目錄TOC\o"1-3"\h\u6141 1207451.1無(wú)線供電模塊 1253611.2無(wú)線信號(hào)傳輸模塊 5223061.3功能模塊 759841.4MCU嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì) 12288011.5小結(jié) 15電壓力鍋是液體加熱器產(chǎn)品，蒸汽溫度是主要控制參數(shù)，本文提出溫度型號(hào)無(wú)線傳輸?shù)母拍?，開展無(wú)線傳輸?shù)母拍?，開展無(wú)線供電、無(wú)線信號(hào)傳輸、信號(hào)采集的方案設(shè)計(jì)，以及MCU嵌入式系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)電壓力鍋核心參數(shù)的無(wú)線控制。1.1無(wú)線供電模塊根據(jù)無(wú)線通信的傳輸原理，可以將無(wú)線電能傳輸方式分為三類拓?fù)洌旱谝活悾弘姶鸥袘?yīng)，如圖3-1所示，電磁感應(yīng)因?yàn)榫€圈之間有一定的間隙，所以在傳輸過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)一定的漏感，造成了能量損失，因此傳輸效率不高。而且此種方式對(duì)線圈重合度以及間隙距離有很高的要求，若重合度不夠或者間隙距離過(guò)大，那么就會(huì)因能量損失導(dǎo)致傳輸效率迅速下降。一般來(lái)說(shuō)，這種無(wú)線傳輸方式最佳的傳輸距離是0-2cm，如圖3-2所示，無(wú)線充電器就是這種方式，但是傳輸條件苛刻，傳輸功率低，且發(fā)熱高，所以沒(méi)有應(yīng)用到其他領(lǐng)域[28]。圖3-1電磁感應(yīng)方式能量傳輸圖3-2電子產(chǎn)品無(wú)線充電第二類：電磁波輻射，如圖3-3所示，電磁波輻射工作時(shí)，將市電輸入微波轉(zhuǎn)換裝置，然后轉(zhuǎn)換為微波光束，以微波光束的形式進(jìn)行傳輸，接著將微波光束輸入到天線端并經(jīng)過(guò)天線發(fā)射模塊進(jìn)行發(fā)射，在另一端，使用天線接收模塊進(jìn)行微波光束的接收，接收以后將此微波輸入到微波轉(zhuǎn)換裝置模塊進(jìn)行整流，供負(fù)載使用[29]?；谖⒉ü馐膫鬏斣?，其必須是直線輸入與輸出，因此需要將無(wú)線發(fā)射模塊和無(wú)線接收模塊進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)[30]，且中間不能有遮擋，這樣才能有效的進(jìn)行能量傳輸；傳輸使用的信號(hào)為高頻信號(hào)，此會(huì)對(duì)普通生物造成危害[31]，因此該方案廣泛的應(yīng)用在工業(yè)領(lǐng)域，比如衛(wèi)星太陽(yáng)能，太空衛(wèi)星等。圖3-3電磁輻射方式傳輸原理第三類：磁耦合共振，其采用磁場(chǎng)諧振的方式進(jìn)行傳輸，可以理解為電磁感應(yīng)方式的加強(qiáng)版，其比電磁感應(yīng)有更長(zhǎng)的傳輸距離，可以達(dá)到數(shù)米，并且不受到方向限制[32]。因其采用諧振傳輸，所以只對(duì)諧振頻率一致的物體產(chǎn)生影響，所以安全性極高。同時(shí)此為發(fā)射狀傳輸，對(duì)送電線圈和受電線圈的位置要求不高[33]，大大簡(jiǎn)化了實(shí)現(xiàn)裝置的可制造性，具有良好的居家應(yīng)用前景。在分體電壓力鍋中，無(wú)線供電主要應(yīng)用在鍋蓋上，其特點(diǎn)是傳輸間距小，一般不超過(guò)2cm，傳輸功率小，通常為1-5W，因此本產(chǎn)品采用電磁感應(yīng)原理進(jìn)行能量傳輸，傳輸?shù)挠行Ь嚯x為0.5-1.5cm。在電磁感應(yīng)原理中，有不同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如圖3-4所示。圖3-4電磁各種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)SS型和SP型：這兩種設(shè)計(jì)主要用于電壓型耦合，因?yàn)檩斎朐吹碾妷菏遣蛔兊模ㄟ^(guò)這個(gè)電路輸出的電流會(huì)不斷的變化，在大功率系統(tǒng)或負(fù)載不斷變換的系統(tǒng)中應(yīng)用。PS型和PP型：這兩種設(shè)計(jì)主要用于電流型耦合，因?yàn)檩敵鲈吹碾娏魇遣蛔兊?