摘要 介紹了真空熒光屏顯示器在多功能廚房控制系統(tǒng)中的軟硬件設(shè)計方法。系統(tǒng)以PIC16F72單片機為主控制芯片對外圍傳感器檢測模塊和按鍵掃描電路等采集信號進行處理，發(fā)送指令驅(qū)動繼電器來控制天然氣灶、抽油煙機、消毒柜、烘干機等多種廚房設(shè)備進行工作。該系統(tǒng)采用真空熒光屏顯示各種工作狀態(tài)，具有漏氣報警、按鍵童鎖等功能。
關(guān)鍵詞 廚房控制器；真空熒光屏顯示器；智能控制

    隨著智能家電控制技術(shù)的不斷發(fā)展，具有多功能和智能化的廚房控制器成為廚房電器設(shè)備發(fā)展主流。和傳統(tǒng)單一廚房設(shè)備控制器相比，多功能廚房控制器具有占用空間小、成本低、功能多、便于設(shè)備統(tǒng)一管理，使用安全、方便等優(yōu)點。
    系統(tǒng)以PIC單片機作為主控制芯片，選用VFD(Vacuum Fluorescent Display)真空熒光屏為顯示器，結(jié)合氣敏傳感器、熱敏電阻、高壓點火器、繼電器等受控對象，通過檢測外部信號以及內(nèi)部定時時間狀態(tài)可以控制各種受控對象工作狀態(tài)之間的相互轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)對廚房電器設(shè)備的智能控制。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

1 各單元電路硬件設(shè)計
1．1 電源電路設(shè)計
    設(shè)計所需的6組工作電源均由如圖2所示的電路提供。6組電源分別為AC 220 V、AC 3 V、DC+12 V、DC+5 V、DC+5 V B、DC+24 V、DC-30 V。各組電源的使用情況如下：AC 220 V作為抽油煙機電機工作電壓，AC 3 V作為VFD燈絲驅(qū)動電壓，DC-30 V作為VFD顯示段碼工作電壓，DC+12 V作為繼電器工作電壓，DC+5 V作為單片機及外圍+5 V供電電源，DC+5 V B作為氣敏傳感器工作電壓，DC+24 V作為24 V直流電機以及照明LED工作電壓。

    為確保VFD顯示屏段碼截止時沒有鬼影余亮現(xiàn)象，在AC 3 V中心抽頭和DC-30 V之間加了5．1 V穩(wěn)壓管1N4733，同時在關(guān)閉VFD時通過繼電器KA1切斷燈絲電源AC 3 V，以達到徹底熄滅燈絲和省電的目的。
1．2 功能控制電路設(shè)計
    如圖3所示功能控制電路，通過繼電器控制抽油煙機、風機的強度以及消毒、烘干童鎖、LED照明開關(guān)等。為確保消毒和烘干是在消毒柜關(guān)閉狀態(tài)下才工作，故在消毒柜的柜門處裝個開關(guān)，只有在門關(guān)閉狀態(tài)下繼電器才能動作。在烘干發(fā)熱棒上串聯(lián)一個熱敏電阻NTC5D-11，在溫度過高時斷開，防止溫度過高而燒壞碗筷和設(shè)備。同時，在設(shè)計時考慮到安全因素，加了童鎖功能，即正在進行消毒或烘干時童鎖關(guān)閉，消毒烘干結(jié)束后1 min才開啟童鎖，以防止兒童在設(shè)備正在消毒或烘干時誤打開柜門而燙傷，童鎖為電磁閥。

