【《某电压力锅的功能模块设计案例》2500字】

某电压力锅的功能模块设计案例压力检测与控制模块：目前市面上的传感器，常用于测量压力的方式有两种，一种是采用压力传感器直接测量的方案，另一种是采用温度传感器间接测量的方案。压力传感器为了保持较高的精度，需要苛刻的应用环境，因为其对环境要求高，适应能力一般，且价格较高，在家电领域，其优势并不能很好的发挥出来，反而会带来一系列的负面效果[39]。图3-10压力传感器（左）热敏电阻（右）温度传感器是指能直接感受到温度变化的装置，其利用制作原理以及模数转换，将温度转换为数字信号，从而应用于控制系统；因为热电阻传感器成本低，不易损坏，且可以满足正常的系统控制需求[40]。热敏电阻传感器和热电偶传感器是最为常见的传感器。热电偶：其优点是检测的温度范围广，产品可靠性高，并且价格低廉，通常用于制作实验检测仪器进行温度测量，比如热电偶温度采集仪等；其工作原理是利用电势差，因为热电偶一般有两根线，当温度变化时，这两根线之间的电势差就会有所差别，基于此即可实现温度测量和采集；但是温度域电压之间的关系需要通过测量模拟到计算公式，然后输入到测量设备系统，再通过校准，即可得到一套热电偶采集仪；热敏电阻：其优点是体积小，响应快，可靠性高，价格低廉，不会造成热负载，通常用于制作温度传感器；其多采用半导体材料，温度系数有正有负，但是负值应用更广，其温度与阻值关系为非线性关系；基于可靠性，成本以及响应效率等因素综合考虑，本文描述的分体式压力锅的压力检测模块采用热敏电阻温度传感器。此压力锅使用两个温度传感器，一个位于煲体底部，当放置内锅后，即可将内锅与其接触，主要用于保护作用；另一个位于锅盖上部（下文主要介绍），通过无线通信将锅内温度信息传递给中央处理器，用于控制锅内控温及控压；此传感器直接检测的是蒸汽温度，与锅内温度关系密切，一般采用此数值进行压力控制。因为锅内有水汽，所以对温度传感器的密封性要求极高，一般采用金属封装，温度测量范围为-10℃-140℃，误差为±2℃；本文使用的中央处理器，其ADC有10位和8位可选，基于一个字节为8位，因此使用8位通道有更好的应用性。因此其最低分辨的电压变化为5V/255=19.6mv。图3-11蒸汽温度检测方案如图3-11所示电路，通过电阻分压的方式进行温度检测。其关系可以用方程式3-1来表示RT式中R0——热敏电阻的初始电阻值RT——热敏电阻受蒸汽温度影响后的电阻值T0——初始温度（℃）T——蒸汽环境的温度（℃）B——热敏电阻的B值（K）在上述方案图左侧图形中（A方案），热敏电阻RT1为主要检测电压分压电阻，另一个分压电阻R1为普通的电阻，当该电阻阻值增大时，那么分压就会增加，中央处理器就会收到更高的电压，从而测量出更高的AD值，此方案，热敏电阻与AD值成正比，因为电阻与温度关系为负数，所以在此方案中温度与中央处理器检测的AD值成反比。B方案中，当热敏电阻RT1阻值增大时，那么分压就会减少，中央处理器就会收到更低的电压，从而测试出更低的数字信号AD值，此方案中热敏电阻与采集的AD值成反比，同时因为电阻与温度关系为负数，所以在此方案中温度与1618芯片采集的AD值成正比。为了满足更高精度的检测，本文采用右侧图形方案进行电路设计；在这两种方案中，因为分压电阻R1的选择对最大精度温度点不同，所以选择何种分压电阻就显得尤为重要，本文使用三种分压电阻进行数据分析，如图3-12所示。图3-12分压电阻方案对比本文所述的电压力锅需求的有效温度范围在100℃需求最高，其他范围要满足50-140℃需求，本文选择20k的分压电阻。由于热敏电阻，需1618芯片综合处理后才能弱化非线性关系的影响，使用matlab仿真后可以得到一组计算公式，然后将其应用到中央处理器控制系统中；还有一种常用的办法是测量采集出不同温度对应的AD值，事先将此表格数据记录到中央处理器控制系统中，然后使用时进行查表。本文所述的电压力锅，为了保证控温的准确性，在不同的温度区间，使用不同的方式，但原则是始终使用精度高的那种方式。由于电压力锅的温度传感器不能和食物直接接触，因此检测温度值不能直接认为是食物温度，需要转换处理才能使用，此为硬件缺陷导致[41]。压力释放模块：在压力锅中常用的限压阀有两种，一种是电磁阀的驱动方式，一种是电磁铁的驱动方式，这两种驱动方式对应了两个电路设计。本文论述的是分体式压力锅，其锅盖采用无线通信供电且与煲体分离，因此使用电磁阀驱动方式；电磁阀驱动模块由电磁阀驱动电路，电磁阀线圈，电磁阀体组成。其中电磁阀体拥有一个内置的永磁铁，其自带N极和S极属性；如图3-13所示，当产品需要烹饪压力降低转换时，电磁阀驱动电路将1618芯片输出的不同压力不同的PWM电平信号、转换成控制电磁阀动作的不同大小、周期变换的电压；然后不同的电压在电磁阀线圈内又产生不同的驱动电流，这样就会在电磁阀线圈周围产生不同强度的磁场。图3-13压力释放电路1618芯片处理后可以输出不同的电信号给电磁阀驱动电路，然后转化为不同的电压大小，接着通过电磁线圈转化为不同磁性强度的磁场，与电磁阀体内置的永磁铁的磁场相互作用，为电磁阀提供一组磁力，当磁力向上时，可以控制排气阀打开。反之，如果磁力方向为向下，那么此时可以控制排气阀关闭。零压检测模块：在压力锅中常用的零压检测模块中最主要的器件为磁簧开关，也称之为干簧管。当锅内产生压力时，零压浮子会浮起，零压浮子里面装有一个永磁铁，零压浮子浮起，两片磁簧片贴合导通开关；当锅内压力释放完毕后，零压浮子会落下，此时永磁铁远离干簧管，这两片磁簧片又会自动断开，从而控制开关断开。  因为其属于线体连接，而本文设计的为分体式压力锅，此通用方案并不能使用在此产品中，因此需要采用全新方案来进行设计。为此我们设计了全新的零压检测模块，其由两部分组成：零压线圈和浮子。浮子为铝质材质，如图3-14所示。其工作原理为，当锅内有压力时，浮子会浮起，然后浮子会插入到线圈中间，此时因铝的磁导率同比空器磁导率略小，导致线圈的电感量迅速减小。图3-14浮子（左）与感应线圈（右） 如图3-15所示，驱动频率固定为f3，当电感变小的，固有频率变高，曲线会右移，就会导致功率变大，线盘电压变