允澤

摘 要：本文介紹了一種以單片機為核心的新型智能燃氣灶控制系統(tǒng)，實現(xiàn)一鍵點火、火力控制、時間和火力狀態(tài)的LED顯示、熄火保護、聲光報警、自動定時烹飪、遠程通信控制等功能，使燃氣灶更具安全性和智能化.

關(guān)鍵詞：智能燃氣灶；單片機；定時自動烹飪；離子探火；遠程控制

中圖分類號：TP212 文獻標識碼：A

0.引言

隨著人們生活水平的提高和清潔能源的普及，燃氣灶的使用越來越廣泛。同時，隨著科技水平的提高，燃氣灶更加安全、方便、節(jié)能，且擁有美觀的外形、多樣的功能。特別是電子科學(xué)技術(shù)和單片機的廣泛應(yīng)用使得燃氣灶的智能化和自動化水平大幅度提高。然而，消費者對于燃氣灶的安全性、耐用性、方便性、美觀性以及智能化水平也提出了更高的要求。在燃氣灶安全性方面，我國早在2000年8月出臺了新的家用燃氣灶具安全標準，規(guī)定自2001年2月1日起，家用嵌入式燃氣灶具必須安裝熄火安全保護裝置。為更好地滿足消費者對于智能燃氣灶的需求，基于單片機的燃氣灶控制系統(tǒng)的研究與開發(fā)能夠更好地順應(yīng)時代發(fā)展潮流。

針對人們對燃氣灶所關(guān)注的問題，本文提出一種新型智能燃氣灶控制系統(tǒng)的設(shè)計結(jié)構(gòu)，充分考慮燃氣灶在使用過程中可能存在的風險，并提出對燃氣灶的烹飪時間和火力大小進行遠程控制的設(shè)計。通過將控制系統(tǒng)模塊化，實現(xiàn)新型智能燃氣灶的研究分析。

1.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)以單片機為核心，實現(xiàn)一鍵點火、火力控制、時間狀態(tài)LED顯示、意外熄火保護、意外情況聲光報警、自動定時烹飪以及遠程數(shù)據(jù)通信和控制等功能，并通過對燃氣灶結(jié)構(gòu)的設(shè)計實現(xiàn)能源的節(jié)約。

系統(tǒng)硬件主要由電源模塊、單片機、按鍵控制模塊、電子脈沖點火電路、電機與閥體、離子火焰檢測電路、藍牙無線傳輸、LED顯示以及警報器組成，圖1為系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，圖中給出各個模塊與單片機的輸入輸出關(guān)系。

系統(tǒng)采用電容式感應(yīng)按鍵啟動燃氣灶，單片機收到啟動信號后控制脈沖點火電路開始點火，通過脈沖信號產(chǎn)生電火花點燃天然氣，使天然氣處于正常燃燒狀態(tài)后關(guān)閉點火電路。燃氣灶工作期間，系統(tǒng)中的火焰檢測模塊采用離子探火電路對火焰進行定時檢測，并將實時數(shù)據(jù)反饋給單片機，若發(fā)生意外熄火，單片機驅(qū)動熄火裝置關(guān)閉燃氣灶，LED燈和蜂鳴器均發(fā)出警報信號。為調(diào)節(jié)燃氣灶火力大小，角度傳感器與電機和閥體組成反饋控制系統(tǒng)，單片機收到火力調(diào)節(jié)信號后，驅(qū)動電機帶動閥體旋轉(zhuǎn)，角度傳感器將轉(zhuǎn)動角度反饋給單片機，單片機通過閥體旋轉(zhuǎn)角度的大小來判斷是否達到火力需求，從而進一步調(diào)整閥體旋轉(zhuǎn)以精確控制火力大小。為滿足自動定時烹飪需求，在火力設(shè)置完成后，系統(tǒng)開始計時，LED燈顯示目前燃氣灶的火力大小以及烹飪倒計時。到達烹飪結(jié)束時間后，熄火電路控制閥門關(guān)閉，LED與蜂鳴器發(fā)出警報信號。燃氣灶運行期間，單片機將傳感器收集到的數(shù)據(jù)發(fā)送至LED顯示屏，由LED顯示屏顯示烹飪時間和燃氣灶的火力大小等數(shù)據(jù)。

