一种基于分立光mos继电器的厨房多用食物加工设备的制造方法
【专利摘要】本发明公开一种基于分立光MOS继电器的厨房多用食物加工设备，设备包括底座、安装在底座上方的容器以及加工刀具，容器包括容器底盘和容器外罩，其中加工刀具通过传动轴插入容器底盘的轴筒内，设备还包括内置于底座的微控制器、驱动电路、旋转电机、安装在容器底盘轴筒内壁的光电编码器，微控制器采用光MOS继电器来控制驱动电路中功率开关器件的通断，采用光电编码器分别检测刀具规格型号和旋转电机转速，通过输出转速控制信号来触发分立光MOS继电器的通断，从而控制旋转电机运转，使其与刀具规格型号相匹配的转速运转。本发明可自动识别刀具的规格型号、检测电机的转速，且具有加工操作智能化、设备可靠、隔离保护安全高，生产成本低的特点。
【专利说明】
一种基于分立光MOS继电器的厨房多用食物加工设备
技术领域
[0001]本发明涉及小型加工设备，更具体地，涉及一种基于分立光MOS继电器的厨房多用食物加工设备。
【背景技术】
[0002]随着生活水平的提高和健康意识的加强，人们的饮食结构也变得多元化，食物加工机这种小型加工设备常被用于实现食物速切、搅拌或榨汁等加工操作。现有的食物加工机一般带有多种可更换的加工刀具，以处理不同类型的食物。食物加工机使用不同刀具处理食物时需要采用不同的电机转动速度，传统的食物加工机通常通过手动调节旋钮或者按钮，来选择不同的电机转动速度。这种方法不仅在操作上会给使用者带来麻烦和不便，还可能因为选错转速造成刀具的损坏和食材的浪费。
[0003]另外，传统的食物加工机采用带轮减速装置实现电机换挡变速，这种方法调速范围小，不能准确控制速度，且因为缺少电气隔离，所以电路安全等级较低。在人们不断追求高品质饮食文化的今天，消费者希望食物加工机能够智能地识别安装的刀具型号，并自动地控制电机以与刀具相匹配的转速运转。传统的食物加工机已经不能满足消费者的需求，为了提高食物加工机的智能水平和安全等级，发明一种有效的食物加工机智能控制方法是十分必要的。
【发明内容】
[0004]为了克服现有技术的不足，本发明提出了一种基于分立光MOS继电器的厨房多用食物加工设备，以提高小型加工设备的智能水平和安全等级。
[0005]为了实现上述目的，本发明的技术方案为:
一种基于分立光MOS继电器的厨房多用食物加工设备，所述的厨房多用食物加工设备包括底座、安装在底座上方的容器以及加工刀具，容器包括容器底盘和容器外罩，其中加工刀具通过传动轴插入容器底盘的轴筒内，所述厨房多用食物加工设备还包括内置于底座中的微控制器、驱动电路、旋转电机、安装在容器底盘轴筒内壁的光电编码器，所述的微控制器采用分立光MOS继电器来控制驱动电路中功率开关器件的通断，采用光电编码器以复用方式分别检测刀具规格型号和旋转电机转速，通过输出转速控制信号来触发分立光MOS继电器的通断，从而控制旋转电机运转，使其与刀具规格型号相匹配的转速运转。
[0006]更进一步地，所述的微控制器根据识别的刀具规格型号输出矩形脉冲信号，用来触发多路分立光MOS继电器，以控制驱动电路中对应的功率开关器件的导通或关断，从而产生正弦脉宽调制(SPWM)信号，并驱动旋转电机以预设的转速运转;其中，所述的光MOS继电器起到了隔离微控制器I/O端口与强电回路的作用，消除了强电回路对微控制器系统的工频干扰。
[0007]更进一步地，所述的光电编码器包括红外发射单元、红外接收单元，所述的红外发射单元和红外接收单元成对的组成红外对射收发套件，安置于容器底盘的轴筒内壁的两侦U，所述的光电编码器以复用的方式分别检测刀具规格型号和旋转电机转速，即所述的光电编码器既可以用于识别刀具的种类并输出刀具型号编码，又可以用于检测电机转速，从而实现刀具/速度检测方法的二合一设计。
