【设计】智能微波炉电路设计（精华版）

1、精品word学习资料可编辑智能微波炉电路设计第 1 章 绪 论1.1 引言随着科学技术的进步， 电子技术传感技术以及材料技术近年来得到了很大的 进展；国外微波炉研发机构和生产工厂，为了满意微波炉消费者的使用要求，将各种先进的现代化技术应用微波炉， 推出了一系列新奇先进的微波炉产品；这些微波炉新产品，反映了微波炉技术进展趋势， 这些趋势主要表现在以下几个方面；（ 1）智能化；采纳微电脑掌握技术和传感器感测技术， 实现微波炉的智能化加热烹饪， 是微波炉技术进展的一大方向； 这中智能化的微波炉， 无需使用者在操作按键上输入烹饪时间，加热功率，食物重量等参数，只要按一下启动键，微 波炉的传感器就将检测

2、到的食物温度，整齐湿度等参数不断输出给电脑掌握芯片，微电脑掌握芯片进行一系列的运算，比较，分析之后，输出相应的指令，自动掌握微波炉的加热时间和功率大小，实现智能化全自动烹饪；（2） 多功能；随着现代化人们生活节奏的加快以及追求生活质量的提高，对于食物的加工烹饪也提出了更高的要求， 因而显现了多功能的微波炉； 比如将电烤箱的烧烤功能元件加入微波炉， 制造出的微波炉烧烤组合微波炉， 就是一个例子；这种微波炉目前在国已经特别普遍， 其优点就在于利用微波炉能量快速烹饪， 使食物具有更好的口感和视觉成效效应；（3） 节能化；松下公司将变频技术应用于微波炉推出的变频微波炉产品，通过将市电电源换为变频电源，

3、能将50hz 的电源任意转换成 2000045000hz的高频电源，供应微波炉产生电路， 使微波炉的输出功率随着电源频率的变化而转变， 从而转变了以往微波炉利用占空比原理调剂微波炉输出功率的方式，不仅使得微波炉能量产生电路的供电系统的体积重量大大减小，而且使得耗电量削减了四分之一左右；（4） 健康化；随着人们健康环保意识的增强，对于食品中热量的限制也愈加重视；作为现代化食品烹饪器具的微波炉，能烹饪出低热量的保健食品；名师归纳总结欢迎下载精品word学习资料可编辑（5） 操作简便化；采纳各种液晶触摸式掌握面板和声控传递系统，使得这种多功能微波炉的操作变得简洁易行；1.2 微波炉概述微波炉其实就是

4、用微波来煮饭烧菜的； 微波炉是一种用微波加热食品的现代化烹饪灶具；微波是一种电磁波；微波炉由电源，磁控管，掌握电路和烹饪腔等 部分组成；电源向磁控管供应大约4000 伏高压，磁控管在电源勉励下，连续产生微波，再经过波导系统，耦合到烹饪腔；在烹饪腔的进口处邻近，有一个可旋 转的搅拌器， 由于搅拌器是风扇状的金属， 旋转起来以后对微波具有各个方向的反射，所以能够把微波能量匀称地分布在烹饪腔；微波炉的功率围一般为500 1000 瓦；名师归纳总结欢迎下载精品word学习资料可编辑1.2.1 微波炉的种类和性能图 1.1 微波炉示意图名师归纳总结欢迎下载精品word学习资料可编辑微波炉按掌握方式的不同

5、可分为机电掌握式和电脑掌握式 . 机电掌握式微波炉通过定时器和功率调剂器等机械装置掌握微波加热的时间和火力 ; 电脑掌握式微波炉是按设定的程序自动完成各种操作的；1.2.2 微波炉的基本结构微波炉是用微波来烹饪食物的 . 微波炉烹饪食物的时间短 , 食物养分和维生素缺失少 , 矿物质，氨基酸的存有率比其他烹饪方法要高得多. 与煤气，煤炉相比 , 微波炉工作时不会产生烟尘和未燃烧的有害气体, 其加热的过程是在炉腔中完成的, 无明火, 使用更加安全牢靠；（ 1）微波炉的基本形状和构造名师归纳总结欢迎下载精品word学习资料可编辑门安全联锁开关 - 确保炉门打开， 微波炉不能工作， 炉门关上， 微波