除燃氣灶系統(tǒng)的控制系統(tǒng)外，本文設(shè)計遠程控制系統(tǒng)對燃氣灶實行遠程操作。系統(tǒng)采用藍牙無線模塊與手機進行數(shù)據(jù)通信，能夠通過藍牙通信將單片機中燃氣灶狀態(tài)數(shù)據(jù)發(fā)送至手機，用戶通過手機了解到燃氣灶的狀態(tài)并可以修改設(shè)置燃氣灶的烹飪時間和火力大小，然后將設(shè)置數(shù)據(jù)發(fā)送至單片機，單片機根據(jù)手機設(shè)置的數(shù)據(jù)對燃氣灶的火力大小和烹飪時間進行調(diào)節(jié)設(shè)置，用戶利用手機對燃氣灶進行遠程監(jiān)控和設(shè)置。

作為清潔能源的天然氣是目前人們使用的重要能源之一，為有效利用天然氣資源，本文在燃氣灶的結(jié)構(gòu)設(shè)計上采用內(nèi)旋式快焰火來增加燃氣利用率，節(jié)約能源。

2.控制原理

本節(jié)主要介紹系統(tǒng)中主要功能模塊原理，包括感應(yīng)模塊、火焰檢測模塊、點火控制模塊、閥體與電機模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊、節(jié)能技術(shù)。

2.1 感應(yīng)模塊

本系統(tǒng)采用電容式感應(yīng)按鍵。輸入的高頻電壓經(jīng)二極管半波整流后給電容充電，電容兩端的電壓輸入單片機后經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換進行數(shù)據(jù)比較。當手指觸摸到金屬片時，由于人體分布電容的存在，會有一部分電流流經(jīng)人體，使得電容器兩端的電壓下降，輸入單片機的電壓經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)也會隨之發(fā)生變化，單片機通過比較處理來判斷是否有鍵按下。采用電容式感應(yīng)按鈕成本低且操作方便。

2.2 火焰檢測模塊

為了提高火焰檢測的靈敏度，縮短燃氣灶熄火保護的反應(yīng)時間，提高智能燃氣灶的安全性，本系統(tǒng)采用與熱電偶感應(yīng)電路相比更為靈敏的離子火焰檢測電路實現(xiàn)意外熄火保護。電路主要由離子探針和電壓比較器組成。當探針沒有檢測到火焰時，電壓比較器的正輸入端懸空，比較器輸出高電平；當火焰燒到探針時，由于火焰的單向?qū)щ娦?，離子探針內(nèi)部會產(chǎn)生一個微弱的電流，使得正向輸入端電壓低于反向輸入端電壓，電壓比較器輸出低電平。輸出的電平在單片機內(nèi)部進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和比較，單片機以此判斷點火是否成功或是否熄火等運行狀態(tài)。

2.3 點火控制模塊

點火方式采用傳統(tǒng)的高壓脈沖點火，點火電路由振蕩電路、升壓電路以及放電電極等組成。當單片機發(fā)出點火指令時，振蕩電路開始工作，產(chǎn)生高頻交流電，經(jīng)過升壓變壓器升壓后在次級產(chǎn)生脈沖信號，經(jīng)二極管整流后得到穩(wěn)定的直流電壓。次級電路分別設(shè)置一個大電容和小電容，小電容處連接一個雙向二極管，大電容處連接一個雙向可控硅元件。該直流電壓同時為兩個電容器充電，小電容上的電壓達到較大值時會使雙向二極管導(dǎo)通，并觸發(fā)可控硅導(dǎo)通，使大電容器放電，得到交流電壓，經(jīng)過第二個變壓器升壓后形成高壓，能夠擊穿一定厚度的空氣產(chǎn)生電火花，將天然氣點燃，完成點火功能。

