郭泳軍

摘 要：傳統(tǒng)燃?xì)庠罹叽嬖诓糠秩毕荩怀霰憩F(xiàn)為結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、智能化程度低。新一代智能燃?xì)庠罹邔?duì)傳統(tǒng)燃?xì)庠罹哌M(jìn)行優(yōu)化，設(shè)計(jì)了專用的控制系統(tǒng)。此系統(tǒng)采用電容式感壓按鍵，通過數(shù)據(jù)處理方式來(lái)代替人工調(diào)節(jié)，并可融入云端、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等人工智能手段。產(chǎn)品定位于智能化，將軟硬件相結(jié)合，追求精益求精的品質(zhì)。經(jīng)質(zhì)檢部門實(shí)際檢測(cè)，本產(chǎn)品設(shè)計(jì)的各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到要求。

關(guān)鍵詞：控制系統(tǒng);燃?xì)庠罹?智能控制

中圖分類號(hào)：TM925.51文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1003-5168（2020）20-0066-03

Abstract： The traditional gas cooker has some defects， which are characterized by simple structure and low intelligence. The new generation of intelligent gas stoves optimize traditional gas stoves and design a dedicated control system. This system uses capacitive pressure-sensitive buttons， instead of manual adjustment through data processing， and can be integrated into artificial intelligence methods such as the cloud， big data， and the Internet of Things. The product is positioned to be intelligent， combining hardware and software， and pursuing excellence. After the actual inspection by the quality inspection department， the indicators of this product design have reached the requirements.

Keywords： control system;gas cooker;intelligent control

當(dāng)下，在日常生活中，很少有人用柴火灶做飯，而替代其進(jìn)行日常生活烹飪的主要器械是燃?xì)庠睿蚱浞奖憧旖?，不需要再用柴火、煤炭這些加熱方式進(jìn)行烹飪。燃?xì)庠钜讶怀蔀榇蟊娚畹谋匦杵罚谶@樣的大環(huán)境下，它的使用安全性、損耗程度、方便程度和外觀觀賞性都受到開發(fā)者的重視，畢竟質(zhì)量決定價(jià)格。只有價(jià)格低廉、質(zhì)量過硬，燃?xì)庠町a(chǎn)品才會(huì)受到消費(fèi)者的喜愛，不然則會(huì)很快淡出人們的視線，成為不可觸碰的危險(xiǎn)品。燃?xì)庠罟ぷ鲿r(shí)需要燃燒液化氣、天然氣，具有一定的危險(xiǎn)性，質(zhì)量問題帶來(lái)的安全隱患非常嚴(yán)重。目前，整體來(lái)看，我國(guó)生產(chǎn)的燃?xì)庠钤O(shè)計(jì)技術(shù)水平不高、工藝結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，遠(yuǎn)沒有達(dá)到既節(jié)能安全又可以進(jìn)行智能化使用的效果，所以設(shè)計(jì)工藝和能耗安全都還有很大的研究空間[1-3]。2001年，我國(guó)就制定了家用燃?xì)庠畹陌踩?guī)范章程，要求當(dāng)年2月1日起，家用燃?xì)庠畋仨毎惭b火焰熄滅保護(hù)裝置，所以燃?xì)庠钪饾u朝安全、節(jié)能的方向發(fā)展，新型燃?xì)庠钔踩?、?jié)能、高效和美觀等性能于一體[4-6]。隨著大眾生活品質(zhì)的不斷提高，由單片機(jī)主導(dǎo)的智能燃?xì)庠畈粩嘤楷F(xiàn)，引領(lǐng)新一代產(chǎn)品的發(fā)展潮流。

1 系統(tǒng)構(gòu)造及硬件設(shè)計(jì)

新型燃?xì)庠罹咴O(shè)計(jì)首先要安全問題，只有解決安全問題，其利用程度才會(huì)得到提高。新型燃?xì)庠钤O(shè)計(jì)采用雙重的安全保護(hù)裝置，灶頭處配有1個(gè)電磁閥和1個(gè)旋塞閥，通過兩個(gè)閥門的雙重控制，進(jìn)一步降低使用風(fēng)險(xiǎn)。

