Elektryczny wolnowar - kuchenka do gotowania prosa

Proso należy moczyć przez co najmniej cztery godziny przed gotowaniem. Korzystanie z szybkowaru ciśnieniowego nie jest w tym przypadku dobrym rozwiązaniem. Należy też wziąć pod uwagę wzrost objętości podczas gotowania i dozować proso w taki sposób, by nie urosło ono ponad objętość naczynia.

Proponowane rozwiązanie, to projekt wolnowaru, który doskonale ugotuje pożywne, miękkie i smaczne proso. Taki wolnowar jest energooszczędny, utrzymuje ciepło potrawy dzięki izolacji termicznej, a czas gotowania wynosi od jednej do 1,5 godziny.

Kuchenka wykorzystuje typową grzałkę elektryczną o mocy 1800 W na przemienne napięcie sieciowe 230 V, którą zasilimy napięciem stałym o wartości 48 V. Do tego celu wykorzystamy typową przetwornicę AC-DC o dużej sprawności i napięciu wyjściowym 48 V. Jako klucz włączający grzałkę wykorzystaliśmy tranzystor polowy MOSFET z kanałem typu N. 

Na wstępie należy przeprowadzić następujące szacunkowe obliczenia:

Rezystancja naszej grzałki powinna wynieść: 

Moc przy napięciu 48 V: 

W tych warunkach zasilania prąd grzałki wyniesie:

Te dane determinują właściwą przetwornicę i tranzystor MOSFET załączający grzałkę. Z uwagi na powyższe w naszym projekcie zastosowaliśmy przetwornicę DC o napięciu 48 V i prądzie znamionowym 2,3 A.

W naszej kuchence zastosowaliśmy dwa elementy regulacyjne, określające czas gotowania. Jeden kontroluje temperaturę grzałki, a drugi ustala czas timera który odmierza czas zwłoki do wyłączenia kuchenki. Temperatura jest monitorowana z wykorzystaniem termistora NTC.

Współpracuje on z komparatorem na którym ustawia się próg zadziałania potencjometrem VR2. Gdy termistor osiągnie założoną temperaturę, komparator włączy licznik, który odmierzy czas zwłoki do zakończenia procesu gotowania. Całkowity czas gotowania jest sumą czasu do osiągnięcia założonej temperatury plus czas zwłoki określony timerem. Regulacja temperatury jest w zasadzie jednorazowa. Dlatego VR2 może być potencjometrem montażowym, a jego ustawienie należy dobrać doświadczalnie. Ustawienie timera powinno być dostępne dla obsługi kuchenki. Zatem, powinien być tu wygodny potencjometr wstępnie wyskalowany. Układ czasowy wykonano w sposób dość nietypowy. Zliczana jest ustalona ilość impulsów, a potencjometrem VR1 ustawia się częstotliwość oscylatora taktującego. Proces gotowania kończy się po przepełnieniu 14-to bitowego licznika. Sygnał ten wyłącza klucz, którym jest tu tranzystor MOSFET. Włączenie tego klucza wykonywane jest ręcznie dedykowanym przyciskiem.

Te dwa stopnie swobody w regulacji VR1 i VR2 zapewniają wystarczającą elastyczność dla kuchenki wolnowaru. Wykrywanie temperatury uwzględnia ilość prosa, umożliwiając szybsze podgrzewanie mniejszych ilości i dłuższe czasy dla większych ilości potrawy. Użytkownik może dostosować ustawienie czasu timera w oparciu o swoje doświadczenie, aż proso będzie wystarczająco miękkie. Mając do dyspozycji dwa elementy regulacyjne, użytkownik ma pełną kontrolę nad procesem gotowania, niezależnie od ilości i odmiany przyrządzanej potrawy. 

Opis układu i jego działanie

Pierwszy obejmuje sekcje zasilania, licznika i klucza MOSFET. Na rysunku 4 pokazano budowę komparatora i sygnału „alarmu” sygnalizującego koniec procesu gotowania. 

