1 引言

電磁灶是應用電磁感應原理進行加熱工作的，是現代家庭烹飪食物的先進電子炊具。它使用起來非常方便，可用來進行煮、炸、煎、蒸、炒等各種烹調操作。特點：效率高、體積小、重量輕、噪音小、省電節能、不污染環境、安全衛生，烹飪時加熱均勻、能較好地保持食物的色、香、味和營養素，是實現廚房現代化不可缺少的新型電子炊具。電磁灶的功率一般在700--1800W左右。

電磁爐按感應線圈中的電流頻率分為低頻和高頻兩大類，相比較高頻電磁灶受熱效率高，比較省電。

按樣式分類，可以分以下三種。

臺式電磁爐：分為單頭和雙頭兩種，具有擺放方便、可移動性強等優點。因為價格低較受歡迎。

埋入式電磁爐：是將整個電磁爐放入櫥柜面內，然后在臺面上挖個洞，使灶面與櫥柜臺面成一個平面。業內專家認為這種安裝方法只求美觀，但不科學，很大一部分消費群體把電磁爐當做火鍋，埋入式炒菜并不方便。

嵌入式電磁爐：可適應不同鍋具的需要，不再對鍋具有特殊要求。

本文主要介紹利用SPMC65P2404芯片來實現電磁爐的設計。SPMC65P2404是凌陽推出的一款工業控制8位單片機，具有很高的性價比，抗干擾能力強，非常適合應用于工業控制類、家電類產品的設計。使用SPMC65P2404設計的電磁爐具有如下性能：

六種加熱模式：火鍋、煎炸、炒菜、燒烤、蒸煮、燒燜；

一種自動工作模式：燒水；

最大720分鐘的定時開機功能；

2小時自動關機保護功能；

小物件檢測功能，對不合適的物件不進行加熱；

系統采用過流、過壓、超溫等多種保護措施；

采用開關電源，使系統能夠在180~250V的電壓范圍內正常工作；

系統設置了故障報警功能，方便故障查找及檢修；

系統含有自檢程序，方便生產測試。

2芯片特性簡介

SPMC65P2404是凌陽推出的8位工業控制單片機，最高工作頻率為8MHz，工作電壓2.5V~5V，有192字節的RAM和4K字節的OTP ROM，有23個可編程IO口，內置上/下拉電阻，8通道10位A/D轉換器（100KHz），SPMC65P2404其他特性包括：

◆凌陽科技8位單片機

☉182條指令

☉11種尋址模式

☉支持位操作（Set，Clear，Inverse，Test）

◆2個8位可編程定時器/計數器（可自動預置初始計數值）

☉普通的定時/計數器

☉具有8位捕獲功能

☉具有8位比較功能

◆2個16位可編程定時器/計數器（可自動預置初始計數值）

☉普通的定時/計數器

☉具有8或16位捕獲功能

☉具有16位比較功能

☉12位PWM輸出

◆中斷方式

☉支持IRQ和NMI中斷

☉4種外部中斷

☉11種內部中斷

◆5種復位功能：上電復位、低電壓復位、看門狗復位、外部復位及錯誤地址復位

◆支持3種時鐘電路：晶體振蕩器、RC振蕩、外部信號

◆2種低功耗模式：Halt模式和Stop模式

◆低電壓監測（LVD）功能

◆一個蜂鳴器驅動輸出口

◆具有SPI總線

利用SPMC65P2404的這些資源，能夠份方便的實現電磁爐的功能。

3電磁爐加熱原理

電磁爐是應用電磁感應原理對食品進行加熱的。電磁爐的爐面是耐熱陶瓷板，交變電流通過陶瓷板下方的線圈產生磁場，磁場內的磁力線穿過鐵鍋、不銹鋼鍋等底部時，產生渦流，令鍋底迅速發熱，達到加熱食品的目的。