，而輸入的電壓?huì)不斷的變化，因此主要應(yīng)用于小功率系統(tǒng)，以及負(fù)載穩(wěn)定，不會(huì)變化的場(chǎng)合[34]。對(duì)于分體式的壓力鍋，其輸入電壓保持不變，而其負(fù)載會(huì)受到不同模塊的工作時(shí)間差異而不同，可使用SS型和SP型。SS型和SP型結(jié)構(gòu)負(fù)載平均功率與負(fù)載的關(guān)系，SS型結(jié)構(gòu)成反比，而SP結(jié)構(gòu)關(guān)系比較特別，先增大再緩慢減小[35]。所以，本文研究的分體式壓力鍋采用了兩種設(shè)計(jì)方案，低成本的1W設(shè)計(jì)和高成本的5W設(shè)計(jì)；低功率1W的方案設(shè)計(jì)使用SP拓?fù)?，而高功?W的方案設(shè)計(jì)采用SS拓?fù)?，這樣就可以最大程度的兼顧成本設(shè)計(jì)與效率輸出；從目前的壓力鍋實(shí)際調(diào)試數(shù)據(jù)來(lái)看，SP拓?fù)涞碾妷涸鲆嬉萐S拓?fù)涓?，?yōu)化參數(shù)如表3-1所示。表3-14種模式下的優(yōu)化參數(shù)拓?fù)銫MSS1RPSL4SP1LPPωωL按照5V-1W設(shè)計(jì)，SS拓?fù)浜蚐P拓?fù)鋵?duì)比方案如圖3-5所示，根據(jù)優(yōu)化參數(shù)調(diào)整后，如圖3-6所示。實(shí)際使用R=100，得到SS最優(yōu)耦合系數(shù)0.25；實(shí)際耦合系數(shù)0.5，得到SP最優(yōu)耦合系數(shù)0.13;實(shí)際耦合系數(shù)0.064。1W方案軟件控制頻率在137-166kHz之間，默認(rèn)頻率是143kHz。原端保證諧振頻率在137kHz的左邊，保證右邊控制區(qū)間可以單調(diào)增/減。因此實(shí)際方案采用100nF貼片電容，頻率大概為135kHz（考慮線圈誤差，會(huì)去到138kHz，影響較?。┝硗饪紤]電容值的偏差，原邊諧振頻率會(huì)變化，以90nF為參數(shù)，其諧振頻率大概142k。副邊保證在區(qū)間內(nèi)的耦合效率，通過(guò)測(cè)試發(fā)現(xiàn)，選擇電容為88nF比100nF效率更優(yōu)，其諧振頻率143k。圖3-5Ls=14uHLp=14uH的SS與SP對(duì)比圖3-6優(yōu)化參數(shù)測(cè)試電壓為1V，測(cè)試頻率為100kHz，對(duì)5W方案進(jìn)行測(cè)試（Lp=21.18uH，Ls=51.4uH，Rp=0.16，Rs=1.13），測(cè)試結(jié)果如表3-2所示。表3-25W方案測(cè)試結(jié)果間距接法1接法2MK感量阻值感量阻值7146.81.6927.580.784.841.91.18131.91.5722.500.646.449.01.19116.31.4916.830.488.051.61.20107.51.4411.480.389.657.41.21100.21.4010.700.3011.260.71.2295.21.389.630.2512.861.51.2291.81.367.080.2014.465.01.2289.61.336.150.1716.066.71.2387.61.325.230.15按照12V-5W設(shè)計(jì)，R=28.8；實(shí)際使用2.5WR=57.6，得到SS最優(yōu)耦合系數(shù)0.065；實(shí)際耦合系數(shù)0.09，得到SP最優(yōu)耦合系數(shù)0.11，實(shí)際耦合系數(shù)0.08，圖3-7Ls=24uHLp=54uH的SS與SP對(duì)比如圖3-7所示，SP拓?fù)湓诟哓?fù)載情況下對(duì)耦合系數(shù)要求比較高，所以此時(shí)效率可能較差。按照目前系統(tǒng)2.5W功率的要求，也可以評(píng)估使用SP拓?fù)?，這樣在低負(fù)載的情況下，效率可以得到提升。實(shí)際上，5W方案軟件控制頻率在103-144kHz之間，默認(rèn)頻率是123kHz。原端保證諧振頻率在103的左邊，保證右邊控制區(qū)間可以單調(diào)增/減。因此實(shí)際方案采用100nF貼片電容，頻率大概為103kHz（考慮線圈誤差，會(huì)去到105kHz，影響較小）。另外考慮到實(shí)際使用時(shí)不同電容之間的電容值偏差，此會(huì)導(dǎo)致原邊諧振的頻率發(fā)生變化，假設(shè)參數(shù)為90nF，則其諧振頻率大概為108k。