基于PIC單片機廚房控制器的設計

周錦榮，陳 福，2，王 輝，何安玲

(1.漳州師范學院物理與電子信息工程系，福建 漳州 363000;2.廈門普羅太克科技有限公司研發部，福建 廈門 361000)

隨著智能家電控制技術的不斷發展，具有多功能和智能化的廚房控制器成為廚房電器設備發展主流［1］。和傳統單一廚房設備控制器相比，多功能廚房控制器具有占用空間小、成本低、功能多、便于設備統一管理，使用安全、方便等優點［2］。

系統以PIC單片機作為主控制芯片，選用VFD(Vacuum Fluorescent Display)真空熒光屏為顯示器［3］，結合氣敏傳感器、熱敏電阻、高壓點火器、繼電器等受控對象，通過檢測外部信號以及內部定時時間狀態可以控制各種受控對象工作狀態之間的相互轉換，實現對廚房電器設備的智能控制［2］。系統結構框圖如圖1所示。

1 各單元電路硬件設計

1.1 電源電路設計

圖1 系統總體流程圖

設計所需的6組工作電源均由如圖2所示的電路提供。6組電源分別為AC 220 V、AC 3 V、DC+12 V、DC+5 V、DC+5 V B、DC+24 V、DC －30 V。各組電源的使用情況如下:AC 220 V作為抽油煙機電機工作電壓，AC 3 V作為VFD燈絲驅動電壓，DC－30 V作為VFD顯示段碼工作電壓，DC+12 V作為繼電器工作電壓，DC+5 V作為單片機及外圍+5 V供電電源，DC+5 V B作為氣敏傳感器工作電壓，DC+24 V作為24 V直流電機以及照明LED工作電壓。

為確保VFD顯示屏段碼截止時沒有鬼影余亮現象，在AC 3 V中心抽頭和DC－30 V之間加了5.1 V穩壓管1N4733，同時在關閉VFD時通過繼電器KA1切斷燈絲電源AC 3 V，以達到徹底熄滅燈絲和省電的目的。

圖2 電源電路

1.2 功能控制電路設計

如圖3所示功能控制電路，通過繼電器控制抽油煙機、風機的強度以及消毒、烘干童鎖、LED照明開關等。為確保消毒和烘干是在消毒柜關閉狀態下才工作，故在消毒柜的柜門處裝個開關，只有在門關閉狀態下繼電器才能動作。在烘干發熱棒上串聯一個熱敏電阻NTC5D－11，在溫度過高時斷開，防止溫度過高而燒壞碗筷和設備。同時，在設計時考慮到安全因素，加了童鎖功能，即正在進行消毒或烘干時童鎖關閉，消毒烘干結束后1 min才開啟童鎖，以防止兒童在設備正在消毒或烘干時誤打開柜門而燙傷，童鎖為電磁閥。

設計中考慮到兩板之間的數據傳送及節省I/O口，選用了串并轉換芯片74HC595作為I/O口擴展(只需3個I/O口)，再經過7路內部達林頓結構的ULN2003驅動繼電器。電路中，將ULN2003第9腳接+12 V就相當于在每個被驅動對象兩端反向并聯一個二極管，起到續流的作用，外部無需在加二極管達到節省成本的效果。

圖3 功能控制電路

1.3 處理器電路設計

處理器電路如圖4所示，選用Microchip公司的PIC16F72作為系統的核心控制芯片［4］。PIC16F72具有8位精度A/D，2 kbit×8 ROM，128 bit×8 RAM，22 個驅動能力達到20 mA電流的I/O口，足以滿足本設計對處理器的要求。電路中選用晶振為4 MHz，起振電容C18、C19取22 pF。R2和C17一起構成系統復位電路。為減小紋波干擾，在電源跟地間接了C20和C21濾波確保系統的穩定性。

圖4 處理器電路

1.4 顯示電路設計

本部分在設計時主要考慮到廚房環境油煙較多，周圍溫度較高，強電流、強磁場等環境因素，而VFD顯示屏有自動發光、高清晰度和高亮度顯示、低壓操作、低功耗的特點，并具有從紅色到藍色多種色彩、寬視角、反應速度快、可靠且使用壽命長、成本低等優點，適合作為系統控制信息顯示屏［5－6］。顯示電路如圖5所示，開關管用三極管9013，VFD專用驅動芯片PT6312［7］。

圖5 VFD顯示電路

1.5 爐火檢測和氣閥開關電路設計

考慮到安全性，只有在檢測到爐火，且倒計時開始定時后才開啟氣閥。為提高系統穩定性，點火開關信號間用光耦隔離，如圖6和圖7所示。

1.6 漏氣檢測及報警電路設計

本單元電路如圖8和圖9所示。當爐火定時時間到和氣敏傳感器檢測到煤氣漏氣時報警提示。用普通無源蜂鳴器即可滿足要求蜂鳴器需要的1 kHz方波由單片機500 μs中斷取反產生，只要在BELL端加高電平就可報警。為增大驅動電流用三極管9013和9012作二級放大。同時，加了R22，R23和C23構成充放電回路，以使報警時的聲音有假和弦效果［5］。

圖8 漏氣檢測電路

1.7 按鍵掃描電路設計

模塊電路如圖10所示，用到7個按鍵，分別為風速調整鍵，消毒鍵，烘干鍵，開/關機鍵，時間/定時設置鍵，小時鍵，分鐘/LED開關鍵。通過單片機采集按鍵結果進行處理。

2 軟件設計

系統軟件利用Mplab集成開發環境(IDE)進行編寫，程序總流程圖如圖11所示。在編寫軟件時，將程序編寫為多任務方式，各種任務放在程序各分支上，依據程序狀態的變化分別執行各個模塊功能程序。同時將實時事件放在主干道上，每次程序循環都要執行［4］。各個相互關系模塊之間只通過標志位聯系。

軟件設計中還涉及到500 μs中斷服務子程序、VFD顯示子程序、按鍵掃描子程序、爐火定時子程序、煤氣漏氣檢測子程序等模塊。

圖11 軟件總流程圖

3 結束語

介紹了利用PIC單片機為主控制芯片的多種廚房設備智能組合控制設計思想和方法。該系統還可以做一些功能上的擴展，比如在系統中加入廚房熱水器，微波爐，洗碗機的控制，使功能更強大;加入煙霧及氣敏傳感器和語音模塊以及GPRS接收模塊，當家里發生火災時報警，可以語音提示并利用手機通知主人或進行遠距離的廚房設備無線控制，使功能更多樣化，操作更加人性化和智能化。

［1］廖天發，曹建忠，王定庚.基于RS485的現場總線整體廚房控制電路設計［J］.河北職業技術學院學報，2007，7(3):14－15.

［2］徐洪峰.灶具與油煙機協調控制系統的設計與實現［D］.杭州:杭州電子科技大學，2010.

［3］沈偉，阮世平.試論VFD現狀與發展趨勢［J］.真空電子技術，2000(4):36－40.

［4］張華林，周小方.電子設計競賽實訓教程［M］.北京:北京航空航天大學出版社，2007.

［5］徐驩.VFD汽車顯示與車體控制系統［D］.南京:東南大學，2004.

［6］張猛，王瑞光，鄭喜鳳.基于AT89C52的VFD顯示模塊應用［J］.液晶與顯示，2012，27(1):93 －97.

［7］雷麗琴，朱小勇，馬俊婷.PT6312在寬帶多媒體網關中的應用［J］.微計算機應用，2006，27(3):305－307.