基于单片机控制的商用蒸饭柜智能化设计研究

牛文欢+王平

摘 要：本研究针对普通商用蒸饭柜上未设置定时断电自控机构及温度检测控制机构，工作时需要采用人工计时、手动断电而且容易"干烧"的问题，通过调查分析提出采用单片机作为控制模块，从定时断电提醒智能化设计研究、水位检测控制智能化设计研究和蒸汽回收装置智能化设计研究三个方面进行探索。解决了现实生产使用过程中的问题，给用户以更好的使用效果和安全体验。

关键词：单片机；商用蒸饭柜；智能化

1. 商用蒸饭柜的发展情况与趋势

1.1 商用蒸饭柜的发展情况

蒸饭柜行业虽然已经发展的相对成熟，但是在发展过程中也不可避免的出现了一些厨房设备共有的问题，如安全性难以保证、质量参差不齐，以及科技含量低。

问题一：安全性难以保证

虽然商用蒸饭柜行业不论是产业规模还是产品质量，都有不少优秀的厨房设备企业生产了足够数量优秀的产品，但是产品安全仍然是厨房设备行业最大的痛点。工作时需要采用人工计时、手动断电而且容易“干烧”，安全问题一直备受关注。

问题二：质量参差不齐

普通蒸饭柜自动化程度不高，用户体验效果不佳，而市面上的豪华蒸饭柜和数码蒸饭柜又太贵，部分企业为了提高自动化程度同时不提高产品价格，那就只能降低产品质量，最终扰乱了市场。

问题三：科技含量低

现在已经是一个移动互联网的时代，但是厨具产品上的科技含量偏低。不论是造型，还是实用功能，以及科技附加功能，都有着太多的改进空间。作为回报，那些在风格上有大的改进的产品，那些在材质上想人所未想的产品，那些在色彩上有颠覆性变化的产品，都有着良好的市场回报。在这个科技大发展的时代，厨具产品不能与科技脱节。

1.2 商用蒸饭柜的发展趋势

根据市场调查，现如今商用蒸饭柜的发展呈现两极分化的局面。一种是市场上最常见的蒸饭柜，占据大市场；另一种是价格非常昂贵的智能蒸饭柜，鲜有人问津。在可以预见的将来，更具科技感、自动化、智能化且物美价廉的商用蒸饭柜将会是今后的发展趋势。

2. 商用蒸饭柜的智能化设计研究

本研究从定时断电提醒智能化设计研究、水位检测控制智能化设计研究和蒸汽回收装置智能化设计研究三个方面进行。

2.1 定时断电提醒智能化设计研究

使用AT89C52单片机做控制模块，设计制作了一个用于蒸饭柜定时自控开关数显报警电路。电路可以按照出厂时系统默认设置的参数自动运行，也可以按照使用人员的想法，随时通过按键输入新的时间参数进行设置。我们设计的电路既能在预先设定的时间内自动完成蒸饭和断电控制，又能在定时结束时，通过外置的互感开关进行数显铃声报警，十分方便贴心。此电路设计比较简单且制作容易，使用灵活，设置也很方便，非常適合大批量的生产使用，适用于集体食堂和各类餐馆、饭店的安装使用。

2.2 水位检测控制智能化设计研究

在蒸饭柜水槽内部加入两个限位感应开关和一个进水开关，当水位下降至下方的限位开关时，单片机控制自动断电并打开进水开关加水，方便快捷。

上限位、中限位、下限位传感器被液体淹没时为 ON， 阀A为电磁阀，线圈通电时打开，线圈断电时关闭。开始时水箱是空的， 阀门关闭，各传感器均为 OFF。按下启动按钮SB1后，打开阀A，开始加水，水位线上升。中限位开关变为ON时，电热管打开，开始加热。当液面达到上限位开关时，阀A关闭，停止加水， 继续加热，直至水位线下降至下限位开关时停止加热，阀A自动打开，开始加水，开始进入周期性循环。此设计具有防干烧保护，超温保护，自动故障检测，电压过高过低及缺相保护功能。

2.3 蒸汽回收装置智能化设计研究

蒸汽柜工作时有大量蒸汽，影响工作人员视野，而且高温蒸汽容易伤人，存在不安全因素。我们采用蒸汽回收装置置于蒸饭柜上方，可以有效解决这个问题。蒸汽回收处理装置由金属罩、排气扇组成，装置下方的四个弧形边带有向上弯曲的水槽，当水蒸气冷凝为水时，就会顺着水槽流至四个角，将四个角弯成管状，接上橡胶管使其汇流，通过排水管道排出。

蒸汽回收装置的控制开关可独立使用，也可利用无线电遥控技术，将控制方式容于单片机的控制系统，协同控制。

3. 商用蒸饭柜工作原理和单片机选择

AT89C2051是一款低功耗、高性能、高灵活、超高效的CMOS8位微控制器，具有8K系列可编程Flash存储器，使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，也适用于常规编程。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash。AT89C2051可降至0HZ静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。故选用AT89C2051单片机。

4. 商用蒸饭柜硬件电路设计研究

1. 电路简单，全部电路使用一个“单片机”芯片和两个辅助芯片，配合少量外围分立元件，即可完成相关控制功能。

2. 初始加电时，系统将检测水箱水位，只有水箱水位正常（水位开关SW闭合）时，才会使三相固态继电器 SSR 导通，电热管加电工作。此后，系统将循环监测水箱水位，一旦出现水箱水位低于预设最低水位（即自动补水管道系统出现故障），导致SW开关断开时，系统将立即切断电热管电源，同时给出“缺水”的声、光报警信号。

3. 当电热管加电工作时，系统将对连接三相电的三组电热管实施工作状态监控并在控制面板上用发光二极管指示灯给出相应的指示。当各组电热管均工作正常时，面板上的三组电热管工作状态指示灯将同时点亮。如果某一组电热管损坏，则面板上对应该组的电热管指示灯将开始“闪烁”，表示该组电热管故障，提示需要检修更换，但此时蒸饭柜仍可勉强工作，只是蒸熟饭的时间要相应延长，此时蜂鸣器并不报警。如果是某两组或三组电热管同时损坏时，则面板上的三组电热管指示灯将同时“闪烁”，蜂鸣器也同时发出报警声响，表明此时电热管已无法保证蒸饭柜的正常工作，必须立即进行检修、更换。

4. 本电路的输入输出均采用了光电隔离的工作方式，抗干扰能力强，工作稳定可靠。

5 结语

本设计研究根据蒸饭柜现实生活使用过程中出现的一些问题，综合考虑使用环境因素等方面的影响，从定时断电提醒智能化设计研究、水位检测控制智能化设计研究和蒸汽回收装置智能化设计研究三个方面对商用蒸饭柜进行改进创新研究。本蒸饭柜在普通蒸饭柜的基础上进行了升级，使得机械报警提醒简单方便；水位检测与控制更加的智能可控；微电子控制自动化程度更高，并减少了故障发生率，提高了实用性；蒸汽回收处理装置解决了室内湿度过高、能见度低的问题。

参考文献：

[1] 张继辉.基于单片机控制的电热蒸饭柜智能检测控制电路[J].电气时代，2007，12：86-87

[2] 张毅.自动检测技术及仪表控制系统.北京：化学工业出版社，2004.11

作者简介：

牛文欢（1988—），男，山东菏泽人，潍坊职业学院 机电工程学院 助教，山东大学硕士学位，主要研究方向：产品数字化设计与制造.endprint