智能微波炉电路设计

1、 家电原理与检测课程设计报告 智能微波炉电路设计 院 系： 专 业： 姓 名： 学 号： 指导老师： 总体方案设计本次的课程设计是通过PLC实现对其的智能化控制.在熟悉了微波炉的工作原理后,利用PLC良好的可编程性，快速的信号处理能力和控制能力，辅助以键盘的输入模块，声光显示模块等构成控制系统。我们在烹调模式显示、超温报警设置、炉门密封和加温完毕智能提醒等方面进行了设计。因设计的时间关系,在本次设计中,烹调模式只选择了烹调、烧烤和解冻三种常见的模式,三种模式通过三个LED灯控制,每一个对应一种模式。超温报警也设置一个LED灯控制,为体现其智能化和人性化,同时加上一个报警器,并且超温后将自动停止

2、工作。炉门的密封通过一个限位开关控制,当开关按下时,方能开炉门。加温完毕后,设置LED闪光灯和声音报警器同时提醒功能。温度显示用了四个八段数码管来控制,并且设置了加温速度和时间按钮,也有火力大小按钮来调节。还设置有一些功能按扭,但可能因为时间的关系不可能全部做出来。系统原理设计1系统总体框图设计（1）利用PLC良好的可编程性，快速的信号处理能力和控制能力，辅助以键盘的输入模块，声光显示模块等构成控制系统可编程控制系统模块工作状态设置键盘输入模块温度自检模块状态显示模块声光提示模块红外线检测模块图1系统原理框图2.微波炉控制系统主电路图见最后一页附图2.22微波炉电器结构图图 微波炉电器结构图X

3、P.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.保护器二极管 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内，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来控制，继电器K1开关闭合，炉灯亮。启动微波炉，门联锁开关S2闭合，转盘电机M1. 风扇电机M2通电运转。若选择高温档，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

4、波加热；若选择其他档位，门监控开关S3处于通断交替状态，磁控管MT断续发射微波加热。微波炉外观结构设计1微波炉内部结构图图 微波炉内部结构图(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，可透过网孔观察食物烹调情况。(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 装好食物的容器放在转盘上，加热时转盘转动，使食物烹调均匀，以达到理想的均匀烹调效果。(7) 控制板 详见控制面板。(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 光波烹调食

5、物时的托架。2微波炉控制面板设计（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。当遇到特殊情况时，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。并在开门的瞬间使微波炉内的照明灯亮，当门关闭时该灯不亮，若门在规定时间内没有关闭，该灯也熄灭。超温报警通过调通过高敏铂电阻对模拟温度变化并数码管显示。当温度上升到一定的值时，指示灯亮并发出蜂鸣表示过热，温度过热限度由键盘设置。烹调模式 用于不同信息显示的切换。可显示当前的设定时间、当前的炉内温度和设定的最高温度等。 烹调 快速设定当前加热时间和火力的合适烹调的值。一般通过温度传感器将加热温度。烘烤 快速设定当前加热时间和火力的

6、合适烘烤的值。解冻 快速设定当前加热时间和火力的合适解冻的值。温度设置 用于设置加热的温度最高值。有10分、1分、10秒的按键选择。硬件电路设计1 元件选择在此次的设计中,因为转盘和风扇都需要电机的带动,故在选择元件时要选择几个重要的元件：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选择不做详细的说明,但经老师的指导，所有的元件均符合设计的要求。1 PLC的选择以及I/O参数可编程序控制器简称PLC，它是以微处理器为基础的通用工业控制装置。它的应用面广,功能强大，使用方便，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

7、的自动控制系统中，PLC在其他领域，如民用和家庭自动化中的应用也是迅速发展，本次设计就基于PLC的智能微波炉控制系统设计。选择合适的PLC系列，PLC根据硬件结构的不同，可以将PLC分为整体式PLC和模块式PLC。本次设计为控制微波炉选用整体式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内，结构非常紧凑，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足单个需要的特殊功能模块等特点，为自动化应用提供最大的灵活性和控制能力。选择具体I/O要求的PLC机根据前面

8、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。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简单加起来总共需要27个输出ports，11个输入ports。考虑其他的因素选用PLC系列FX2N64MR001。2电机的选择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

9、。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。如果风扇电机不工作，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。见表3.1 风扇电机技术参数型号电压(V)频率(Hz)转向负载电流(A)输出功率(W)YJ61/10-222050逆时针0.15015.0表 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内的圆盘转动，圆盘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改变，以达到均匀加热食物的目的。转盘电机安装在微波炉中炉膛低侧的中央。见表3.2 转盘电机主要技术参数

10、额定电压220V绝缘强度1500VAC/min噪 音45db空载功率8W温 升60K空载电流100M转 矩10Kgf 额定频率50Hz表 电机49TYJ-B-3主要技术参数3磁控管的原理和结构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交流电给磁控管灯丝供电。与此同时，高压绕组产生的约2000V交流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

11、运动的过程中还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。阳极做成内齿轮状，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升高。当频率达到2400MHz以后便形成微波，由波导管口发射，再传输到炉膛内对食品加热。图 磁控管结构图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，其结构示意如图所示。由图可见，高压变压器共有3个绕组，其中一 个初级绕组，交流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

12、出交流33V的灯丝电压绕组和输出交流2100V左右的高压绕组。在初、次级绕组之间插有一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，磁分路中将产生一定量的漏磁通，它控制着变压器的输出电流，使磁控管工作电流保持相对稳定，原理简述如下图 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，使其附近的铁芯产生磁饱和现象。假设因市电波动等原因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，反之则相反，从而起到自动调节阳极电压、电流

13、及稳定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定的，因此也被称作漏磁(感)变压器。这种变压器可在市电波动范围较宽的情况下保持磁控管阳极电流的稳定，因而在微波炉中获得了广泛应用，除特种产品外，几乎所有的微波炉均采用这类变压器。3.2.1 PLC输入输出分配（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，按启动键开始倒计时；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。 烹调模块设定：可独立智能设置不同的烹饪模块（烹饪

14、，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始，每按一次火力控制键，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控制。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：采用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，

15、1只发光二极管来提示微波炉的启动和停止状态。1个报警灯提示是否出现报警事件，1个蜂鸣器提示微波炉是否有声音发出。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。初始化待机状态启动键烹饪键烧烤键解冻键温度键停止键工作状态灯亮延时烹饪子程序烧烤子程序解冻子程序温度控制程序烹饪灯亮烧烤灯亮解冻灯亮温度调节指示发出声音警报和闪烁 灯图 工作流程图3.2.2 PLC外围接线图由上图的工作流程图可知，其输入有：启动、停止、烹调、烧烤、解冻、加热（温度设置），输出有：相对应的灯以及提醒装置。其外围接线图如下图3.4所示；微波炉控制的I/O分配表如下：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Y