電磁爐加熱原理如圖3-1所示，灶臺臺面是一塊高強度、耐沖擊的陶瓷平板（結晶玻璃），臺面下邊裝有高頻感應加熱線圈（即勵磁線圈）、高頻電力轉換裝置及相應的控制系統，臺面的上面放有平底烹飪鍋。

其工作過程如下：電流電壓經過整流器轉換為直流電，又經高頻電力轉換裝置使直流電變為超過音頻的高頻交流電，將高頻交流電加在扁平空心螺旋狀的感應加熱線圈上，由此產生高頻交變磁場。其磁力線穿透灶臺的陶瓷臺板而作用于金屬鍋。在烹飪鍋體內因電磁感應就有強大的渦流產生。渦流克服鍋體的內阻流動時完成電能向熱能的轉換，所產生的焦耳熱就是烹調的熱源。

4電磁爐設計要求

電磁爐作為一種普遍的家用產品，除了要具有基本的加熱功能外，它的安全性能及穩定性能是設計的關鍵。

電磁爐設有多種保護裝置，包括小物件檢測、過熱自動停機保護、過壓或欠壓自動停機保護、空燒自動停止加熱保護、2小時斷電保護、1～2分鐘自動停機保護以及聲光報警顯示等。

綜合起來，電磁爐可由下述技術特性參數考核：

（1）自身保護特性。輸出開關管是電磁爐的關鍵元件，工作于高電壓、大功率狀態，受成本和器件參數限制，設計時不可能有很大的富裕量，故在工作過程中，若電源電壓過高、工作狀態切換時產生瞬間沖擊、電流增大、機內溫升過高、鐵鍋挪離灶板或空載，開關管都可能損壞。因此，應保證過壓、過流、過溫、鍋檢測等保護裝置正常；

（2）鍋底溫度控制特征。鍋底發熱直接傳至灶板（陶瓷玻璃），灶板是導熱材料，故一般都將熱敏元件安裝在灶板底部，探測鍋底的溫度；

（3）功率穩定性。電磁爐應具有輸出功率自動調整功能，以改善電源適應性和負載適應性；

（4）電磁兼容性。該性能涉及對其余家電的干擾和對人體的危害。電磁爐均在電源回路中設有LC濾波電路并用金屬圍框吸收漏磁通，同時采用脈沖方式，使平均輻射功率控制在最小限度；

在實現以上電磁爐的性能規格的基礎上，我們設計的電磁爐還具有以下的功能規格：

手動控制火力，從300W~1600W 的范圍，共分為14 檔火力，每檔均有穩定的功率；

手動定溫選擇，從70 ~240℃的范圍，共分為6 檔定溫選擇，每檔都能達到精確定溫；

自動烹調功能，內部自帶1 自動烹調功能：燒水。

6 種自選功能：火鍋，炒菜，蒸煮，燉燜，煎炸，燒烤，其中火鍋，炒菜可以調節不同的火力檔位；蒸煮，燉燜，煎炸，燒烤4 種功能可以選擇不同的溫度。

可以實現1~720 分鐘預約開機功能，1~180 分鐘的定時關機功能。

系統提供2 小時自動關機的保護功能。

5 系統硬件設計

系統采用SPMC65P2404 作為主控MCU，主要模式有：鍵盤掃描，鍋體溫度檢測，IGBT

溫度檢測，電流過流檢測，超壓欠壓檢測，振蕩信號檢測，風扇控制，數碼管顯示控制，LED 控制，蜂鳴器控制，系統啟動控制。

5.1 功率板電路分析

5.1.1 加熱線圈工作電路

交流電220V 經過前端濾波處理，通過整流橋，變成大約310v 左右的直流電，通過MCU控制IGBT 的導通和關閉，來控制加熱線圈的工作狀態。

5.1.2開關電源電路部分

開關電源部分采用TI 公司最新推出的集成電路VIPer12A，來實現不同電壓的輸出，AC 接入后經過半波整流，接到VIPer12A 的電壓輸入腳，輸出端通過穩壓變壓的方式來得到18V 和5V 直流電，為IC 和其他外圍元件提供電源。