Zaciski wejściowe przetwornicy AC-DC podłączone są do napięcia przemiennego sieci 230 V za pośrednictwem przełącznika S1. Wyjście +Vdc podłączono bezpośrednio do zacisku H1 spirali grzejnej. Drugi koniec grzałki (H2) połączony jest z drenem tranzystora IRF540. Na wyjściu przetwornicy AC-DC umieszczono także diodę LED1 wskazującą obecność zasilania. Strona wejściowa przetwornicy DC-DC podłączona jest do wyjścia pierwszego konwertera za pośrednictwem diody D1 i rezystora R2. Kondensator C1 o dużej pojemności działa jako filtr eliminujący ewentualne krótkie zaniki napięcia od strony zasilania całości kuchenki. Napięcie wyjściowe Vdc stabilizowane jest do poziomu 48 V, natomiast zasilacz XL7015 dostarcza stabilizowanego napięcia +5 V dla cyfrowej i analogowej części logiki kuchenki wolnowaru.

Układ scalony IC1 CD4060 jest 14-bitowym licznikiem binarnym z wbudowanym obwodem oscylatora. Częstotliwość tego generatora ustalana jest zewnętrznymi elementami R i C, natomiast nie wszystkie bity licznika wyprowadzone są na nóżki układu scalonego (zapewne dlatego, aby zmieścić się w standardowej 16-nóżkowej obudowie). Wyprowadzenia związane z obwodem oscylatora to nóżki 9, 10 i 11 (reszta obsługuje wyjścia poszczególnych sekcji przerzutników licznika). Regulację czasu tak utworzonego timera wykonano poprzez umieszczenie potencjometru VR1 w szereg z rezystorem R7. Wypadkowa rezystancja wraz z pojemnością kondensatora C2, tworzą stałą czasową decydującą o częstotliwości generatora. Specyfika budowy oscylatora w układzie CD4060 wymaga dodatkowej rezystancji na nóżce 11. Nie ma ona dużego wpływu na częstotliwość wytwarzanych oscylacji i powinna być kilkakrotnie wyższa od rezystancji widzianej z wyprowadzenia 10. 

W tak utworzonym timerze ważną rolę pełni też wyprowadzenie 12 licznika, które jest wejściem resetującym. Reset aktywny jest stanem wysokim, i połączono go z wyjściem komparatora – pin 7 IC2B. Licznik rozpoczyna pracę z chwilą przejścia sygnału resetu w stan niski.

Sygnałem wyjściowym w naszej aplikacji jest wyjście z ostatniego bitu licznika na pinie numer 3 IC1. Czas timera odmierzany jest tak długo, aż najstarszy bit przejdzie do stanu wysokiego. Skoro odmierzany czas rozpoczyna się stanem samych zer na wszystkich bitach licznika, czas tak utworzonego timera obejmuje 213 (czyli 8192) okresów taktującego zegara. Gdy VR1 ustawimy w położenie minimum, wtedy częstotliwość oscylatora wyniesie 7,35 Hz. W drugim skrajnym położeniu potencjometru częstotliwość ta spadnie do 2,53 Hz. To oznacza, że nasz timer reguluje czas od 19 minut 12 sekund do 53 minuty i 41 sekund. 

W naszym liczniku wykorzystaliśmy też wyprowadzenie nr 7. To wyjście najmłodszego dostępnego bitu w tym liczniku: Q4. Tu podłączono czerwoną diodę LED przez rezystor R8. Miganie tej diody sygnalizuje, iż licznik zlicza impulsy wejściowe oscylatora. Częstotliwość tych mrugnięć powinna być 16-to krotnie wolniejsza od częstotliwości samego oscylatora.

Schemat uwidoczniony na rysunku 4 obejmuje komparator odpowiedzialny za rozpoznanie docelowej temperatury mierzonej termistorem. Jest tu także obwód brzęczyka, który ma sygnalizować zakończenie procesu gotowania prosa.

Aby przeczytać ten artykuł kup e-wydanie

Kup teraz