副邊保證在區(qū)間內(nèi)的耦合效率，通過(guò)測(cè)試發(fā)現(xiàn)，選擇電容33nF，其諧振頻率118k，與108k原端頻率相差較大，因此其最大傳輸功率受限。經(jīng)過(guò)實(shí)際測(cè)試，該方案的功率最大只能達(dá)到2.5W，與5W設(shè)計(jì)仍有差距，調(diào)整諧振電容，功率可以上到5W。1.2無(wú)線信號(hào)傳輸模塊數(shù)據(jù)傳輸方案：為了進(jìn)行精確控制，需要利用無(wú)線信號(hào)傳輸技術(shù)將鍋蓋檢測(cè)的信號(hào)傳輸?shù)?618芯片中，提供1618芯片必要的數(shù)據(jù)進(jìn)行控制，達(dá)到安全快速烹飪的作用。類似電磁爐檢測(cè)鍋具，當(dāng)發(fā)射線圈上的物品為金屬時(shí)，若不當(dāng)?shù)倪M(jìn)行功率傳輸，會(huì)導(dǎo)致發(fā)熱的危險(xiǎn)。為了解決這個(gè)問(wèn)題，需要建立識(shí)別目標(biāo)的方法，因此類似的手機(jī)充電行業(yè)已量產(chǎn)的方案如QI標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)中有規(guī)范用何種方案進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸以及不同的傳輸數(shù)據(jù)包的組成方式[36]。所以市面上會(huì)有符合QI認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品以及充電器，這兩者匹配即可互換使用，而無(wú)需必須充電器和手機(jī)在同一廠商[37]。如表3-3所示，是兩種常見的傳輸方案，因?yàn)樾枰獙?shí)現(xiàn)工業(yè)化，那么成本高的方案必然不是最優(yōu)選擇，且分體式壓力鍋已支持無(wú)線供電技術(shù)，打通了線圈載波通信的最后需求，因此本文描述的分體式壓力鍋采用的是線圈載波通信技術(shù)。表3-3不同傳輸方案優(yōu)劣勢(shì)分析傳輸方案原理優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)線圈載波通信類似收音機(jī)載波通信基于載波原理，調(diào)整接收端負(fù)載，成本低必須建立在能量傳輸基礎(chǔ)上進(jìn)行，載波后信號(hào)變化幅度需要保證一定的范圍射頻模塊RFID/藍(lán)牙/紅外專用方案可靠性高、功耗低成本高調(diào)制解調(diào)方案中，電能接收器會(huì)自動(dòng)的調(diào)節(jié)從功率信號(hào)中獲取的電能，滿足下級(jí)電路的應(yīng)用需求，從而保證電路的正常運(yùn)行[38]。通過(guò)調(diào)節(jié)下級(jí)電路負(fù)載的大小，然后通過(guò)發(fā)射線圈產(chǎn)生諧振能量，在此基礎(chǔ)上可以在發(fā)射線圈中產(chǎn)生出相應(yīng)的幅值。1、發(fā)射線圈電流振幅差至少15mA。2、以半橋驅(qū)動(dòng)電路1/4周期測(cè)量，電流振幅至少15mA。3、發(fā)射線圈電壓振幅至少為200mV。常見的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有兩種，即電阻反饋式拓?fù)浜碗娙莘答伿酵負(fù)?，如?-4表所示：表3-4不同反饋形式的優(yōu)劣勢(shì)分析反饋方式原理優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)電阻改變系統(tǒng)輸出功率，從而使發(fā)射端電流電壓變化增大信號(hào)強(qiáng)損耗大，效率低電容改變LC系統(tǒng)參數(shù)，從而變更耦合效率，使發(fā)射端電流電壓變化效率高信號(hào)變化弱，容易受干擾電容反饋式，可以利用極其微弱的負(fù)載功率變化，但是噪聲對(duì)其影響比較大，不穩(wěn)定。在TI相關(guān)無(wú)線電能傳輸?shù)男酒榻B以及文檔或方案說(shuō)明中，其建議電路為電容式反饋。本文論述的電壓力鍋，因?yàn)槠溆卸鄠€(gè)負(fù)載，且不同負(fù)載工作時(shí)不僅時(shí)間不同，而且在工作時(shí)的負(fù)載大小也不同，因此更適合采用電容式反饋調(diào)節(jié)負(fù)載的電路。