某電壓力鍋的功能模塊設(shè)計(jì)案例壓力檢測與控制模塊：目前市面上的傳感器，常用于測量壓力的方式有兩種，一種是采用壓力傳感器直接測量的方案，另一種是采用溫度傳感器間接測量的方案。壓力傳感器為了保持較高的精度，需要苛刻的應(yīng)用環(huán)境，因?yàn)槠鋵Νh(huán)境要求高，適應(yīng)能力一般，且價(jià)格較高，在家電領(lǐng)域，其優(yōu)勢并不能很好的發(fā)揮出來，反而會帶來一系列的負(fù)面效果[39]。圖3-10壓力傳感器（左）熱敏電阻（右）溫度傳感器是指能直接感受到溫度變化的裝置，其利用制作原理以及模數(shù)轉(zhuǎn)換，將溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，從而應(yīng)用于控制系統(tǒng)；因?yàn)闊犭娮鑲鞲衅鞒杀镜?，不易損壞，且可以滿足正常的系統(tǒng)控制需求[40]。熱敏電阻傳感器和熱電偶傳感器是最為常見的傳感器。熱電偶：其優(yōu)點(diǎn)是檢測的溫度范圍廣，產(chǎn)品可靠性高，并且價(jià)格低廉，通常用于制作實(shí)驗(yàn)檢測儀器進(jìn)行溫度測量，比如熱電偶溫度采集儀等；其工作原理是利用電勢差，因?yàn)闊犭娕家话阌袃筛€，當(dāng)溫度變化時(shí)，這兩根線之間的電勢差就會有所差別，基于此即可實(shí)現(xiàn)溫度測量和采集；但是溫度域電壓之間的關(guān)系需要通過測量模擬到計(jì)算公式，然后輸入到測量設(shè)備系統(tǒng)，再通過校準(zhǔn)，即可得到一套熱電偶采集儀；熱敏電阻：其優(yōu)點(diǎn)是體積小，響應(yīng)快，可靠性高，價(jià)格低廉，不會造成熱負(fù)載，通常用于制作溫度傳感器；其多采用半導(dǎo)體材料，溫度系數(shù)有正有負(fù)，但是負(fù)值應(yīng)用更廣，其溫度與阻值關(guān)系為非線性關(guān)系；基于可靠性，成本以及響應(yīng)效率等因素綜合考慮，本文描述的分體式壓力鍋的壓力檢測模塊采用熱敏電阻溫度傳感器。此壓力鍋使用兩個(gè)溫度傳感器，一個(gè)位于煲體底部，當(dāng)放置內(nèi)鍋后，即可將內(nèi)鍋與其接觸，主要用于保護(hù)作用；另一個(gè)位于鍋蓋上部（下文主要介紹），通過無線通信將鍋內(nèi)溫度信息傳遞給中央處理器，用于控制鍋內(nèi)控溫及控壓；此傳感器直接檢測的是蒸汽溫度，與鍋內(nèi)溫度關(guān)系密切，一般采用此數(shù)值進(jìn)行壓力控制。因?yàn)殄亙?nèi)有水汽，所以對溫度傳感器的密封性要求極高，一般采用金屬封裝，溫度測量范圍為-10℃-140℃，誤差為±2℃；本文使用的中央處理器，其ADC有10位和8位可選，基于一個(gè)字節(jié)為8位，因此使用8位通道有更好的應(yīng)用性。因此其最低分辨的電壓變化為5V/255=19.6mv。圖3-11蒸汽溫度檢測方案如圖3-11所示電路，通過電阻分壓的方式進(jìn)行溫度檢測。其關(guān)系可以用方程式3-1來表示RT式中R0——熱敏電阻的初始電阻值RT——熱敏電阻受蒸汽溫度影響后的電阻值T0——初始溫度（℃）T——蒸汽環(huán)境的溫度（℃）B——熱敏電阻的B值（K）在上述方案圖左側(cè)圖形中（A方案），熱敏電阻RT1為主要檢測電壓分壓電阻，另一個(gè)分壓電阻R1為普通的電阻，當(dāng)該電阻阻值增大時(shí)，那么分壓就會增加，中央處理器就會收到更高的電壓，從而測量出更高的AD值，此方案，熱敏電阻與AD值成正比，因?yàn)殡娮枧c溫度關(guān)系為負(fù)數(shù)，所以在此方案中溫度與中央處理器檢測的AD值成反比。B方案中，當(dāng)熱敏電阻RT1阻值增大時(shí)，那么分壓就會減少，中央處理器就會收到更低的電壓，從而測試出更低的數(shù)字信號AD值，此方案中熱敏電阻與采集的AD值成反比，同時(shí)因?yàn)殡娮枧c溫度關(guān)系為負(fù)數(shù)，所以在此方案中溫度與1618芯片采集的AD值成正比。