一种自动进出料的微波加热装置及操作方法
【专利摘要】本发明属于食品加热设备【技术领域】，提供了一种自动进出料的微波加热装置及操作方法，包括驱动控制电路、加热主电路、自动进料装置、进口传感器、加热腔、自动出料装置和出口传感器；驱动控制电路，分别与自动进料装置、加热主电路、自动出料装置相连接；自动进料装置，包括进料通道、配重块、配重密封板和平衡板；加热腔，包括加热室、散热细孔、磁控管、加热底板、复位孔、散热风扇、热电偶、波导、转盘电机和变压器；自动出料装置，包括无底推送板、推杆电机、电动推杆、出口门、出料通道、出料口和2个复位监控开关。本发明具有无需人工操作，工作效率高，省时省力，实现全自动化工作的优点。
【专利说明】一种自动进出料的微波加热装置及操作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于食品加热设备【技术领域】，特别涉及一种便于工作人员更换存货、方便 于消费者操作、故障率低的自动进出料的微波加热装置及操作方法。
【背景技术】
[0002] 随着社会的日益发展，人们对生活水平的要求也越来越高。为了保证食品的卫生， 大多数食品在食用前都需要加热；目前，在食品加热领域用得最多的是家用微波炉，这种微 波炉能够提高食品加热速度，但加热前后的准备工作都需要手工操作完成，存在自动化程 度较低，操作麻烦的问题。
[0003] 现有的家用微波炉加热技术的核心是依靠磁控管产生高频电磁波对事物进行加 热，采用芯片控制主电路的通断时间来控制加热功率，但这些操作都靠手工选择完成，自动 化程度低，操作麻烦，工作效率低，费时费力。
[0004] 在一些需要及时加热的场所和装置里面，尤其是自动售货装置这种高度自动化的 领域里，更需要一种快速全自动的加热装置。它要求能够自动进料继而自动加热然后自动 出料的全自动加热装置。
[0005] 因此，食品加热设备【技术领域】急需一种无需人工操作，工作效率高，省时省力，实 现全自动化工作的自动进出料的微波加热装置及操作方法。
【发明内容】
[0006] 本发明提供了一种自动进出料的微波加热装置及操作方法，技术方案如下： 一种自动进出料的微波加热装置，其中，包括：电源、驱动控制电路、加热主电路、自动 进料装置、进口传感器、加热腔、自动出料装置和出口传感器； 驱动控制电路，分别与自动进料装置、加热主电路、自动出料装置相连接； 电源，与加热主电路相连接； 自动进料装置，包括进料通道、配重块、配重密封板和平衡板，并且进料通道一端与加 热腔相连接，另一端具有进料口，平衡板设置在进料口处，配重密封板呈L型，L型的一边与 平衡板搭接在一起，另一边搭在进料口的外壁上，底部设置有配重块； 进口传感器，安装于进料通道外壁上； 自动出料装置，包括无底推送板、出口门、推杆电机、电动推杆、出料通道、出料口、2个 复位监控开关，并且无底推送板的一端与出口门相连接，出料通道一端与加热腔的底边相 连接，出料通道口径与无底推送板的宽度相同，出料口位于所述出料通道的另一端，电动推 杆与出口门紧固连接，2个复位监控开关分别安装于出口门内侧，驱动控制电路与推杆电 机、2个复位监控开关相连接； 所述出口传感器，位于出料通道的外壁上。