[0008]更进一步地，所述的红外发射单元设置了一排垂直分布的红外发射管，对应地，所述的红外接收单元设置了一排垂直分布的光敏接收管，且刀具的传动轴上分布有一排小孔；当刀具通过传动轴插入所述的容器底盘的轴筒内时，红外发射管与光敏接收管之间的红外线信号将被阻断，当刀具通过传动轴转动时，如果红外发射管与光敏接收管之间存在小孔，那么光敏接收管接收到透过小孔的红外线信号输出高电平，如果红外发射管与光敏接收管之间不存在小孔，那么光敏接收管无法接收到红外线信号，保持低电平，每种刀具的传动轴上的小孔分布是唯一的，与刀具型号的二进制编码相对应，各刀具型号对应的二进制编码存储在微控制器内。
[0009]更进一步地，任意一种刀具的传动轴上都设置有一个用于检测刀具转速的小孔，当刀具的传动轴转动时，该小孔对应的光敏接收管将产生频率为脉冲信号，所述的刀具转速为单位时间内光敏接收管产生的脉冲信号的数量。
[0010]更进一步地，所述的微控制器首先通过所述的光电编码器识别出加工刀具型号，然后自动查询与该加工刀具相匹配的速度，最后输出转速控制信号触发光MOS继电器的通断，控制电机以与该加工刀具相匹配的速度运转。
[0011]在电机调速控制过程中，厨房多用食物加工设备的微控制器通过所述的光电编码器采集电机的转速信号，将电机的转速作为反馈信号，实现电机调速的闭环控制。
[0012]更进一步地，所述的微控制器通过所述的光电编码器采集旋转电机的转速信号，将旋转电机的转速作为反馈信号，实现旋转电机调速闭环控制。
[0013]更进一步地，所述的微控制器通过所述的光电编码器检测刀具是否安装到位，如果刀具没有安装到位，那么控制旋转电机停止工作，所述的微控制器通过所述的光电编码器检测旋转电机转速，如果旋转电机堵转，那么控制旋转电机停止转动并发出报警信息。
[0014]本发明的有益效果是:首先，采用光电编码器以复用方式分别检测刀具规格型号和电机转速，并控制电机以与刀具规格型号相匹配的转速运转，避免了手动调节电机转速所带来的麻烦与不便，使得操作更加方便与智能化，同时也可以减少因误操作带来的刀具损坏与食材浪费风险;其次，利用微控制器触发分立光MOS继电器，控制逆变电路产生正弦脉宽调制(SPffM)信号以调节电机转速，光MOS继电器作为微控制器I/O端口与强电回路的隔离器件，消除了强电回路对微控制器系统的工频干扰，有利于保护电路和提高设备安全等级;再次，采用光电编码器检测加工刀具的转速，实现电机转速回馈闭环控制，使系统更加可靠，控制更加精准;最后，刀具/速度检测复用的光电编码器既可以识别刀具规格型号，又可以检测电机转速，达到了一举两得、降低成本的效果。
【附图说明】
[0015]图1是食物加工机的结构示意图。
[0016]图2是实施例中的食物加工机配套的I号加工刀具。
[0017]图3是实施例中的食物加工机配套的2号加工刀具。
[0018]图4是实施例中的食物加工机配套的3号加工刀具。
[0019]图5是实施例中的光电编码器的原理图。
[0020]图6是基于分立光MOS继电器的食物加工机的系统框图。
[0021 ]图7是基于分立光MOS继电器的食物加工机的控制方法的流程图。
【具体实施方式】
[0022]附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制;为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；
对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
