觸摸按鍵的電磁爐設(shè)計(jì)

1、觸摸按鍵的電磁爐設(shè)計(jì)感應(yīng)方式的觸摸按鍵有無(wú)數(shù)優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)椴恍枰獧C(jī)械結(jié)構(gòu)，相比傳統(tǒng)的機(jī)械按鍵和薄膜按鍵，觸摸式按鍵有著不行比擬的優(yōu)勢(shì)，并由此帶來了時(shí)尚美觀的外觀設(shè)計(jì)。目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各種消費(fèi)類產(chǎn)品。越來越多的家電產(chǎn)品也開頭采納觸摸按鍵，電磁爐是其中一個(gè)典型的應(yīng)用。的觸摸技術(shù)capsense是基于p產(chǎn)品上的一種應(yīng)用。(可編程片上系統(tǒng))包含有8位微處理器核和數(shù)字與模擬混合信號(hào)陣列的可編程片上系統(tǒng)。不僅具有的可編程序能力，還包含了部分可編程規(guī)律運(yùn)算功能，同時(shí)也提供了可編程模擬陣列，集三種可編程能力與一體。在大多數(shù)家電的觸摸應(yīng)用中，普通包括觸摸感應(yīng)處理和系統(tǒng)控制處理。psoc可提供該類應(yīng)用中所需要的資源

2、，并簡(jiǎn)化了系統(tǒng)。2.電磁爐控制原理及結(jié)構(gòu)電磁爐采納磁場(chǎng)感應(yīng)加熱原理。它利用交變電流通過線圈產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，交變磁場(chǎng)在鐵質(zhì)鍋具的底部產(chǎn)生感應(yīng)電流(又稱渦流)，渦流使鍋具鐵分子高速無(wú)規(guī)章運(yùn)動(dòng)分子相互碰撞摩擦而產(chǎn)生熱能。圖1是典型的電磁爐系統(tǒng)框圖。電磁爐的主回路為一個(gè)lc諧振，諧振頻率在20-30khz左右。諧振回路由市電經(jīng)過整流濾波后產(chǎn)生的310v直流供電。主回路中的工作在低開關(guān)損耗的零電壓開關(guān)方式(zvs)，使線盤與諧振電容產(chǎn)生諧振電壓，從而實(shí)現(xiàn)電磁的轉(zhuǎn)換。為了實(shí)現(xiàn)igbt零電壓開關(guān)的控制，電路中需要對(duì)igbt上的電壓舉行檢測(cè)，或稱作同步檢測(cè)，惟獨(dú)在igbt上的電壓臨近零電壓時(shí)才允許igbt導(dǎo)通。

3、電磁爐的功率調(diào)節(jié)是通過對(duì)igbt功率管舉行占空比的調(diào)節(jié)來實(shí)現(xiàn)的，pwm占空比增大時(shí)，igbt導(dǎo)通時(shí)光增長(zhǎng)，為線盤提供的電流增大，相應(yīng)增大電磁爐的功率。電路就是用于產(chǎn)生pwm信號(hào)以驅(qū)動(dòng)igbt，pwm占空比由諧振電路和主控制器提供的參考電壓等共同打算的。通常，主控制器是通過輸出pwm占空比信號(hào)，并經(jīng)過一個(gè)rc來產(chǎn)生參考電壓。電流負(fù)反饋控制是通過檢測(cè)市電輸入電流實(shí)現(xiàn)對(duì)igbt電流的控制。電路對(duì)電流采樣信號(hào)舉行處理，進(jìn)而削減igbt的導(dǎo)通時(shí)光而削減igbt平均電流。其他電路還包括電網(wǎng)電壓檢測(cè)，igbt及鍋面溫度檢測(cè)，浪涌庇護(hù)電路等一些外圍接口電路。主控制器通過上述采樣和控制電路可舉行恒功率控制，恒溫

4、控制，過欠壓庇護(hù)，過溫庇護(hù)等一系列控制。圖1. 電磁爐系統(tǒng)框圖因?yàn)殡姶艩t控制面板和主電路通常放置在電磁爐中的不同位置，為了設(shè)計(jì)和修理的便利性，大多數(shù)的設(shè)計(jì)都采納兩個(gè)板的方式 功率板和用戶接口面板。按照主控mcu放置的位置，大多可以分成以下三種結(jié)構(gòu)。1）主控mcu放置在功率板上，用戶接口面板為容易的按鍵和顯示。系統(tǒng)中惟獨(dú)一個(gè)mcu，成本較低，兩個(gè)pcb板之間通過較多的線束舉行銜接。2）主控mcu放置在功率板上，用戶接口面板用另外一個(gè)mcu舉行控制。兩個(gè)pcb板之間通過較少的線束銜接。通常用于較高端的設(shè)計(jì)中，面板可以舉行較復(fù)雜的操作。3）主控mcu放置在用戶接口面板上，功率板由幾個(gè)運(yùn)放及一些離散器