[0007] 如上所述的一种自动进出料的微波加热装置，其中，加热腔，还包括加热炉和器件 室，并且器件室安装于加热炉的外部，加热炉由散热细孔、加热室、加热底板和复位孔组成， 加热底板位于加热室底部，散热细孔和复位孔位于加热室的侧壁上，2个复位监控开关与 复位孔对齐，器件室上面安装有热继电器、磁控管、散热风扇、热电偶、波导、转盘电机和变 压器，并且加热室与进料通道相连接，热继电器安装于磁控管上方，变压器安装于磁控管下 方，散热风扇安装于器件室后侧壁上，波导位于加热底板外部转盘电机通过波导与变压器 相连接，磁控管与变压器相连接；加热主电路，还包括总开关和热继电器控制电路、转盘电 机控制电路、风扇电机控制电路、电阻R、电容C和双向晶闸管，电源通过总开关、热继电器 控制电路与转盘电机控制电路相连接，电阻R与电容C串联后再与双向晶闸管并联，转盘电 机控制电路与风扇电机控制电路并联后连接于电源线上；驱动控制电路，还包括进口传感 器控制电路、出口传感器控制电路、热电偶控制电路、A/D转换器、单片机、功率控制器、报警 电铃控制电路，并且进口传感器控制电路和出口传感器控制电路都与单片机相连接，热电 偶控制电路通过A/D转换器与单片机相连接，功率控制器由光耦隔离和驱动器组成，功率 控制器一端与单片机相连接，另一端与双向晶闸管相连接，器件室上面安装的热继电器、磁 控管、散热风扇、热电偶、波导、转盘电机和变压器都对应的接于加热主电路或者驱动控制 电路上。
[0008] 如上所述的一种自动进出料的微波加热装置，其中，加热主电路还包括：熔断器、 2个复位监控开关控制电路、功率控制开关、高压电容器、高压二极管，并且熔断器依次与 2个复位监控开关控制电路、功率控制开关和变压器控制电路串联，变压器控制电路二次 侧分2个绕组，一个绕组给磁控管控制电路供电，另一个绕组给高压电容器、高压二极管供 电，高压二极管与磁控管控制电路相连接。
[0009] 如上所述的一种自动进出料的微波加热装置，其中，进口传感器和出口传感器都 为光电传感器。
[0010] 如上所述的一种自动进出料的微波加热装置，其中，进料通道和出料通道都为弧 形金属通道。
[0011] 如上所述的一种自动进出料的微波加热装置，其中，无底推送板由耐高温的材料 制成。
[0012] 一种自动进出料的微波加热装置的操作方法，包括如下步骤： 步骤一，当食物掉下时，打破L型配重密封板的平衡状态，配重密封板受食物的重力的 作用被压下，进而食物进入进料通道；当食物进入进料通道后配重密封板又重新回到平衡 位置将加热腔密封起来； 步骤二，位于进料口处的进口传感器检测到有食物掉落，并即将进入加热腔时，会传递 给驱动控制电路一个食物待加热的信号，驱动控制电路通过检测推杆电机的当前状态进而 判断出口门是否关闭，当出口门未关闭时，则命令推杆电机运动，进而通过推杆带动出口门 运动，直至推杆电机处于复位状态，并且发送给控制电路一个出口门关闭良好的信号，当出 口门关闭后，驱动控制电路命令加热主电路对加热腔进行加热； 步骤三，加热完成后，驱动控制电路命令加热主电路停止工作，驱动控制电路命令推杆 电机运动，推杆电机带动推杆运动，电动推杆进而带动出口门向外运动，位于出口门和挡板 内的食物随着出口门向外运动，直至落入出料通道内，被位于出料口处的出口传感器检测 到食品通过后，出口传感器传递给驱动控制电路一个出货信号，驱动控制电路随即命令推 杆电机一个反向转动信号，将出口门进行复位； 步骤四，食物从出料通道的出料口传出，完成食物的自动进料、加热和出料的工作。
[0013]如上所述的一种自动进出料的微波加热装置的操作方法，其中，步骤二中的加热 主电路对加热炉内的食物进行加热的具体步骤为： 首先，加热主电路对变压器、转盘电机进行供电，进而与变压器相连接的磁控管受电后 向加热室内发出微波，微波通过波导从磁控管处被引到加热室底部的加热底板上； 进一步地，在转盘电机的转动下，微波被均匀的发散到加热室内部并对食物进行加热。[0014]如上所述的一种自动进出料的微波加热装置的操作方法，其中，若复位就接通总 开关S3,驱动控制电路控制给加热主电路供电，加热主电路依次供电给变压器、磁控管，并 通过控制双向晶闸管的导通和关断时间比例来控制磁控管的功率，具体步骤如下： 首先，在装置运行前要对加热炉设定温度，通过在单片机中设定温度让食物被加热到 该温度。