[0023]本实施例提出了一种基于分立光MOS继电器的厨房多用食物加工设备，其中的厨房多用食物加工设备可以是食物加工机、榨汁机等，在本实施例中厨房多用食物加工设备是指食物加工机。
[0024]图1为食物加工机的结构示意图，如图1所示，本实施例的食物加工机包括底座1、安装于底座上方的容器底盘3、位于容器底盘3上方的容器外罩4、安装在底座I上的从动齿轮5、主动齿轮6以及多副配套加工刀具10，还包括既可以用于自动识别刀具的种类并输出刀具规格型号编码，又可以检测旋转电机转速的光电编码器7。
[0025]本实施例中，微控制器中存储了与该食物加工机配套的多副加工刀具1的刀具的额定转动速度。微控制器利用光电编码器7检测刀具的规格型号以及刀具转速，利用光MOS继电器控制旋转电机以与刀具的规格型号相匹配的转速运转，并实施旋转电机转速反馈闭环控制。使用者只需要按下食物加工机的启动按钮2，食物加工机将自动地完成食物加工任务。这样避免了手动调节旋转电机转速所带来的麻烦与不便，使得操作更加方便与智能化，同时也可以减少因误操作带来的刀具损坏与食材浪费风险。此外，基于光MOS继电器的旋转电机转速反馈闭环控制使设备系统更加安全可靠，速度控制更加精准。另一方面，刀具/速度检测复用的光电编码器7既可以识别刀具种类，又可以检测旋转电机转速，达到了一举两得、降低成本的效果。
[0026]如图1所示，刀具/速度检测复用的光电编码器7内置于容器底盘3中，由红外发射单元8和红外接收单元9构成。红外发射单元8和红外接收单元9成对地组成红外对射收发套件，安置于容器底盘的轴筒内壁的两侧，红外发射单元8上设置有4个红外发射管，垂直地排列于轴筒内壁的左侧，对应地，红外接收单元9上设置有4个光敏接收管，垂直地排列于轴筒内壁的右侧。刀具10的传动轴上设置有一排小孔11，当刀具10的传动轴插入容器底盘3的轴筒内并转动时，小孔11可以让红外发射管发射的红外线信号通过，并照射在红外接收单元9的光敏接收管上。
[0027]其中，每种刀具的传动轴上的小孔11分布是唯一的，与刀具规格型号的二进制编码相对应，而且每一次只能安装一个具体规格型号的刀具10。
[0028]图2、图3和图4是食物加工机配套的加工刀具中的三种，分别为I号刀具、2号刀具和3号刀具。图5是光电编码器的原理图，如图5所示，刀具10的传动轴插入容器底盘3的轴筒中，传动轴上分布的小孔11与轴筒中的红外发射单元8的红外发射管和红外接收单元9的光敏接收管对齐。当容器底盘3、容器外罩4、刀具10、从动齿轮5安装就绪后，微控制器发出刀具识别的指令，旋转电机带动传动轴进行微转。当刀具10的传动轴转动时，如果红外发射管与光敏接收管之间存在小孔11可以让红外线信号通过，那么光敏接收管接收到红外线信号，并输出高电平，AD转换器检测到信号上升沿则输出数字信号“I”；如果红外发射管与光敏接收管之间没有小孔11，红外线信号被阻断，那么光敏接收管保持低电平，AD转换器检测不到上升沿则输出数字信号“O”。当图2的加工刀具10插入容器底盘3的轴筒中时，红外接收单元9输出二进制编码“1001”，该二进制编码的低三位与图2的加工刀具10的编号“I号”是相对应的；当图3的加工刀具10插入容器底盘3的轴筒中时，红外接收单元9输出二进制编码“1010”，该二进制编码的低三位与图3的加工刀具10的编号“2号”是相对应的；当图4的加工刀具10插入容器底盘3的轴筒中时，红外接收单元9输出二进制编码“1011”，该二进制编码的低三位与图4的加工刀具10的编号“3号”是相对应的。
