器(选择什么压力传感器,几种压力传感器的比较)
2.2湿度传感器(选择什么湿度传感器,几种湿度传感器的比较)
2.3信号采集通道(系统模块图)
第三章 系统总体设计
3.1 信号采集
3.1.1 压力信号采集电路
3.1.2 湿度信号采集电路
3.1.3 多路开关
3.2 信号分析与处理
3.2.1 A/D转换(A/D转换器各种技术指标)
3.2.2 单片机8051(8051介绍)
3.3显示与报警的设计
3.3.1显示电路(用什么样的显示方式)
3.3.2报警电路(用什么样的报警电路)
第四章 软件设计(软件设计框图,设计流程图,主函数和显示函数)
致 谢
参考文献
选题背景
为什么要设计家用电磁炉系统
家用电磁炉已有百年,最早源于欧洲,仅供皇家贵族使用,号称炊具中的“皇冠”。
由于其煎、炒、炸、煮、炖无一不能,且其体积小、携带方便,能最大限度地节约厨房空间,目前在一些发达国家普及率超过80%;在台湾,8 5%以上家庭普及电磁炉,平均家庭占有率达到2台;在日本,与洗碗机、垃圾处理机并列,成为厨电新“三宝”。
20世纪80年代初,电磁炉与空调、彩电、冰箱等一起进入中国。
虽然 90年代初也曾掀起过一股猛烈的旋风,但由于电磁炉的技术要求高,许多厂家又急功近利,片面以价格战争夺市场,导致消费者质量投诉频繁,终于在热了一阵后急转直下,归于沉寂。
家用电磁炉,已改变和产生了烹饮的新模式-无火烹饪,顺应了社会进步的要示。
炉提高能源利用率,改善环境具技术的革新,产品的更新换代是大势所趋。
以高新技术为依托,以电源为供应的第三代炉具,不锈钢密封外壳,无需耐火砖,炉面无热度,重量轻,是利用电磁互变,产生高频电流。
形成高频磁场,磁力线于锅内产生大量涡流,锅内粒子剧烈运动产生热量,瞬间即能获得极高温度,电能变热能转化率高达95%,无明火,不消耗氧气,无燃料废气产生,工作环境清新,智能控制,操作方便,是不受工作场所限制的安全、节能、环保、高效产品,是当今引领潮流的最时尚最提倡的烹饪新模式-无火烹饪,必不可少的产品,此模式现正被广泛釆用
功能齐全:
具有以油或可燃气体为燃料德第二代炉具的煎、炒、煮、蒸、炖、焖、扒、煲等各类烹调功能,特别符合燃料供应不便及安全条件受制场合
节省开支:
与第二代炉具相比,可节省能源开支约60%。
提高效率:
与第二代炉具相比,烹饪时间节省30%以上。
绿色环保:
无燃烧废气排放,不消耗氧气,无噪音,无余存留,工作环境清新。
操作简便:
一键式操作与数码显示,智能化电脑控制技术具备自动检测锅体,过热及空烧保护,过载保护功能。
安全可靠:
无明火燃烧,无废气排放,无燃料泄漏,可避免人员及环境安会隐患,特别适合地下室,高层建军筑等厨房。
改善环境:
无明火燃烧,减少热量散发。
提高能源使用效率,降低厨房环境温度。
无鼓风机装置,降低厨房噪音。
精确温控,大范围功率无级调节,与先进电脑控制技术的运用,可以精确控制烹饪温度。
既节能又保证食品的美味,更重要的是利于中菜菜肴制作标准化的推广
设计家用电磁炉系统,顺应时代的发展,对社会的发展有巨大影响。
设计过程及工艺要求
设计的技术指标能达到什么程度
主要研究内容
电磁炉以其功率大,做饭快,效率高等优点,被越来越多的家庭所使用。
本设计以单片机为核心,研究电磁炉的硬件系统和软件系统的设计。
研究与设计方法
1、压力传感器的选择
2、湿度传感器的选择
3、双通道的模拟信号的采集
4、模数转换芯片的选择
5、显示电路与报警电路的设
主要技术指标(或研究目标)
一、基本功能
~检测压力,功率
~显示功率
~无压报警
1.二、主要技术参数
~ 功率范围:
500W,1000W,1800W
~ 压力检测:
~ 功率显示:
四位数码管
~ 按键功能:
开,关,烧水,煎炸,功率500W,1000W,1800W
~ 报警方式:
三极管驱动的蜂鸣音报警
第二章 方案的设计
2.1压力传感器
选择什么压力传感器
几种压力传感器的比较
压力传感器是工业实践中最为常用的一种传感器,其广泛应用于各种工业自控环境,涉及水利水电、铁路交通、智能建筑、生产自控、航空航天、军工、石化、油井、电力、船舶、机床、管道等众多行业,下面就简单介绍一些常用压力传感器原理及其应用
1、应变片压力传感器原理与应用
力学传感器的种类繁多,如电阻应变片压力传感器、半导体应变片压力传感器、压阻式压力传感器、电感式压力传感器、电容式压力传感器、谐振式压力传感器及电容式加速度传感器等。
但应用最为广泛的是压阻式压力传感器,它具有极低的价格和较高的精度以及较好的线性特性。
在了解压阻式力传感器时,我们首先认识一下电阻应变片这种元件。
