【正文】 在程序設計中，在適當的位置設計了軟件陷阱來攔截亂飛的程序，使程序恢復正常運行。開/關機按鍵的優(yōu)先級別最高，只有當開/關機狀態(tài)標志置“1”表示開機狀態(tài)時，其余按鍵操作才能有效。開機程序流程圖如圖 52 所示。同時，關機處理程序不斷檢測各溫度傳感器檢測電路的電壓狀態(tài)，通過定時中斷服務程序不斷掃描“開/關機”按鍵的狀態(tài)。第五章 電磁電飯煲控制系統(tǒng)的軟件設計 程序總體架構設計程序總體分為主程序和中斷服務程序兩部分。圖 415 中，兩個風扇的控制方法相同，當電磁電飯煲工作時，由單片機MC9S08AW32 輸出高電平至 R1和 R2，三極管 Q1和 Q2導通工作，從而使 18V直流電壓驅動風扇開始工作。RTC1~ RTC3是具有負溫度系數的溫度傳感器，R1~ R3是精度為 1%的精密電阻。隨著 C1充電，ZD1穩(wěn)壓，Q2導通，Q1截止，浪涌檢測由控制系統(tǒng)運行時的浪涌檢測電路控制。 圖46 同步電路 側面和頂蓋加熱電路的設計為保證電磁電飯煲能夠整體加熱，在底部采用電磁感應加熱的同時，在頂部和側面采用傳統(tǒng)的電熱絲加熱。LM339 內置四個翻轉電壓為 6mV 的電壓比較器，當電壓比較器輸入端電壓正向時，置于 LM339 內部控制輸出端的三極管截止，此時輸出端相當于開路；當電壓比較器輸入端電壓反向時(即負輸入端電壓高于正輸入端電壓)， 置于LM339 內部控制輸出端的三極管導通， 將比較器外部接入輸出端的電壓拉低，此時輸出端為低電平。如圖 47 所示是開關電源電路。當控制LED的狀態(tài)時，若需要使其中一個 LED 如 LED1亮，則通過單片機設定Led COM輸出低電平，LED1的另一端即 KEY1輸出高電平，KEY2~KEY4輸出低電平。圖43 液晶顯示電路圖44 顯示和按鍵掃描電路 圖 43 中，單片機 MC9S08AW32 的 PTC0~PTC3 端口分別接液晶驅動芯片HT1621 的片選信號端口(/CS)、“讀”信號控制端口(/RD)、“寫”信號控制端口(/WR)和數據信號端口(DATA)，并分別接上拉電阻到高電平，實現對液晶驅動芯片“寫”命令和數據的控制。(6) 剩余 I/O 口 未用到的 I/O 口用于功能擴展。 (3) 豐富的外設 具有自動比較功能的16通道、10位數模轉換器；具有穿行通信接口模塊SCI；具有串行外設接口模塊SPI；內部集成電路總線模塊C；具有定時器、PWM輸出端口、鍵盤中斷模塊等。風扇驅動電路驅動風扇工作，加強 IGBT 的散熱。第四章 電磁電飯煲控制系統(tǒng)的硬件電路的設計 電磁電飯煲控制系統(tǒng)硬件電路整體性設計電磁電飯煲控制系統(tǒng)的整體性硬件方案框圖如圖 41所示。 (1) 恒溫控制 對于恒溫控制，溫度給定值 Ti為恒定值。MATLAB 中米量測定二維模糊推理器的模糊推理系統(tǒng)的基本屬性設定為：“與”運算采用極小運算，“或”運算采用極大運算，“模糊蘊涵”采用極小元素，“模糊規(guī)則綜合”采用極大運算，“去模糊化”采用重心法。米量的模糊推理是在煮飯過程的吸水階段降溫時候進行的。米量測定模糊推理的輸出量是米量 Q。米量測定模糊控制器的設計采用了MATLAB Fuzzy Logic工具箱。當燜飯階段停止加熱時，由于仍高于100℃，此時米飯中的水分進一步蒸發(fā)膨脹使米飯更加松軟。因此，加熱階段必須保持合理的升溫速度，使鍋內的熱量充分對流，從而使米飯無論從口感上還是營養(yǎng)上都令人滿意。