[0029]需要指出的是，刀具10的传动轴上的第一个小孔11是用于检测旋转电机转速的，任意一种加工刀具10的传动轴上都设置有这个小孔11，所以，加工刀具10的二进制编码的最高位总是“I”。当加工刀具10的传动轴转动时，红外接收单元4的光敏接收管将不连续地接收到红外线信号，并产生一定频率的脉冲信号。加工刀具10的转速即为单位时间内光敏接收管产生的脉冲信号的数量。
[0030]特别注意的是，如果加工刀具10没有被插入容器底盘3的轴筒中，那么与红外接收单元9连接的AD转换器将输出“1111”，这种情况下微控制器将禁止旋转电机工作。一般来说，加工刀具10的型号编码应避免使用“1000”或“1111”这两种特殊的编码。
[0031]本实施例中，容器底盘3设置有4对红外对管，因此可以满足6种(2^-2=6)不同刀具的规格型号编码要求。以此类推，如果采用5对红外对管，那么可以满足14种(2^-2=6)加工刀具的编码要求。
[0032]图6为基于分立光MOS继电器的食物加工机的系统框图。如图6所示，食物加工机通过刀具/速度检测复用的光电编码器7识别出加工刀具10的型号，并将刀具型号编码输入微控制器，微控制器自动地查询与该加工刀具10相匹配的速度，输出开关信号，触发分立光MOS继电器的通断，驱动调速电路控制旋转电机以与该加工刀具10相匹配的速度运转。在旋转电机调速控制过程中，微控制器通过刀具/速度检测复用的光电编码器7采集加工刀具10的转速信号，并将加工刀具10的转速作为反馈信号，实现旋转电机调速闭环控制。
[0033]其中，分立光MOS继电器起到了使微控制器I/O口与强电回路隔离的作用，消除了强电回路对微控制器系统的影响，提高了系统电路的安全等级。微控制器除了可以利用分立光MOS继电器驱动调速电路以控制旋转电机，还可以利用分立光MOS继电器控制其他外围设备。
[0034]本实施例采用的旋转电机是交流异步三相电机，利用SPffM逆变电路对电机进行调速控制。SPWM逆变电路的输入端是六个功率开关器件，微控制器采用分立光MOS继电器控制这六个功率开关器件的通断。如果微控制器输出“关断”信号，那么分立光MOS继电器被关断，对应的功率开关器件关断;如果微控制器输出“导通”信号，那么分立光MOS继电器导通，对应的功率开关器件导通。微控制器按照一定频率和占空比输出“关断”或“导通”信号，触发六个分立光MOS继电器，驱动SPffM逆变电路产生SPffM信号，控制电机以与安装的加工刀具10相匹配的速度运转。其中的分立光MOS继电器的开关频率极高，可以达到20MHz，耐压可达900V以上，完全能够满足SPffM逆变电路的工作要求。
[0035]图7是基于分立光MOS继电器的食物加工机的智能控制方法的流程图。使用者将刀具10插入容器底盘3中，再将从动齿轮5以及相关螺丝安装好，将容器底盘3安装到底座I上，最后把容器外罩4套在容器底盘3上，完成食物加工机的安装。如图7所示，食物加工机上电后，微控制器发出刀具识别的指令，旋转电机带动传动轴微转3秒。刀具/速度检测复用的光电编码器7将识别刀具的种类并输出刀具型号编码，如果检测到的型号编码是“0000”或者“1111”，那么食物加工机发生异常，微控制器将通过分立光MOS继电器控制旋转电机禁止转动。如果检测到的型号编码不是“0000”和“1111”，那么微控制器自动地在存储器中查询与该加工刀具10相匹配的预设的转速，并通过分立光MOS继电器控制旋转电机以预设的转速运转。在旋转电机运转过程中，刀具/速度检测复用的光电编码器7将检测旋转电机的转速，如果旋转电机转速下降为0，那么说明旋转电机发生堵转，微控制器通过分立光MOS继电器控制旋转电机停止工作。如果旋转电机转速不等于0，那么将转速作为反馈信号，微控制器通过分立光MOS继电器对旋转电机实施转速反馈调速闭环控制。