5、件構(gòu)成。pcb之間的線束適中，系統(tǒng)成本較低，面板也可舉行較復(fù)雜的操作。多數(shù)設(shè)計(jì)采納這種方式。3.觸摸按鍵電磁爐控制器因?yàn)橄M(fèi)者在挑選電磁爐時(shí)更多注重力是集中在爐具的外觀上，觸摸按鍵類的產(chǎn)品因此也越來越多的引入到電磁爐的設(shè)計(jì)中。在初期的設(shè)計(jì)中，多數(shù)采納分立器件設(shè)計(jì)觸摸按鍵。雖然成本較低，但分立器件調(diào)試十分困難，不適于批量生產(chǎn)，因此多數(shù)新的設(shè)計(jì)采納專用觸摸按鍵控制器。觸摸按鍵專用芯片的引入增強(qiáng)了系統(tǒng)的成本和設(shè)計(jì)的復(fù)雜度，并轉(zhuǎn)變了原有的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。psoc可集成觸摸控制及主控功能為一體，可很好的將原有的非觸摸式電磁爐設(shè)計(jì)升級(jí)到觸摸式電磁爐。3.1 cy8c22545介紹cy8c22x45系列產(chǎn)品是cy

6、press針對(duì)觸摸應(yīng)用及系統(tǒng)控制而特地設(shè)計(jì)的psoc器件。圖2是cy8c22x45的系統(tǒng)框圖，它與一般的psoc產(chǎn)品有相同的架構(gòu)，包括有8個(gè)數(shù)字模塊和6個(gè)簡(jiǎn)化型的模擬模塊。這些模塊可按照客戶詳細(xì)需要配置成為不同的外設(shè)，例如pwm發(fā)生器，定時(shí)器，等。cy8c22x45為用戶提供了最多可到38個(gè)通用i/o, 16kbyte閃存及1kbyte的sram以及其它一些片上資源，例如10bit sar adc，電壓參考源(v)，i2c通信模塊， 硬件實(shí)時(shí)時(shí)鐘(rtc)。該系列器件特地為觸摸設(shè)計(jì)提供了相應(yīng)的片上資源，并優(yōu)化了內(nèi)部掃描電路。在不占用片上其他數(shù)字資源的狀況下，可以實(shí)現(xiàn)雙通道的信號(hào)同時(shí)掃描，從而縮

7、短全部按鍵總的掃描時(shí)光。cy8c22x45可支持cypress公司的csa 和csd 的capsense算法，并可支持各種不同的觸摸設(shè)計(jì)，例如按鍵，線型滑條，圓形滑條，ito等等。通過cypress提供的圖形化設(shè)計(jì)軟件，用戶可以便利的將觸摸檢測(cè)和系統(tǒng)控制功能完善的集成在同一個(gè)psoc控制器上來完成。圖2. cy8c22x45系統(tǒng)框圖3.2 觸摸按鍵設(shè)計(jì)cy8c22545片上包含有優(yōu)化的觸摸控制規(guī)律，圖3是該器件用于一個(gè)通道的csd觸摸感應(yīng)控制的內(nèi)部硬件框圖。與以往的cypress觸摸產(chǎn)品比較，cy8c22545產(chǎn)品有以下一些特點(diǎn)：1）cy8c22545采納左右兩條模擬的結(jié)構(gòu)，全部的io口都可通

8、過模擬開關(guān)分離接到左右兩邊的模擬總線上。全部的io口都可作為觸摸的輸入端。另外，cy8c22545內(nèi)部設(shè)計(jì)了兩套掃描控制規(guī)律，可支持兩個(gè)觸摸傳感器同時(shí)舉行掃描的操作，這樣可以削減總的按鍵掃描時(shí)光。在微波爐等多按鍵(或滑條)的設(shè)計(jì)中，這種方式有著獨(dú)到的優(yōu)勢(shì)。2）該器件內(nèi)部有兩個(gè)電流源(idac)，每個(gè)電流源有256級(jí)調(diào)整范圍，可輸出0"640ua電流，基本可替代各種capsense精度配置時(shí)所采納的外部放電，因此只需要一個(gè)外接的充放電電容即可完成感應(yīng)電容的檢測(cè)。另外，采納內(nèi)部idac替代外部放電電阻這種辦法在做capsense參數(shù)調(diào)節(jié)時(shí)十分便利，無(wú)需更換外部電阻即可實(shí)現(xiàn)參數(shù)的優(yōu)化配置。