6、炉才能工作；视屏窗 - 有金属屏蔽层，可透过网孔观看食物的烹饪情形；通风口 - 确保烹饪时通风良好；转盘支承 - 带动玻璃转盘转动；玻璃转盘 - 装好食物的容器放在转盘上， 加热时转盘转动， 使食物烹饪均匀；掌握板 - 掌握各档烹饪；炉门开关 - 按此开关，炉门打开；1.2.3 微波炉的工作原理（1） ）微波的特性微波是一种频率为 300mhz300ghz的电磁波，它的波长很短，具有可见光的性质，沿直线传播；微波在遇到金属材料时能反射，遇到玻璃，塑料，瓷等 绝缘材料可以穿透， 在遇到含有水分的蛋白质， 脂肪等介质可被吸取， 并将微波的电磁能量变为热能；由于微波的频率较高，它的传输需要用高导电率

7、的波导管来传输；微波的频段虽然很宽， 但是真正用于微波加热的频段却很窄， 主要缘由是防止使用较多的无线电频率， 防止对微波通讯造成干扰； 国际上， 家用微波炉有915mhz和 2450mhz 两个频率， 2450mhz 用于家庭烹饪炊具， 915mhz 用于干燥，消毒等工业，医疗行业等；（2） ） 微波加热原理被加热的介质一般可分为无极性分子电介质和有极性分子电介质； 有极性分子在没有外加电场时不显示极性； 假如将这种介质放在外加电场中， 每个极性分子会沿着电场力的方向形成有序排列，并在电介质表面会感应出相反的电荷，这一过程称为极化；外加电场越强，极化作用也越强；当外加电场转变方向 时，极性分

8、子也随之以相反的方向形成有序排列；如外加的是交变电场和磁场， 极性分子将被反复交变磁化， 交变电场的频率越高， 极性分子反复转向的极化也就越快；此时，分子热运动的动能增大，也就是热量增加，食物的温度也随之升 高，便完成了电磁能向热能的转换；（3） 微波炉的工作过程名师归纳总结欢迎下载精品word学习资料可编辑电控系统将 220v 沟通电压通过高压变压器和高压整流器，转换成4000左右的直流电压， 送到微波发生器产生微波， 微波能量通过波导管传入炉腔里由于炉腔是金属制成的，微波不能穿过只能在炉腔里反射，并反复穿透 食物，加热食物从而完成加热过程；第 2 章 总体方案设计依据任务书设计要求 , 本

9、次的课程设计是通过plc实现对其的智能化掌握 . 在熟识了微波炉的工作原理后 , 利用 plc良好的可编程性，快速的信号处理才能和掌握才能，帮助以键盘的输入模块，声光显示模块等构成掌握系统；我们在烹饪模式显示， 超温报警设置， 炉门密封和加温完毕智能提示等方面进行了设计； 因设计的时间关系 , 在本次设计中 , 烹饪模式只挑选了烹饪， 烧烤和解冻三种常见的模式 , 三种模式通过三个 led灯掌握 , 每一个对应一种模式； 超温报警也设置一个 led灯掌握 , 为表达其智能化和人性化 , 同时加上一个报警器 , 并且超温后将自动停止工作；炉门的密封通过一个限位开关掌握, 当开关按下时 , 方能开

10、炉门；加温完毕后 , 设置 led闪光灯和声音报警器同时提示功能；温度显 示用了四个八段数码管来掌握 , 并且设置了加温速度和时间按钮, 也有火力大小按钮来调剂；仍设置有一些功能按扭 , 但可能由于时间的关系不行能全部做出来；2.1 系统原理设计2.1.1 系统总体框图设计（ 1）利用 plc良好的可编程性， 快速的信号处理才能和掌握才能， 帮助以键盘的输入模块，声光显示模块等构成掌握系统名师归纳总结欢迎下载精品word学习资料可编辑工作状态设置可 编 程状态显示模块控 制 系键盘输入模块统模块声光提示模块温度自检模块红外线检测模块图 2.1 系统原理框图2. 微波炉掌握系统主电路图见最终一页

11、附图2.22.1.2微波炉电器结构图图 2.3 微波炉电器结构图xp. 电源插座 fu. 熔断器 st. 温控器 t1. 低压变压器 s1 s2 门联锁开关 s3. 门监控开关 rt. 热敏传感器 k1 k2. 继电器 el. 炉灯 m1. 转盘电机 m2. 风扇电机 t2. 高压变压器 c. 高压电容器 v1. 爱护器二极管 v2. 高压二极管 mt. 磁控管概述本次设计的微波炉电器运行原理如下：把要烹饪的食物放入炉，插上电源 插头 xp，关好炉门，此时继电器 k2 常开开关闭合，门联锁开关 s1 断开；通过温控器 st来掌握，继电器 k1 开关闭合，炉灯亮；启动微波炉，门联锁开关s2 闭合

