面包機設計規(guī)范.doc

河北科技師范學院 單片機原理及應用課程設計面包機設計學 院 名 稱 ： 機 電 工 程 學 院 專 業(yè) 名 稱： 電氣工程及其自動化 學 生 姓 名： 徐松 學 生 學 號： 0812120221 指 導 教 師： 馬繼偉 2015年01月09日前 言公司經(jīng)過十多年的發(fā)展，小家電產(chǎn)品的研發(fā)設計能力已得到很大的提高，無論在款式，結構，功能、工藝水平及數(shù)量上都有質的飛躍。同時，公司產(chǎn)品研發(fā)工程體系也積累了不少的寶貴經(jīng)驗和實驗數(shù)據(jù)，整理成冊為后續(xù)研發(fā)提供可參照的經(jīng)驗數(shù)據(jù)。 為應對全球的小家電產(chǎn)品市場的白熱化競爭，跨越歐美日益提高的技術壁壘，縮短新產(chǎn)品開發(fā)周期，提高公司的產(chǎn)品質量和檔次。我們組織產(chǎn)品研發(fā)中心各部門有經(jīng)驗的工程師，編寫了這本產(chǎn)品設計規(guī)范，用于指導產(chǎn)品開發(fā)技術人員和與其相關的工程技術人員的新產(chǎn)品設計開發(fā)工作。這本資料在內容上，著重對產(chǎn)品外觀效果的處理，內部結構的布局，零部件的裝配關系，材料的要求和選用，產(chǎn)品裝配工藝性要求等作了較詳細的介紹和敘述，并整理了一部份數(shù)據(jù)，工程師在設計時可直接采用。從而減少產(chǎn)品設計的失誤，降低產(chǎn)品的結構缺陷比例，并大量節(jié)省工程師的設計時間。每個新產(chǎn)品在設計過程中都會遇到一些新的難點和重點，并產(chǎn)生新的經(jīng)驗數(shù)據(jù)，因此我們會對本規(guī)范進行定期修改和更新、使之不斷完善。本規(guī)范是產(chǎn)品研發(fā)的指導性文件，有較強的通用性。我們希望這本規(guī)范起到拋磚引玉的作用，使產(chǎn)品研發(fā)工程師能得到舉一反三的啟發(fā)和幫助，較好地解決技術上的難點和重點，但具體產(chǎn)品在設計時需根據(jù)具體的功能及結構情況作一些變動，切不可機械地套用和照搬。 目 錄1.適用范圍2.規(guī)范性引用文件2.1.安規(guī)標準2.2.電磁兼容性標準2.3.食品衛(wèi)生要求2.4.環(huán)保要求2.5.公司標準規(guī)范3.面包機的工作原理及基本結構3.1.基本工作原理3.2.基本功能和主要參數(shù)3.3.面包機操作界面3.4.傳動系統(tǒng)3.5.面包桶4.面包機程序設計及控制器的設計要求4.1.產(chǎn)品程序設計要求4.2.面包機的控制器4.3.電源部份4.4.微處理器4.5.指令輸入系統(tǒng)4.6.輸出執(zhí)行機構4.7.顯示4.8.蜂鳴器4.9.溫度控制系統(tǒng)5.面包機結構設計的基本設計步驟 5.1.確定產(chǎn)品規(guī)格5.2.確定面包桶及烤箱腔體的尺寸5.3.確定產(chǎn)品外形基本尺寸5.4.3D外形圖設計5.5.3D詳細結構設計5.6.產(chǎn)品設計評審5.7仿真圖.適用范圍本規(guī)范適用于廣東新寶電器股份有限公司ODM類面包機的新產(chǎn)品設計指引,也可用于OEM類產(chǎn)品的設計參考.