基于单片机的电熨斗安全控制器设计与制作.doc

06级机电一体化技术专业毕业设计制作说明书 顺德职业技术学院毕业设计题目 基于单片机的电熨斗安全控制器设计与制作 　　 　　 　　　　　　　　 系 别 机电工程系 年级专业 机电一体化技术 学生姓名 汤飞虎 指导教师 胡建国 专业负责人 胡建国 答辩日期 2009年5月30日 第19页 共29页目 录目 录 1摘 要 3第1章 绪论 41.1电熨斗的类型及结构特点 41.1.1普通型电熨斗 41.1.2调温型电熨斗 51.1.3蒸汽喷雾型电熨斗 51.2电熨斗的安全性 71.3电熨斗的发展趋势 8第2章 基于单片机的电熨斗安全控制器设计 102.1设计的目的 102.2设计的基本思路 102.3关键技术 122.3.1使用状态检测 122.3.2单片机控制可控硅导通角 132.4基于单片机的电熨斗安全控制器的设计 142.4.1硬件设计 142.4.2软件设计 15第3章 基于单片机的电熨斗安全控制器制作与调试 183.1电源制作 183.2检测模块 183.3控制模块 183.4联机调试 19总 结 20附件1：电熨斗安全控制器的电器原理图 21附件2：控制程序 22参考文献 28致 谢 29摘 要电熨斗是利用电流热效应使底板发热熨烫各种织物的电器，其在改善人们生活质量的同时，也一直是让人们担心火灾的危险祸源。

目前市场上销售的家用电熨斗主要是普通型电熨斗、采用双金属片控温的调温型电熨斗以及增加了喷汽雾化装置的喷雾型电熨斗，但是，依靠人控制通电时间的普通型电熨斗当人忘记断开电源开关时是十分危险的，采用双金属片控制恒温的电熨斗，当调温器失效或人不在使用时仍然保持较大功率输出，也存在火灾危险为了提高家用调温型和喷雾蒸汽型电熨斗的安全性，同时降低其能耗，本文提出并设计了一种基于触摸式开关、单片机和可控硅的电熨斗安全控制装置本作品通过安装在电熨斗把手外侧的触摸式开关检测人手的状态，即当人手握住把手时触摸式开关输出高电平信号，认为处于使用状态；当人手离开把手时触摸式开关输出低电平信号，认为处于暂停状态单片机根据触摸式开关输入的信号控制输出功率：检测到暂停，立刻半功率输出，在其后的一段时间内，单片机通过控制可控硅的导通角，使输出功率平滑下降；若在这段时间内，检测到恢复使用，则立刻恢复至满功率输出；若在这段时间内，检测不到恢复使用的信号，单片机将控制可控硅导通角保持为零，可控硅截止，即相当于电源关断，并使蜂鸣器发声提醒用户拔掉电源，直到重新开机才能恢复使用 经验证，本作品使电熨斗安全性能大大提高，并且达到节能降耗的目的。

关键词：电熨斗、安全、节能、单片机、触摸开关、可控硅第1章 绪论电熨斗是一种常用的生活电器，它是利用电能通过电热元件发热，将电熨斗的底板加热到一定的合适温度，在温度、压力、水分熨烫三要素的作用下，将衣服、布料等各种织物熨平，使之线条分明、定型挺括、美观舒适1.1电熨斗的类型及结构特点电熨斗按功能和作用不同大体可以分为三大类：普通型电熨斗、调温型电熨斗、蒸汽喷雾型电熨斗，其结构和特点各自不同1.1.1普通型电熨斗普通型电熨斗结构简单，如图1所示，主要由底板、电热元件、压板、罩壳、手柄等部分组成普通型电熨斗没有温度控制装置，只能通过人控制电源通电时间使电熨斗底板的表面温度保持在350℃左右一方面，由于温度难于控制，操作难度大，难以满足不同织物的熨烫要求；另一方面，普通型电熨斗容易因操作者疏忽使其长时间通电，致使底板表面温度过高，使可燃物体迅速炭化燃烧，如300W的电熨斗通电1小时后底板温度可高达700℃，远远超过燃点在200~250℃的布料、木料等可燃物质因此，普通型电熨斗已趋于淘汰图1 普通型电熨斗的结构图1-底板 2-电热元件 3-压板 4-罩壳 5-手柄 6-接线柱1.1.2调温型电熨斗织物的质料不同，熨烫时所需的熨烫温度亦应不同。