5.1.3 電壓值測量電路

AC 接入后，經過半波整流，由R10 和R17 產生分壓，對電路的電壓進行比例式測量，以判斷電路電壓是否超過或者不足。

5.1.4 溫度測量

通過兩個熱敏電阻分別來測試IGBT 和瓷磚底面的溫度，以此來保護IGBT，和對系統進行溫度控制時提供參考。

5.1.5 IGBT 控制電路

電路中包含有電流檢測部分，通過電流互感器將總回路的電流按比較縮小后，通過整流，變成直流，連接電阻到地，系統通過檢查電阻端的電壓來判斷回路的電流大小。同時回路電流若超過一定值后，通過另一端的保護信號反饋到IGBT 的控制端，將控制信號拉低，使IGBT 停止工作，同時送到MCU，讓系統停止工作，并產生報警信號。

5.2 控制板電路分析

主控板中主要由MCU，數碼管，發光二極管，按鍵，復位電路組成，數碼管采用共陽型的，發光二極管驅動方法為動態掃描，按鍵與SEG 線復用，控制COM 口，回讀SEG 數據的I/O 來掃描按鍵。復位電路為低電壓復位電路，當電壓低于2.6V 時，系統產生復位。

6 系統軟件設計

主流程采用分時結構，在每個不同的時間片進行不同的工作，時間片可以對動態掃描的LED進行定時刷新和掃描，方便程序控制。

工作時采用時間輪循的方式，能有效的利用時間資源。過程中主要通過標志的方式將信息傳遞到其他模塊。

6.2 中斷子程序流程圖

電流過流中斷是整個系統唯一的中斷，當產生中斷時，系統馬上停止控制信號，然后置電流過流標志，讓系統在其他地方檢測過流的狀態是否持續3 秒，若是，則產生電流過流的報警信號，系統停止工作。

6.3 功率調節模塊

系統需要根據外部電壓和電流的大小，來計算是否已經達到了設定的功率值，通過比較后的功率大小關系來調整PWM 值，以輸出比較恒定的功率。

假設外部電壓為V1，

MCU 檢測到的電壓值V2，根據電路計算得：

V2=5.1*V1/（330+5.1）

得到的A/D 值DATA 為：

DATA=V2*256/5

外部電流和MCU 通過轉換的電壓的測試值的關系為：

外部電流值/轉換后的電壓=2.4

根據上述關系來換算功率值的大小：

P=V*I=0.06*AD（V）*AD（I）

推出：AD（I）=100*P/（6*AD（V））

確定AD（I）后，再通過調整PWM 值，以使AD（I）達到計算的值。

6.4 系統資源分配

7 結語

電磁爐的優勢首先表現在它的熱效率極高。作為倡導“綠色廚房文化”的高科技產品，電磁爐的應用原理是電流通過線圈產生磁場，磁場內的磁力線通過含鐵物質（鐵鍋、不銹鋼鍋、搪瓷鍋等）的底部時，促使鐵分子高速運動，產生無數小渦流，因此熱效率高。

衛生、清潔，環保是電磁爐的另一個優越性，鐵物質利用磁場感應加熱，不釋放任何物質，無火、無煙、無味，也不升高室溫，真正實現了清潔房間，保護環境。

基于以上優點，電磁爐在家庭生活中得到越來越廣泛的應用，現在許多家庭都在使用電磁爐作為他們的必備炊具之一，而且市場的容量還在不斷壯大。

SPMC65P2404芯片非常適合設計電磁爐產品。它具有的豐富資源能夠設計出一款功能豐富、使用簡易方便的電磁爐產品。而SPMC65P2404具備很強的抗干擾能力，使得設計出的產品具有很高的穩定性和安全性。