李會明張桂林高俊鵬邢書源

1、長春理工大學機電工程學院 2、長春中富科技有限公司

一種節(jié)能式燃氣爐灶裝置設(shè)計

李會明1張桂林2高俊鵬2邢書源1

1、長春理工大學機電工程學院 2、長春中富科技有限公司

針對目前燃氣爐灶在使用過程中存在的不必要能源損失與消耗問題，設(shè)計了一款節(jié)能式燃氣爐灶裝置。該裝置利用超聲波傳感器反饋爐具位置信號，利用51單片機作為爐灶系統(tǒng)的主控制器。本文給出了該爐灶裝置的工作原理、結(jié)構(gòu)以及關(guān)鍵技術(shù)，為節(jié)能提供了一個行之有效的控制策略。

節(jié)能；燃氣爐灶；超聲波傳感器

引言

隨著我國國民經(jīng)濟的不斷提升，人們的生活水平逐漸向更高的標準邁進，因此也帶動了餐飲業(yè)的迅猛發(fā)展。爐具作為餐飲業(yè)必不可少的設(shè)施，其良好的的使用性能為企業(yè)的發(fā)展提供了技術(shù)保障[1]。能源問題是當今社會的頭號問題，也是全世界關(guān)注的焦點話題，中國作為一個能源相對緊缺的國家，如何提升燃氣的使用效率是全社會所關(guān)注的一個研究重點。以2006年興起的“杜絕空燒”為時間點，國內(nèi)的餐飲業(yè)爐具用具生產(chǎn)廠商普遍開展了相關(guān)研究[2-3]。燃氣費用的增長同時也增加了企業(yè)的支出負擔。本文提出了一種節(jié)能式爐灶控制裝置，該裝置采用分離式獨立結(jié)構(gòu)，利用超聲波傳感器對爐芯位置的鍋具進行有無檢測，能夠根據(jù)采集到的反饋信號，利用單片機裝置實時的控制燃氣閥的開啟狀態(tài)，自動調(diào)整合適的火焰大小，提高燃氣的使用效率，從而達到節(jié)約燃氣最佳目的。

1 工作原理

本文提出的爐灶節(jié)能控制裝置如圖1所示，該系統(tǒng)組成由鍋具傳感器、按鍵、主控制器、點火電源、風機電源、電磁閥組成。其中，鍋具傳感器為超聲波測距探頭以及處理電路模塊組成。

采用超聲波測距探頭對鍋具所在特定距離段進行鍋具的有無判定，并將判定結(jié)果傳輸給主控制器；按鍵主要用于對鍋具傳感器探測距離及主控制器其他參數(shù)的設(shè)定；主控制器主要由單片機及其處理電路組成，單片機作為整個控制器的處理中心，在啟動后對鍋具傳感器進行激活與讀取操作，并根據(jù)鍋具的有無通過繼電器對炒灶風機電源、點火電源、電磁閥進行控制，從而實現(xiàn)對炒灶的節(jié)能控制；點火電源和風機電源：用于對炒灶點火系統(tǒng)、風機系統(tǒng)的供電；電磁閥為開關(guān)閥，受主控制器控制。

圖1 爐具節(jié)能控制器安裝示意圖

在安裝時，將鍋具傳感器安裝在灶臺頂部正對爐芯，大致確定鍋具放置在爐芯后與鍋具傳感器的距離，將電磁閥安裝在炒灶燃料閥之前的燃料管道中，主控制器安裝便于開啟的位置，將炒灶風機電源、點火電源分別與主控制器上對應電源連接。在使用時，將電源接入主控制器，打開主控制器電源開關(guān)，將爐具放置在爐芯后與鍋具傳感器之間的距離通過主控制器上按鍵輸入主控制器，最后按下主控制器上工作按鈕即可使本實用新型之炒灶節(jié)能控制器對炒灶進行節(jié)能控制工作。

2 控制系統(tǒng)設(shè)計

2.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計

控制系統(tǒng)的核心是控制器，智能爐灶節(jié)能控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示。智能爐灶節(jié)能控制系統(tǒng)采用51單片機作為主控單元[4]，能夠完成對于系統(tǒng)傳感器的檢測以及對于電磁閥的準確控制。

圖 2爐具節(jié)能控制器組成

該控制系統(tǒng)傳感器的主要功能是爐具位置的檢測，采用超聲波距離傳感器。超聲波傳感器是利用超聲波的特性研制而成的傳感器，是一種聲電轉(zhuǎn)換的裝置。通常情況下，超聲波探頭可分為壓電式、電磁式和磁致伸縮式幾種，本操作裝置采用NU1ME21TR型超聲波測距傳感器。該傳感器能夠?qū)崿F(xiàn)-35dB-min的靈敏度，檢測范圍大等優(yōu)點[5-6]。

系統(tǒng)采用TI公司的串行A/D芯片TLC1543CN。具有11路通道，10位A/D轉(zhuǎn)換接口分辨率，輸出長度可以編輯，并且輸出引腳可直接與單片機的并行I/O口進行連接，實現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)化的控制電路。

