基于PIC单片机厨房控制的设计

1 各单元电路硬件设计
1．1 电源电路设计
    设计所需的6组工作电源均由如图2所示的电路提供。6组电源分别为AC220 V、AC3 V、DC+12 V、DC+5 V、DC+5 V B、DC+24 V、DC-30 V。各组电源的使用情况如下：AC220 V作为抽油烟机电机工作电压；AC3 V作为VFD灯丝驱动电压；DC-30 V作为VFD显示段码工作电压；DC+12 V作为继电器工作电压；DC+5 V作为单片机及外围+5 V供电电源；DC+5 V B作为气敏传感器工作电压；DC+24 V作为24 V直流电机以及照明LED工作电压。

    为确保VFD显示屏段码截止时没有鬼影余亮现象，在AC3 V中心抽头和DC-30 V之间加了5．1 V稳压管1N4733，同时在关闭VFD时通过继电器KA1切断灯丝电源AC3 V，以达到彻底熄灭灯丝和省电的目的。
1．2 功能控制电路设计
    如图3所示功能控制电路，通过继电器控制抽油烟机、风机的强度以及消毒、烘干童锁、LED照明开关等。为确保消毒和烘干是在消毒柜关闭状态下才工作，故在消毒柜的柜门处装了个门开关，只有门在关闭状态下继电器才能动作。在烘干发热棒上串联一个热敏电阻NTC5D—11，在温度过高时断开，防止温度过高而烧坏碗筷和设备本身。同时，在设计时考虑到安全因素，加了童锁功能，即正在进行消毒或烘干时童锁关闭，消毒烘干结束后1 min才开启童锁，以防止儿童在设备正在消毒或烘干时误打开柜门而烫伤，童锁为电磁阀。

    设计中考虑到两板之间的数据传送及节省I／O口，选用串并转换芯片74HC595作为I／O口扩展，再经过7路内部达林顿结构的ULN2003驱动继电器。电路中，将ULN2003第9脚接+12 V就相当于在每个被驱动对象两端反向并联1个二极管，起到续流的作用，外部无需再加二极管达到节省成本的效果。[page]

1．3 处理器电路设计
    处理器电路如图4所示，选用Microchip公司的PIC16F72作为系统的核心控制芯片。PIC16F72具有8位精度AD，2 kB×8 位ROM，128×8 Byte RAM，22个驱动能力达到20 mA电流的I／O口，满足对处理器的要求。电路中选用晶振为4 MHz，起振电容C18、C19取22pF。R2和C17，—起构成系统复位电路。为减小纹波千扰，在电源跟地之间接了C20和C21滤渡，以确保系统的稳定性。

1．4 显示电路设计
    设计时主要考虑到厨房环境油烟较多，周围温度较高，强电流、强磁场等环境因素，而VFD显示屏有自动发光、高清晰度和高亮度显示、低压操作、低功耗的特点，并具有从红色到蓝色多种色彩、宽视角、反应速度快、可靠且使用寿命长、成本低等优点，适合作为系统控制信息显示屏。显示电路如图5所示，开关管用的三极管9013，VFD专用驱动芯片PT6312。

1. 5 炉火检测和气阀开关电路设计
    考虑到安全性，只有在检测到炉火，且倒计时开始定时后才开启气阀。为提高系统稳定性，点火开关信号间用光耦隔离，如图6和图7所示。

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1．6 漏气检测及报警电路设计
    单元电路如图8和图9所示。当炉火定时时间到和气敏传感器检测到煤气漏气时报警提示。用普通无源蜂鸣器即可满足要求，蜂鸣器需要的1 kHz方波由单片机500μs中断取反产生，只要在BELL端输入高电平就可报警。为增大驱动电流用三极管9013和9012作二级放大。同时，加R22，R23和C23构成充放电回路，以使报警时的声音有假和弦效果。

1．7 按键扫描电路设计
    电路图如图10所示。采用7个按键，分别为风速调整键、消毒键、洪干键、开／关机键、时间／定时设置键、小时键、分钟／LED开关键。通过单片机采集按键结果进行处理。

2 软件设计
    系统软件利用Mplab集成开发环境(IDE)进行编写，程序总流程如图11所示。在编写软件时，将程序编写为多任务方式，各种任务放在程序各分支上，依据程序状态的变化分别执行各个模块功能程序。同时将实时事件放在主干道上，每次程序循环都要执行。各个相互关系模块之间只通过标志位联系。

    软件设计中还涉及到500μs中断服务子程序、VFD显示子程序、按键扫描子程序、炉火定时子程序、煤气漏气检测子程序等模块。

3 结束语
    文中主要介绍了利用PIC单片机为主控制芯片的多种厨房设备智能组合控制设计思想和方法。该系统还可以做部分功能上的扩展，比如在系统中加入厨房热水器、微波炉、洗碗机的控制，使功能更强大；加入烟雾及气敏传感器和语音模块以及GPRS接收模块，当家里发生火灾时报警，可以语音提示并利用手机通知主人，甚至进行远距离厨房设备无线控制，使功能更多样化，操作更加人性化和智能化。