電磁電飯煲加熱輸出功率模糊推理過程結構圖如圖33所示，包括兩個模糊推理過程，第一個是以測得的鍋底與頂蓋溫度差和鍋底溫度的變化率為輸入，根據米量測定模糊控制規(guī)則表推理出米量；第二個是以米量為基礎，結合鍋底溫度變化率，根據溫度控制模糊控制規(guī)則表推理出輸出的脈寬調制PWM占空比來控制加熱功率。二維模糊控制器在目前被廣泛采用，這種控制器以誤差和誤差的變化為輸入變量，以控制量的變化為輸出變量。因此，在選擇傳感器時應選擇精度高且穩(wěn)定性好的傳感器。(2)輸入/輸出接口裝置輸入/輸出接口將從主控單片、被控對象處獲得的模擬信號量轉換成數字信號量，并輸出到模糊控制器。1965年，著名的控制論專家美國加州大學扎德教授創(chuàng)立了模糊集合論，提出用“隸屬函數”的概念來描述現象差異中的中間過渡，并指出一個模糊變量不能唯一賦值，而是應包含多個取值成分，且可用一個模糊集合來完整地表征。因此在感應線圈上就產生了和開關脈沖頻率f(20KHz~30KHz)相同的交流電流。同樣，由于感應線圈的感抗作用，i1不能立即變0，于是向補償電容C2充電，產生充電電流i2。圖中，Rs和Ls分別是感應線圈的串聯(lián)等效模型的電阻值和電感值，C2是補償電容，Ud是交流電壓經整流、濾波后的直流電壓，功率開關管IGBT1內部含有1個快速恢復二極管。市電的交流電源經過橋式整流器整流和濾波電路濾波后，變換為直流電，再經高頻電壓逆變電路轉換為頻率為25KHz左右的高頻交流電送入感應線圈中。 (2)鄰近效應 相鄰兩導體通以交流電流時，在相互影響下導體中的電流要重新分配，當兩電流方向相反時，電流聚于導體內側；當兩電流方向相同時，電流聚于導體外側。因此，增大電磁電飯煲功率方法除了使用高導磁率的鍋具外，可以提高感應線圈中交變電流的電流值及其頻率。圖3中，初級線圈為一長直螺線管，在長直螺線管的內部放置有一根圓柱形的導體。 電磁感應加熱原理電磁感應加熱包含兩方面的要素：焦耳定律和電磁感應原理及其三個效應，包括集膚效應、鄰近效應和圓環(huán)效應。(3)進行電磁電飯煲控制系統(tǒng)的硬件設計，包括MCU系統(tǒng)、主加熱電路、顯示電路和按鍵掃描電路、開關電源電路、同步電路和各種保護電路等并且對各電路進行功能及工作過程分析。與電磁爐使用頻率低(消費者常用來燒水或者打火鍋)、只能作為輔助炊具相比，多功能電磁電飯煲完全可以代替電飯煲和燃氣灶，由輔助飲具向主導飲具發(fā)展，成為現代化的廚房中不可缺少的炊具。綜合起來，今后電磁感應加熱技術在家電領域的應用將帶有鮮明的時代特征，具有以下三大特點：智能化、低成本、環(huán)保型。電磁熱水器的熱效率在95%以上，體積小、重量輕，工作時無任何噪音，自動化控制程度非常高并能實現遠距離遙控。伴隨著國家應對能源緊缺和環(huán)境保護問題的呼聲越來越高，同時電磁技術、電力電子技術、微電子技術的進一步發(fā)展為電磁加熱技術的應用提供了硬件基礎，應用電磁技術的家電產品必將走向更加廣闊的市場。(6)可減少占地、熱輻射、噪音和灰塵。據研究資料顯示，煤的熱效率約為12~20%，液體燃料的熱效率約為20~40%，氣體燃料的熱效率約為50~60%,而電磁加熱產品由于其電磁感應加熱原理，通過交變的電磁場直接作用于被加熱的鍋底產生渦流，導體的熱效應使鍋底迅速發(fā)熱，由于不需要熱傳遞其熱效率高達90%以上，并且發(fā)熱速度快。根據焦耳定律，當導體中存在感應電流時，導體會發(fā)熱。根據煮飯專家提出的最佳煮飯的工藝過程曲線，首先通過模糊控制器來判斷米量，然后根據米量來設定相應的煮飯加熱工藝過程。15能根據畢業(yè)設計目標進行實驗設計，對數據的運算及處理正確無差錯，對實驗結果的分析準確。