12、，转盘电机 m1. 风扇电机 m2通电运转；如挑选高温档，门监控开关s3 闭合，高压变压器 t2 通电，磁控管 mt连续发射微波加热；如挑选其他档位，门监名师归纳总结欢迎下载精品word学习资料可编辑控开关 s3 处于通断交替状态，磁控管 mt断续发射微波加热；2.2 微波炉外观结构设计2.2.1 微波炉部 结构图图 2.4 微波炉部结构图(1) 门安全连锁开关 确保炉门关闭，微波炉才能正常工作；(2) 视频窗有金属屏蔽层，可透过网孔观看食物烹饪情形；(3) 波导口磁控管发射的微波进入腔体的通道；(4) 转轴带动玻璃转盘转动；(5) 转盘支承支承玻璃转盘并按其轨道转动；(6) 玻璃转盘装好食物

13、的容器放在转盘上，加热时转盘转动，使食物烹饪匀称，以达到抱负的匀称烹饪成效；(7) 掌握板详见掌握面板；(8) 光波管安装在炉腔顶部，使用光波功能时发出光波；(9) 金属网架光波烹饪食物时的托架；2.2.2 微波炉掌握面板设计（1） 指示灯及按键功能简介 ：启动当微波炉正常工作时，指示灯亮；当遇到特别情形时，指示灯灭；停止当微波炉正常工作完时， 指示灯灭并发出蜂鸣； 并在开门的瞬时使微波炉的照明灯亮，当门关闭时该灯不亮，如门在规定时间没有关闭，该灯也熄灭；超温通报过调通过高敏铂电阻对模拟温度变化并数码管显示；当温度上升到肯定的值时，指示灯亮并发出蜂鸣表示过热，温度过热限度由键盘设置；名师归纳总

14、结欢迎下载精品word学习资料可编辑烹饪模式用于不同信息显示的切换；可显示当前的设定时间，当前的炉温度名师归纳总结欢迎下载精品word学习资料可编辑和设定的最高温度等；名师归纳总结欢迎下载精品word学习资料可编辑烹饪快速设定当前加热时间和火力的合适烹饪的值；一般通过温度传感器将加热温度；名师归纳总结欢迎下载精品word学习资料可编辑烘烤解冻温度设置快速设定当前加热时间和火力的合适烘烤的值；快速设定当前加热时间和火力的合适解冻的值；用于设置加热的温度最高值；有 10 分，1 分，10 秒的按键挑选；名师归纳总结欢迎下载精品word学习资料可编辑（2） 微波炉的掌握面板如图下所示图 2.5 微波

15、炉的掌握面板示意名师归纳总结欢迎下载精品word学习资料可编辑第 3 章 硬件电路设计3.1 元件挑选在此次的设计中 , 由于转盘和风扇都需要电机的带动 , 故在挑选元件时要挑选几个重要的元件： plc机，转盘电机，风扇电机，磁控管和高压变压器；因设 计时间的关系 , 本次设计对其它元件的挑选不做具体的说明, 但经老师的指导， 全部的元件均符合设计的要求；3.1.1 plc 的挑选以及 i/o 参数可编程序掌握器简称 plc，它是以微处理器为基础的通用工业掌握装置；它的应用面广 , 功能强大，使用便利，已经成为当代工业自动化的主要支柱之一；plc广泛地应用在各种机械设备和生产过程的自动掌握系统

16、中，plc在其他领域， 如民用和家庭自动化中的应用也是快速进展， 本次设计就基于 plc的智能微波炉掌握系统设计；挑选合适的 plc系列，plc依据硬件结构的不同， 可以将 plc分为整体式 plc 和模块式 plc；本次设计为掌握微波炉选用整体式plc，整体式又叫做单元式或箱体式， cpu模块 i/o 模块和电源装在一个箱状机壳，结构特别紧凑，同时它的体积小，价格低等优点；本次设计 plc选用三菱公司 fx2n系列的， fx2n系列是三菱公司 plc是 fx家族中最先进的系列； 具有高速处理及可扩展大量满意单个需要的特别功能模块等特点，为自动化应用供应最大的敏捷性和掌握才能；挑选具体 i/o

17、 要求的 plc机依据前面提到的功能要求，其i/o 的需求列举如下：继电器驱动：烹饪，烧烤，解冻，火力，转盘，风扇共6 个输出 ports ；名师归纳总结欢迎下载精品word学习资料可编辑蜂鸣器驱动： 1 个输出 ports按键：启动键，停止键，烹饪模式键，定时键共9 个输入 ports门状态检测： 1 个输入 ports指示灯检测： 6 个输出 ports显示数码管： 5 个 com，9 个段，需 14 输出 ports温度检测： 1 个 a/d 输入 port简洁加起来总共需要 27 个输出 ports ， 11 个输入 ports ；考虑其他的因素选用 plc系列 fx2n64mr001