規(guī)范性引用文件面包機的設計應滿足客戶要求和銷售地的法律法規(guī)的要求,包括:安規(guī)要求,電磁兼容性要求,食品衛(wèi)生要求,環(huán)保要求等規(guī)定,本規(guī)范涉及的引用文件有:2.1 安規(guī)標準2.1.1 GS標準銷售到歐洲的面包機設計安規(guī)要求符合:EN60335-1，EN60335-2-14，EN60335-2-92.1.2 UL標準銷售到美國的面包機設計安規(guī)要求符合:UL1026，UL9822.1.3 3C標準在中國銷量的面包機設計安規(guī)要求符合:GB4706.1，GB4706.30，GB4706.142.2 電磁兼容性標準2.2.1 銷售到歐盟的面包機電磁兼容性要滿足標準：EN55014-1, EN55014-2, EN61000-3-2, EN61000-3-32.3 食品衛(wèi)生要求面包機與食物接觸的主要是作為容器的面包桶和上蓋襯及上蓋內的硅膠件,透視窗,這些零部件應滿足食品衛(wèi)生的要求.2.3.1 銷售到美國的面包機以上與食品接觸的零部件應滿足FDA CFR21 PART170-189的要求.2.3.2 銷售到歐盟的面包機以上與食品接觸的零部件應滿足2004/1935/EC指令的要求,客戶指令按銷售地的標準的按客戶的要求,如德國的LFGB $30,31,法國的DGCCRF2004-64標準的要求.2.4 環(huán)保要求2.4.1 銷售到歐盟的面包機整機所有的零部件應符合:歐盟指令2002/95/EC 關于電子電氣設備中限用有害物質的指令. 整機設計應考慮滿足: 歐盟頒布的指令2002/96/EC的要求,即在面包機使用壽命到期報廢后,整機的拆分,再生率70%,可再使用和可再利用率50%.2.5 公司標準要求2.5.1.面包機設計開發(fā)程序按照公司”COP-006 設計管理程序”的要求進行,2.5.2. 零部件的名稱按”Q/YF 005-2005面包機零部件名稱”,2.5.3 .主要通用零部件根據(jù)”開發(fā)任務書”和”產(chǎn)品規(guī)格書”的要求,盡可能從標準”Q/YF 048-2007面包機通用零部件標準目錄”中選取2.5.4.符合公司其它標準和規(guī)范的要求 。 3.面包機的工作原理與基本結構3.1 基本工作原理 3.1.1 家用自動面包機是一種用于家庭制作面包，發(fā)酵面團,蛋糕,果醬等的智能型小家電產(chǎn)品,將所有面包配料按照說明書的要求加入到面包桶，啟動面包機，它能按照預設的程序，自動完成攪面，發(fā)酵，放酸，醒面,烘烤的全過程.面包機采用交流單相電機驅動攪拌，齒形同步皮帶傳動，用攪拌棒對面團進行充分的攪拌，采用單片微電腦控制面團的攪拌過程,發(fā)酵和烘烤的溫度.面包機因其結構和容量的不同可分為單攪拌棒和雙攪拌棒兩大類。單攪拌棒面包機的面包桶的磅數(shù)一般在2.5磅以下;雙攪拌棒面包機的面包桶的磅數(shù)一般在2.0磅以上。面包機的設計造型,外觀結構各不相同,但所有面包機電氣基本原理都一樣,系統(tǒng)如下圖所示： 3.1.2 面包機的基本結構包括:烤箱體,面包桶,傳動系統(tǒng),控制面板,上蓋等部分組成,下面以XBM1029S為例介紹面包機的主要結構： XBM1029S面包機裝配圖3.2 基本功能和主要參數(shù)3.2.1面包機的主要功能是制作各種食譜配方的面包,有些還要求能制作發(fā)酵面團,果醬,蛋糕等食物,常用的菜單程序有:BASIC,FRENCH,WHOLE WHEAT,QUICK,SWEET等,可根據(jù)不同的銷售地,不同的客戶要求,不同的產(chǎn)品檔次和功能組合,選擇確定面包機的程序菜單.面包的制作程序存儲在單片機的 ROM內，用戶可根據(jù)食譜的配方的推薦選擇相應的菜單，還可以選擇淺、中、深不同的面包燒色和面包大小,選擇不同的規(guī)格。