电阻应变片是一种将被测件上的应变变化转换成为一种电信号的敏感器件。
它是压阻式应变传感器的主要组成部分之一。
电阻应变片应用最多的是金属电阻应变片和半导体应变片两种。
金属电阻应变片又有丝状应变片和金属箔状应变片两种。
通常是将应变片通过特殊的粘和剂紧密的粘合在产生力学应变基体上,当基体受力发生应力变化时,电阻应变片也一起产生形变,使应变片的阻值发生改变,从而使加在电阻上的电压发生变化。
这种应变片在受力时产生的阻值变化通常较小,一般这种应变片都组成应变电桥,并通过后续的仪表放大器进行放大,再传输给处理电路(通常是A/D转换和CPU)显示或执行机构。
金属电阻应变片的内部结构
电阻应变片由基体材料、金属应变丝或应变箔、绝缘保护片和引出线等部分组成。
根据不同的用途,电阻应变片的阻值可以由设计者设计,但电阻的取值范围应注意:
阻值太小,所需的驱动电流太大,同时应变片的发热致使本身的温度过高,不同的环境中使用,使应变片的阻值变化太大,输出零点漂移明显,调零电路过于复杂。
而电阻太大,阻抗太高,抗外界的电磁干扰能力较差。
一般均为几十欧至几十千欧左右。
电阻应变片的工作原理
金属电阻应变片的工作原理是吸附在基体材料上应变电阻随机械形变而产生阻值变化的现象,俗称为电阻应变效应。
金属导体的电阻值可用下式表示:
式中:
ρ——金属导体的电阻率(Ω·cm2/m)
S——导体的截面积(cm2)
L——导体的长度(m)
我们以金属丝应变电阻为例,当金属丝受外力作用时,其长度和截面积都会发生变化,从上式中可很容易看出,其电阻值即会发生改变,假如金属丝受外力作用而伸长时,其长度增加,而截面积减少,电阻值便会增大。
当金属丝受外力作用而压缩时,长度减小而截面增加,电阻值则会减小。
只要测出加在电阻的变化(通常是测量电阻两端的电压),即可获得应变金属丝的应变情
2、陶瓷压力传感器原理及应用
抗腐蚀的陶瓷压力传感器没有液体的传递,压力直接作用在陶瓷膜片的前表面,使膜片产生微小的形变,厚膜电阻印刷在陶瓷膜片的背面,连接成一个惠斯通电桥(闭桥),由于压敏电阻的压阻效应,使电桥产生一个与压力成正比的高度线性、与激励电压也成正比的电压信号,标准的信号根据压力量程的不同标定为2.0/3.0/3.3mV/V等,可以和应变式传感器相兼容。
通过激光标定,传感器具有很高的温度稳定性和时间稳定性,传感器自带温度补偿0~70℃,并可以和绝大多数介质直接接触。
陶瓷是一种公认的高弹性、抗腐蚀、抗磨损、抗冲击和振动的材料。
陶瓷的热稳定特性及它的厚膜电阻可以使它的工作温度范围高达-40~135℃,而且具有测量的高精度、高稳定性。
电气绝缘程度>2kV,输出信号强,长期稳定性好。
高特性,低价格的陶瓷传感器将是压力传感器的发展方向,在欧美国家有全面替代其它类型传感器的趋势,在中国也越来越多的用户使用陶瓷传感器替代扩散硅压力传感器。
3、扩散硅压力传感器原理及应用
工作原理
被测介质的压力直接作用于传感器的膜片上(不锈钢或陶瓷),使膜片产生与介质压力成正比的微位移,使传感器的电阻值发生变化,和用电子线路检测这一变化,并转换输出一个对应于这一压力的标准测量信号。
4、蓝宝石压力传感器原理与应用
利用应变电阻式工作原理,采用硅-蓝宝石作为半导体敏感元件,具有无与伦比的计量特性。
蓝宝石系由单晶体绝缘体元素组成,不会发生滞后、疲劳和蠕变现象;蓝宝石比硅要坚固,硬度更高,不怕形变;蓝宝石有着非常好的弹性和绝缘特性(1000OC以内),因此,利用硅-蓝宝石制造的半导体敏感元件,对温度变化不敏感,即使在高温条件下,也有着很好的工作特性;蓝宝石的抗辐射特性极强;另外,硅-蓝宝石半导体敏感元件,无p-n漂移,因此,从根本上简化了制造工艺,提高了重复性,确保了高成品率。
用硅-蓝宝石半导体敏感元件制造的压力传感器和变送器,可在最恶劣的工作条件下正常工作,并且可靠性高、精度好、温度误差极小、性价比高。
表压压力传感器和变送器由双膜片构成:
钛合金测量膜片和钛合金接收膜片。
印刷有异质外延性应变灵敏电桥电路的蓝宝石薄片,被焊接在钛合金测量膜片上。
被测压力传送到接收膜片上(接收膜片与测量膜片之间用拉杆坚固的连接在一起)。
在压力的作用下,钛合金接收膜片产生形变,该形变被硅-蓝宝石敏感元件感知后,其电桥输出会发生变化,变化的幅度与被测压力成正比。
传感器的电路能够保证应变电桥电路的供电,并将应变电桥的失衡信号转换为统一的电信号输出(0-5,4-20mA或0-5V)。
在绝压压力传感器和变送器中,蓝宝石薄片,与陶瓷基极玻璃焊料连接在一起,起到了弹性元件的作用,将被测压力转换为应变片形变,从而达到压力测量的目的.