18、；3.1.2 电机的挑选及基本参数微波炉的风扇电机 （罩极电机系列） ：yj61/10-2 ；yj61 型主要用于微波炉，吸顶式空调，自动烘手机，冰箱，电教投影仪等；其技术参数如表3.1 所示风扇电机的主要作用是驱动风扇为磁控管降温；假如风扇电机不工作， 就会造成磁控管温升过高，使热电断路器动作，切断微波炉的电源；型号yj61/10- 2电压(v)220频率(hz)50转向逆时针负载电流 (a)0.150输出功率 (w)15.0表 3.1电机 yj61/10-2技术参数微波炉的转盘电机 （同步电动机系列） 49tyj-b-3；其主要技术参数见表 3.2转盘电机的作用是带动炉膛的圆盘转动， 圆盘

19、又带着盘中的食物作同步圆周运动，使食物在微波场中的位置不断转变，机安装在微波炉中炉膛低侧的中心；以达到匀称加热食物的目的；转盘电见表 3.2额定电压转盘电机主要技术参数220v绝缘强度1500vac/min见表 3.1风扇电机技术参数噪音45db空载功率8w温升60k空载电流100m50hz表 3.2 电机49tyj-b-3主要技术参数3.1.3 磁控管的原理和结构名师归纳总结欢迎下载精品word学习资料可编辑磁控管是微波炉的关键器件，主要由管芯和磁铁两部分构成；管芯由阴极，灯丝，阳极，天线 ( 波导管) 等构成；其工作原理是：在接通电源后，高压变压器次级灯丝线圈两端产生的3.3v 沟通电给磁

20、控管灯丝供电；与此同时，高压绕组产生的约 2000v 沟通高压经高压电容限流， 二极管整流后得到约 2000v 的直流高压加至磁控管阳极 ( 阳极接地，实际上是阴极为负 2000v)，形成加速电场； 使阴极发射的电子向阳极加速运动； 在电子向阳极加速运动的过程中仍要受到永久磁铁所形成的垂直方向上的强磁场作用，因此电子是边旋转边向阳极加速运动 ( 就像子弹在枪管中的运动一样 ) ，旋转速度也不断变快； 阳极做成齿轮状，形成偶数个空腔，称为谐振腔；每个谐振腔就是一个微波谐振器，其谐振频率取决于谐振腔尺寸； 电子在通过扇形谐振腔时会发生振荡 且频率不断上升；当频率达到 2400mhz以后便形成微波，

21、 由波导管口发射， 再传输到炉膛对食品加热；图 3.1 磁控管结构图3.1.4 微波炉高压变压器结构和原理高压变压器是 _种专用漏磁 ( 感) 变压器， 其结构示意如下列图； 由图可见， 高压变压器共有 3 个绕组，其中一 个初级绕组， 沟通 220v 市电电压施加在此绕组中；两个为各自独立的次级绕组； 即输出沟通 33v 的灯丝电压绕组和输出沟通2100v左右的高压绕组；在初，次级绕组之间插有肯定厚度的多片硅钢片，使变压器中形成一个具有高磁阻间隙的磁分路； 当高压变压器工作时， 磁分路中将产名师归纳总结欢迎下载精品word学习资料可编辑生肯定量的漏磁通， 它掌握着变压器的输出电流， 使磁控管

22、工作电流保持相对稳固，原理简述如下图 3.2 微波炉高压变压器结构图控管工作时，变压器的次级高压绕组中有振荡电流流通，使其邻近的铁芯产生磁饱和现象； 假设因市电波动等缘由而引起磁控管阳极电压上升，阳极电流增大，那么变压器次级绕组的电流也增加，使磁饱和度加深，漏磁通增大，这就使得变压器次级高压下降， 也即磁控管阳极电压降低， 阳极电流下降， 反之就相反，从而起到自动调剂阳极电压，电流及稳固微波输出功率的作用；可见，高压变压器主要是靠漏磁通使磁控管工作电流保持稳固的，因此也被称作漏磁( 感) 变压器；这种变压器可在市电波动围较宽的情形下保持磁控管阳极电流的稳固， 因而在微波炉中获得了广泛应用， 除