[0036]显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
【主权项】
1.一种基于分立光MOS继电器的厨房多用食物加工设备，所述的厨房多用食物加工设备包括底座、安装在底座上方的容器以及加工刀具，容器包括容器底盘和容器外罩，其中加工刀具通过传动轴插入容器底盘的轴筒内，其特征在于，所述厨房多用食物加工设备还包括内置于底座中的微控制器、驱动电路、旋转电机、安装在容器底盘轴筒内壁的光电编码器，所述的微控制器采用分立光MOS继电器来控制驱动电路中功率开关器件的通断，采用光电编码器以复用方式分别检测刀具规格型号和旋转电机转速，通过输出转速控制信号来触发分立光MOS继电器的通断，从而控制旋转电机运转，使其与刀具规格型号相匹配的转速运转。2.根据权利要求1所述的基于分立光MOS继电器的厨房多用食物加工设备，其特征在于，所述的微控制器根据识别的刀具规格型号输出矩形脉冲信号，用来触发多路分立光MOS继电器，以控制驱动电路中对应的功率开关器件的导通或关断，从而产生正弦脉宽调制(SPffM)信号，并驱动旋转电机以预设的转速运转。3.根据权利要求1所述的基于分立光MOS继电器的厨房多用食物加工设备，其特征在于，所述的光电编码器包括红外发射单元、红外接收单元，所述的红外发射单元和红外接收单元成对的组成红外对射收发套件，安置于容器底盘的轴筒内壁的两侧，所述的光电编码器以复用的方式分别检测刀具规格型号和旋转电机转速。4.根据权利要求3所述的基于分立光MOS继电器的厨房多用食物加工设备，其特征在于，所述的红外发射单元设置了一排垂直分布的红外发射管，对应地，所述的红外接收单元设置了一排垂直分布的光敏接收管，且刀具的传动轴上分布有一排小孔；当刀具通过传动轴插入所述的容器底盘的轴筒内时，红外发射管与光敏接收管之间的红外线信号将被阻断，当刀具通过传动轴转动时，如果红外发射管与光敏接收管之间存在小孔，那么光敏接收管接收到透过小孔的红外线信号输出高电平，如果红外发射管与光敏接收管之间不存在小孔，那么光敏接收管无法接收到红外线信号，保持低电平，每种刀具的传动轴上的小孔分布是唯一的，与刀具型号的二进制编码相对应，各刀具型号对应的二进制编码存储在微控制器内。5.根据权利要求4所述的基于分立光MOS继电器的厨房多用食物加工设备，其特征在于，任意一种刀具的传动轴上都设置有一个用于检测刀具转速的小孔，当刀具的传动轴转动时，该小孔对应的光敏接收管将产生频率为脉冲信号，所述的刀具转速为单位时间内光敏接收管产生的脉冲信号的数量。6.根据权利要求5所述的基于分立光MOS继电器的厨房多用食物加工设备，其特征在于，所述的微控制器首先通过所述的光电编码器识别出加工刀具型号，然后自动查询与该加工刀具相匹配的速度，最后输出转速控制信号触发光MOS继电器的通断，控制电机以与该加工刀具相匹配的速度运转。7.根据权利要求6所述的基于分立光MOS继电器的厨房多用食物加工设备，其特征在于，所述的微控制器通过所述的光电编码器采集旋转电机的转速信号，将旋转电机的转速作为反馈信号，实现旋转电机调速闭环控制。8.根据权利要求7所述的基于分立光MOS继电器的厨房多用食物加工设备，其特征在于，所述的微控制器通过所述的光电编码器检测刀具是否安装到位，如果刀具没有安装到位，那么控制旋转电机停止工作，所述的微控制器通过所述的光电编码器检测旋转电机转速，如果旋转电机堵转，那么控制旋转电机停止转动并发出报警信息。
【文档编号】A47J43/08GK105919468SQ201610415980
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年6月14日
【发明人】李中华, 欧阳灿
【申请人】中山大学