5、压电压力传感器原理与应用
压电传感器中主要使用的压电材料包括有石英、酒石酸钾钠和磷酸二氢胺。
其中石英(二氧化硅)是一种天然晶体,压电效应就是在这种晶体中发现的,在一定的温度范围之内,压电性质一直存在,但温度超过这个范围之后,压电性质完全消失(这个高温就是所谓的“居里点”)。
由于随着应力的变化电场变化微小(也就说压电系数比较低),所以石英逐渐被其他的压电晶体所替代。
而酒石酸钾钠具有很大的压电灵敏度和压电系数,但是它只能在室温和湿度比较低的环境下才能够应用。
磷酸二氢胺属于人造晶体,能够承受高温和相当高的
湿度,所以已经得到了广泛的应用。
现在压电效应也应用在多晶体上,比如现在的压电陶瓷,包括钛酸钡压电陶瓷、PZT、铌酸盐系压电陶瓷、铌镁酸铅压电陶瓷等等。
压电效应是压电传感器的主要工作原理,压电传感器不能用于静态测量,因为经过外力作用后的电荷,只有在回路具有无限大的输入阻抗时才得到保存。
实际的情况不是这样的,所以这决定了压电传感器只能够测量动态的应力。
压电传感器主要应用在加速度、压力和力等的测量中。
压电式加速度传感器是一种常用的加速度计。
它具有结构简单、体积小、重量轻、使用寿命长等优异的特点。
压电式传感器既可以用来测量大的压力,也可以用来测量微小的压力。
2.2湿度传感器
选择什么湿度传感器
几种湿度传感器的比较
湿度传感器,分为电阻式和电容式两种,产品的基本形式都为在基片涂覆感湿材料形成感湿膜。
空气中的水蒸汽吸附于感湿材料后,元件的阻抗、介质常数发生变化,从而制成湿敏元件。
湿敏电阻
湿敏电阻的特点是在基片上覆盖一层用感湿材料制成的膜,当空气中的水蒸气吸附在感湿膜上时,元件的电阻率和电阻值都发生变化,利用这一特性即可测量湿度。
湿敏电阻的种类很多,例如金属氧化特湿敏电阻、硅湿敏电阻、陶瓷湿敏电阻等。
湿敏电容
•用高分子薄膜电容制成,常用的高分子材料有聚苯乙烯、聚酰亚胺、醋酸纤维等。
湿度改变时,介电常数变化,电容量也变化,电容变化量与相对湿度成正比。
•优点:
灵敏度高、响应速度快、湿度的滞后量小、便于制造、容易实现小型化和集成化。
几种湿敏元件
1.氯化锂湿敏元件
氯化锂湿敏电阻是利用吸湿性盐类潮解,离子导电率发生变化而制成的测湿元件
2.半导体陶瓷湿敏元件
材料主要是金属氯化物,其电阻率随湿度增加而下降——负特性湿敏半导瓷。
Fe3O4半导瓷的电阻率随着湿度的增加而增大——正特性湿敏半导瓷
3.热敏电阻式湿敏元件
热敏电阻湿度传感器的电路构成原理
R1-湿度传感元件R2-温度补偿元件
R3,R4-电桥电路电阻Rm-输出电阻阻抗
Rs-限流电阻
4.高分子膜湿敏元件
随高分子膜吸收或放出水份而引起电导率或电容变化实现测量环境相对湿度。
5.金属氧化物陶瓷湿敏元件
Al2O3为主体湿敏体。
集成湿度传感器
线性电压输出式集成湿度传感
主要特点是采用恒压供电,内置放大电路,能输出与相对湿度呈比例关系的伏特级电压信号,响应速度快,重复性好,抗污染能力强。
线性频率输出集成湿度传感器
这种传感器具有线性度好、抗干扰能力强、便于配数字电路或单片机、价格低等优点。
频率/温度输出式集成湿度传感器
线性度好、抗干扰能力强、便于配数字电路或单片机、价格低增加了温度信号输出端,利用热敏电阻作为温度传感器。
配上二次仪表即可测量出温度值。
2.3信号采集通道
系统模块图
电磁炉功能方框图
电磁炉电路方框图
第三章 系统总体设计
3.1 信号采集
3.1.1压力信号采集电路
压力传感器信号采集电路
图2给卅压力传感器信号采集电路。