3.2.2 在面包機啟動后,根據(jù)不同的菜單程序，面包機會完成輕柔攪拌，間斷攪拌，連續(xù)攪拌，反向攪拌等組合過程，合理實現(xiàn)面團的攪拌，滿足面包制作的要求3.2.3 面團在面包桶內通過控制烤箱腔體內的溫度來控制發(fā)酵, 在發(fā)酵過程中，當烤箱體內溫度達到發(fā)酵溫度時，熱敏電阻感溫反饋至控制板，控制板控制發(fā)熱管斷開停止工作,發(fā)酵過程根據(jù)不同的程序,可直接一次發(fā)酵,或分二段發(fā)酵,三段發(fā)酵,不同的發(fā)酵階段的控溫是不同的,中間分隔有攪拌或放酸, 一般發(fā)酵過程,面團的中心溫度為25-35,面包桶頂部的中心溫度控制在38以下。3.2.4 面包的烘烤是在烤箱腔體內完成的,不同的菜單程序和不同的燒色選擇,面包桶中心控制的溫度是不同的,在干燒測試時,一般面包桶中新的的控溫溫度為160-210之間.3.3 .面包機的操作界面3.3.1.面包機的操作控制界面,是在控制面板上實現(xiàn),LCD或LED顯示面包機的工作時間,當前工作狀態(tài)或過程,操作按鍵設計選擇有:微動開關,硅膠按鍵,感應式按鍵.3.3.2.面板的結構有:面膜,IMD面板,透明雅加麗按鍵,鋼化玻璃感應面板.3.3.3.面包機的常設操作按鍵有MENU,LOAF,COLOR,START/STOP,TIME,PROGRAMABLE,LIGHT等,分別用與不同的功能,按鍵時有蜂鳴器提示或語音提示.3.傳動系統(tǒng)3.4.1.傳動系統(tǒng)由電機、帶輪、撥叉、攪拌棒組成。當電源接通,電機開始工作,通過帶傳動將扭矩加大,轉速減小,經(jīng)撥叉將運動傳至攪拌棒.實現(xiàn)攪面功能.3.4.2.傳動裝置根據(jù)攪拌棒的數(shù)量分為單攪拌棒傳動和雙攪拌棒傳動,電機的額定功率一般為80-120W,攪面的轉速,空載時為150-200RPM,負載時的轉速為90-150RPM,齒形皮帶傳動的減速比為1:8-10.3.面包桶3.5.1面包桶是面包配料攪拌,發(fā)酵,烘烤的容器,可用合金鋁板拉深或用壓鑄鋁合金制作,內表面噴有TEFLON,拉伸的面包桶材料常用3003,3004或1060,壓鑄鋁合金的材料常用ADC12或ZL102制作,內表面常噴涂雙層TEFLON,客戶要求壽命長的也可噴涂3層超硬TEFLON.3.5.2面包桶的結構型式有方形,長方形,長形,圓形幾種結構,在面包桶的中心有一個或兩個攪拌棒,長形面包桶通常有兩個攪拌棒.4.面包機程序設計及控制器的設計要求4.1. 面包機程序設計要求面包機結構形式較多，但其控制原理卻基本相同：接通電源后，通過按鍵來選擇菜單和設定相應的工作模式，并由顯示部分（一般為液晶顯示器）顯示出設定的結果和工作過程中時間的變化情況，當按下“啟動”鍵時，微控制器就會控制輸出執(zhí)行機構按事先設定的程序完成面包的制作過程。4.1.1.面包機的程序設計要求應明確通電后的初始化過程,默認的菜單程序,有上次選擇程序記憶功能的應直接進入.4.1.2. 面包機的程序設計要求應明確功能的操作及按鍵的分配,LCD顯示的內容,選擇MCU及設計外部電路.4.1.3. 面包機的程序設計要求應明確產(chǎn)品的菜單要求,菜單的制作工藝過程,并得出程序表.4.1.4.其它功能,在程序表上沒有表達的應予以說明.4.2 .面包機的控制器面包機的電氣控制原理大致包括以下幾部分：電源、微控制器（IC）、指令輸入系統(tǒng)、顯示系統(tǒng)、溫度感應系統(tǒng)、輸出執(zhí)行機構電機和發(fā)熱管。 