为了适应不同织物的熨烫温度需求，人们在普通型电熨斗的基础上增加了调温器及相应的温度调节旋钮，通过设定调温旋钮的位置预定所需的熨烫温度，这就是调温型电熨斗，如图2所示图2 调温型电熨斗外观图调温型电熨斗的调温器一般装在底板的中心部位，控制温度在60~250℃之间连续可调，常用的调温器结构均为双金属片结构，如图3所示双金属片由两片热膨胀系数不同的金属铆接而成，上金属片热膨胀系数较大，下金属片的较小，常温时，双金属片基本平直，双金属片左边的银触点与弹性体的银触点紧密接触工作时，接触在一起的银触点接通电源，电熨斗底板温度上升，双金属片受热，上金属片膨胀大，下金属片膨胀小，造成双金属片有向下弯曲的趋势，当底板温度上升至调温旋钮设定的温度时，双金属片与弹性体的银触点断开，切断电路；因为熨烫时底板散热，电熨斗温度逐渐下降，双金属片逐渐由弯变直，当温度下降到一定程度，双金属片又恢复至原来状态，银触点又重新接触；如此不断反复，将温度控制在设定温度附近与普通型电熨斗相比，由于采用双金属片进行控温，调温型电熨斗具有调温方便、适用广泛、安全可靠的特点，是目前市场上的主流产品1.1.3蒸汽喷雾型电熨斗蒸汽喷雾型电熨斗是在调温型电熨斗的基础上增加喷汽雾化装置而构成的，它具有调温喷汽雾化多种功能，其外观如图4所示。

图3 调温型电熨斗调温器结构1-调节臂 2-校准螺钉 3-固定螺钉 4-调节螺钉 5-接地螺钉 6-定位垫片 7-接线柱8、9-云母垫 10-空心铆钉 11-瓷柱 12-双金属片 13、14-银触点 15-弹性件 16-支架蒸汽喷雾型电熨斗工作时，将调温旋钮旋至“蒸汽”档位置，接通电源后，电热元件发热，底板迅速升温至设定温度值，此时若不按喷汽或喷雾按钮，则与调温型电熨斗一样；按下喷汽按钮，贮水室内的水在压力下沿着滴水嘴低落在汽化室内，因底板温度很高，水滴即汽化成蒸汽并从底板下方的喷汽孔喷出，以润烫衣物；按下喷雾按钮，贮水室内的水在压力下经电熨斗前方的雾化嘴形成水雾喷出，以润湿衣物可见，从调温的角度来看，调温型电熨斗与蒸汽喷雾型电熨斗是相同的图4 蒸汽喷雾型电熨斗外观1.2电熨斗的安全性电熨斗在给人们生活带来方便的同时，也带来了一些安全隐患如使用不当，电熨斗轻则达不到熨烫目的，重则烫坏衣物，甚至引起火灾近年来，随着电熨斗用户增多，由电熨斗使用不当引发的安全事件也呈上升趋势如图5所示为2008年全国火灾情况的统计情况图5 2008年全国火灾情况统计由图可见，从引发火灾的直接原因看，电气引起火灾最多，共4万余起，占2008年全国火灾事故总数当中的30.1%，其中，电熨斗作为大功率电器，输出高温，并直接与织物接触是造成电气火灾的主要原因之一。

目前，普通型电熨斗已基本被淘汰，市场上主流产品是一般的基于双金属片调温控温的调温型电熨斗和蒸汽喷雾型电熨斗，与普通型电熨斗一统天下时经常引发火宅相比，由调温型电熨斗和蒸汽喷雾型电熨斗引发的火宅已大幅减少但是，基于双金属片调温控温的电熨斗也不能认为是绝对安全的，调温型电熨斗引发火灾的例子也时有发生，如2008年浙江省温岭市某小区因调温型电熨斗在竖放状态没有切断电源发生火灾调温型电熨斗发生火灾可以从电熨斗本身和使用者两个方面产生在电熨斗本身方面，调温型电熨斗采用双金属片作为调温器，在以下情况下双金属片可能失去调温功能：1）在电熨斗工作完毕后，没有将调温旋钮调至温度零点位置，双金属片长时间受压后失去弹性；2）长时间大功率输出，弹性体与双金属片的触点容易热熔在一起；3）双金属片制造过程中，因下料方向或边缘冲剪后有毛边，使其重复性、热敏感性降低调温型电熨斗当失去调温控温功能后，其火灾危险性与普通型电熨斗无异在使用者方面，使用者由于疏忽，没有按照操作说明进行操作，主要有：电熨斗放置错误，长时间平放或竖放；忘记切断电源虽然调温型电熨斗是在60~250℃之间调控温度，但是，当调温器失效，同时使用者放置错误或忘记切断电源时，由于热的累积效应，调温型电熨斗发生火灾的危险大大提高。