功率控制器对磁控管的功率控制采用PID算法控制，通过装设于加热室外侧的热 电偶不断检测加热室内温度，将采集的温度模拟信号通过A/D转换器转换成单片机所能识 别的数字信号，单片机采用PID算法对采集的数据和设定的数据进行处理，并把处理后的 数据通过PWM格式输出给驱动控制器从而控制磁控管功率； 进一步地，采用过零触发的方式控制双向晶闸管调节电压从而控制磁控管的输出功 率； 根据仪器测得热电动势￡(〖3(|)并根据公式￡^〖(|)=￡(〇4(〖 (|)求得加热炉内温度对 应的电势，其中，热电偶在使用时要保持其冷端温度为tyEa，、）为测得的电势，E(t)为加 热炉内温度对应的电势，Eaj为热电偶参考端的电势，电势单位mV。t，、分别为加热炉内 温度和热电偶参考端温度，并列出热电偶的温度一电动势分度表； 进一步地，热电偶使用时要保持冷端温度不变，而该温度电动势分度表是采用冷端温 度t^CTC，由于实际环境无法达到0°C，因此要采用不平衡电桥加以补偿； 进一步地，加热主电路将测得的模拟电压信号通过A/D转换器转换为数字信号，并经 过运算得出电动势E(t)，然后与上述温度一电动势分度表进行比对得到实际温度值t ; 进一步地，单片机将采样运算得到的温度值与预先设定温度值做差，将偏差按增量PID 算法运算得到控制双向晶闸管的高低电平信号，并将该信号以PWM形式输出到双向晶闸管 的加热主电路上，加热主电路通过PWM电平信号来控制晶闸管的导通与关断时间，从而控 制磁控管功率来达到加热室的预设温度值； 进一步地，双向晶闸管控制采用过零触发的断续控制方式，单片机通过PID算法改变 控制信号的脉冲宽度，从而改变双向晶闸管在一个控制周期T内的导通时间，继而控制晶 闸管的输出电压，加热主电路通过控制PWM信号的占空比来控制磁控管的输出平均功率， 得出PWM信号和晶闸管的波形曲线，进而得出实际输出的功率的具体公式：
【权利要求】
1. 一种自动进出料的微波加热装置，其特征在于，包括：电源、驱动控制电路、加热主 电路、自动进料装置、进口传感器、加热腔、自动出料装置和出口传感器； 所述驱动控制电路，分别与所述自动进料装置、加热主电路、自动出料装置相连接； 所述电源，与所述加热主电路相连接； 所述自动进料装置，包括进料通道、配重块、配重密封板和平衡板，并且所述进料通道 一端与加热腔相连接，另一端具有进料口，所述平衡板设置在进料口处，所述配重密封板呈 L型，L型的一边与所述平衡板搭接在一起，另一边搭在所述进料口的外壁上，底部设置有 所述配重块； 所述进口传感器，安装于所述进料通道外壁上； 所述自动出料装置，包括无底推送板、出口门、推杆电机、电动推杆、出料通道、出料口、 2个复位监控开关，并且所述无底推送板的一端与出口门相连接，所述出料通道一端与加 热腔的底边相连接，所述出料通道口径与无底推送板的宽度相同，出料口位于所述出料通 道的另一端，所述电动推杆与出口门紧固连接，2个所述复位监控开关分别安装于出口门内 侧，所述驱动控制电路与推杆电机、2个复位监控开关相连接； 所述出口传感器，位于所述出料通道外壁上。
