對基于單片機的智能電烤箱設計與制作探討

石紅波

【摘 要】隨著社會的不斷發展，人們的改造能力不斷提高，智能家電成為目前家電發展的重要方向。電烤箱在日常生活具有十分重要的作用，智能電烤箱能夠實現對烤箱的全自動控制，實時監測電烤箱的各個工作狀態，在烤箱運行過程中出現意外情況，系統可智能報警，智能化控制。隨著機電控制技術的發展，主要體現了單片機和PLC兩種控制方式。本設計采用單片機控制，單片機在日常生活中的運用越來越廣泛。

【關鍵詞】單片機；智能家電；電烤箱；溫度控制

本文介紹了以單片機為核心的電烤箱溫度控制系統。電烤箱溫度控制系統由兩個部分組成：硬件部分和軟件部分。其中硬件部分包括：單片機電路、傳感器電路、放大器電路、轉換器電路、以及鍵盤和顯示電路。軟件部分包括：主程序、運算控制程序、以及各功能實現模塊的程序。利用單片機作為主芯片，對整個系統進行控制，能夠有效地提升烤箱的工作特性以及電烤箱的附加值。產品中采用電路中常見的濾波電路、電源電路以及AD轉換電路等各個模塊電路作為電路硬件，載體采用數字PID控制算法，實現對電烤箱的溫度的控制。通過本次設計進一步詳細說明單片機控制系統在社會生活中的應用。為以后進一步應用單片機系統提供幫助[1]。

一、對智能電烤箱設計的性能指標

智能電烤箱采用AT89C52單片機控制整個系統，溫度采集由一線式數字溫度傳感器DS18B20采集。根據實際的用戶需求調查，結合目前市場上智能電烤箱的特點，制定了智能電烤箱的工作性能指標。為了能夠具有更好的適應性，產品設計具備3-24V 的電源工作范圍；控制電路要能夠具備較強的實際驅動能力，其輸出阻抗大不大于10 千歐，輸出驅動電流不小于20mA；產品要能夠實現精確的計時，連續工作兩天，其系統控制時間誤差小于3秒；產品具備良好的人際界面，方便實現控制；產品要具備可移植性以及性能提升的空間[2]。

二、智能電烤箱的構造

智能電烤箱由箱體、箱門、電熱元件、控溫與定時裝置組成。核心部件是：智能主板、箱體、箱門。①箱體多用薄鋼板制成，一般為雙層，其間為空氣夾層或填充絕熱材料②箱門上裝有耐高溫玻璃，以便觀察食物烤制情況③電熱元件常用外表涂敷遠紅外輻射材料的金屬管式。一般電烤箱都有上下兩只電熱元件，有的還在箱側加裝一、二只。

控溫元件主要采用雙金屬片式。80年代以后，電子式控溫元件也已逐步推廣。定時裝置常用發條式和電動式，前者定時范圍在1小時以內，后者可達數小時。有的電烤箱中還設一食物托盤，由微電機驅動，低速旋轉，使食物烤制更為均勻。20世紀80年代初出現電腦電烤箱，采用溫度傳感器、重量傳感器、濕度傳感器和微處理機，可以根據預先輸入的烤制程序，自動選取最佳烤制模式，使烤制過程最優化和自動化[3]。

基于單片機設計的智能電烤箱控制板是由電源電路，單片機信號處理，顯示單元，輸出繼電器控制電路，工作狀態設置，工作狀態報警電路等六個功能部分構成。在電路設計中遵循了模塊化的設計方案，各個電路之間的功能相對獨立，在電路的連接中要采用了對應的方案，盡量減少了模塊電路之間的耦合。

三、智能電烤箱的工作原理

本文電烤箱溫度可預置、可調整，烘干過程基本實現恒溫（預置溫度范圍之內）控制。實現對箱內溫度每隔--段時間（本設計間隔為30s）進行自動采樣監測。溫度超出預置智能報警裝置。

電烤箱由穩定的電源電路、單片機控制運算電路、顯示驅動電路以及智能報警電路等功能模塊構成，同時根據工作的需求還可以進行工作狀態的預先設置。電源采用了傳統的串聯型穩壓電源模塊，能夠根據需求輸出6-12V的直流電壓，單片機控制電路考慮到大規模工業生產以及工作性能的要求，采用了臺灣的荷泰系列的單片機進行控制，經過測試分析能夠完成勝任產品的工作，在顯示部分采用的VFD顯示技術，以達到顯示清晰、能見度高、顯示內容豐富等家電產品的顯示要求。整體電路的設計遵循模塊化的設計方案，符合目前智能家電的發展趨勢，滿足了智能電烤箱應用過程中所有的實際需求

此外電烤箱溫度控制系統是利用單片機的中斷功能來設計的一種智能的烤箱系統，避免電烤箱加熱過程中發生安全事故。本文以AT89C52 單片機最小系統為主控芯片，利用DS18B20數字溫變傳感器采集溫度。這種溫度控制系統能過通LCD1602顯示屏直觀的來觀察電烤箱溫度，通過按鈕調節上限和下限溫度的值。

四、單片機的優點及發展前景

電烤箱是利用電熱元件所發出的輻射熱來烘烤食品的電熱器具，利用它我們可以制作烤雞、烤鴨、烘烤面包、糕點等。根據烘烤食品的不同需要，電烤箱的溫度一般可在50-25攝氏度范圍內調節。過去各種形式各異的電烤箱會出現加熱不均、工作效率低等問題，本次設計的單片機智能電烤箱，針對過去加熱不均和工作效率低進行技術的改進：將食物兩邊挖兩個較天的孔（或打出許多小眼），使上下空氣連通。在下層箱壁上安裝一個耐高溫且密封性好的小電風扇，這樣，新型的電烤箱將會避免加熱不均和工作效率低下的弊端。改進后的電烤箱在電風扇的機械吹動下，迫使箱體內的空氣快速流通，使電阻絲產生的熱很快均勻地分布于食物四周，這樣既可以均勻加熱烘烤，又可以在短時間內烤熟食物，因而大大提高了熟食的質量和電能的利用效率。

隨著中國家庭廚房小家電擁有量的不斷增加，作為西方廚房里傳統電器的代表，電烤箱走進更多家庭。年輕人喜歡燒烤類食物和烘焙糕點的美味，利用電烤箱可以制作烤雞、烤鴨，并可烘烤面包、糕點等。擁有一臺電烤箱，消費者可以按照食譜操作，自己在家制作出一頓豐盛的大餐，體會DIY的樂趣。未來智能電烤箱將會擁有巨大的市場銷量。

綜上所述，本次溫度控制系統設計整體而言完全可以實現對電烤箱溫度的控制。電烤箱的溫度控制系統是以單片機為核心，采用軟件編程，通過對電路的通斷來控制電控箱的溫度。隨著社會的發展，機電控制的應用越來越廣泛。從石油化工到電力生產，從冶金到建材，從食品到機械都要對溫度進行控制甚至在有些產品生產過程中溫度的控制直接影響到產品的質量。單片機溫度控制無論是現在還是未來都會起到重要作用。

【參考文獻】

[1]周昊， 陳虹安， 阮太元. 基于單片機的智能飲用水杯設計與制作[J]. 數字技術與應用， 2017，1（3）：169-170.

[2]朱奎林. 家用飲水機智能設計與節能改進[J]. 計算機與數字工程， 2017， 45（12）：2534-2537.

[3]鐘佳德. 令人“不安”的智能家居！安全是智能家居未來制高點[J]. 消費電子， 2016，3（4）：43-46.