在數(shù)據(jù)調(diào)制解調(diào)中采用的位編碼方式，如圖3-8所示：圖3-8調(diào)制解調(diào)位編碼方式字節(jié)編碼方式：以QI標(biāo)準(zhǔn)為例，如圖3-9所示，數(shù)據(jù)接收端接收一個(gè)字節(jié)的傳輸必須采用11位異步串行格式發(fā)送。起始碼頭碼數(shù)據(jù)n字節(jié)CRC8校驗(yàn)圖3-9傳輸協(xié)議數(shù)據(jù)校驗(yàn)：數(shù)據(jù)因傳輸過(guò)程中或多或少被干擾，導(dǎo)致數(shù)據(jù)異常，為了檢驗(yàn)數(shù)據(jù)是否正確，分體式壓力鍋無(wú)線傳輸通信中引入了數(shù)據(jù)校驗(yàn)工具。常用的數(shù)據(jù)校驗(yàn)工具有如下三種方案：校驗(yàn)和。即校驗(yàn)一組數(shù)據(jù)的和，一般采用取反方式作為其值。奇偶校驗(yàn)。這個(gè)最好理解，識(shí)別一個(gè)數(shù)據(jù)中數(shù)據(jù)位為1的數(shù)量；CRC校驗(yàn)。此為校驗(yàn)準(zhǔn)確度較高的一種算法，通過(guò)采用公式將數(shù)據(jù)加密到幾個(gè)字節(jié)，然后接收端采用同樣的方式進(jìn)行計(jì)算。在校驗(yàn)方面，手機(jī)無(wú)線充電QI的標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)，對(duì)字節(jié)數(shù)據(jù)進(jìn)行機(jī)構(gòu)檢驗(yàn)，對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行校驗(yàn)和校驗(yàn)。本文提到的分體式壓力鍋的無(wú)線通信方案中，我們?cè)诳紤]數(shù)據(jù)的變異以及可靠性后采用了CRC校驗(yàn)。當(dāng)然越復(fù)雜的校驗(yàn)會(huì)占用越多的運(yùn)算資源，在MCU選型上會(huì)有所考慮。無(wú)線系統(tǒng)傳輸?shù)娜齻€(gè)階段:參考QI的傳輸方式，一般包括三個(gè)階段，即STEP1的PING，STEP2的識(shí)別和配置，STEP3的功率傳輸。每個(gè)階段各司其職，只有滿足規(guī)定協(xié)議要求的接收端，才可以配置成功，并通過(guò)信號(hào)傳輸控制整個(gè)無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)。第一階段：PING階段，發(fā)射端通過(guò)發(fā)射線圈發(fā)出一幀特殊工作信號(hào)，例如固定的頻率，固定的占空比，固定的時(shí)長(zhǎng)等。然后嘗試接收數(shù)據(jù)包。若發(fā)送信號(hào)后未收到答復(fù)，因關(guān)閉電能傳輸。如果接收端接收到發(fā)射端的工作信號(hào)后，應(yīng)立即響應(yīng)信號(hào)并進(jìn)行答復(fù)，然后進(jìn)入第二階段進(jìn)行電能傳輸，從而維持電能信號(hào)。第二階段：識(shí)別和配置階段，在識(shí)別和配置階段中接收端發(fā)送響應(yīng)的配置信息，然后嚴(yán)格的按照協(xié)議規(guī)定的傳輸格式進(jìn)行數(shù)據(jù)信號(hào)的發(fā)送與接收。第三階段：功率傳輸階段，主要為傳輸不同的專用數(shù)據(jù)包，通過(guò)此信息來(lái)控制傳輸?shù)拈_始和結(jié)束。1.3功能模塊壓力檢測(cè)與控制模塊：目前市面上的傳感器，常用于測(cè)量壓力的方式有兩種，一種是采用壓力傳感器直接測(cè)量的方案，另一種是采用溫度傳感器間接測(cè)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?duì)環(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(shì)并不能很好的發(fā)揮出來(lái)，反而會(huì)帶來(lái)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(hào)，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(cè)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(cè)儀器進(jìn)行溫度測(cè)量，比如熱電偶溫度采集儀等；其