电烤/烘箱加热控制系统及控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种电烤/烘箱加热控制系统及控制方法，该控制系统包括电源电路、微控制器、存储器和输入输出终端，还包括与微控制器分别对应电连接的热电偶测温模块和加热控制电路；加热控制电路包括对应设置于箱体内的加热体和用于控制加热体电流通断的继电器，继电器与微控制器对应电连接；热电偶测温模块包括设置于箱体内并与加热体对应连接的热电偶，以及与热电偶对应连接的测温芯片，测温芯片通过SPI总线与微控制器对应电连接。本发明专利技术可智能调控电烤/烘箱内加热温度，且能实时反应电烤/烘箱内真实温度、测温范围大，并可自动控制电路的通断，更加安全可靠。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电器加热控制
，具体涉及一种电烤/烘箱加热控制系统及控制方法。
技术介绍
烤/烘箱是一种密封的用来烤食物或烘干产品的电器，现在常用的电烤/烘箱多是采用电热元件发热使电烤/烘箱箱体温度升高，从而达到加热食品或烘干产品的目的。目前餐饮业常用的电烤/烘箱往往智能化程度并不高、控温效果不好，且能耗高；因此，如何提供一种能够智能控温，且提高烘烤质量和速度的电烤/烘箱，是目前本领域技术人员亟待解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种能够智能控温、提高烘焙质量、节能、使用方便且更加安全可靠的电烤/烘箱加热控制系统及控制方法。为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：设计一种电烤/烘箱加热控制系统，包括电源电路、微控制器、存储器和输入输出终端，还包括与所述微控制器分别对应电连接的热电偶测温模块和加热控制电路；所述加热控制电路包括对应设置于箱体内的加热体和用于控制所述加热体电流通断的继电器，所述继电器与所述微控制器对应电连接；所述热电偶测温模块包括设置于箱体内并与所述加热体对应连接的热电偶，以及与所述热电偶对应连接的测温芯片，所述测温芯片通过SPI总线与所述微控制器对应电连接。在上述技术方案中，微控制器用于控制整个系统运行，实现所有控制功能；电源电路可采用市场上现有的AC/DC变换模块，体积小，功率满足要求，直接安装在电路板上，同时设计硬件电路板时特别注意了电气隔离问题。存储器用于存储系统参数和相关数据。输入输出终端（如触摸屏）用于实现人机交互。加热控制电路，可使用固态继电器（SSR）实现对加热体的控制，其内部带有光电隔离模块，控制电路简单，直流输入交流输出类型，输入端用微小的控制信号，达到直接驱动大电流负载的效果，并且不存在机械触点寿命的限制。优选的，还包括与所述微控制器对应电连接的计时器、蜂鸣器，以及蜂鸣器驱动电路，当电烤/烘箱温度达到设定值、达到设定时间或控制系统发生故障时，用于发出声音报警提醒。优选的，还包括与所述微控制器对应电连接的散热风扇驱动电路，所述散热风扇驱动电路采用继电器控制电烤/烘箱的散热风扇运行。通过小的直流电压控制大的AC220V交流电源，能够更好地控制散热风扇运行。散热风扇控制电路可以有效的实现对电烤/烘箱内的降温，对电烤/烘箱内温度调节起到很好的作用。优选的，所述微控制器含STM32103系列36脚单片机，能够运行系统控温所需程序，实现所有控制功能，且其具有丰富的外设和存储资源，运行速度高达72MHz。所述输入输出终端为Mini DGUS串口液晶触摸屏，用于实现人机交互，其显示功能强大，采用串口通信，以数据帧格式进行通信。Mini DGUS屏采用直接变量驱动显示方式，所有的显示和操作都是基于预先设置好的变量配置文件来工作，与传统的 LCM 通过时序或者指令控制显示存在显著不同，显示界面美观，提高界面程序开发效率。所述加热体为纳米碳纤维加热管，热效率更高，电气性能稳定，点燃瞬间不会产生瞬时功率冲击，无脉冲电流冲击，无升华烧细现象，耐频繁冷热启动，理论使用寿命长达6000～15000小时，加热管无乳浊现象，发热过程无电磁场产生，无紫外线和高频射线辐射，不会刺激眼睛和灼伤皮肤，安全环保。所述继电器为固态继电器，达到直接驱动大电流负载的效果，并且不存在机械触点寿命的限制。优选的，所述热电偶为K型热电偶，其具有线性度好、热电动势较大、灵敏度高、稳定性和均匀性较好、抗氧化性能强等优点。所述测温芯片为K型热电偶专用测温芯片MAX6675，其内部带有冷端温度补偿，测温范围0～1023℃，使得温度测量更加准确、快速。优选的，所述微控制器采用PID算法控制所述加热体工作。本专利技术还提供了一种使用上述电烤/烘箱加热控制系统实现电烤/烘箱加热控制的方法，包括下列步骤：（1）启动电烤/烘箱加热控制系统，经由对应的输入输出终端设定所需加热的温度值；（2）微控制器进行温度采样并检测PID控制标志是否有效；（3）如步骤（2）检测有效，则调用对应的热电偶测温程序，获取电烤/烘箱实际温度值；（4）计算设定温度与实际温度的差值；如该温度差值大于系统预设值，则启用全速加热方式，使所述加热体工作；如该温度差值小于系统预设值，则启用PID控制方式控制所述加热体进行加热；（5）当步骤（4）中加热体加热至设定温度时，结束加热控制，切断电源停止加热或/和发出警报信号；（6）在步骤（4）中开始进行加热的同时，所述微控制器启动加热时间倒计时功能以及无操作空闲计时功能，当一轮加热倒计时过程结束后，发出警报信号；当电烤/烘箱在一定时间内无操作时，则微控制器控制加热控制电路关闭加热输出。