面包機的電氣原理方框圖4.3電源部分：同許多家電產(chǎn)品一樣，面包機控制板的電源部分也由降壓、整流、濾波、穩(wěn)壓這一通用的電路組成,見下圖: 120/230V的交流電壓經(jīng)變壓器T降壓為10V的交流電壓，經(jīng)由四個二極管（Q1Q4）構成的整流橋整流為12V左右的直流電壓，再經(jīng)濾波電容C5（濾高頻）和C3（濾低頻）濾波后輸出到集成穩(wěn)壓管U1（7805）的輸入端1，最后從集成穩(wěn)壓管U1的輸出端3輸出的電壓是線性比較好的5V左右的直流電壓，也就是整個控制電路的電源電壓。4.4.微處理器：4.4.1微控制器作為面包機控制電路的核心部件，它決定了整個產(chǎn)品的功能和特點。面包機所具有的功能都是制造廠家在出廠時將特定的程序寫入內部的ROM.4.4.2.現(xiàn)在大規(guī)模生產(chǎn)的MCU已使用了MASK芯片,客戶定制批量不是很大的MCU使用OTP.MCU在MASK或OTP芯片在燒錄前必須經(jīng)過程序驗證和食譜驗證.4.5.指令輸入系統(tǒng) 指令輸入是指通過按鍵來選擇面包機的工作菜單和設定面包機的工作狀態(tài)。一般款式面包機的輸入按鍵包括以下六種：“啟動/停止”按鍵；“菜單”選擇鍵“面包燒色”選擇鍵“時間設定+”增加鍵“時間設定”減少鍵“面包重量”選擇鍵 4.6.輸出執(zhí)行機構面包機控制電路的輸出執(zhí)行機構由電機和發(fā)熱管兩部分電成。4.6.1.電機控制電路：由微控制器的一個I/O端口通過一個三極管來控制一個雙向晶閘管（可控硅）的導通與關斷，從而實現(xiàn)控制電機的轉動與停止；雙向攪拌的面包機由微控制器的另外一個I/O端口通過一個三極管來控制一個微型繼電器的一組常開和常閉觸點，從而實現(xiàn)控制電機的正反轉 。 4.6.2.發(fā)熱管控制電路：由微控制器的兩個I/O端口分別控制兩個串聯(lián)的三極管，并由這兩個三極管共同控制一個微型繼電器，再由這個微型繼電器來控制發(fā)熱管的工作狀態(tài)。這種控制方式具有一個優(yōu)點：當控制繼電器的兩個三極管中有一個損壞時，除非微控制器有相應的控制信號輸出，否則繼電器將不會動作，也即發(fā)熱管將不會誤加熱,滿足了非正常測試的要求。 4.7.顯示面包機的顯示主要由MCU直接驅動LCD（液晶顯示器）或LED（數(shù)碼管顯示器）來完成。其中LCD顯示具有功耗低、壽命長等優(yōu)點，但夜晚或光線較暗的地方顯示效果較差。LED顯示避免了LCD的上述缺點，無論有無光線其顯示效果都比較滿意，但相比LCD功耗卻大的多。為了彌補LCD顯示的不足，可采用了帶背光源的LCD顯示電路，即使在夜晚也可以得到較好的顯示效果,LCD顯示的面包機要根據(jù)產(chǎn)品的外形和LCD的安裝規(guī)定LCD的視角,保證在正常操作時LCD的清析。4.8. 蜂鳴器 其作用主要有：按鍵提示,用戶操作提示。4.9.溫度感應系統(tǒng)面包機的控溫原理：由靠近面包桶附近的溫度傳感器（熱敏電阻）將溫度值轉化為對應的電壓值再將此電壓值傳送給微處理器，由微處理器根據(jù)程序的設定進行判斷并做出相應的輸出，從而達到控溫的目的。溫度感應系統(tǒng)就是由以熱敏電阻為代表的一組電阻網(wǎng)絡,見下圖: 5. 