工作原理是利用電勢(shì)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(shì)差就會(huì)有所差別，基于此即可實(shí)現(xiàn)溫度測(cè)量和采集；但是溫度域電壓之間的關(guān)系需要通過(guò)測(cè)量模擬到計(jì)算公式，然后輸入到測(cè)量設(shè)備系統(tǒng)，再通過(guò)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(huì)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(cè)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(guò)無(wú)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(cè)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(duì)溫度傳感器的密封性要求極高，一般采用金屬封裝，溫度測(cè)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(cè)方案如圖3-11所示電路，通過(guò)電阻分壓的方式進(jìn)行溫度檢測(cè)。其關(guān)系可以用方程式3-1來(lái)表示RT式中R0——熱敏電阻的初始電阻值（KΩRT——熱敏電阻受蒸汽溫度影響后的電阻值（KΩT0——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(cè)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(huì)增加，中央處理器就會(huì)收到更高的電壓，從而測(cè)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(cè)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(huì)減少，中央處理器就會(huì)收到更低的電壓，從而測(cè)試出更低的數(shù)字信號(hào)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(cè)，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(duì)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(duì)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(cè)量采集出不同溫度對(duì)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(cè)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(duì)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(wú)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(hào)、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(huì)在電磁閥線圈周圍產(chǎn)生不同強(qiáng)度的磁場(chǎng)。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(hào)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(guò)電磁線圈轉(zhuǎn)化為不同磁性強(qiáng)度的磁場(chǎng)，與電磁閥體內(nèi)置的永磁鐵的磁場(chǎng)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(cè)模塊：在壓力鍋中常用的零壓檢測(cè)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(huì)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(huì)落下，此時(shí)永磁鐵遠(yuǎn)離干簧管，這兩片磁簧片又會(huì)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(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。