优选的，步骤（3）中的热电偶测温程序的工作过程包括下列步骤：①初始化SPI模块；②调用测温芯片驱动程序，测温芯片获得热电偶的输出电压，读取该输出电压作为温度转换相关值；③根据步骤②所得的温度转换相关值，执行滑动平均滤波，通过查表法计算实际温度值，并对所得的实际温度值进行线性化校正。优选的，步骤③所述查表法计算实际温度值所用的数据转换表，是根据测温芯片工作原理和K型热电偶分度表数据生成的温度校正数据转换表，所述温度校正数据转换表存储于所述存储器中并被所述微控制器调用。优选的，在步骤（4）中，所述PID控制方式控制所述加热体进行加热的过程包括下列步骤：a.执行增量型PID计算：计算误差微分值，计算误差微分差值，计算比例项乘积，计算积分项乘积，计算微分项乘积，计算PID增量输出；b.对步骤a所得的增量输出进行限制，设置加热周期占空比值，使PID增量输出值作用于控制加热器的脉冲宽度调制信号的占空比，将脉冲宽度调制信号的占空比细分等级为200级；c.根据步骤b所得的PID增量控制加热周期占空比，每一秒钟调用一次热电偶测温程序、执行一次滑动平均滤波算法、获得一次电烤/烘箱内实际温度值；每5毫秒控制一次固态继电器输出，进而控制加热体加热。本专利技术的有益技术效果在于：1.本专利技术电烤/烘箱加热控制系统可智能调控电烤/烘箱内加热温度，且能实时反应电烤/烘箱内真实温度、测温范围大，并可自动控制电路的通断，更加安全可靠；系统电路采用集成的热电偶测温芯片，采用液晶触摸屏实现人机交互，结构模块化、集成化程度高，元器件少、接线方式简单明了，方便安装调试生产。2.仪器功能上充分考虑了用户使用的简便性，内置多种烤制模式参数，方便用户一键选择，且用户可以根据使用经验自由设定模式参数，掉电永久存储。人机交互界面美观友好，操作方便。3.加热控制方式采用基于设定温差值分段控制的全速加热方式与增量型PID控制算法，兼顾了加热速度和温度控制精度，且热效率高、能耗节省。热电偶温度校正采用基于查表法的温度线性化处理方法，兼顾了温度测量精度和计算速度，降低了对相关硬件的规格的要求。4.加热控制的方法采用模块化设计、分层设计、状态机编程的方式来实现，对于底层芯片的驱动程序，均采用MCU片内硬件外设实现（如驱动测温芯片、存储器芯片、液晶显示屏），具有高效、快捷、可靠的优点。采用状态机编程思想对于优化程序执行流程起到了很好的作用。附图说明图1为本专利技术电烤/烘箱加热控制系统的控制原理图；图2为图1中微控制器的连接电路图；图3为图1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电烤/烘箱加热控制系统，包括电源电路、微控制器、存储器和输入输出终端，其特征在于，还包括与所述微控制器分别对应电连接的热电偶测温模块和加热控制电路；所述加热控制电路包括对应设置于箱体内的加热体和用于控制所述加热体电流通断的继电器，所述继电器与所述微控制器对应电连接；所述热电偶测温模块包括设置于箱体内并与所述加热体对应连接的热电偶，以及与所述热电偶对应连接的测温芯片，所述测温芯片通过SPI总线与所述微控制器对应电连接。

【技术特征摘要】
1.一种电烤/烘箱加热控制系统，包括电源电路、微控制器、存储器和输入输出终端，其特征在于，还包括与所述微控制器分别对应电连接的热电偶测温模块和加热控制电路；所述加热控制电路包括对应设置于箱体内的加热体和用于控制所述加热体电流通断的继电器，所述继电器与所述微控制器对应电连接；所述热电偶测温模块包括设置于箱体内并与所述加热体对应连接的热电偶，以及与所述热电偶对应连接的测温芯片，所述测温芯片通过SPI总线与所述微控制器对应电连接。2.根据权利要求1所述的电烤/烘箱加热控制系统，其特征在于，还包括与所述微控制器对应电连接的计时器、蜂鸣器，以及蜂鸣器驱动电路。3.根据权利要求1所述的电烤/烘箱加热控制系统，其特征在于，还包括与所述微控制器对应电连接的散热风扇驱动电路，所述散热风扇驱动电路采用继电器控制电烤/烘箱的散热风扇运行。4.根据权利要求1所述的电烤/烘箱加热控制系统，其特征在于，所述微控制器含STM32103系列36脚单片机；所述输入输出终端为Mini DGUS串口液晶触摸屏；所述加热体为纳米碳纤维加热管；所述继电器为固态继电器。5.根据权利要求1所述的电烤/烘箱加热控制系统，其特征在于，所述热电偶为K型热电偶；所述测温芯片为K型热电偶专用测温芯片MAX6675。6.根据权利要求1所述的电烤/烘箱加热控制系统，其特征在于，所述微控制器采用PID算法控制所述加热体工作。7.一种使用权利要求1所述的电烤/烘箱加热控制系统实现电烤/烘箱加热控制的方法，其特征在于，包括下列步骤：（1）启动电烤/烘箱加热控制系统，经由对应的输入输出终端设定所需加热的温度值；（2）微控制器进行温度采样并检测PID控制标志是否有效；（3）如步骤（2）检测有效，则调用对应的热电偶测温程序，获取电烤/烘箱实际温度值；（4）计算设定温度与实际温度的差值；如该温度差值大于系统预设值，则启用全速加热方式，...

【专利技术属性】
技术研发人员：马骥，冷晓玲，尚俊峰，李新会，徐娟，
申请(专利权)人：郑州治世长云科技有限公司，
类型：发明
国别省市：河南;41