2. 根据权利要求1所述的一种自动进出料的微波加热装置，其特征在于，所述加热腔， 还包括加热炉和器件室，并且所述器件室安装于加热炉的外部，所述加热炉由散热细孔、力口 热室、加热底板和复位孔组成，所述加热底板位于加热室底部，所述散热细孔和复位孔位于 加热室的侧壁上，2个所述复位监控开关与复位孔对齐，所述器件室上面安装有热继电器、 磁控管、散热风扇、热电偶、波导、转盘电机和变压器，并且所述加热室与进料通道相连接， 所述热继电器安装于磁控管上方，所述变压器安装于磁控管下方，所述散热风扇安装于器 件室后侧壁上，所述波导位于加热底板外部； 所述加热主电路，还包括总开关和热继电器控制电路、转盘电机控制电路、风扇电机控 制电路、电阻R、电容C、双向晶闸管、磁控管控制电路、波导控制电路和变压器控制电路，所 述电源通过总开关、热继电器控制电路与转盘电机控制电路、变压器控制电路相连接，所述 电阻R与电容C串联后再与双向晶闸管并联，所述磁控管控制电路一端与变压器控制电路 相连接，另一端与所述波导控制电路相连接，所述转盘电机控制电路与风扇电机控制电路 并联后连接于电源线上； 所述驱动控制电路，还包括进口传感器控制电路、出口传感器控制电路、热电偶控制电 路、A/D转换器、单片机、功率控制器和报警电铃控制电路，并且所述进口传感器控制电路和 出口传感器控制电路都与单片机相连接，所述热电偶控制电路通过A/D转换器与单片机相 连接，所述功率控制器由光耦隔离和驱动器组成，所述功率控制器一端与单片机相连接，另 一端与所述双向晶闸管相连接，所述器件室上面安装的热继电器、磁控管、散热风扇、热电 偶、波导、转盘电机和变压器都对应的接于加热主电路或者驱动控制电路上。
3.根据权利要求2所述的一种自动进出料的微波加热装置，其特征在于，所述加热主 电路还包括：熔断器、2个复位监控开关控制电路、功率控制开关、高压电容器、高压二极 管，并且所述熔断器依次与2个复位监控开关控制电路、功率控制开关和变压器控制电路 串联，所述变压器控制电路侧分2个绕组，一个所述绕组给磁控管控制电路供电，另一个所 述绕组给高压电容器、高压二极管供电，高压二极管供电后与磁控管控制电路相连接。
4.根据权利要求1所述的一种自动进出料的微波加热装置，其特征在于，所述进口传 感器和出口传感器都为光电传感器。
5.根据权利要求1所述的一种自动进出料的微波加热装置，其特征在于，所述进料通 道和出料通道都为弧形金属通道。
6. 根据权利要求1所述的一种自动进出料的微波加热装置，其特征在于，所述无底推 送板都由耐高温的材料制成。
7. -种自动进出料的微波加热装置的操作方法，其特征在于，包括如下步骤： 步骤一，当食物掉下时，打破L型配重密封板的平衡状态，配重密封板受食物的重力的 作用被压下，进而食物进入进料通道；当食物进入进料通道后配重密封板又重新回到平衡 位置将加热腔密封起来； 步骤二，位于进料口处的进口传感器检测到有食物掉落，并即将进入加热腔时，会传递 给驱动控制电路一个食物待加热的信号，驱动控制电路通过检测推杆电机的当前状态进而 判断出口门是否关闭，当出口门未关闭时，则命令推杆电机运动，进而通过推杆带动出口门 运动，直至推杆电机处于复位状态，驱动控制电路一个出口门关闭良好的信号，当出口门关 闭后，驱动控制电路命令加热主电路对加热腔进行加热； 步骤三，加热完成后，驱动控制电路命令加热主电路停止工作，驱动控制电路命令推杆 电机运动，推杆电机带动推杆运动，电动推杆进而带动出口门向外运动，位于出口门和挡板 内的食物随着出口门向外运动，直至落入出料通道内，被位于出料口处的出口传感器检测 到食品通过后，出口传感器传递给驱动控制电路一个出货信号，驱动控制电路随即命令推 杆电机一个反向转动信号，将出口门进行复位； 步骤四，食物从出料通道的出料口传出，完成食物的自动进料、加热和出料的工作。
8. 根据权利要求7所述的一种自动进出料的微波加热装置的操作方法，其特征在于， 所述步骤二中的加热主电路对加热炉内的食物进行加热的具体步骤为： 首先，加热主电路对变压器、转盘电机进行供电，进而与变压器相连接的磁控管受电后 向加热室内发出微波，微波通过波导从磁控管处被引到加热室底部的加热底板上； 进一步地，在转盘电机的转动下，微波被均匀的发散到加热室内部并对食物进行加热。