為此我們?cè)O(shè)計(jì)了全新的零壓檢測(cè)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(huì)浮起，然后浮子會(huì)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(huì)右移，就會(huì)導(dǎo)致功率變大，線盤電壓變高。諧振頻率處于高斜率的地方，所以電壓對(duì)電感變化有放大作用。圖3-15電感變化對(duì)電壓的影響 電路設(shè)計(jì)如圖3-16所示，其中檢測(cè)線圈感量200uh，C27諧振電容103/NPO/50V，AO4606為一個(gè)PMOS和一個(gè)NMOS集成的MOS管。圖3-16浮子檢測(cè)電路1.4MCU嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)常用的嵌入式軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，有兩種系統(tǒng)，操作系統(tǒng)和裸機(jī)系統(tǒng)，操作系統(tǒng)主要應(yīng)用在Arm芯片中，而裸機(jī)系統(tǒng)主要應(yīng)用在8051單片機(jī)芯片。ARM芯片是主流設(shè)備，目前市面上絕大部分中央處理器都使用ARM芯片，結(jié)合操作系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜的系統(tǒng)架構(gòu)；因?yàn)槠浼啥容^高，內(nèi)核種類不多，所以容易移植和使用，并且部分廠商在系統(tǒng)內(nèi)核確認(rèn)的基礎(chǔ)上還開發(fā)了各種便于使用的API接口，比如樂(lè)鑫的ESP32模塊，因此可以大大的縮短開發(fā)時(shí)間，提升開發(fā)效率。因?yàn)槠湎到y(tǒng)復(fù)雜，可兼容各種不同的外設(shè)，因此主要用于工業(yè)領(lǐng)域以及消費(fèi)電子，近年來(lái)也進(jìn)入到小家電領(lǐng)域，成為炙手可熱的中央處理器。8051單片機(jī)是各個(gè)教科書上的主要介紹芯片，因?yàn)槠涞讓雍?jiǎn)單，直接，可以通過(guò)底層代碼實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的嵌入式系統(tǒng)；其優(yōu)點(diǎn)是成本低，因此在一些低成本領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，是目前小家電領(lǐng)域的主流芯片；本文設(shè)計(jì)的分體式壓力鍋，主要應(yīng)用于制造行業(yè)領(lǐng)域，在效率基本能滿足的情況下，優(yōu)先考慮成本因素。本文所述的電壓力鍋，因?yàn)橄到y(tǒng)復(fù)雜，需要較多的運(yùn)算資源，因此和中穎電子對(duì)接后，綜合成本考慮決定使用1618芯片，其是一個(gè)8位單片機(jī)，但是其可以使用更高的芯片內(nèi)核時(shí)鐘，大大提升運(yùn)算效率。軟件系統(tǒng)采用了如下資源：Timer2采用250us中斷，作為主要的計(jì)時(shí)模塊，是所有流程運(yùn)行的時(shí)間線；主程序采用時(shí)間片進(jìn)行判斷與運(yùn)行，當(dāng)空閑時(shí)，程序在主程序中不斷循環(huán)喂狗。2ms用于判斷壓力開關(guān)狀態(tài)，10ms用于普通的按鍵檢測(cè)以及LED燈的顯示掃描，50ms用于烹飪過(guò)程的計(jì)時(shí)和運(yùn)行，1s主要用于長(zhǎng)周期的計(jì)時(shí)處理，比如繼電器開通關(guān)斷周期，烹飪進(jìn)程計(jì)時(shí)，預(yù)約計(jì)時(shí)等。