新型燃?xì)庠罹邞?yīng)用傳感技術(shù)，獲得感官能力;附加有一些實(shí)用功能，獲得能動(dòng)性;再將這些傳感器信號(hào)、功能集成到控制模塊上，通過無(wú)線傳輸，將數(shù)據(jù)反饋到云端，通過數(shù)據(jù)采集，進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析或給部分?jǐn)?shù)據(jù)設(shè)定閾值（如防干燒探頭溫度達(dá)到130 ℃，可進(jìn)行自動(dòng)斷氣），使得設(shè)備自動(dòng)動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)智能化。灶具配備有防干燒、流量感應(yīng)等傳感器，其使用光敏傳感、流量傳感、熱敏傳感、壓力傳感等技術(shù)，這些傳感器的應(yīng)用提高了灶具的安全性和可監(jiān)控性[7-9]。

1.1 單片機(jī)的選取

傳統(tǒng)燃?xì)庠罹吖δ軉我?，存在較多安全隱患，本文設(shè)計(jì)的新型智能燃?xì)庠罹邔?duì)其進(jìn)行了有效改進(jìn)。智能燃?xì)庠罹弑仨氁揽坑?jì)算機(jī)元件的控制，只有制定相應(yīng)的控制程序，才可以實(shí)現(xiàn)多功能的智能化[10-11]。本設(shè)計(jì)選用的是以單片機(jī)為核心的控制單元，即由Freescale公司研發(fā)的MC68HC908GZ32型單片機(jī)。原因有二。一是這款單片機(jī)能承受-40～105 ℃的溫度，配備有32K Flash程序存儲(chǔ)器、1kB內(nèi)存、8通道PWM和16路10位A/D，對(duì)電磁脈沖干擾有很強(qiáng)的抵抗力。二是它設(shè)置有一個(gè)Mon08接口，其作用非常大，它有助于設(shè)備后期的軟件調(diào)試、升級(jí)和維護(hù)，避免設(shè)備因?yàn)楦聯(lián)Q代而被淘汰，可以一直做維護(hù)升級(jí)進(jìn)行長(zhǎng)久使用。

1.2 電磁脈沖點(diǎn)火

除了工作元件和工作原理，細(xì)節(jié)把控也是本設(shè)計(jì)必須重點(diǎn)考慮的地方。燃?xì)庠畹闹饕δ苁羌訜岷团腼兪巢模渣c(diǎn)火是設(shè)備的關(guān)鍵。如果設(shè)備打火出現(xiàn)失誤，燃?xì)庠罹呔褪ゴ嬖诘囊饬x。研究發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)點(diǎn)火裝置已經(jīng)很完善，不需要再做過研究。所以，本設(shè)計(jì)采用傳統(tǒng)的點(diǎn)火方式，即同樣使用12 K強(qiáng)電壓脈沖。

傳統(tǒng)燃?xì)庠罹叩狞c(diǎn)火裝置設(shè)計(jì)良好，其工作原理簡(jiǎn)單，點(diǎn)火裝置配有大小和方向都隨周期變化的振蕩電路，如圖1所示。點(diǎn)火時(shí)，Pluse開始輸入高電平，由Q2導(dǎo)通，點(diǎn)火電路進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)，振蕩電路由T1變壓后產(chǎn)生60 V大小的脈沖信號(hào)，到達(dá)快恢復(fù)二極管進(jìn)行整流，就形成了穩(wěn)定的直流電，再經(jīng)過R2電阻對(duì)C2電容進(jìn)行充電，然后把能量保存在C3電容上。等C2電壓提升至30～35 V時(shí)，雙向二極管便疏通，觸發(fā)可控硅SCR導(dǎo)通，C3上能量經(jīng)過雙向可控硅SCR向二級(jí)升壓變壓器T2的初級(jí)線圈釋放能量，經(jīng)過T2次級(jí)升壓后產(chǎn)生12 kV以上的高壓，這樣的高壓可以打破一定厚度的空氣，完成點(diǎn)火。電容C3在放電后會(huì)再次充電，便出現(xiàn)連續(xù)不斷的電磁點(diǎn)火效應(yīng)。點(diǎn)火裝置可以在很短的時(shí)間內(nèi)完成點(diǎn)火，步驟看似復(fù)雜，幾秒內(nèi)就可以迸發(fā)出驚人的能量。