9. 根据权利要求8所述的一种自动进出料的微波加热装置的操作方法，其特征在于， 若步骤二中所述的推杆电机处于复位状态，就接通总开关，驱动控制电路供电给加热主电 路，加热主电路依次供电给变压器、磁控管，并通过控制双向晶闸管的导通和关断时间比例 来控制磁控管的功率，具体步骤如下： 首先，在装置运行前要对加热炉设定温度，通过在单片机中设定温度让食物被加热到 该温度； 功率控制器对磁控管的功率控制采用PID算法控制，通过装设于加热室外侧的热电偶 不断检测加热室内温度，将采集的温度模拟信号通过A/D转换器转换成单片机所能识别的 数字信号，单片机采用PID算法对采集的数据和设定的数据进行处理，并把处理后的数据 通过PWM格式输出给驱动控制器从而控制磁控管功率； 进一步地，采用过零触发的方式控制双向晶闸管调节电压从而控制磁控管的输出功 率； 根据仪器测得热电动势E(Ltci)并根据公式Εα,οιΕω-Εα)求得加热炉 内温度对应的电势，其中，热电偶在使用时要保持其冷端温度为VE(Ltci)为测得 的电势，E(t)为加热炉内温度对应的电势，Eatl)为热电偶参考端的电势，电势单位 mVDt,tQ:分别为加热炉内温度和热电偶参考端温度，并列出热电偶的温度一电动势分度 表； 进一步地，热电偶使用时要保持冷端温度不变，而该温度电动势分度表是采用冷端温 度粍=0°(：，由于实际环境无法达到0°C，因此要采用不平衡电桥加以补偿； 进一步地，加热主电路将测得的模拟电压信号通过A/D转换器转换为数字信号，并经 过运算得出电动势E(t)，然后与上述温度一电动势分度表进行比对得到实际温度值t; 进一步地，单片机将采样运算得到的温度值与预先设定温度值做差，将偏差按增量PID算法运算得到控制双向晶闸管的高低电平信号，并将该信号以PWM形式输出到双向晶闸管 的加热主电路上，加热主电路通过PWM电平信号来控制晶闸管的导通与关断时间，从而控 制磁控管功率来达到加热室的预设温度值； 进一步地，双向晶闸管控制采用过零触发的断续控制方式，单片机通过PID算法改变 控制信号的脉冲宽度，从而改变双向晶闸管在一个控制周期T内的导通时间，继而控制晶 闸管的输出电压，加热主电路通过控制PWM信号的占空比来控制磁控管的输出平均功率， 得出PWM信号和晶闸管的波形曲线，进而得出实际输出的功率的具体公式：
其中，P总表不双向晶闸管全导通时磁控管的输出功率，P表不实际输出的功率，t表不 双向晶闸管在控制周期T内的导通时间，T表示在控制周期内。
10.根据权利要求9所述的一种自动进出料的微波加热装置的操作方法，其特征在于， 所述功率控制器对磁控管的功率控制采用积分分离PID控制算法，在偏差较大时取消积分 作用，能够避免因积分作用使系统的稳定性下降，具体公式为：
其中，u。（k)为输出控制信号，e(k)为本次采样值与设定值的偏差值，e(k-l)为上次 采样的偏差值，k为采样次数，Mp比例系数，M1为积分系数，Md为微分系数，a为积分分离系 数，Tk为采样周期,实际应用时,设定一个阈值ε(Ε>0)，当|e(k)ISε时，a=1，即偏差小于 阈值时，引入积分控制，当Ie(k)I：>ε时，P=0,即偏差大于阈值，取消积分控制，既能避免系 统产生较大超调量又能保证控制精度。
【文档编号】H05B6/80GK104470023SQ201410678622
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年11月24日 优先权日:2014年11月24日
【发明者】冉彬, 曾国辉, 丁稀慧, 黄宇丹, 魏心友 申请人:上海工程技术大学