它选用了测量范围广,
精度较高,性能价格比好的电阻应变式压力传感器;信号
放大部分采用功耗低,输入失调电压小,线性度好的OP07运
算放大器:
A/D转换模块采用C8051F020内部设置的高速率
12位A/D转换器。
图2中OP07的输出失调电压为2mV,通
过滑动变阻器R8可调节输出失调电压的大小。
主回路原理分析
时间t1~t2时当开关脉冲加至IGBTQ1的G极时,IGBTQ1饱和导通,电流i1从电源流过L1,由于线圈感抗不允许电流突变.所以在t1~t2时间i1随线性上升,在t2时脉冲结束,IGBTQ1截止,同样由于感抗作用,i1不能立即突变0,于是向C3充电,产生充电电流i2,在t3时间,C3电荷充满,电流变0,这时L1的磁场能量全部转为C3的电场能量,在电容两端出现左负右正,幅度达到峰值电压,在IGBTQ1的CE极间出现的电压实际为逆程脉冲峰压+电源电压,在t3~t4时间,C3通过L1放电完毕,i3达到最大值,电容两端电压消失,这时电容中的电能又全部转化为L1中的磁能,因感抗作用,i3不能立即突变0,于是L1两端电动势反向,即L1两端电位左正右负,由于IGBT内部阻尼管的存在,C3不能继续反向充电,而是经过C2、IGBT阻尼管回流,形成电流i4,在t4时间,第二个脉冲开始到来,但这时IGBTQ1的UE为正,UC为负,处于反偏状态,所以IGBTQ1不能导通,待i4减小到0,L1中的磁能放完,即到t5时IGBTQ1才开始第二次导通,产生i5以后又重复i1~i4过程,因此在L1上就产生了和开关脉冲f(20KHz~30KHz)相同的交流电流。
t4~t5的i4是IGBT内部阻尼管的导通
电流,在高频电流一个电流周期里,t2~t3的i2是线盘磁能对电容C3的充电电流,t3~t4的i3是逆程脉冲峰压通过L1放电的电流,t4~t5的i4是L1两端电动势反向时,因的存在令C3不能继续反向充电,而经过C2、IGBT阻尼管回流所形成的阻尼电流,IGBTQ1的导通电流实际上是i1。
IGBTQ1的VCE电压变化:
在静态时,UC为输入电源经过整流后的直流电源,t1~t2,IGBTQ1饱和导通,UC接近地电位,t4~t5,IGBT阻尼管导通,UC为负压(电压为阻尼二极管的顺向压降),t2~t4,也就是LC自由振荡的半个周期,UC上出现峰值电压,在t3时UC达到最大值。
以上分析证实两个问题:
一是在高频电流的一个周期里,只有i1是电源供给L的能量,所以i1的大小就决定加热功率的大小,同时脉冲宽度越大,t1~t2的时间就越长,i1就越大,反之亦然,所以要调节加热功率,只需要调节脉冲的宽度;二是LC自由振荡的半周期时间是出现峰值电压的时间,亦是IGBTQ1的截止时间,也是开关脉冲没有到达的时间,这个时间关系是不能错位的,如峰值脉冲还没有消失,而开关脉冲己提前到来,就会出现很大的导通电流使IGBTQ1烧坏,因此必须使开关脉冲的前沿与峰值脉冲后沿相同步。
振荡电路
(1)当PWM点有Vi输入时、V7OFF时(V7=0V),V5等于D6的顺向压降,而当V5 (2)当V5>V6时,V7转态为OFF,V6亦降至D6的顺向压降,而V5则由C16、D6放电。 (3)V5放电至小于V6时,又重复 (1)形成振荡。 “G点输入的电压越高,V7处于ON的时间越长,电磁炉的加热功率越大,反之越小”。 IGBT激励电
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- 关 键 词:
- 电磁炉 设计 欧阳 创编