2.4 閥體與電機模塊

本系統(tǒng)由直流電機帶動閥體轉(zhuǎn)動，控制火力的大小。由直流電機和三極管組成控制電路，連接成正反兩個回路，控制電路有兩個端口與外界相連，通過控制兩端電平的相對大小來控制電路中電流的流動方向，進而操縱電機的轉(zhuǎn)動方向。直流電機正向轉(zhuǎn)動時，通入天然氣的速率增加，火力增大；反向轉(zhuǎn)動時，通入天然氣的速率減小，火力減弱。閥體上裝有的角度傳感器能夠?qū)㈤y體轉(zhuǎn)動的角度反饋給單片機，從而控制電機的轉(zhuǎn)動方向，以便精確地控制閥體的轉(zhuǎn)動角度，從而實現(xiàn)精確的火力控制。

2.5 數(shù)據(jù)傳輸模塊

該模塊由數(shù)據(jù)接收端和數(shù)據(jù)發(fā)送端兩部分組成，數(shù)據(jù)接收端和數(shù)據(jù)發(fā)送端通過藍牙模塊進行無線數(shù)據(jù)傳輸。燃氣灶和手機均可作為數(shù)據(jù)接收端和發(fā)送端。當燃氣灶作為數(shù)據(jù)發(fā)送端時，主要功能是接收傳感器所采集的數(shù)據(jù)，經(jīng)過單片機處理后通過藍牙模塊發(fā)送到接收端。接收端接收到數(shù)據(jù)后，可查看燃氣灶的工作時間、火力大小等狀態(tài)。當手機作為數(shù)據(jù)發(fā)送端時，主要功能為設(shè)置燃氣灶狀態(tài)，即設(shè)置燃氣灶的火力大小及其烹飪時間，經(jīng)藍牙模塊發(fā)送到接收端，燃氣灶的單片機接收到設(shè)置數(shù)據(jù)后，通過控制器將各模塊設(shè)置至用戶需求的狀態(tài)，從而實現(xiàn)燃氣灶的遠程監(jiān)控和管理。

2.6 節(jié)能技術(shù)

為了提高燃料利用率，有效地節(jié)約能源，燃氣灶采用了內(nèi)旋式快焰火燃氣灶的結(jié)構(gòu)設(shè)計，其火孔嵌入火蓋內(nèi)，燃燒火焰呈現(xiàn)旋轉(zhuǎn)朝內(nèi)狀，燃燒時，火力集中鍋底，熱量能夠更好地被吸收，從而減少了熱量損失，全面提高熱效率。

結(jié)語

本文著重介紹了智能燃氣灶的控制系統(tǒng)設(shè)計思路，從人們的生活需求出發(fā)，提出新型燃氣灶應(yīng)具有的功能，研究能夠?qū)崿F(xiàn)所需功能的控制系統(tǒng)原理，通過建立模塊化的控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了多樣的燃氣灶功能，提高了智能燃氣灶的智能化和自動化水平，增強了智能燃氣灶的可操作性，使智能燃氣灶更加安全、方便、環(huán)保，是對智能家居發(fā)展的一種有益探索。與當前市面上的燃氣灶相比，該控制系統(tǒng)主要具有以下優(yōu)點：

（1）自動定時烹飪，用戶可根據(jù)自己的需要控制烹飪的時間和火候。

（2）能夠與手機互聯(lián)，方便用戶隨時查看燃氣灶的運行狀態(tài)以及對燃氣灶進行遠程控制，使用戶不再被限制于廚房內(nèi)，拓展了烹飪的時間和空間范圍，使烹飪更自由，更靈活。

（3）采用意外熄火保護電路和聲光報警系統(tǒng)，能在燃氣灶意外熄火時第一時間切斷燃氣供應(yīng)，并使用戶立即發(fā)現(xiàn)意外狀況，及時采取措施，提高了燃氣灶的安全性。

本文的目的是為人們提供更安全便捷的操作體驗，推動智能家居進一步普及。燃氣灶的智能化和自動化在未來較長一段時間內(nèi)仍將是時代的潮流。作為智能燃氣灶的控制核心，智能控制系統(tǒng)的魯棒性和穩(wěn)定性將直接影響燃氣灶的安全性和可操作性。只有充分考慮現(xiàn)實的工作環(huán)境狀況，才能設(shè)計出一套真正安全便捷的控制系統(tǒng)，自動化和智能化家居才能深入人心。

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