对基于单片机的智能电烤箱设计与制作探讨

石红波

【摘 要】随着社会的不断发展，人们的改造能力不断提高，智能家电成为目前家电发展的重要方向。电烤箱在日常生活具有十分重要的作用，智能电烤箱能够实现对烤箱的全自动控制，实时监测电烤箱的各个工作状态，在烤箱运行过程中出现意外情况，系统可智能报警，智能化控制。随着机电控制技术的发展，主要体现了单片机和PLC两种控制方式。本设计采用单片机控制，单片机在日常生活中的运用越来越广泛。

【关键词】单片机；智能家电；电烤箱；温度控制

本文介绍了以单片机为核心的电烤箱温度控制系统。电烤箱温度控制系统由两个部分组成：硬件部分和软件部分。其中硬件部分包括：单片机电路、传感器电路、放大器电路、转换器电路、以及键盘和显示电路。软件部分包括：主程序、运算控制程序、以及各功能实现模块的程序。利用单片机作为主芯片，对整个系统进行控制，能够有效地提升烤箱的工作特性以及电烤箱的附加值。产品中采用电路中常见的滤波电路、电源电路以及AD转换电路等各个模块电路作为电路硬件，载体采用数字PID控制算法，实现对电烤箱的温度的控制。通过本次设计进一步详细说明单片机控制系统在社会生活中的应用。为以后进一步应用单片机系统提供帮助[1]。

一、对智能电烤箱设计的性能指标

智能电烤箱采用AT89C52单片机控制整个系统，温度采集由一线式数字温度传感器DS18B20采集。根据实际的用户需求调查，结合目前市场上智能电烤箱的特点，制定了智能电烤箱的工作性能指标。为了能够具有更好的适应性，产品设计具备3-24V 的电源工作范围；控制电路要能够具备较强的实际驱动能力，其输出阻抗大不大于10 千欧，输出驱动电流不小于20mA；产品要能够实现精确的计时，连续工作两天，其系统控制时间误差小于3秒；产品具备良好的人际界面，方便实现控制；产品要具备可移植性以及性能提升的空间[2]。

二、智能电烤箱的构造

智能电烤箱由箱体、箱门、电热元件、控温与定时装置组成。核心部件是：智能主板、箱体、箱门。①箱体多用薄钢板制成，一般为双层，其间为空气夹层或填充绝热材料②箱门上装有耐高温玻璃，以便观察食物烤制情况③电热元件常用外表涂敷远红外辐射材料的金属管式。一般电烤箱都有上下两只电热元件，有的还在箱侧加装一、二只。

控温元件主要采用双金属片式。80年代以后，电子式控温元件也已逐步推广。定时装置常用发条式和电动式，前者定时范围在1小时以内，后者可达数小时。有的电烤箱中还设一食物托盘，由微电机驱动，低速旋转，使食物烤制更为均匀。20世纪80年代初出现电脑电烤箱，采用温度传感器、重量传感器、湿度传感器和微处理机，可以根据预先输入的烤制程序，自动选取最佳烤制模式，使烤制过程最优化和自动化[3]。

基于单片机设计的智能电烤箱控制板是由电源电路，单片机信号处理，显示单元，输出继电器控制电路，工作状态设置，工作状态报警电路等六个功能部分构成。在电路设计中遵循了模块化的设计方案，各个电路之间的功能相对独立，在电路的连接中要采用了对应的方案，尽量减少了模块电路之间的耦合。

三、智能电烤箱的工作原理

本文电烤箱温度可预置、可调整，烘干過程基本实现恒温（预置温度范围之内）控制。实现对箱内温度每隔--段时间（本设计间隔为30s）进行自动采样监测。温度超出预置智能报警装置。

电烤箱由稳定的电源电路、单片机控制运算电路、显示驱动电路以及智能报警电路等功能模块构成，同时根据工作的需求还可以进行工作状态的预先设置。电源采用了传统的串联型稳压电源模块，能够根据需求输出6-12V的直流电压，单片机控制电路考虑到大规模工业生产以及工作性能的要求，采用了台湾的荷泰系列的单片机进行控制，经过测试分析能够完成胜任产品的工作，在显示部分采用的VFD显示技术，以达到显示清晰、能见度高、显示内容丰富等家电产品的显示要求。整体电路的设计遵循模块化的设计方案，符合目前智能家电的发展趋势，满足了智能电烤箱应用过程中所有的实际需求

此外电烤箱温度控制系统是利用单片机的中断功能来设计的一种智能的烤箱系统，避免电烤箱加热过程中发生安全事故。本文以AT89C52 单片机最小系统为主控芯片，利用DS18B20数字温变传感器采集温度。这种温度控制系统能过通LCD1602显示屏直观的来观察电烤箱温度，通过按钮调节上限和下限温度的值。

四、单片机的优点及发展前景

电烤箱是利用电热元件所发出的辐射热来烘烤食品的电热器具，利用它我们可以制作烤鸡、烤鸭、烘烤面包、糕点等。根据烘烤食品的不同需要，电烤箱的温度一般可在50-25摄氏度范围内调节。过去各种形式各异的电烤箱会出现加热不均、工作效率低等问题，本次设计的单片机智能电烤箱，针对过去加热不均和工作效率低进行技术的改进：将食物两边挖两个较天的孔（或打出许多小眼），使上下空气连通。在下层箱壁上安装一个耐高温且密封性好的小电风扇，这样，新型的电烤箱将会避免加热不均和工作效率低下的弊端。改进后的电烤箱在电风扇的机械吹动下，迫使箱体内的空气快速流通，使电阻丝产生的热很快均匀地分布于食物四周，这样既可以均匀加热烘烤，又可以在短时间内烤熟食物，因而大大提高了熟食的质量和电能的利用效率。

随着中国家庭厨房小家电拥有量的不断增加，作为西方厨房里传统电器的代表，电烤箱走进更多家庭。年轻人喜欢烧烤类食物和烘焙糕点的美味，利用电烤箱可以制作烤鸡、烤鸭，并可烘烤面包、糕点等。拥有一台电烤箱，消费者可以按照食谱操作，自己在家制作出一顿丰盛的大餐，体会DIY的乐趣。未来智能电烤箱将会拥有巨大的市场销量。

综上所述，本次温度控制系统设计整体而言完全可以实现对电烤箱温度的控制。电烤箱的温度控制系统是以单片机为核心，采用软件编程，通过对电路的通断来控制电控箱的温度。随着社会的发展，机电控制的应用越来越广泛。从石油化工到电力生产，从冶金到建材，从食品到机械都要对温度进行控制甚至在有些产品生产过程中温度的控制直接影响到产品的质量。单片机温度控制无论是现在还是未来都会起到重要作用。

【参考文献】

[1]周昊， 陈虹安， 阮太元. 基于单片机的智能饮用水杯设计与制作[J]. 数字技术与应用， 2017，1（3）：169-170.

[2]朱奎林. 家用饮水机智能设计与节能改进[J]. 计算机与数字工程， 2017， 45（12）：2534-2537.

[3]钟佳德. 令人“不安”的智能家居！安全是智能家居未来制高点[J]. 消费电子， 2016，3（4）：43-46.