2 軟件設(shè)計(jì)

智能控制系統(tǒng)通過傳感器反饋的數(shù)據(jù)來(lái)控制灶具[12-13]。例如，利用云端監(jiān)控，監(jiān)控灶具使用時(shí)的燃燒溫度，一旦發(fā)生異常，提前預(yù)知售后問題;利用大數(shù)據(jù)分析，統(tǒng)計(jì)用戶使用機(jī)器的時(shí)間段、火力大小，分析出用戶喜歡爆炒菜系還是清蒸的菜系，然后推薦菜譜。灶具再根據(jù)菜譜選擇，自動(dòng)進(jìn)行烹飪。其間可以設(shè)定菜譜運(yùn)行程序，如蒸排骨。先加油、放肉，大風(fēng)量、大火力爆炒一段時(shí)間，然后小火力、小風(fēng)量蒸一段時(shí)間，節(jié)約能源和時(shí)間，全程都在APP中顯示。

智能燃?xì)庠畋仨氁揽繎?yīng)用軟件進(jìn)行智能控制，程序設(shè)計(jì)需要通過實(shí)際運(yùn)用來(lái)進(jìn)行調(diào)整和測(cè)試。很多電子類產(chǎn)品都需要進(jìn)行后期維護(hù)，本設(shè)計(jì)保留的Mon08接口就是為了便于軟件后期維護(hù)。其運(yùn)行不需要太多軟件做支撐，所以軟件采取明顯的層次劃分，只設(shè)定一個(gè)主程序，再由這個(gè)主程序控制連接多個(gè)子程序，這對(duì)后期維護(hù)升級(jí)有巨大幫助，不用反復(fù)查找問題軟件的位置，只需要通過主軟件就可以找到出現(xiàn)問題或需要升級(jí)的軟件。軟件加入后，要對(duì)其進(jìn)行初步調(diào)試，把所有程序先還原至最初狀態(tài)，然后測(cè)試操作按鍵，記錄分析其鍵值，再通過鍵值來(lái)控制對(duì)應(yīng)的執(zhí)行單元。采取刷新顯示等指令，對(duì)A/D樣本進(jìn)行阻斷處理。這樣，整套軟件設(shè)計(jì)就可以完成。

3 測(cè)試結(jié)果

為了證明設(shè)備的真實(shí)有效性，筆者對(duì)設(shè)計(jì)的智能控制系統(tǒng)做了多方面的試驗(yàn)，特別是點(diǎn)火效率。數(shù)據(jù)顯示，多次點(diǎn)火得出的平均點(diǎn)火時(shí)間為4.7 s，從點(diǎn)火時(shí)間來(lái)看，與傳統(tǒng)燃?xì)庠罹呦啾?，新型智能燃?xì)庠罹邲]有太大的提升，時(shí)差不到1 s。但是，安全保護(hù)裝置的測(cè)試有明顯的收獲，測(cè)試時(shí)讓燃?xì)庠钸M(jìn)入工作狀態(tài)，然后隨機(jī)選個(gè)時(shí)間撲滅火焰，以模仿實(shí)際生活中的湯汁溢出現(xiàn)象。經(jīng)多次反復(fù)試驗(yàn)，數(shù)據(jù)表明，設(shè)計(jì)的熄火保護(hù)裝置十分靈敏，每次只要火焰被撲滅后2.6 s左右，設(shè)備會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)熄火保護(hù)裝置，說明本次設(shè)計(jì)的燃?xì)庠钤诎踩矫媸怯斜Ｕ系?。另外，?duì)定時(shí)功能進(jìn)行測(cè)試，分別對(duì)定時(shí)10 min和1 h做了測(cè)驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果顯示，對(duì)于10 min定時(shí)工作，在598 s時(shí)，設(shè)備自動(dòng)停止工作并關(guān)閉燃?xì)忾y門;對(duì)于1 h定時(shí)工作，在596 s時(shí)，設(shè)備自動(dòng)停止工作并關(guān)上燃?xì)忾y門。因此，本次設(shè)計(jì)的智能燃?xì)庠罹呤强尚械?，各?xiàng)設(shè)定的功能都能準(zhǔn)確無(wú)誤地運(yùn)行，安全保護(hù)裝置非常有效。

