基于單片機控制的商用蒸飯柜智能化設計研究

牛文歡+王平

摘 要：本研究針對普通商用蒸飯柜上未設置定時斷電自控機構及溫度檢測控制機構，工作時需要采用人工計時、手動斷電而且容易"干燒"的問題，通過調查分析提出采用單片機作為控制模塊，從定時斷電提醒智能化設計研究、水位檢測控制智能化設計研究和蒸汽回收裝置智能化設計研究三個方面進行探索。解決了現實生產使用過程中的問題，給用戶以更好的使用效果和安全體驗。

關鍵詞：單片機；商用蒸飯柜；智能化

1. 商用蒸飯柜的發展情況與趨勢

1.1 商用蒸飯柜的發展情況

蒸飯柜行業雖然已經發展的相對成熟，但是在發展過程中也不可避免的出現了一些廚房設備共有的問題，如安全性難以保證、質量參差不齊，以及科技含量低。

問題一：安全性難以保證

雖然商用蒸飯柜行業不論是產業規模還是產品質量，都有不少優秀的廚房設備企業生產了足夠數量優秀的產品，但是產品安全仍然是廚房設備行業最大的痛點。工作時需要采用人工計時、手動斷電而且容易“干燒”，安全問題一直備受關注。

問題二：質量參差不齊

普通蒸飯柜自動化程度不高，用戶體驗效果不佳，而市面上的豪華蒸飯柜和數碼蒸飯柜又太貴，部分企業為了提高自動化程度同時不提高產品價格，那就只能降低產品質量，最終擾亂了市場。

問題三：科技含量低

現在已經是一個移動互聯網的時代，但是廚具產品上的科技含量偏低。不論是造型，還是實用功能，以及科技附加功能，都有著太多的改進空間。作為回報，那些在風格上有大的改進的產品，那些在材質上想人所未想的產品，那些在色彩上有顛覆性變化的產品，都有著良好的市場回報。在這個科技大發展的時代，廚具產品不能與科技脫節。

1.2 商用蒸飯柜的發展趨勢

根據市場調查，現如今商用蒸飯柜的發展呈現兩極分化的局面。一種是市場上最常見的蒸飯柜，占據大市場；另一種是價格非常昂貴的智能蒸飯柜，鮮有人問津。在可以預見的將來，更具科技感、自動化、智能化且物美價廉的商用蒸飯柜將會是今后的發展趨勢。

2. 商用蒸飯柜的智能化設計研究

本研究從定時斷電提醒智能化設計研究、水位檢測控制智能化設計研究和蒸汽回收裝置智能化設計研究三個方面進行。

2.1 定時斷電提醒智能化設計研究

使用AT89C52單片機做控制模塊，設計制作了一個用于蒸飯柜定時自控開關數顯報警電路。電路可以按照出廠時系統默認設置的參數自動運行，也可以按照使用人員的想法，隨時通過按鍵輸入新的時間參數進行設置。我們設計的電路既能在預先設定的時間內自動完成蒸飯和斷電控制，又能在定時結束時，通過外置的互感開關進行數顯鈴聲報警，十分方便貼心。此電路設計比較簡單且制作容易，使用靈活，設置也很方便，非常適合大批量的生產使用，適用于集體食堂和各類餐館、飯店的安裝使用。

2.2 水位檢測控制智能化設計研究

在蒸飯柜水槽內部加入兩個限位感應開關和一個進水開關，當水位下降至下方的限位開關時，單片機控制自動斷電并打開進水開關加水，方便快捷。

上限位、中限位、下限位傳感器被液體淹沒時為 ON， 閥A為電磁閥，線圈通電時打開，線圈斷電時關閉。開始時水箱是空的， 閥門關閉，各傳感器均為 OFF。按下啟動按鈕SB1后，打開閥A，開始加水，水位線上升。中限位開關變為ON時，電熱管打開，開始加熱。當液面達到上限位開關時，閥A關閉，停止加水， 繼續加熱，直至水位線下降至下限位開關時停止加熱，閥A自動打開，開始加水，開始進入周期性循環。此設計具有防干燒保護，超溫保護，自動故障檢測，電壓過高過低及缺相保護功能。

