摘要 介绍以单片机作为核心控制器件,实现燃气灶具的按键控制、火力调节、熄火保护、安全闭气等功能。使燃气灶具安全性更高,操作更方便。
关键词 单片机;智能燃气灶具;离子探火
中图分类号 TP212 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2010)082-0102-02
随着人们生活水平的提高和家用电器的数字化自动化发展,家用灶具成为每个家庭必有的生活品。但消费者对家用灶具的安全性、耐用性、美观性、方便性等方面也提出了越来越高的要求,而且我国在家用燃气灶具新标准中规定,自2008年5月1日起,家用燃气灶具每一个燃烧器均应设有熄火保护装置。随着电子技术引入灶具领域,使得灶具的自动化和智能化程度都有所提高。而基于单片机的燃气灶具智能控制器的开发,正是顺应了这种时代发展潮流。
1 系统结构及硬件设计
由于工作环境的特殊性,要求能在高温以及脉冲点火时产生的强干扰下可靠工作。本系统由一块抗干扰能力强、功能强大的微控制器为核心,以及实现各功能的电路模块组成。实现自动点火、火力控制、熄火保护、声光报警等功能。本系统采用市电供电,由一块微型高频开关电源为电路供电。以单片机为核心元件,能在十分苛刻的环境下工作,运行可靠,容易实现复杂的控制。
系统硬件结构如图1所示,它主要由微控制器、感应按钮、火焰传感器、火力控制、脉冲点火和显示部分组成。为了提高安全性,加装了电磁阀,在意外熄火和停电时,可闭气保护。
图1 系统结构
1.1 微控制器的选取
微控制器选用Atmle公司的Atmega16,它有16KB Flash和521B的RAM,8路10位A/D,工作温度-55℃—125℃,支持ISP在线下载,方便产品现场升级。
1.2 感应按钮的设计
感应按钮为电容感应式,电路原理图如图2所示。
图2 感应按钮
其工作原理为:高频电压由开关电源的次级线圈引入,当高频电压由C2耦合进来,再经D2半波整流,给C3充电,C3电压为Uc3,Uc3经单片机内部A/D转换后进行数据比较。当手指触到触摸金属片时,由于人体分布电容的存在,会有一部分高频电压从人体流过,从而使得C3电压下降,即A/D输入电压下降。再将转换后的数据进行比较处理,来判断是否有键按下。
1.3 火焰的检测
火焰检测部分的作用是用来判断火焰的燃烧与否,并将结果转换成电信号及时反馈给单片机。为了进一步缩短熄火保护时间,采用离子探火电路。工作原理如图3所示。
图3 离子探火电路
电路由电压比较器和外围电阻组成。当没有火燃烧时,比较器的正输入端悬空,将反向输入端设置一个合适的门限电压,使比较器输出高电平。当火焰烧到金属探针时,正向输入端下拉至低于反向输入端,比较器输出低电平。
图4 电机正反转驱动
1.4 火力控制
火力大小的调节,是由直流电机带动阀体转动,从而实现火力的调节。电动机驱动电路如图4所示,当需要将火调大时只要将A端输入高,B端输入低,此时Q1和Q4导通,Q2和Q3截止,电机正转。当需要小火时,将A端输入低B端输入高,此时Q2和Q3导通,Q1和Q4截止,电机反转。当A、B端输入同样的电平时电机停止。在电机带动阀体转动时,由装在阀体上的角度传感器向单片机反馈转动信号来控制转动增量。
1.5 脉冲点火电路
该系统由交流220V供电,因此脉冲点火电路用交流点火电路,可以免去一级升压电路。其工作原理是:把交流220V电源通过电容降压半波
整流后为高压电容储能,当单片机给出点火信号时,信号经光电耦合器将信号传递到可控硅的触发极,使可控硅导通,进行点火。
图5 程序框图
2 软件的设计
为便于程序调试和维护,系统软件采用模块化设计方法,它由主程序、中断服务程序和若干个子程序组成。程序首先进行初始化,然后进行键盘扫描,判断是否有键按下,否:返回重新扫描。是:分析键值调用子程序。当执行打开程序时,首先打开气阀,检测是否燃烧。否:点火1秒。循环三次未点燃,则执行闭气程序。是:返回到扫描键盘程序,等待有键按下。
3 结束语
智能燃气灶具采用按键控制,提高了产品的操作性和档次。增加了自动复燃功能,意外熄火后自动点火,如果点火不成功关闭气源并声光告警,大大提高了安全性。
基金项目:国家科技支撑计划(2007BAK31B01)。
参考文献
[1]GB 16410-2007.家用燃气灶具.
[2]易家言.家用燃气灶的发展及展望[J].现代家电,2005,11(24):48-49.
作者简介
姚军波(1986-),男,陕西兴平人,西北农林科技大学能源与装备工程中心工程师,从事新能源及设备的开发应用研究。