面包機結構設計的基本步驟面包機的設計開發(fā)流程參照廣東新寶電器股份有限公司的”設計管理程序”,產(chǎn)品的結構設計基本部步驟參照如下:5.1 確定產(chǎn)品規(guī)格根據(jù)“新產(chǎn)品開發(fā)任務書”的要求,制定“產(chǎn)品規(guī)格書”，確定產(chǎn)品的基本電氣規(guī)格（電壓，頻率，功率），容量（面包桶容量，結構形式），程序功能菜單（BASIC,FRENCH,WHOLE WHEAT,QUICK.），加熱方式（電熱管，熱風循環(huán)），攪拌電機的規(guī)格,變壓器的規(guī)格，外殼材質（冷板噴粉，塑膠，不銹鋼，預涂鋼板），外殼表面裝飾要求,烤箱腔體及面包桶材質，安規(guī)認證（UL，ETL，GS等）等其它附件要求及形式，同時還包括包裝，驗貨方式等。這些都是相當重要的信息，對產(chǎn)品的設計，選材起到?jīng)Q定性作用。5.2 確定面包桶及烤箱體內腔的尺寸5.2.1 面包桶的規(guī)格尺寸在產(chǎn)品規(guī)格確定后,盡可能參照研發(fā)中心標準“面包機通用零部件標準化目錄“，選用現(xiàn)有規(guī)格尺寸的面包桶，見下表5.2.2 烤箱腔體尺寸的確定5.2.2.1.烤箱腔體尺寸的確定應根據(jù)面包桶的尺寸,發(fā)熱管的尺寸,產(chǎn)品的外形結構來確定，面包桶與烤箱體內表面的距離應在20-40之間,并且周邊盡量均勻.5.2.2.2.面包桶有提手的兩端最邊緣離烤箱體內表面的距離應5 mm,以便發(fā)熱管的熱量能上升到頂部.5.3 確定產(chǎn)品外形的基本尺寸 產(chǎn)品的外形基本尺寸的確定是按照烤箱腔體的尺寸,傳動系統(tǒng)的布置,控制面板及外形效果圖的比例來確定.5.3.1.塑料外殼面包機要保證,外殼表面到烤箱腔體內的最小距離要15mm,鉸鏈處要25 mm,以保證外殼塑膠件的表面溫度不會太高,加熱時,鉸鏈處的塑膠不會變軟.5.3.2.金屬外殼面包機要保證外殼體與烤箱體的最小距離20 mm,保證外殼體表面的溫升35K.5.3.3.外形尺寸在結構布置完成后,確定長X寬X高.5.4. 3D外形圖設計 3D外形圖的設計應采用自頂?shù)降椎脑瓌t,按照外形尺寸長X寬X高確定一個長方體,外形設計參考可以采用轉換的曲面文件,手板抄數(shù),曲線輪廓繪制的方法.5.4.1.在外形輪廓3D設計完成后,按照比例縮放在長方體內,并檢查是否完全相同,若有不同是否可滿足產(chǎn)品的規(guī)格要求,確定是否要再修改外形尺寸.5.4.2.外3D外型輪廓圖上完成3D外形設計,確定分模及拔模,并投影拆分零件輪廓線.5.5.3D詳細結構及2D圖設計5.5.1.以3D外形圖作為骨架模型進行3D零件的結構設計及裝配圖設計.5.5.2.以3D零件圖為模型輸出2D圖.5.6產(chǎn)品設計評審5.7電路仿真圖1和面階段：當掃描按鍵K1時，進入和面流程。首先設置選擇烘烤面包的成色，再按下開始按鈕，單片機將發(fā)出信號控制L298N驅動芯片，驅動電機間斷轉動，同時DS18B20檢測溫度。經(jīng)過一段時間后電機連續(xù)轉動攪拌，攪拌一定時間后停止，蜂鳴器間斷響兩次，提示加入輔料，加入后繼續(xù)攪拌，將輔料和面團攪拌均勻，一段時間后攪拌均勻，最終達到和面的目的。同時LCD液晶在此階段顯示huomian字節(jié)和溫度數(shù)據(jù)和時間。2發(fā)酵階段：當掃描按鍵K2時，繼電器供電，電熱絲升溫，進入發(fā)酵流程。在和面結束后，單片機控制驅動芯片使電機停轉，同時繼電器的供電給電熱絲供電，溫度通過DS18B20檢測，單片機控制，將溫度控制在3539度（此溫度為發(fā)酵適宜溫度），此時進入面團發(fā)酵過程。在此過程中LCD顯示fajiao字節(jié)和溫度數(shù)據(jù)和時間。3.烘烤階段：掃描按鍵K1、K2時，進入烘烤階流程。