2.3 蒸汽回收裝置智能化設計研究

蒸汽柜工作時有大量蒸汽，影響工作人員視野，而且高溫蒸汽容易傷人，存在不安全因素。我們采用蒸汽回收裝置置于蒸飯柜上方，可以有效解決這個問題。蒸汽回收處理裝置由金屬罩、排氣扇組成，裝置下方的四個弧形邊帶有向上彎曲的水槽，當水蒸氣冷凝為水時，就會順著水槽流至四個角，將四個角彎成管狀，接上橡膠管使其匯流，通過排水管道排出。

蒸汽回收裝置的控制開關可獨立使用，也可利用無線電遙控技術，將控制方式容于單片機的控制系統，協同控制。

3. 商用蒸飯柜工作原理和單片機選擇

AT89C2051是一款低功耗、高性能、高靈活、超高效的CMOS8位微控制器，具有8K系列可編程Flash存儲器，使用Atmel公司高密度非易失性存儲器技術制造，與工業80C51產品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲器在系統可編程，也適用于常規編程。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統可編程Flash。AT89C2051可降至0HZ靜態邏輯操作，支持2種軟件可選擇節電模式。空閑模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時器/計數器、串口、中斷繼續工作。掉電保護方式下，RAM內容被保存，振蕩器被凍結，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復位為止。故選用AT89C2051單片機。

4. 商用蒸飯柜硬件電路設計研究

1. 電路簡單，全部電路使用一個“單片機”芯片和兩個輔助芯片，配合少量外圍分立元件，即可完成相關控制功能。

2. 初始加電時，系統將檢測水箱水位，只有水箱水位正常（水位開關SW閉合）時，才會使三相固態繼電器 SSR 導通，電熱管加電工作。此后，系統將循環監測水箱水位，一旦出現水箱水位低于預設最低水位（即自動補水管道系統出現故障），導致SW開關斷開時，系統將立即切斷電熱管電源，同時給出“缺水”的聲、光報警信號。

3. 當電熱管加電工作時，系統將對連接三相電的三組電熱管實施工作狀態監控并在控制面板上用發光二極管指示燈給出相應的指示。當各組電熱管均工作正常時，面板上的三組電熱管工作狀態指示燈將同時點亮。如果某一組電熱管損壞，則面板上對應該組的電熱管指示燈將開始“閃爍”，表示該組電熱管故障，提示需要檢修更換，但此時蒸飯柜仍可勉強工作，只是蒸熟飯的時間要相應延長，此時蜂鳴器并不報警。如果是某兩組或三組電熱管同時損壞時，則面板上的三組電熱管指示燈將同時“閃爍”，蜂鳴器也同時發出報警聲響，表明此時電熱管已無法保證蒸飯柜的正常工作，必須立即進行檢修、更換。

4. 本電路的輸入輸出均采用了光電隔離的工作方式，抗干擾能力強，工作穩定可靠。

5 結語

本設計研究根據蒸飯柜現實生活使用過程中出現的一些問題，綜合考慮使用環境因素等方面的影響，從定時斷電提醒智能化設計研究、水位檢測控制智能化設計研究和蒸汽回收裝置智能化設計研究三個方面對商用蒸飯柜進行改進創新研究。本蒸飯柜在普通蒸飯柜的基礎上進行了升級，使得機械報警提醒簡單方便；水位檢測與控制更加的智能可控；微電子控制自動化程度更高，并減少了故障發生率，提高了實用性；蒸汽回收處理裝置解決了室內濕度過高、能見度低的問題。

參考文獻：

[1] 張繼輝.基于單片機控制的電熱蒸飯柜智能檢測控制電路[J].電氣時代，2007，12：86-87

[2] 張毅.自動檢測技術及儀表控制系統.北京：化學工業出版社，2004.11

作者簡介：

牛文歡（1988—），男，山東菏澤人，濰坊職業學院 機電工程學院 助教，山東大學碩士學位，主要研究方向：產品數字化設計與制造.endprint