Thành phần phần cứng và nguyên tắc mạch của Ban điều khiển tủ khử trùng

Bảng điều khiển là đơn vị điều khiển cốt lõi của tủ khử trùng, tích hợp nguồn cung cấp điện, thu thập tín hiệu, hoạt động logic, ổ đĩa tải và mạch bảo vệ an toàn. Nó nhận ra kiểm soát tự động khử trùng tia cực tím, khử trùng ozone, sấy ở nhiệt độ cao, hoạt động thời gian và bảo vệ khóa cửa. Làm việc trong môi trường kín với độ ẩm, ozone và nhiệt độ cao, thiết kế mạch đòi hỏi sự cô lập đáng tin cậy, chống can thiệp mạnh mẽ và cơ chế an toàn hoàn hảo. Bài viết này giới thiệu một cách có hệ thống kiến trúc phần cứng tổng thể, thành phần của mỗi mô-đun chức năng, nguyên tắc làm việc mạch và logic truyền tín hiệu của bảng điều khiển tủ khử trùng.

Nhìn chung, bảng điều khiển áp dụng thiết kế mạch mô-đun, được chia thành bảy đơn vị chức năng cốt lõi: mô-đun cung cấp điện, hệ thống tối thiểu MCU điều khiển chính, mô-đun tương tác con người-máy tính, mô-đun phát hiện tín hiệu, mô-đun ổ tải, mô-đun bảo vệ khóa an toàn và mạch phụ trợ. Tất cả các mô-đun làm việc hợp tác dưới lịch trình của chip điều khiển chính. mạch dòng yếu hoàn thành thu thập tín hiệu và phán đoán logic, và mạch lái điều khiển bật tắt tải công suất cao, nhận ra sự tách biệt dòng mạnh và yếu để đảm bảo an toàn điện và ổn định hoạt động.

Mô-đun cung cấp điện cung cấp điện áp DC ổn định cho toàn bộ bảng điều khiển và là nền tảng cho hoạt động bình thường của tất cả các mạch. Lưới AC 220V đầu tiên đi qua một cầu chì và một varistor. Chính chìn cung cấp bảo vệ quá dòng và ngắn mạch. Varistor hấp thụ điện áp tăng để ngăn chặn điện áp cao tức thời làm hỏng mạch giai đoạn sau. Sau đó, dòng điện vào mạch lọc EMI bao gồm các cảm ứng chế độ chung và tụ điện an toàn để ức chế nhiễu điện từ từ lưới điện và ngăn chặn chính thiết bị tạo ra ô nhiễm hài hòa. Sau khi lọc, năng lượng AC được chia thành hai con đường: một trực tiếp cung cấp năng lượng cho tải công suất cao như đèn cực tím, máy phát ozone và ống sưởi ấm; người khác được chuyển đổi thành điện DC điện áp thấp thông qua một mạch bước xuống.

Hầu hết các tủ khử trùng gia đình đều áp dụng kế hoạch giảm bước điện trở để kiểm soát chi phí, trong khi các mô hình trung bình đến cao cấp và thương mại sử dụng nguồn cung cấp điện chuyển đổi cô lập để an toàn cao hơn. Mô-đun năng lượng đầu ra hai nhóm điện áp phổ biến: +12V cung cấp năng lượng cho ri-le, máy rung và quạt làm mát; + 5V được sử dụng cho MCU điều khiển chính, cảm biến, mạch khóa và đơn vị hiển thị. Nhiều tụ điện phân và tụ gốm được kết nối song song tại đầu cuối đầu ra để lọc sóng tần số cao và thấp, đảm bảo đầu ra điện áp ổn định và tránh hoạt động bất thường của chip do biến động điện áp.

Hệ thống điều khiển tối thiểu MCU chính là trung tâm hoạt động logic của bảng điều khiển, chủ yếu bao gồm một máy vi tính chip đơn thiết bị gia dụng chuyên dụng 8 bit, mạch dao động tinh thể và mạch thiết lập lại. Bộ dao động tinh thể cung cấp một đồng hồ hoạt động ổn định cho MCU để xác định tốc độ chạy chương trình. mạch thiết lập lại hoàn thành khởi tạo hệ thống khi bật điện, và có thể tự động thiết lập lại khi chương trình chạy hoặc sụp đổ. Các cổng I / O tích hợp, giao diện chuyển đổi AD, bộ đếm thời gian và cổng gián đoạn của MCU được kết nối tương ứng với mỗi mô-đun chức năng. Logic hoạt động của nó như sau: quét và nhận hướng dẫn hoạt động của người dùng trong thời gian thực, thu thập tín hiệu nhiệt độ và trạng thái cửa, thực hiện phán đoán và hoạt động logic theo các chương trình được thiết lập trước, và gửi tín hiệu mức điều khiển đến mô-đun ổ đĩa để bật hoặc tắt tải tương ứng, để thực hiện khử trùng, sấy, thời gian và các chức năng khác. Một mạch watchdog thường được tích hợp để theo dõi trạng thái hoạt động của chương trình mọi lúc và cải thiện khả năng chống nhiễu tổng thể.

