摘要：烤箱是一种密封的用来烤食物或烘干产品的电器，是利用电热元件所发出的辐射热来烘烤食品的电热器具，因此对电气控制系统的设计要求较高，基于此，本文探讨了厨房家电中电烤箱的电气控制系统的硬件设计。
关键词：厨房家电；电烤箱；电气控制系统；硬件设计
引言：电烤箱是一种烘烤食物的电热器具，它通过电热元件所发出来的辐射热进行加热。电烤箱的温度范围一般为室温到250℃。通常升温到200℃大约需要20分钟时间，通过程序可以控制加热时间。
1、电烤箱电气控制系统概述
电气控制系统是工业生产过程中经常遇到的控制，有些工艺过程对其电气的控制效果直接影响着产品质量，因而设计一种较为理想的电气控制系统是非常有价值的。
2、电烤箱的电气控制系统的硬件设计
2.1A/D转换电路的设计
本设计中用到的是MAXIM生产的串行AD芯片MAX1241，是逐次逼近型AD转换器，它是低功耗，12位模数转换器，有8个引脚工作电压通常为+2.7V-+5.5V，连续AD转换的时间为7.5us，跟踪时间是1.5us，片上包含时钟和采样保持电路。当芯片以最大采样速率73ksps工作时，消耗的功率为37mW。
MAX1241含有一个3线连接接口，直接与微控制器的输入输出口相连，并与SPI和MICROWIRE接口兼容。SPI接口是三线制接口，三线分别是片选线CS，时钟信号线SCLK，数据线DOUT。SCLK的下降沿输出数据，数据位先高后低依次出现。当把MAX1241的模式控制端SHDN置低电平时，芯片处于休眠模式或关闭模式，此时工作电流是低于15uA，置高后，它可以在4us时间内从休眠状态转移到工作状态。如果不使用，可以直接接高电平或悬空。
在开始加电的20ms时间内不要有任何的转移工作。将CS置低电平，开始转化。在CS的下降沿，采样保持电路开始进入保持状态，经过一-段时间的内部转换，转化结束的标志为DOUT信号置高电平。数据然后能在外部时钟的作用下送出去。操作过程如下。使用CPU上的一个通用输入输出接口去拉低CS，同时保持SCLK为低电平；等待最大的转换时间或者查询DOUT是否是高电平来确定转换是否结束；转换结束之后，在SCLK的下降沿开始DOUT数据的输出；在第13个脉冲将CS置高电平。如果此时CS继续保持低电平，一下数据输出为0；在开始新的转换之前，等待一段时间，此期间CS是高电平。当在转换过程中通过拉高CS放弃转换，在开始新的转换之前，也要等待一定时间。CS必须在数据转换结束之前一直保持低电平。
2.2键盘电路的设计
当没有键按下时，行线与列线之间是断开的。当第N行M列的见按下时，那么第N行与第M列的线就被接通。如果在行线上加信号，根据列线的状态，就可以知道是否有键按下。如果在行线上加一个扫描信号，便可以知道按键的位置。键盘接口的第一个任务就是按键的识别。常用到的按键识别方法有两种：一种是传统的行扫描法；另一种是速度较快的线反转法。
行扫描法：在微处理器控制下，行线0为低电平，其余三根行线全部为高电平。之后微机通过输入口读取列线的状态，如果读入的所有列线都是高电平，则行线0没有闭合，如果读入的列线状态不完全为高电平，则是低电平的列线与行0相交的键是闭合状态；如果第0行上没有键闭合，接着使行线1为低电平，其他的行线为高电平。用一样的方法检查这--行上有无键闭合，依此类推，最后行线3为低电平，其他的行线都是高电平，检查这一行是否有键闭合。这种逐行逐列检查键盘状态的过程叫做对键盘的依此扫描。采用扫描法时，当所按下的键在最后一行（列）时，需要扫描所有的行（列）才能够获得键位置码。线反转发是借助程控并行接口来实现的，比行扫描法速度快。2.3放大器电路设计
传感器是将待测物理量转换为电信号的输出。但是其输出的信号通常的都很小，需要进行放大。传感器信号的放大，根据具体情况可使用晶体管放大器和运算放大器。