23、特种产品外， 几乎全部的微波炉均采纳这类变压器；名师归纳总结欢迎下载精品word学习资料可编辑3.2 plc 掌握设计3.2.1 plc 输入输出安排（1）输入部分 限位开关：设置一个微波炉门开关，利用开关的不同状态模拟微波炉的开关门； 时间设定：通过调整 10 分，1 分，10 秒键，设定系统的工作时间，按启动键开头倒计时； 按暂停/ 取消键系统暂停工作， 倒计时停止， 再按暂停 / 取消键系统将取消本次操作，返回到待机状态； 烹饪模块设定：可独立智能设置不同的烹饪模块（烹饪，烧烤，解冻）， 同时不同的模块可以分不同的时间段，不同的加热功率进行工作； 火力设定：在开机时默认从最小火力等级开头

24、，每按一次火力掌握键， 火力等级增加一级；达到最高级，再按下时又返回最小火力等级； 温度设定：通过高敏铂电阻来实现对温度的掌握；当温度达到预设温度后，微波炉停止加热，并发出报警信号；（ 2）输出部分输出部分用 4 个 led数码管， 5 只发光二极管， 1 个报警灯和 1 个蜂鸣器来显示微波炉当前的工作状态；其中：采纳2 个 led数码管显示加热倒计时时间， 1 个 led数码管显示当前的加热火力， 1 个 led数码管显示当前的功率； 3 只发光二极管来提示 3 种烹饪模式的开关状态， 1 只发光二极管来显示火力档的开关状态， 1 只发光二极管来提示微波炉的启动和停止状态；1 个报警灯提示是

25、否显现报警大事， 1 个蜂鸣器提示微波炉是否有声音发出；3.2.2 工作流程图因时间的关系 , 对于设计面板的有些功能不能在短时间实现；在此次的设计 中可能实现的功能具体见其工作流程；对于其中有点调整的地方， 一切以其工作流程图 3.3 为依据；名师归纳总结欢迎下载精品word学习资料可编辑初始化待机状态名师归纳总结欢迎下载精品word学习资料可编辑启动键工作状态灯亮延时名师归纳总结欢迎下载精品word学习资料可编辑名师归纳总结欢迎下载精品word学习资料可编辑烹饪键烹饪灯亮烹饪子程序发出声名师归纳总结欢迎下载精品word学习资料可编辑烧烤键烧烤灯亮烧烤子程序音警报解冻键解冻灯亮解冻子程序和闪

26、温度键温度调剂指示温度掌握程序烁灯停止键名师归纳总结欢迎下载精品word学习资料可编辑3.2.2 plc 外围接线图图 3.3 工作流程图名师归纳总结欢迎下载精品word学习资料可编辑由上图的工作流程图可知，其输入有：启动，停止，烹饪，烧烤，解冻，加 热（温度设置），输出有：相对应的灯以及提示装置；其外围接线图如下图3.4所示；微波炉掌握的i/o 安排表如下：输入端x0启动x1停止x2门限位开关x3烹饪x4烧烤x5解冻x6加热火力x710 秒x81 分x910 分输出端y0蜂鸣器y1led显示器y2报警灯y3烹饪灯y4烧烤灯y5解冻灯y6y8加热火力提示灯转盘电机y7风扇电机名师归纳总结欢迎下

27、载精品word学习资料可编辑图 3.4plc 外围接线图图 3.5 电动机基本启停掌握3.3 电路部分模块介绍3.3.1 led 显示电路采纳共阳极动态显示，加三极管驱动提高显示亮度，编码简洁，易于掌握， 实践证明：该方式显示稳固，误码率低；名师归纳总结欢迎下载精品word学习资料可编辑名师归纳总结欢迎下载精品word学习资料可编辑3.3.2 温度自检电路图 3.6led 显示电路名师归纳总结欢迎下载精品word学习资料可编辑采纳高灵敏铂电阻 r2（ pt100 ），协作运算放大电路组成温度采集电路；再经 ad 转换电路，进入掌握系统，实现温度的适时掌握，用户可输入加热温度，温 度加热后自动停

28、止加热；从而实现自动掌握；图 3.7 温度自检电路名师归纳总结欢迎下载精品word学习资料可编辑3.3.3 炉门检测炉门的密封通过一个限位开关掌握，炉门的开关用于检测炉门的现行状态， 正常工作时炉门对微波起着很好的反射和屏蔽作用，开门前无表要保证微波炉处于停止工作状态， 由于微波对人体有害， 因此炉门的检测至关重要； 当炉门打开时，一方面停止磁控管的工作，由于微波有害身体；另一方面，应接通炉腔的照 明灯，以便于用户取放食品；名师归纳总结欢迎下载精品word学习资料可编辑收成体会紧而有辛苦的两周的课程设计我们做的是一个基于 plc的智能微波炉掌握系统设计； 由于我们都是学理论， 没有过实际开发设计的体会， 拿到的时候都不知道怎么做；但通过查资料并学习； 我们基本学会了 plc设计的步聚