    設(shè)計中考慮到兩板之間的數(shù)據(jù)傳送及節(jié)省I／O口，選用了串并轉(zhuǎn)換芯片74HC595作為I／O口擴展(只需3個I／O口)，再經(jīng)過7路內(nèi)部達林頓結(jié)構(gòu)的ULN2003驅(qū)動繼電器。電路中，將ULN2003第9腳接+12 V就相當于在每個被驅(qū)動對象兩端反向并聯(lián)一個二極管，起到續(xù)流的作用，外部無需在加二極管達到節(jié)省成本的效果。
1．3 處理器電路設(shè)計
    處理器電路如圖4所示，選用Microchip公司的PIC16F72作為系統(tǒng)的核心控制芯片。PIC16F72具有8位精度A／D,2 kbit x8 ROM，128 bit x8 RAM,22個驅(qū)動能力達到20 mA電流的I／O口，足以滿足本設(shè)計對處理器的要求。電路中選用晶振為4 MHz，起振電容C18、C19取22pF。R2和C17—起構(gòu)成系統(tǒng)復位電路。為減小紋波干擾，在電源跟地間接了C20和C21濾波確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

1．4 顯示電路設(shè)計
    本部分在設(shè)計時主要考慮到廚房環(huán)境油煙較多，周圍溫度較高，強電流、強磁場等環(huán)境因素，而VFD顯示屏有自動發(fā)光、高清晰度和高亮度顯示、低壓操作、低功耗的特點，并具有從紅色到藍色多種色彩、寬視角、反應(yīng)速度快、可靠且使用壽命長、成本低等優(yōu)點，適合作為系統(tǒng)控制信息顯示屏。顯示電路如圖5所示，開關(guān)管用三極管9013，VFD專用驅(qū)動芯片PT6312。

1．5 爐火檢測和氣閥開關(guān)電路設(shè)計
    考慮到安全性，只有在檢測到爐火，且倒計時開始定時后才開啟氣閥。為提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，點火開關(guān)信號間用光耦隔離，如圖6和圖7所示。

1．6 漏氣檢測及報警電路設(shè)計
    本單元電路如圖8和圖9所示。當爐火定時時間到和氣敏傳感器檢測到煤氣漏氣時報警提示。用普通無源蜂鳴器即可滿足要求蜂鳴器需要的1 kHz方波由單片機500μ中斷取反產(chǎn)生，只要在BELL端加高電平就可報警。為增大驅(qū)動電流用三極管9013和9012作二級放大。同時，加了R22，R22和C23構(gòu)成充放電回路，以使報警時的聲音有假和弦效果。

1．7 按鍵掃描電路設(shè)計
    模塊電路如圖10所示，用到7個按鍵，分別為風速調(diào)整鍵，消毒鍵，烘干鍵，開／關(guān)機鍵，時間／定時設(shè)置鍵，小時鍵，分鐘／LED開關(guān)鍵。通過單片機采集按鍵結(jié)果進行處理。

2 軟件設(shè)計
    系統(tǒng)軟件利用Mplab集成開發(fā)環(huán)境(IDE)進行編寫，程序總流程圖如圖11所示。在編寫軟件時，將程序編寫為多任務(wù)方式，各種任務(wù)放在程序各分支上，依據(jù)程序狀態(tài)的變化分別執(zhí)行各個模塊功能程序。同時將實時事件放在主干道上，每次程序循環(huán)都要執(zhí)行。各個相互關(guān)系模塊之間只通過標志位聯(lián)系。

    軟件設(shè)計中還涉及到500μs中斷服務(wù)子程序、VFD顯示子程序、按鍵掃描子程序、爐火定時子程序、煤氣漏氣檢測子程序等模塊。

3 結(jié)束語
    介紹了利用PIC單片機為主控制芯片的多種廚房設(shè)備智能組合控制設(shè)計思想和方法。該系統(tǒng)還可以做一些功能上的擴展，比如在系統(tǒng)中加入廚房熱水器，微波爐，洗碗機的控制，使功能更強大；加入煙霧及氣敏傳感器和語音模塊以及GPRS接收模塊，當家里發(fā)生火災時報警，可以語音提示并利用手機通知主人或進行遠距離的廚房設(shè)備無線控制，使功能更多樣化，操作更加人性化和智能化。