為了滿足更高精度的檢測，本文采用右側(cè)圖形方案進(jìn)行電路設(shè)計(jì)；在這兩種方案中，因?yàn)榉謮弘娮鑂1的選擇對最大精度溫度點(diǎn)不同，所以選擇何種分壓電阻就顯得尤為重要，本文使用三種分壓電阻進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，如圖3-12所示。圖3-12分壓電阻方案對比本文所述的電壓力鍋需求的有效溫度范圍在100℃需求最高，其他范圍要滿足50-140℃需求，本文選擇20k的分壓電阻。由于熱敏電阻，需1618芯片綜合處理后才能弱化非線性關(guān)系的影響，使用matlab仿真后可以得到一組計(jì)算公式，然后將其應(yīng)用到中央處理器控制系統(tǒng)中；還有一種常用的辦法是測量采集出不同溫度對應(yīng)的AD值，事先將此表格數(shù)據(jù)記錄到中央處理器控制系統(tǒng)中，然后使用時(shí)進(jìn)行查表。本文所述的電壓力鍋，為了保證控溫的準(zhǔn)確性，在不同的溫度區(qū)間，使用不同的方式，但原則是始終使用精度高的那種方式。由于電壓力鍋的溫度傳感器不能和食物直接接觸，因此檢測溫度值不能直接認(rèn)為是食物溫度，需要轉(zhuǎn)換處理才能使用，此為硬件缺陷導(dǎo)致[41]。壓力釋放模塊：在壓力鍋中常用的限壓閥有兩種，一種是電磁閥的驅(qū)動(dòng)方式，一種是電磁鐵的驅(qū)動(dòng)方式，這兩種驅(qū)動(dòng)方式對應(yīng)了兩個(gè)電路設(shè)計(jì)。本文論述的是分體式壓力鍋，其鍋蓋采用無線通信供電且與煲體分離，因此使用電磁閥驅(qū)動(dòng)方式；電磁閥驅(qū)動(dòng)模塊由電磁閥驅(qū)動(dòng)電路，電磁閥線圈，電磁閥體組成。其中電磁閥體擁有一個(gè)內(nèi)置的永磁鐵，其自帶N極和S極屬性；如圖3-13所示，當(dāng)產(chǎn)品需要烹飪壓力降低轉(zhuǎn)換時(shí)，電磁閥驅(qū)動(dòng)電路將1618芯片輸出的不同壓力不同的PWM電平信號、轉(zhuǎn)換成控制電磁閥動(dòng)作的不同大小、周期變換的電壓；然后不同的電壓在電磁閥線圈內(nèi)又產(chǎn)生不同的驅(qū)動(dòng)電流，這樣就會在電磁閥線圈周圍產(chǎn)生不同強(qiáng)度的磁場。圖3-13壓力釋放電路1618芯片處理后可以輸出不同的電信號給電磁閥驅(qū)動(dòng)電路，然后轉(zhuǎn)化為不同的電壓大小，接著通過電磁線圈轉(zhuǎn)化為不同磁性強(qiáng)度的磁場，與電磁閥體內(nèi)置的永磁鐵的磁場相互作用，為電磁閥提供一組磁力，當(dāng)磁力向上時(shí)，可以控制排氣閥打開。反之，如果磁力方向?yàn)橄蛳?，那么此時(shí)可以控制排氣閥關(guān)閉。零壓檢測模塊：在壓力鍋中常用的零壓檢測模塊中最主要的器件為磁簧開關(guān)，也稱之為干簧管。當(dāng)鍋內(nèi)產(chǎn)生壓力時(shí)，零壓浮子會浮起，零壓浮子里面裝有一個(gè)永磁鐵，零壓浮子浮起，兩片磁簧片貼合導(dǎo)通開關(guān)；當(dāng)鍋內(nèi)壓力釋放完畢后，零壓浮子會落下，此時(shí)永磁鐵遠(yuǎn)離干簧管，這兩片磁簧片又會自動(dòng)斷開，從而控制開關(guān)斷開。??因?yàn)槠鋵儆诰€體連接，而本文設(shè)計(jì)的為分體式壓力鍋，此通用方案并不能使用在此產(chǎn)品中，因此需要采用全新方案來進(jìn)行設(shè)計(jì)。為此我們設(shè)計(jì)了全新的零壓檢測模塊，其由兩部分組成：零壓線圈和浮子。浮子為鋁質(zhì)材質(zhì)，如圖3-14所示。其工作原理為，當(dāng)鍋內(nèi)有壓力時(shí)，浮子會浮起，然后浮子會插入到線圈中間，此時(shí)因鋁的磁導(dǎo)率同比空器磁導(dǎo)率略小，導(dǎo)致線圈的電感量迅速減小。圖3-14浮子（左）與感應(yīng)線圈（右） 如圖3-15所示，驅(qū)動(dòng)頻率固定為f3，當(dāng)電感變小的，固有頻率變高，曲線會右移，就會導(dǎo)致功率變大，線盤電壓變