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2.3.1BJT放大电路
双极结型三极管（BJT）是一种三端器件，内部有两个距离很近的背靠背排列的PN结（发射结和集电结）。两个PN结加_上不同极性、不同大小的偏置电压后，半导体三极管呈现不同的特性和功能。BJT是放大电路最重要的组成之一。放大电路的功能是将微弱电信号不失真地放大到所需要的数值。为了增强微弱电信号，几乎每个电子系统中都要用到放大电路。
2.3.2集成电路运算放大器
集成电路运算放大器是一种电子器件，它采用一定的制造工艺将大量半导体三极管、电容、电阻等元件和它们之间的连线制造在一块单晶硅的芯片上，并且具有一定的电子电路。输入级是由差分放大电路组成，利用它的电路的对称性可以提高整个电路的性能；中间电压放大级的主要作用是提高电压增益，可以由一级或者多级放大电路组成；输出级的电压增益是1，但是可以为负载提供一定的功率。
2.4温度反馈控制的实现电路
加热炉内的温度通过传感器转换为电压值，经过运算放大电路放大后，再经过A/D转换电路，转换为二：进制的数字量，和设置的温度进行比较，反馈到温度反馈控制电路，当温度达到设定的温度值时，继电器将开关打下，停止加热；当温度小于设定的温度值时，继电器将开关打上去，继续加热。
2.5抗干扰电路设计
2.5.1干扰的来源与分类
按干扰的来源，可以把干扰分成内部干扰和外部干扰。
外部干扰：是指那些与系统结构无关，由使用条件和外接环境因素所决定的干扰。主要来自自然界和周围的机器设备。
内部干扰：指控制系统内部的各种元器件引起的干扰。
干扰按特性分类，可以分成直流干扰、随机干扰和交流干扰3类。
直流干扰；以直流电流或者电压的形式出现，一般是由于热电效应和电化学效应所引起。
随机干扰：这类干扰通常是瞬变的，是脉冲或者尖峰形式，由电感间断工作产生。
交流干扰：最常见一类干扰，是由于交流的电感应所产生，因为过程通道常常处于电磁场分布较多的地方，当信号线和动力线在电缆槽中平行布线时，干扰明显。
2.5.2抗干扰措施
开关量输入/输出通道常用的抗干扰方法有：采用RC滤波器，滤去开关量输入信号中夹杂的干扰信号；采用去抖动电路，消除机械式触电、开关闭合时产生的抖动，常用RS触发器构成去抖电路；采用光电耦合隔离措施：光电隔离的输入回路和输出回路之间没有直接接触，也没有共地，所以输入回路和输出回路完全隔离，光耦合器通常用光作为媒介来传输电信号，它对输入、输出的电信号具有非常好的隔离的作用。
光耦合器通常光的发射、光的接收及信号放大三部分组成。输入的电信号去驱动LED，使它发出光，被光接收器接收从而产生电流，再经过放大作用后输出。这就完成了电一光一电的转换，从而起到输入、输出、隔离的作用。由于光耦合器输入输出间互相隔离，电信号传输具有单向性等特点，因而具有良好的电绝缘能力和抗干扰能力。又由于光耦合器的输入端属于电流型工作的低阻元件，所以能够很好的抑制共模。因此，它在长导线传输信息的过程中当作隔离元件能够增加信噪比。在计算机的数字通信和实时控制过程中是隔离信号的重要接口器件，能够增强计算机的稳定性。
结束语
综上所述，通过对电烤箱的电气控制系统中的硬件设计研究以及对系统的调试，最终实现了电烤箱的智能控制，使其能够更好的满足人们日常生活的要求。
参考文献：
[1]杨虎.人工智能控制电烤箱[J].山西冶金，2010.
[2]唐菲.基于单片机的智能电烤箱设计与制作[J].科技视界，2012.
论文作者:刘小艳
论文发表刊物:《基层建设》2018年第22期
论文发表时间:2018/9/11
标签：干扰论文; 电路论文; 电烤箱论文; 电信号论文; 控制系统论文; 电气论文; 信号论文; 《基层建设》2018年第22期论文;