Mô-đun tương tác con người-máy tính nhận ra tương tác lệnh con người-máy và hiển thị trạng thái, bao gồm mạch khóa, mạch hiển thị và mạch nhắc âm thanh quang học. mạch chìa khóa được chia thành các phím cảm ứng cơ khí truyền thống và các phím cảm ứng điện dung. Chế độ quét I / O độc lập hoặc ma trận được áp dụng. Khi một phím được nhấn, mức độ của pin tương ứng thay đổi và MCU xác định hướng dẫn chức năng. Đối với các phím cảm ứng, một chip phát hiện cảm ứng đặc biệt được phù hợp, với điện trở lọc ngoại vi và tụ điện để ngăn chặn kích hoạt sai do độ ẩm và điện tĩnh. mạch hiển thị sử dụng đèn chỉ báo LED, ống kỹ thuật số hoặc màn hình LCD mã phân đoạn, được điều khiển trực tiếp bởi MCU hoặc một chip điều khiển hiển thị chuyên dụng để hiển thị chế độ làm việc, thời gian còn lại, mức bánh răng và mã lỗi. mạch âm thanh-quang học được bao gồm ba cực và buzzers. MCU đầu ra tín hiệu cấp độ để kiểm soát tiếng ồn để nhắc âm thanh để xác nhận bật điện, phản ứng khóa, hoàn thành công việc và báo động lỗi.

Mô-đun phát hiện tín hiệu chủ yếu bao gồm mạch lấy mẫu nhiệt độ và mạch phát hiện công tắc cửa. mạch lấy mẫu nhiệt độ sử dụng nhiệt điện tử NTC như các yếu tố cảm biến nhiệt độ. Thermistor tạo thành một vòng chia điện áp với một điện trở cố định chính xác được cung cấp bởi +5V. Sự kháng của nhiệt istor thay đổi với nhiệt độ bên trong của tủ, dẫn đến sự thay đổi liên tục của điện áp chia. Tín hiệu điện áp tương tự được truyền đến MCU' cổng AD, và chip chuyển đổi nó thành số lượng kỹ thuật số để có được nhiệt độ thời gian thực. mạch này được sử dụng để kiểm soát nhiệt độ sấy nhiệt độ cao và cảnh báo sớm quá nhiệt độ. Một tụ lọc được kết nối song song tại đầu cuối lấy mẫu để loại bỏ sự jitter tín hiệu gây ra bởi sự can thiệp.

mạch phát hiện khóa cửa là một thiết kế độc đáo của tủ khử trùng. Nó áp dụng công tắc cửa cơ học kết nối với các cổng I / O của MCU. Khi cửa tủ đóng bình thường, công tắc được bật và mạch được tiến hành; khi cửa được mở vô tình trong quá trình hoạt động, công tắc bị ngắt kết nối và MCU ngay lập tức bắt được sự thay đổi mức độ. Kết hợp với logic chương trình, nó cưỡng bức cắt giảm tải khử trùng để ngăn chặn tia cực tím và ozone rò rỉ ra và làm tổn thương cơ thể con người.

Mô-đun lái tải là đơn vị thực hiện cho dòng chảy yếu để kiểm soát dòng chảy mạnh mẽ, chịu trách nhiệm lái đèn cực tím, máy phát ozone, ống sưởi ấm và quạt. Nó áp dụng mạch kết hợp cổ điển của khuếch đại ba cực, cách ly optocoupler và công tắc relê. Đầu ra tín hiệu điều khiển yếu của MCU được khuếch đại bởi ba cực và sau đó được truyền đến bộ quang. Bộ kết nối quang nhận ra sự cô lập điện hoàn toàn giữa các mạch dòng mạnh và yếu, cô lập hiệu quả sự can thiệp dòng mạnh và cải thiện an toàn. Giai đoạn sau của optocoupler lái cuộn dây rơ le để kéo vào, và các tiếp xúc rơ le kết nối nguồn AC 220V với tải tương ứng. Các tải khác nhau được trang bị các vòng ổ đĩa độc lập: đèn cực tím và máy phát ozone sử dụng relê công suất nhỏ; ống sưởi ấm nhiệt độ cao sử dụng relé dòng chảy cao. Một số mô hình sử dụng thyristor hai chiều để điều chỉnh công suất không bước của các thành phần sưởi ấm để đạt được sấy nhiệt độ liên tục.