修改設計第16周畢業(yè)答辯。(3) 進行電磁電飯煲控制系統(tǒng)的硬件設計(4) 進行電磁電飯煲控制系統(tǒng)的軟件設計，完成電磁電飯煲控制系統(tǒng)功能的程序開發(fā)。第910周 了解模糊控制理論及其在電磁電飯煲中的應用。而且既節(jié)約了電能，有節(jié)省了時間。而且既節(jié)約了電能，有節(jié)省了時間。了解模糊控制理論第910周完成電磁電飯煲控制系統(tǒng)的硬件電路的設計。15外文應用能正確引用外文文獻，翻譯準確，文字流暢。課題以電磁感應加熱原理和模糊控制理論為基礎，研究了電磁電飯煲的控制系統(tǒng)的設計，主要包括硬件電路設計及其各部分電路的工作原理、軟件設計及模糊控制理論的應用和電磁兼容性設計。電磁感應定律是1831年英國物理學家法拉第根據電磁感應現象提出的，即當電路圍繞的區(qū)域內存在交變的磁場時，電路兩端就會感應出電動勢，如果閉合就會產生感應電流。但是由于市場前景廣闊，所以研究電磁感應加熱的科學技術人員逐漸增加。(3)容易控制溫度，提高加工精度。當前，雖然電磁電飯煲市場容量發(fā)展速度比較快，但國內市場上電磁電飯煲的產品種類還較少，市場占有率不高，電磁感應加熱技術的應用還處于初級階段，特點是：價格高，產品功率不大，連續(xù)功率調節(jié)范圍窄。近些年來，國外通過對電磁感應加熱技術的研究不斷深入和發(fā)展，應用電磁技術的產品種類繁多，新興的專利和產品不斷出現，如松下公司推出“”電磁電飯煲的第二代產品，即所謂雙電磁感應加熱電飯煲，它是分別在鍋底部和鍋蓋上設有各自獨立工作的電磁感應線圈，火力大小均可調節(jié)(自動)，上部的感應加熱線圈使上加熱器向下輻射熱量，好像電烤箱一樣。 電磁感應加熱技術的發(fā)展趨勢電磁感應加熱技術的發(fā)展與功率半導體器件的發(fā)展密切相關。電磁家電產品作為家電產品領域中的新興產品，產品已由導入期進入上升期，尚有巨大的市場發(fā)展空間，并且可派生一系列相關的新產品。討論串聯(lián)諧振和并聯(lián)諧振電路，并根據并聯(lián)諧振電路設計主加熱電路并進行電壓諧振逆變電路工作過程的分析。第二章 電磁感應加熱原理及其在電飯煲中的應用 電磁感應加熱原理1831年，英國物理學家法拉第發(fā)現了電磁感應現象，并且提出了相應的解釋理論即電磁感應定律，其內容為，當電路圍繞的區(qū)域內存在交變的磁場時，電路兩端就會感應出電動勢，如果電路閉合就會產生感應電流。當次級線圈匝數為1且短路時，次級線圈電路會顯著增加，因此會在負載ZL上產生明顯的熱損耗如圖22所示。根據安培定則，當感應線圈中通以交變電流I時，在感應線圈的周圍，會產生與交變電流同頻率的交變磁通φ，交變磁通φ又會在金屬工件中產生感應電動勢e。電流總是沿著阻抗最小的路徑流動，所以電流會聚集到導體的表面。導體的徑向厚度與圓環(huán)直徑之比越大，這種效應就越顯著。220V/50H交流電經過保險管FUSE1，再通過安穩(wěn)電容C1和壓敏電阻CNR1加在整流橋BRIDGE1的兩個輸入端，整流橋輸出的脈動直流電壓經濾波電容C3后變?yōu)楸容^平滑的直流電壓Ud，直流電壓Ud直接加在由Rs和Ls串聯(lián)代表的感應線圈和補償電容C2組成的并聯(lián)諧振電路的輸入端。圖213中，Ug為IGBT1驅動電壓即脈寬調制方波(PWM，Pulse Width Modulation），Uc為IGBT1集電極C的電壓，IL為流經感應線圈的電流。