基于PLC的智能微波炉控制系统设计

课程设计说明书
题 目 基于 PLC 的智能微波炉控制系统设计
同济大学浙江学院
专0221
学生姓名
傅威东
指导老师 完成日期
XX、XXX 2011 年 11 月
随着科学技术的进步，电子技术传感技术以及材料技术近年来得到了很大的 发展。国内外微波炉研发机构和生产工厂，为了满足微波炉消费者的使用要求， 将各种先进的现代化技术应用微波炉，推出了一系列新颖先进的微波炉产品。这
图 3.2 微波炉高压变压器结构图
控管工作时，变压器的次级高压绕组中有振荡电流流通，使其附近的铁芯产 生磁饱和现象。假设因市电波动等原因而引起磁控管阳极电压上升、阳极电流增 大，那么变压器次级绕组的电流也增加，使磁饱和度加深，漏磁通增大，这就使 得变压器次级高压下降，也即磁控管阳极电压降低，阳极电流下降，反之则相反， 从而起到自动调节阳极电压、电流及稳定微波输出功率的作用。 可见，高压变 压器主要是靠漏磁通使磁控管工作电流保持稳定的，因此也被称作漏磁(感)变压 器。这种变压器可在市电波动范围较宽的情况下保持磁控管阳极电流的稳定，因 而在微波炉中获得了广泛应用，除特种产品外，几乎所有的微波炉均采用这类变 压器。
的反射，所以能够把微波能量均匀地分布在烹调腔内。微波炉的功率范围一般为 500～1000 瓦。
图 1.1 微波炉示意图
1.2.1 微波炉的种类和性能
微波炉按控制方式的不同可分为机电控制式和电脑控制式.机电控制式微波 炉通过定时器和功率调节器等机械装置控制微波加热的时间和火力;电脑控制式 微波炉是按设定的程序自动完成各种操作的。
微波的频段虽然很宽，但是真正用于微波加热的频段却很窄，主要原因是 避免使用较多的无线电频率，防止对微波通讯造成干扰。国际上，家用微波炉有 915MHz 和 2450MHz 两个频率， 2450MHz 用于家庭烹调炊具， 915MHz 用 于干燥、消毒等工业，医疗行业等。
（2）微波加热原理
被加热的介质一般可分为无极性分子电介质和有极性分子电介质。有极 性分子在没有外加电场时不显示极性。如果将这种介质放在外加电场中，每个极 性分子会沿着电场力的方向形成有序排列，并在电介质表面会感应出相反的电 荷，这一过程称为极化。外加电场越强，极化作用也越强。当外加电场改变方向 时，极性分子也随之以相反的方向形成有序排列。若外加的是交变电场和磁场， 极性分子将被反复交变磁化，交变电场的频率越高，极性分子反复转向的极化也 就越快。此时，分子热运动的动能增大，也就是热量增加，食物的温度也随之升 高，便完成了电磁能向热能的转换。
度加热后自动停止加热。从而实现自动控制。
图 3.7 温度自检电路
3.3.3 炉门检测
炉门的密封通过一个限位开关控制，炉门的开关用于检测炉门的现行状态， 正常工作时炉门对微波起着很好的反射和屏蔽作用，开门前无表要保证微波炉处 于停止工作状态，因为微波对人体有害，因此炉门的检测至关重要。当炉门打开 时，一方面停止磁控管的工作，因为微波有害身体；另一方面，应接通炉腔内的 照明灯，以便于用户取放食品。
3.3 电路部分模块介绍 3.3.1 LED 显示电路
采用共阳极动态显示，加三极管驱动提高显示亮度，编码简单，易于控制， 实践证明：该方式显示稳定，误码率低。
3.3.2 温度自检电路
图 3.6LED 显示电路
采用高灵敏铂电阻 R2（pt100），配合运算放大电路组成温度采集电路。再经
AD 转换电路，进入控制系统，实现温度的适时控制，用户可输入加热温度，温
程中还要受到永久磁铁所形成的垂直方向上的强磁场作用，因此电子是边旋转边 向阳极加速运动(就像子弹在枪管中的运动一样)，旋转速度也不断变快。阳极做 成内齿轮状，形成偶数个空腔，称为谐振腔。每个谐振腔就是一个微波谐振器， 其谐振频率取决于谐振腔尺寸。电子在通过扇形谐振腔时会发生振荡．且频率不 断升高。当频率达到 2400MHz 以后便形成微波，由波导管口发射，再传输到炉 膛内对食品加热。
磁控管是微波炉的关键器件，主要由管芯和磁铁两部分构成。 管芯由阴极、灯丝、阳极、天线(波导管)等构成。其工作原理是：在接通电 源后，高压变压器次级灯丝线圈两端产生的 3.3V 交流电给磁控管灯丝供电。与 此同时，高压绕组产生的约 2000V 交流高压经高压电容限流，二极管整流后得 到约 2000V 的直流高压加至磁控管阳极(阳极接地，实际上是阴极为负 2000V)， 形成加速电场。使阴极发射的电子向阳极加速运动。在电子向阳极加速运动的过