9、固然，客戶仍然可以挑選用法外部電阻作為capsense的放電電阻。3）掃描時(shí)鐘源，計(jì)數(shù)器和定時(shí)器都用專用的資源來支持，不占用任何數(shù)字模塊資源，因此可以有更多的數(shù)字資源用于系統(tǒng)控制。4）另外，因?yàn)殡娐飞系膬?yōu)化，每個(gè)按鍵掃描完成后才產(chǎn)生一次中斷，因此大大的削減cpu干預(yù)時(shí)光，使得cpu有更多時(shí)光處理其它任務(wù)。圖3. csd觸摸感應(yīng)控制規(guī)律框圖3.3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)采納目前市面上比較流行的電磁爐結(jié)構(gòu)，即功率板由一片lm339及一些分立器件構(gòu)成，而用戶接口板由mcu及l(fā)ed等分立器件構(gòu)成。功率板實(shí)現(xiàn)了包括同步檢測(cè)，電流負(fù)反饋控制，振蕩電路，浪涌庇護(hù)等控制，本文就不再詳述。用戶接口板實(shí)現(xiàn)了觸摸感應(yīng)控制，

10、led數(shù)碼管和led燈掃描驅(qū)動(dòng)，用戶菜單管理，igbt及鍋具溫度檢測(cè)，過溫庇護(hù)，供電電源過欠壓庇護(hù)，電磁爐恒功率控制，恒溫控制，風(fēng)扇、蜂鳴器等外設(shè)控制以及其他一些系統(tǒng)主控功能。圖4是用戶接口板的硬件框圖。圖4. 用戶接口控制板框圖cy8c22545采納44 pin 的tqfp封裝，最多有38個(gè)i/o，可支持到37個(gè)觸摸傳感器的輸入，因此可滿足大多數(shù)復(fù)雜的用戶接口板設(shè)計(jì)。假如io數(shù)量不能滿足需求，用戶可以通過spi接口與外部一片74ls164完成io口的擴(kuò)展用于led等外圍器件的驅(qū)動(dòng)。在本設(shè)計(jì)中，cy8c22545對(duì)外部12個(gè)觸摸感應(yīng)按鍵舉行檢測(cè)，sar10 adc對(duì)各個(gè)及ac電源的電壓和電流舉

11、行采樣，并用法了三個(gè)數(shù)字模塊分離配置成三個(gè)8bit精度的pwm發(fā)生器，用于驅(qū)動(dòng)蜂鳴器，控制風(fēng)扇轉(zhuǎn)速以及產(chǎn)生功率控制用的pwm參考信號(hào)。另外，用一個(gè)數(shù)字模塊配置為8bit的定時(shí)器，用于固件的時(shí)基。假如需要io擴(kuò)展，則可用一個(gè)數(shù)字模塊配置為spi接口以驅(qū)動(dòng)外部串并轉(zhuǎn)換規(guī)律。恒功率控制和恒溫控制是電磁爐主要的兩種工作模式。在本系統(tǒng)中分離采納了兩個(gè)pid閉環(huán)控制算法實(shí)現(xiàn)恒功率控制和恒溫控制。因?yàn)檫@兩種系統(tǒng)具有不同的時(shí)光參數(shù)，需要分離調(diào)節(jié)設(shè)定系統(tǒng)pid參數(shù)。無(wú)鍋檢測(cè)是電磁爐中一個(gè)重要的技術(shù)，它包含放置檢測(cè)和移開檢測(cè)。放置檢測(cè)采納脈沖方式。在電磁爐正常工作之前，cy8c22545使主諧振電路打開一個(gè)很小的時(shí)光，通過計(jì)算諧振過零點(diǎn)個(gè)數(shù)檢測(cè)諧振電路的振蕩次數(shù)。當(dāng)沒有鍋具時(shí)，主諧振電路處于欠阻尼狀態(tài)，諧振過零點(diǎn)檢測(cè)端有較多的脈沖產(chǎn)生。有鍋具時(shí)，主諧振電路處于阻尼狀態(tài)，此時(shí)諧振過零點(diǎn)檢測(cè)端產(chǎn)生的脈沖較少。cy8c22545能夠通過檢測(cè)脈沖的數(shù)量打算是否有鍋具存在。移開檢測(cè)采納了電流檢測(cè)的辦法。當(dāng)電磁爐正常工作時(shí)，工作電流會(huì)穩(wěn)定在一個(gè)正常范圍內(nèi)。假如移開鍋具，系統(tǒng)的電流會(huì)急劇下降到一個(gè)較小的范圍。cy8c22545可以通過檢測(cè)電流的急劇下降，判定鍋具移開。另外，在cy8c22545輸出一個(gè)固定占空比pwm的條件下，系統(tǒng)的工作電流會(huì)維持在一個(gè)特定的范圍。cy8