Mô-đun bảo vệ khóa an toàn là một đảm bảo chính cho hoạt động an toàn của tủ khử trùng, kết hợp bảo vệ cưỡng bức phần cứng và bảo vệ logic phần mềm. Về bảo vệ phần cứng, an chì nhiệt và bộ điều khiển nhiệt độ cơ học được kết nối hàng loạt trong mạch sưởi ấm nhiệt độ cao. Khi nhiệt độ bên trong bị quá nóng bất thường, các tiếp xúc sẽ tự động ngắt kết nối để cắt nguồn cung cấp điện, vẫn có thể hoạt động bình thường ngay cả khi MCU bị thất bại. Công tắc khóa cửa được đề cập ở trên tạo thành một khóa vật lý. Một khi cửa được mở, tất cả các tải khử trùng và sưởi ấm được khóa ngay lập tức. Về bảo vệ phần mềm, MCU đánh giá lỗi theo tín hiệu nhiệt độ và trạng thái cảm biến. Khi nhiệt độ vượt quá giới hạn hoặc cảm biến mở / ngắn mạch, chương trình dừng tất cả đầu ra và kích hoạt báo động. Chính chìn điện tại đầu cuối đầu vào nhận ra sự bảo vệ quá dòng và ngắn mạch cho toàn bộ máy.

Các mạch phụ trợ bao gồm mạch chống tĩnh điện, đầu cuối dây và các thành phần bảo vệ bảng. Diode bảo vệ ESD được kết nối với các pin tín hiệu chính để giải phóng điện tĩnh và ngăn chặn chip bị hỏng. Vì môi trường bên trong của tủ khử trùng ẩm ướt, toàn bộ bảng mạch được phủ bằng sơn chống ba để ngăn chặn ngưng tụ gây ra sự leo thang và ngắn mạch. Các đầu cuối dây áp dụng đầu cuối chống ăn mòn và nhiệt độ cao để thích ứng với môi trường ẩm ướt và ozone dài hạn.

Dòng chảy làm việc tổng thể của mạch như sau: Sau khi bật điện, mô-đun điện đầu ra điện áp ổn định, MCU hoàn thành khởi tạo và tự kiểm tra của mỗi mô-đun, và thiết bị bước vào trạng thái chờ. Người dùng chọn chế độ làm việc và thiết lập thời gian thông qua các phím. MCU nhận được hướng dẫn và đầu tiên phát hiện trạng thái của cửa tủ. Chỉ khi cửa đóng chặt chẽ mới có thể bắt đầu thủ tục tiếp theo. Hệ thống bật các tải tương ứng như đèn cực tím, máy phát ozone hoặc ống sưởi ấm thông qua mạch lái theo chế độ được chọn. Trong khi hoạt động, nhiệt độ và trạng thái cửa được theo dõi theo thời gian thực. Nếu một trạng thái bất thường được phát hiện, mạch bảo vệ hoạt động ngay lập tức. Khi thời gian thiết lập kết thúc, MCU tự động cắt giảm tất cả các tải, và buzzer gửi một lời nhắc hoàn thành. Toàn bộ mạch hoạt động trong vòng kín để hoàn thành toàn bộ quá trình khử trùng và sấy.

Kết luận, bảng điều khiển tủ khử trùng lấy nguồn cung cấp điện và MCU làm lõi, và hợp tác với các mạch phát hiện, tương tác, lái xe và bảo vệ để hình thành một hệ thống điều khiển dòng điện mạnh mẽ và yếu hoàn chỉnh. Mục tiêu là môi trường đặc biệt của bức xạ cực tím, ozone, nhiệt độ cao và độ ẩm, mạch thông qua các thiết kế mục tiêu như cách điện, chống can thiệp, chống ẩm và bảo vệ an toàn nhiều lớp. Hiểu thành phần phần cứng và nguyên tắc mạch là cơ sở cho việc khắc phục lỗi thiết bị, bảo trì lỗi và nâng cấp chức năng sản phẩm.