（4）健康化。随着人们健康环保意识的增强，对于食品中热量的限制也愈加 重视。作为现代化食品烹调器具的微波炉，能烹调出低热量的保健食品。
（5）操作简便化。采用各种液晶触摸式控制面板和声控传递系统，使得这种 多功能微波炉的操作变得简单易行。
1.2 微波炉概述
微波炉其实就是用微波来煮饭烧菜的。微波炉是一种用微波加热食品的现代 化烹调灶具。微波是一种电磁波。微波炉由电源，磁控管，控制电路和烹调腔等 部分组成。电源向磁控管提供大约 4000 伏高压，磁控管在电源激励下，连续产 生微波，再经过波导系统，耦合到烹调腔内。在烹调腔的进口处附近，有一个可 旋转的搅拌器，因为搅拌器是风扇状的金属，旋转起来以后对微波具有各个方向
附图 2.2：主电路图
图 2.2 主电路图
（3）微波炉的工作过程
电控系统将 220V 交流电压通过高压变压器和高压整流器，转换成 4000Ｖ左右的直流电压，送到微波发生器产生微波，微波能量通过波导管传入炉 内腔里．由于炉内腔是金属制成的，微波不能穿过．只能在炉腔里反射，并反复 穿透食物，加热食物．从而完成加热过程。
3.1.3 磁控管的原理和结构
（2）多功能。随着现代化人们生活节奏的加快以及追求生活质量的提高，对 于食物的加工烹饪也提出了更高的要求，因而出现了多功能的微波炉。比如将电 烤箱的烧烤功能元件加入微波炉，制造出的微波炉烧烤组合微波炉，就是一个例 子。这种微波炉目前在国内已经非常普遍，其优点就在于利用微波炉能量快速烹 调，使食物具有更好的口感和视觉效果效应。
图 3.1 磁控管结构图
3.1.4 微波炉高压变压器结构和原理
高压变压器是_种专用漏磁(感)变压器，其结构示意如图所示。由图可见，高 压变压器共有 3 个绕组，其中一 个初级绕组，交流 220V 市电电压施加在此绕 组中；两个为各自独立的次级绕组；即输出交流 3．3V 的灯丝电压绕组和输出 交流 2100V 左右的高压绕组。在初、次级绕组之间插有一定厚度的多片硅钢片， 使变压器中形成一个具有高磁阻间隙的磁分路。当高压变压器工作时，磁分路中 将产生一定量的漏磁通，它控制着变压器的输出电流，使磁控管工作电流保持相 对稳定，原理简述如下
1.2.2 微波炉的基本结构
微波炉是用微波来烹调食物的.微波炉烹调食物的时间短,食物养分和维生 素损失少,矿物质、氨基酸的存有率比其他烹调方法要高得多.与煤气、煤炉相比, 微波炉工作时不会产生烟尘和未燃烧的有害气体,其加热的过程是在炉腔中完成 的,无明火,使用更加安全可靠。
（1）微波炉的基本外形和构造 ①门安全联锁开关--确保炉门打开，微波炉不能工作，炉门关上，微波炉才 能工作； ②视屏窗--有金属屏蔽层，可透过网孔观察食物的烹饪情况； ③通风口--确保烹饪时通风良好； ④转盘支承--带动玻璃转盘转动； ⑤玻璃转盘--装好食物的容器放在转盘上，加热时转盘转动，使食物烹饪均 匀； ⑥控制板--控制各档烹饪； ⑦炉门开关--按此开关，炉门打开。
些微波炉新产品，反映了微波炉技术发展趋势，这些趋势主要表现在以下几个方 面。
（1）智能化。采用微电脑控制技术和传感器感测技术，实现微波炉的智能化 加热烹调，是微波炉技术发展的一大方向。这中智能化的微波炉，无需使用者在 操作按键上输入烹调时间、加热功率、食物重量等参数，只要按一下启动键，微 波炉内的传感器就将检测到的食物温度、整齐湿度等参数不断输出给电脑控制芯 片，微电脑控制芯片进行一系列的运算、比较、分析之后，输出相应的指令，自 动控制微波炉的加热时间和功率大小，实现智能化全自动烹调。
1.2.3 微波炉的工作原理
（1）微波的特性
微波是一种频率为 300MHz~300GHz 的电磁波，它的波长很短，具有可 见光的性质，沿直线传播。微波在遇到金属材料时能反射，遇到玻璃、塑料、陶 瓷等绝缘材料可以穿透，在遇到含有水分的蛋白质、脂肪等介质可被吸收，并将 微波的电磁能量变为热能。由于微波的频率较高，它的传输需要用高导电率的 波 导管来传输。
（3）节能化。松下公司将变频技术应用于微波炉推出的变频微波炉产品，通 过将市电电源换为变频电源，能将 50Hz 的电源任意转换成 20000~45000Hz 的高 频电源，供给微波炉产生电路，使微波炉的输出功率随着电源频率的变化而改变， 从而改变了以往微波炉利用占空比原理调节微波炉输出功率的方式，不仅使得微 波炉能量产生电路的供电系统的体积重量大大减小，而且使得耗电量减少了四分 之一左右。