4 結(jié)語(yǔ)

與以往的傳統(tǒng)燃?xì)庠罹呦噍^，本文設(shè)計(jì)的新型智能燃?xì)庠罹哂腥缦聝?yōu)點(diǎn)。一是使用更加便捷，拋棄傳統(tǒng)的旋鈕式按鍵，采用物理感壓式按鍵，可以智能控制火力大小，智能調(diào)節(jié)關(guān)火時(shí)間功能。二是更加安全實(shí)用，采用新型熄火保護(hù)裝置，在火焰燃燒時(shí)可以智能關(guān)閉燃?xì)?，避免泄露，同時(shí)配有電容式溫度檢測(cè)器，能夠?qū)崟r(shí)觀察火力輸送情況，有效檢測(cè)燃?xì)獾妮斔褪欠駶M足需要，便于偵測(cè)管道或內(nèi)部是否有破裂，及時(shí)發(fā)現(xiàn)是否有漏氣現(xiàn)象。三是更具觀賞性，一改曾經(jīng)的不銹鋼面板風(fēng)格，調(diào)整平面設(shè)計(jì)，不再采用圓滑式面板。操作面板改為平整的玻璃式結(jié)構(gòu)，更為美觀，便于清潔，還可采用數(shù)字顯示，實(shí)時(shí)觀察設(shè)備執(zhí)行狀態(tài)，使用更安心。

參考文獻(xiàn)：

[1]姚軍波，楊選民.智能燃?xì)庠罹呖刂葡到y(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].家電科技，2011（1）：79-80.

[2]吳錦躍，呂新潮，高明煜.智能燃?xì)庠罹呖刂葡到y(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].杭州電子科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2007（4）：5-8.

[3]張新榮，張宇林.基于單片機(jī)的燃?xì)馊∨癄t智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].煤炭技術(shù)，2012（5）：188-190.

[4]郭淳.小流量、低壓力燃?xì)鉅t溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].硬質(zhì)合金，2000（3）：189-192.

[5]孫圣，盧慧芬，王群.吸油煙機(jī)燃?xì)庠罡咝е悄苈?lián)動(dòng)控制裝置的設(shè)計(jì)[J].電氣自動(dòng)化，2013（6）：71-73.

[6]黃超，李明杰，胡姣.氣墊爐成套配套自動(dòng)化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用，2012（9）：55-58.

[7]陳杰.船用燃油鍋爐改燃?xì)忮仩t控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].機(jī)械工程師，2016（10）：79-81.

[8]萬(wàn)有群.燃?xì)庠罹唿c(diǎn)火控制器無(wú)線供電系統(tǒng)的電磁耦合機(jī)構(gòu)研究與設(shè)計(jì)[D].重慶：重慶大學(xué)，2017.

[9]張新榮，徐保國(guó).一種燃?xì)忮仩t溫度及水位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].自動(dòng)化儀表，2012（6）：23-25.

[10]張堃.基于群控技術(shù)的燃?xì)忮仩t供暖節(jié)能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D].重慶：重慶大學(xué)，2016.

[11]陳前虎.臺(tái)車式工業(yè)燃?xì)鉅t窯PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[D].重慶：重慶大學(xué)，2009.

[12]趙玲.燃?xì)忮仩t動(dòng)態(tài)氣候補(bǔ)償供熱控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].黑龍江科學(xué)，2018（16）：80-81.

[13]王嘉煒，鄧若飛.燃?xì)忮仩t的動(dòng)態(tài)氣候補(bǔ)償供熱控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].化學(xué)工程與裝備，2017（4）：15-17.