1.3电熨斗的发展趋势目前，针对基于双金属片调温控温的调温型电熨斗的安全问题，主要采用以下两种方法进行改进：一是采用温度传感器、姿态传感器以及模糊控制算法开发智能型电熨斗控制器，但这种方法温度控制技术复杂、成本高，难以用于家用斗，主要用于工业用电熨斗或较高档的电熨斗产品；另一种方法是根据电熨斗的使用状态（使用中、暂停使用）或姿态（如平放、竖放），使该状态或姿态持续持续一段时间后就关机，这种方法由于不涉及具体的温度控制，而是利用状态/姿态传感器和定时器控制电源的关断来保证安全，具有成本低、使用较安全的优点，从而被广泛应用如图6所示，是一种具有安全控制器的有线电熨斗，该安全控制器装设在电源与电熨斗的导线间，其内部电路如图7所示，由动作传感器检测使用状态，当检测到导线一段时间没有晃动动作时，认为使用者离开，则自动切断电源；当检测到导线在晃动时，认为使用者在使用，则接通电源，从而保证电熨斗能自动断电图6 某带安全控制器的调温型电熨斗图7 安全控制器内部电路结构但是，第二种改进方法仍存在以下问题：1）在使用状态或姿态检测方面，常见的姿态传感器有水银开关、金属球滚动接触开关等，前者使电熨斗在制造、使用和回收等生命环节中存在环保压力，而后者容易产生误动作。

2）采用定时器控制电源关断时，一般只有三种功率输出方式：正常使用时，满功率输出；暂停使用一段时间内（如设为Td），半功率输出；Td时间后，零功率输出这里，Td的长短很重要，Td过长，安全性不好，且能耗损失大；Td过短，重新加热到设置的熨烫温度时间长，使用不方便，且由于热惯性，能耗亦不会低针对上述发展趋势和存在的问题，本文设计并制作了一种全新的基于单片机的调温型电熨斗安全控制器第2章 基于单片机的电熨斗安全控制器设计2.1设计的目的电熨斗是利用电流热效应使底板发热熨烫各种织物的电器，其在改善人们生活质量的同时，也一直是让人们担心火灾的危险祸源依靠人控制通电时间的电熨斗当人忘记断开电源开关时是十分危险的，采用双金属片控制恒温的电熨斗，当或调温器失效或人不在使用时仍然保持较大功率输出，也存在火灾危险目前常用的调温型与蒸汽喷雾型电熨斗都是采用双金属片控制温度，高档产品有采用水银开关或金属球滚动接触开关检测电熨斗的使用状态或姿态，采用定时器控制电源的关断，存在安全性不高、能耗大等缺点为了提高家用调温型和喷雾蒸汽型电熨斗的安全性，降低其能耗，本文提出并设计了一种基于触摸式开关、单片机和可控硅的电熨斗安全控制装置。

2.2设计的基本思路2.2.1现有电熨斗安全控制器基本思路如图8所示，为某型电熨斗安全控制器控制思路示意图，正常使用时，电熨斗全功率输出；当检测到不在使用时，立刻半功率输出；在Td时间内，若无恢复使用，则零功率输出，即切断电源；在Td时间内，若恢复使用，则立刻全功率输出图8 传统电熨斗安全控制器思路示意图该电熨斗通过控制电熨斗输出功率来提高安全性，同时具有节能的效果但是仍存在不足：1）在Td时间内，电熨斗一直都是以半功率输出，电熨斗底板温度没有缓慢降低，仍然存。