基于PIC單片機(jī)的多種廚房設(shè)備智能組合控制設(shè)計(jì)

本文介紹了真空熒光屏顯示器在多功能廚房控制系統(tǒng)中的軟硬件設(shè)計(jì)方法。系統(tǒng)以PIC16F72單片機(jī)為主控制芯片，對外圍傳感器檢測模塊和按鍵掃描電路等采集信號(hào)進(jìn)行處理，發(fā)送指令驅(qū)動(dòng)繼電器控制天然氣灶、抽油煙機(jī)、消毒柜、烘干機(jī)等多種廚房設(shè)備進(jìn)行工作。該系統(tǒng)采用真空熒光屏顯示各種工作狀態(tài)。具有漏氣報(bào)警、按鍵童鎖等功能。

隨著智能家電控制技術(shù)的不斷發(fā)展，具有多功能和智能化的廚房控制器成為廚房電器設(shè)備發(fā)展的主流。和傳統(tǒng)單一廚房設(shè)備控制器相比，多功能廚房控制器具有占用空間小、成本低、功能多、便于設(shè)備統(tǒng)一管理，使用安全、方便等優(yōu)點(diǎn)。

系統(tǒng)以PIC單片機(jī)作為主控制芯片，選用VFD(Vacuum Fluorescent Display)真空熒光屏為顯示器，結(jié)合氣敏傳感器，熱敏電阻，高壓點(diǎn)火器，繼電器等受控對象，通過檢測外部信號(hào)以及內(nèi)部定時(shí)時(shí)間狀態(tài)可以控制各種受控對象工作狀態(tài)之間的相互轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)對廚房電器設(shè)備的智能控制。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

1 各單元電路硬件設(shè)計(jì)

1．1電源電路設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)所需的6組工作電源均由如圖2所示的電路提供。6組電源分別為AC220 V、AC3 V、DC+12 V、DC+5 V、DC+5 V B、DC+24 V、DC-30 V。各組電源的使用情況如下：AC220 V作為抽油煙機(jī)電機(jī)工作電壓；AC3 V作為VFD燈絲驅(qū)動(dòng)電壓；DC-30 V作為VFD顯示段碼工作電壓；DC+12 V作為繼電器工作電壓；DC+5 V作為單片機(jī)及外圍+5 V供電電源；DC+5 V B作為氣敏傳感器工作電壓；DC+24 V作為24 V直流電機(jī)以及照明LED工作電壓。

為確保VFD顯示屏段碼截止時(shí)沒有鬼影余亮現(xiàn)象，在AC3 V中心抽頭和DC-30 V之間加了5．1 V穩(wěn)壓管1N4733，同時(shí)在關(guān)閉VFD時(shí)通過繼電器KA1切斷燈絲電源AC3 V，以達(dá)到徹底熄滅燈絲和省電的目的。

1．2 功能控制電路設(shè)計(jì)

如圖3所示功能控制電路，通過繼電器控制抽油煙機(jī)、風(fēng)機(jī)的強(qiáng)度以及消毒、烘干童鎖、LED照明開關(guān)等。為確保消毒和烘干是在消毒柜關(guān)閉狀態(tài)下才工作，故在消毒柜的柜門處裝了個(gè)門開關(guān)，只有門在關(guān)閉狀態(tài)下繼電器才能動(dòng)作。在烘干發(fā)熱棒上串聯(lián)一個(gè)熱敏電阻NTC5D—11，在溫度過高時(shí)斷開，防止溫度過高而燒壞碗筷和設(shè)備本身。同時(shí)，在設(shè)計(jì)時(shí)考慮到安全因素，加了童鎖功能，即正在進(jìn)行消毒或烘干時(shí)童鎖關(guān)閉，消毒烘干結(jié)束后1 min才開啟童鎖，以防止兒童在設(shè)備正在消毒或烘干時(shí)誤打開柜門而燙傷，童鎖為電磁閥。

設(shè)計(jì)中考慮到兩板之間的數(shù)據(jù)傳送及節(jié)省I／O口，選用串并轉(zhuǎn)換芯片74HC595作為I／O口擴(kuò)展，再經(jīng)過7路內(nèi)部達(dá)林頓結(jié)構(gòu)的ULN2003驅(qū)動(dòng)繼電器。電路中，將ULN2003第9腳接+12 V就相當(dāng)于在每個(gè)被驅(qū)動(dòng)對象兩端反向并聯(lián)1個(gè)二極管，起到續(xù)流的作用，外部無需再加二極管達(dá)到節(jié)省成本的效果。