等發(fā)酵一段時間后進入烘烤階段，此時單片機控制電熱絲繼續(xù)升溫，當達到預定溫度時，通過DS18B20檢測到。然后將信號傳送給單片機，單片機對溫度進行控制，使達到恒溫烘烤。此時LCD顯示hongkao字節(jié)和溫度數(shù)據(jù)和時間。 總結本課程設計重點分析了面包機功能系統(tǒng)的硬件電路設計，介紹了設計中所用到的芯片，包括單片機芯片AT80C52、液晶顯示芯片1602LCD、數(shù)字溫度傳感器芯片DS18B20等、驅動芯片L298N等。本次設計重點分析了面包機基本電路包括單片機組成的主控電路、DS18B20組成的溫度檢測電路、按鍵顯示電路、L298N和電機組成的驅動電路、繼電器和電熱絲組成的溫度控制電路等。通過這一系列的電路組成實現(xiàn)面包機的基本功能。在本次設計上我們還可以設計其他電路擴充一些其他功能。比如不同重量選擇功能、單獨烘烤功能、果醬程序（攪拌+加熱）功能、設置延時開機功能。通過本次設計加深了52單片機的了解，深入學習了單片機的基礎知識和綜合應用。通過這次畢業(yè)設計，我進一步了解了一些芯片的原理和作用。在實際動手操作過程中，使我接觸了許多元件，查閱了很多資料和文件。而且在我們所使用的書籍上有一些知識在實際應用中其實并不是十分理想，各種參數(shù)都需要自己去調整。偶而還會遇到錯誤的資料現(xiàn)象，這就要求我們應更1和面階段：1和面階段：1.和面階段當掃描按鍵K1時，進入和面流程。首先設置選擇烘烤面包的成色，再按下開始按鈕，單片機將發(fā)出信號控制L298N驅動芯片，驅動電機間斷轉動，同時DS18B20檢測溫度。經(jīng)過一段時間后電機連續(xù)轉動攪拌，攪拌一定時間后停止，蜂鳴器間斷響兩次，提示加入輔料，加入后繼續(xù)攪拌，將輔料和面團攪拌均勻，一段時間后攪拌均勻，最終達到和面的目的。同時LCD液晶在此階段顯示huomian字節(jié)和溫度數(shù)據(jù)和時間。2發(fā)酵階段：當掃描按鍵K2時，繼電器供電，電熱絲升溫，進入發(fā)酵流程。在和面結束后，單片機控制驅動芯片使電機停轉，同時繼電器的供電給電熱絲供電，溫度通過DS18B20檢測，單片機控制，將溫度控制在3539度（此溫度為發(fā)酵適宜溫度），此時進入面團發(fā)酵過程。在此過程中LCD顯示fajiao字節(jié)和溫度數(shù)據(jù)和時間。3.烘烤階段：掃描按鍵K1、K2時，進入烘烤階流程。等發(fā)酵一段時間后進入烘烤階段，此時單片機控制電熱絲繼續(xù)升溫，當達到預定溫度時，通過DS18B20檢測到。然后將信號傳送給單片機，單片機對溫度進行控制，使達到恒溫烘烤。此時LCD顯示hongkao字節(jié)和溫度數(shù)據(jù)和時間。 總結本課程設計重點分析了面包機功能系統(tǒng)的硬件電路設計，介紹了設計中所用到的芯片，包括單片機芯片AT80C52、液晶顯示芯片1602LCD、數(shù)字溫度傳感器芯片DS18B20等、驅動芯片L298N等。本次設計重點分析了面包機基本電路包括單片機組成的主控電路、DS18B20組成的溫度檢測電路、按鍵顯示電路、L298N和電機組成的驅動電路、繼電器和電熱絲組成的溫度控制電路等。通過這一系列的電路組成實現(xiàn)面包機的基本功能。在本次設計上我們還可以設計其他電路擴充一些其他功能。比如不同重量選擇功能、單獨烘烤功能、果醬程序（攪拌+加熱）功能、設置延時開機功能。通過本次設計加深了52單片機的了解，深入學習了單片機的基礎知識和綜合應用。通過這次畢業(yè)設計，我進一步了解了一些芯片的原理和作用。在實際動手操作過程中，使我接觸了許多元件，