看門狗WDT，作為系統(tǒng)的保護(hù)模塊，正常情況下，每個(gè)主循環(huán)周期都會(huì)進(jìn)行喂狗，但是當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行不能正常進(jìn)行時(shí)，看門狗不能喂狗，當(dāng)達(dá)到看門狗的喂狗等待最大時(shí)間，就會(huì)自動(dòng)復(fù)位，使產(chǎn)品工作正常；本文所述電壓力鍋設(shè)置的看門狗等待最大時(shí)間為4s；掉電中斷，此為檢測(cè)產(chǎn)品電壓過(guò)低時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，一般用于當(dāng)外部電源中斷后進(jìn)行寄存器的保護(hù)處理，來(lái)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的掉電記憶功能；本文所述的電壓力鍋采用的掉電中斷電壓為4.1V，即當(dāng)電壓低于4.1V時(shí)1618芯片進(jìn)入掉電中斷，在此期間，利用電容放電進(jìn)行EEPROM模塊處理；1618芯片的復(fù)位電壓設(shè)置為2.1V；一般為保證可靠性，4.1V-2.1V的降壓時(shí)間要大于兩倍的EEPROM模塊處理時(shí)間；EEPROM模塊，此模塊具有掉電不擦除數(shù)據(jù)的特性，因此可以使用該模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與擦除，實(shí)現(xiàn)掉電記憶功能；1618芯片擁有8個(gè)扇區(qū)共2K的EEPROM區(qū)域，每個(gè)扇區(qū)有256字節(jié)，本文所述的電壓力鍋使用2個(gè)扇區(qū)共512字節(jié)進(jìn)行存儲(chǔ)；采用循環(huán)判斷的方式，4次掉電寫滿8個(gè)扇區(qū)，此時(shí)再次寫入前進(jìn)行擦除，然后再次寫入使用，提升芯片EEPROM的利用率；外部中斷INT2，此端口的作用是檢測(cè)市電的過(guò)零信號(hào)，一方面可以使用其作為極其精準(zhǔn)的計(jì)時(shí)，另一方面可以用其來(lái)延遲開啟和關(guān)斷繼電器，延長(zhǎng)繼電器使用壽命；其檢測(cè)原理為，將市電交流電經(jīng)過(guò)大電阻分壓到5V，然后經(jīng)過(guò)整流電路整流成方波，通過(guò)設(shè)置端口上升沿和下降沿，即雙沿中斷，來(lái)實(shí)現(xiàn)市電過(guò)零信號(hào)的檢測(cè)。定時(shí)器中斷Timer1，此端口的作用主要是在過(guò)零點(diǎn)暫時(shí)關(guān)閉過(guò)零檢測(cè)2ms，避免電路波動(dòng)導(dǎo)致過(guò)零檢測(cè)不準(zhǔn)；當(dāng)出現(xiàn)過(guò)零信號(hào)時(shí)，打開Timer1的2ms定時(shí)器中斷，同時(shí)關(guān)閉過(guò)零檢測(cè)的外部中斷INT2，等到下一個(gè)過(guò)零信號(hào)繼續(xù)循環(huán)，以此來(lái)進(jìn)行系統(tǒng)控制。ADC檢測(cè)模塊，檢測(cè)電路模塊如圖3-17所示，傳感器感知外部溫度變化時(shí)會(huì)產(chǎn)生電阻變化，電阻變化會(huì)導(dǎo)致分壓變化，通過(guò)信號(hào)變化電路將此電壓輸入到芯片中，芯片中的采樣電路對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行采集，通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，將鍋內(nèi)溫度在一定的范圍。A/DCPU采用電路信號(hào)變化電路傳感器A/DCPU采用電路信號(hào)變化電路傳感器圖3-17信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)PWM模塊，此為輸出PWM波形，主要用于控制蜂鳴器，進(jìn)行蜂鳴器提示；當(dāng)產(chǎn)品需要進(jìn)行蜂鳴器提示時(shí)，芯片控制PWM模塊輸出特定的PWM波形，通過(guò)控制頻率和時(shí)間來(lái)實(shí)現(xiàn)不同的PWM信號(hào)輸出，從而使得蜂鳴器發(fā)出不同的聲音；若干IO口，這些IO口用于設(shè)計(jì)按鍵檢測(cè)電路以及LED燈控制電路，必要時(shí)可以進(jìn)行IO口復(fù)用，在軟件處理時(shí)進(jìn)行分時(shí)掃描即可。按照com數(shù)量，在com輪詢結(jié)束后預(yù)留1-2個(gè)周期進(jìn)行按鍵掃描。外設(shè)端口，比如開合蓋端口檢測(cè)，零壓信號(hào)檢測(cè)，壓力開關(guān)信號(hào)檢測(cè)等，其主要通過(guò)判斷IO口高低電平的變化來(lái)實(shí)