由于IGBT1內部阻尼管的存在，C2不能繼續(xù)反向充電，而是經過IGBT1內部阻尼管回流，形成電流i4。然而，在許多情況下被控對象由于影響因素很多、具有時變性和非線性的特點而且相互之間又有交叉耦合，其模型十分復雜且難以求解，因此建立精確的數學模型困難很大甚至難以建立。但由于結構的簡單性，對受影響因素多的復雜的被控對象控制精度不高，魯棒性有限。(4)傳感裝置用來將被控對象的被控制量轉換為電信號。圖32 模糊控制器的基本組成結構通常將模糊控制器輸入變量的個數稱為模糊控制的維數。在本文著重分析在電磁電飯煲的控制系統(tǒng)的設計中，如何利用模糊控制原理來推斷鍋中的米量及進行加熱溫度控制。(2)加熱階段 加熱階段需要用較大功率對大米進行加熱，使水溫不斷均勻上升，大米此時繼續(xù)吸收水分并開始了淀粉α化。在此高溫下，米芯的淀粉α化，內外都熟透，而且使米飯產生米香味。因此，米量的測定是關鍵的第一步，后面的控制過程則是在測定了米量的基礎上進行設定的。由于溫度變化具有非線性的特點，E 的隸屬函數曲線選擇常用的高斯隸屬函數，如圖 36 所示。當室溫一定時，鍋底和頂蓋的溫度差及其鍋底溫度的變化率就主要由米量來決定。因此，鍋底和頂蓋溫度差與鍋底溫度變化率的輸入組合就有 49 種。恒溫控制主要用于沸騰和保溫階段，勻速升溫控制主要用于吸水階段和加熱階段。對于判斷出的由“非常少”到“非常多”的七種米量，采用占空比 30%到 90%的 PWM。為了防止 IGBT 因電壓浪涌而損壞，設計了防浪涌保護電路，對控制系統(tǒng)進行硬保護。即使在各類惡劣環(huán)境下，MC9S08AW32亦可達到極佳的EMC性能。(3) 按鍵掃描 I/O 口 第 4 腳至第7腳用于按鍵掃描電路。圖42 單片機電源、復位、晶振電路 顯示電路和鍵盤掃描電路的設計顯示電路和鍵盤掃描電路是電磁電飯煲控制系統(tǒng)的重要組成部分，通過液晶顯示模塊(LCD，Liquid Crystal Display)和發(fā)光二極管(LED，Light Emitting Diode)將其工作狀態(tài)和時間等重要信息顯示出來，用戶根據這些信息通過鍵盤掃描電路來下達操作指令到單片機進行處理，從而實現對電磁電飯煲功能的控制。圖 44 中，四個按鍵和四個 LED 共用四個 I/O 端口，采用分時復用的方法來控制。開關電源和線性電源相比，具有線性電源不可比擬的優(yōu)點。為防止功率開關管 IGBT1在集電極電壓過高時導通而燒壞，必須在每個諧振周期的 t4時刻或其附近給出 IGBT1的啟動信號，這就要求 IGBT1驅動電壓信號的上升沿與諧振電路的諧振電壓 Uc 的零點在 t4時刻保持同步。諧振電路沒有輸出，也就沒有驅動脈沖加至 IGBT1的 G 極，保證了 IGBT1在 t2~t4時間不會導通。圖47 側面和頂蓋加熱電路 浪涌保護電路的設計 當上電或電網中有浪涌沖擊時，IGBT1可能由于電流過大而燒壞，由于電壓沖擊速度很快，單從軟件控制上進行保護無法預防浪涌電壓，所以設計了上電防浪涌電壓和系統(tǒng)運行時防浪涌電壓的硬件保護電路。 圖48 上電浪涌保護電路 圖49 系統(tǒng)運行浪涌保護電路 鍋底、頂蓋和 IGBT 溫度檢測電路的設計IGBT 是發(fā)熱量比較大的元器件，需要檢測其溫度以保證其在溫度過高時關斷，使控制系統(tǒng)工作安全。圖410 溫度檢測電路 風扇驅動控制電路的設計由于電飯煲工作時，從頂蓋通過大量的水蒸氣，使得頂蓋的電熱絲很容易氧化生銹，因此在頂蓋設置一個由 18V 直流電壓驅動的風扇。V7表示 PWM 經 CC2濾波后得到的電壓值，接比較器 U1A的正輸入端。當控制