2.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計

節(jié)能式燃氣爐灶裝置控制系統(tǒng)主要控制的對象是超聲波的發(fā)生與接收、電磁閥的控制、信號指示燈的切換、定時等幾個主要功能程序。軟件控制上采用C語言進行單片機的編程控制，整個控制系統(tǒng)的流程圖如圖3所示。

系統(tǒng)上電后完成初始化任務，開始對系統(tǒng)控制狀態(tài)進行判定，首先檢測爐灶是否有鍋具使用。如果此時有鍋具放置在爐灶上，爐具點火裝置啟動，同時電磁閥變成通路，爐灶液化氣點燃，爐具可以正常使用；若傳感器檢測不到鍋具的使用，點火裝置以及風機裝置和電磁閥處于初始關(guān)閉狀態(tài)。

圖3 軟件控制結(jié)構(gòu)圖

同時，在爐灶點火后正常使用過程中，定時器啟動，當定時時間到，爐灶電磁閥開啟最大開口，實現(xiàn)爐灶的快速加熱。在爐具使用過程中如果鍋具遠離爐灶，此時定時器啟動，同時爐灶電磁閥開到最小，保持火焰處于剛剛?cè)紵臓顟B(tài)，假如鍋具拿離時間超過定時器時間，爐灶電磁閥關(guān)閉，總閥門關(guān)閉，爐具處于關(guān)機狀態(tài)，等待下次的使用。

3 結(jié)論

能源的日益短缺，需要對有限的資源轉(zhuǎn)化成最大的使用效率，依托節(jié)能型智能爐灶，通過傳感器感應爐具有無對燃氣燃燒情況進行控制，能夠?qū)⑹褂眠^程中鍋具拿離過程中這部分能量進行保護，減少不必要的損耗。結(jié)合自動控制原理，對智能節(jié)能爐灶進行綜合分析，使用過程中，該爐灶節(jié)能控制裝置對燃氣的使用率有較大的提升，同時系統(tǒng)與爐灶采用可分離式，可以隨時更換與安裝，具有操作簡單、可靠性高等優(yōu)點，是一種可行節(jié)能裝置。

[1]紀志國,崔曉鈺,胡記超.一種帶回熱的新型節(jié)能燃氣灶的研究[J].節(jié)能技術(shù),2008,26(5):403-407.

[2]黃曉林,余曉超.一種智能型節(jié)能環(huán)保燃氣灶控制器的設(shè)計[J].電子制作,2016(13).

[3]麻建國,杜繼濤,羅娟等.可調(diào)式節(jié)能燃氣灶的設(shè)計關(guān)鍵[J].機械設(shè)計與研究,2010,26(4):122-124.

[4]韓全立.單片機控制技術(shù)及應用[M].電子工業(yè)出版社,2004.

[5]陳勇,白艷梅,遲永江等.基于超聲檢測實現(xiàn)廚用爐灶自動控制器設(shè)計[J].電子測量技術(shù),2008,31(3):24-26.

[6]馮紅亮,肖定國,徐春廣等.脈沖超聲傳感器激發(fā)/接收電路設(shè)計[J].儀表技術(shù)與傳感器,2003(11):30-32.

圖1 300mm單機架四輥冷軋機結(jié)構(gòu)圖

4 實訓室建設(shè)現(xiàn)狀

軋鋼實訓室已于2015年1月建設(shè)完成。承擔過的教學實訓項目有：機械零部件測繪實訓、軋鋼機械主要部件拆裝實訓、軋鋼機裝調(diào)實訓、剪切機裝調(diào)實訓、矯直機裝調(diào)實訓、卷取機裝調(diào)實訓、冷軋生產(chǎn)線設(shè)備聯(lián)調(diào)聯(lián)試實訓、軋鋼測試技術(shù)實訓。實訓項目涉及的專業(yè)有：機械設(shè)計與制造專業(yè)、機電一體化、材料工程、材料成型與控制。圖2為四輥可逆冷軋機的主軋機實物圖，圖3為實訓室300mm單機架四輥可逆冷軋機組的實物圖。

圖2 主軋機圖

圖3 300mm單機架四輥可逆冷軋機組

5 結(jié)論

300mm單機架四輥可逆冷軋機組生產(chǎn)線的建設(shè)，使校內(nèi)軋鋼機械教師對軋鋼機械的講解更為直觀，對軋鋼機械的研究亦起到舉足輕重的作用。

作為經(jīng)典的軋機機械，四輥可逆冷軋機在教學實訓方面的應用在全國職業(yè)院校的實訓項目中尚為首例，該機組的成功完成對職業(yè)院校學生實操水平的提高有著實質(zhì)性的幫助，同時對全國職業(yè)教育理實一體化教學的開發(fā)增添了新板塊，開辟了新領(lǐng)域，為理實一體化教學的落實奠定了良好的基礎(chǔ)。

參考文獻：

[1]朱夢周.機械工程師手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社,2004: 1200-1205.

[2]李壯云.液壓元件與系統(tǒng)（第3版）[M].北京:機械工業(yè)出版社,2011.4-9.

[3]雷天覺.液壓工程手冊[M].北京:機械工業(yè)出版社,1990：341-343.