1．3 處理器電路設(shè)計(jì)
處理器電路如圖4所示，選用MICroChip公司的PIC16F72作為系統(tǒng)的核心控制芯片。PIC16F72具有8位精度AD，2 kB×8 位ROM，128×8 Byte RAM，22個(gè)驅(qū)動(dòng)能力達(dá)到20 mA電流的I／O口，滿足對處理器的要求。電路中選用晶振為4 MHz，起振電容C18、C19取22pF。R2和C17，—起構(gòu)成系統(tǒng)復(fù)位電路。為減小紋波千擾，在電源跟地之間接了C20和C21濾渡，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

1．4 顯示電路設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)時(shí)主要考慮到廚房環(huán)境油煙較多，周圍溫度較高，強(qiáng)電流、強(qiáng)磁場等環(huán)境因素，而VFD顯示屏有自動(dòng)發(fā)光、高清晰度和高亮度顯示、低壓操作、低功耗的特點(diǎn)，并具有從紅色到藍(lán)色多種色彩、寬視角、反應(yīng)速度快、可靠且使用壽命長、成本低等優(yōu)點(diǎn)，適合作為系統(tǒng)控制信息顯示屏。顯示電路如圖5所示，開關(guān)管用的三極管9013，VFD專用驅(qū)動(dòng)芯片PT6312。

1. 5 爐火檢測和氣閥開關(guān)電路設(shè)計(jì)
考慮到安全性，只有在檢測到爐火，且倒計(jì)時(shí)開始定時(shí)后才開啟氣閥。為提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，點(diǎn)火開關(guān)信號(hào)間用光耦隔離，如圖6和圖7所示。

1．6 漏氣檢測及報(bào)警電路設(shè)計(jì)

單元電路如圖8和圖9所示。當(dāng)爐火定時(shí)時(shí)間到和氣敏傳感器檢測到煤氣漏氣時(shí)報(bào)警提示。用普通無源蜂鳴器即可滿足要求，蜂鳴器需要的1 kHz方波由單片機(jī)500μs中斷取反產(chǎn)生，只要在BELL端輸入高電平就可報(bào)警。為增大驅(qū)動(dòng)電流用三極管9013和9012作二級(jí)放大。同時(shí)，加R22，R23和C23構(gòu)成充放電回路，以使報(bào)警時(shí)的聲音有假和弦效果。

1．7 按鍵掃描電路設(shè)計(jì)

電路圖如圖10所示。采用7個(gè)按鍵，分別為風(fēng)速調(diào)整鍵、消毒鍵、洪干鍵、開／關(guān)機(jī)鍵、時(shí)間／定時(shí)設(shè)置鍵、小時(shí)鍵、分鐘／LED開關(guān)鍵。通過單片機(jī)采集按鍵結(jié)果進(jìn)行處理。

2 軟件設(shè)計(jì)
系統(tǒng)軟件利用Mplab集成開發(fā)環(huán)境(IDE)進(jìn)行編寫，程序總流程如圖11所示。在編寫軟件時(shí)，將程序編寫為多任務(wù)方式，各種任務(wù)放在程序各分支上，依據(jù)程序狀態(tài)的變化分別執(zhí)行各個(gè)模塊功能程序。同時(shí)將實(shí)時(shí)事件放在主干道上，每次程序循環(huán)都要執(zhí)行。各個(gè)相互關(guān)系模塊之間只通過標(biāo)志位聯(lián)系。

軟件設(shè)計(jì)中還涉及到500μs中斷服務(wù)子程序、VFD顯示子程序、按鍵掃描子程序、爐火定時(shí)子程序、煤氣漏氣檢測子程序等模塊。

3 結(jié)束語

文中主要介紹了利用PIC單片機(jī)為主控制芯片的多種廚房設(shè)備智能組合控制設(shè)計(jì)思想和方法。該系統(tǒng)還可以做部分功能上的擴(kuò)展，比如在系統(tǒng)中加入廚房熱水器、微波爐、洗碗機(jī)的控制，使功能更強(qiáng)大；加入煙霧及氣敏傳感器和語音模塊以及GPRS接收模塊，當(dāng)家里發(fā)生火災(zāi)時(shí)報(bào)警，可以語音提示并利用手機(jī)通知主人，甚至進(jìn)行遠(yuǎn)距離廚房設(shè)備無線控制，使功能更多樣化，操作更加人性化和智能化。