摘要 介紹以單片機作為核心控制器件,實現燃氣灶具的按鍵控制、火力調節、熄火保護、安全閉氣等功能。使燃氣灶具安全性更高,操作更方便。
關鍵詞 單片機;智能燃氣灶具;離子探火
中圖分類號 TP212 文獻標識碼 A 文章編號 1673-9671-(2010)082-0102-02
隨著人們生活水平的提高和家用電器的數字化自動化發展,家用灶具成為每個家庭必有的生活品。但消費者對家用灶具的安全性、耐用性、美觀性、方便性等方面也提出了越來越高的要求,而且我國在家用燃氣灶具新標準中規定,自2008年5月1日起,家用燃氣灶具每一個燃燒器均應設有熄火保護裝置。隨著電子技術引入灶具領域,使得灶具的自動化和智能化程度都有所提高。而基于單片機的燃氣灶具智能控制器的開發,正是順應了這種時代發展潮流。
1 系統結構及硬件設計
由于工作環境的特殊性,要求能在高溫以及脈沖點火時產生的強干擾下可靠工作。本系統由一塊抗干擾能力強、功能強大的微控制器為核心,以及實現各功能的電路模塊組成。實現自動點火、火力控制、熄火保護、聲光報警等功能。本系統采用市電供電,由一塊微型高頻開關電源為電路供電。以單片機為核心元件,能在十分苛刻的環境下工作,運行可靠,容易實現復雜的控制。
系統硬件結構如圖1所示,它主要由微控制器、感應按鈕、火焰傳感器、火力控制、脈沖點火和顯示部分組成。為了提高安全性,加裝了電磁閥,在意外熄火和停電時,可閉氣保護。
圖1 系統結構
1.1 微控制器的選取
微控制器選用Atmle公司的Atmega16,它有16KB Flash和521B的RAM,8路10位A/D,工作溫度-55℃—125℃,支持ISP在線下載,方便產品現場升級。
1.2 感應按鈕的設計
感應按鈕為電容感應式,電路原理圖如圖2所示。
圖2 感應按鈕
其工作原理為:高頻電壓由開關電源的次級線圈引入,當高頻電壓由C2耦合進來,再經D2半波整流,給C3充電,C3電壓為Uc3,Uc3經單片機內部A/D轉換后進行數據比較。當手指觸到觸摸金屬片時,由于人體分布電容的存在,會有一部分高頻電壓從人體流過,從而使得C3電壓下降,即A/D輸入電壓下降。再將轉換后的數據進行比較處理,來判斷是否有鍵按下。
1.3 火焰的檢測
火焰檢測部分的作用是用來判斷火焰的燃燒與否,并將結果轉換成電信號及時反饋給單片機。為了進一步縮短熄火保護時間,采用離子探火電路。工作原理如圖3所示。
圖3 離子探火電路
電路由電壓比較器和外圍電阻組成。當沒有火燃燒時,比較器的正輸入端懸空,將反向輸入端設置一個合適的門限電壓,使比較器輸出高電平。當火焰燒到金屬探針時,正向輸入端下拉至低于反向輸入端,比較器輸出低電平。
圖4 電機正反轉驅動
1.4 火力控制
火力大小的調節,是由直流電機帶動閥體轉動,從而實現火力的調節。電動機驅動電路如圖4所示,當需要將火調大時只要將A端輸入高,B端輸入低,此時Q1和Q4導通,Q2和Q3截止,電機正轉。當需要小火時,將A端輸入低B端輸入高,此時Q2和Q3導通,Q1和Q4截止,電機反轉。當A、B端輸入同樣的電平時電機停止。在電機帶動閥體轉動時,由裝在閥體上的角度傳感器向單片機反饋轉動信號來控制轉動增量。
1.5 脈沖點火電路
該系統由交流220V供電,因此脈沖點火電路用交流點火電路,可以免去一級升壓電路。其工作原理是:把交流220V電源通過電容降壓半波
整流后為高壓電容儲能,當單片機給出點火信號時,信號經光電耦合器將信號傳遞到可控硅的觸發極,使可控硅導通,進行點火。
圖5 程序框圖
2 軟件的設計
為便于程序調試和維護,系統軟件采用模塊化設計方法,它由主程序、中斷服務程序和若干個子程序組成。程序首先進行初始化,然后進行鍵盤掃描,判斷是否有鍵按下,否:返回重新掃描。是:分析鍵值調用子程序。當執行打開程序時,首先打開氣閥,檢測是否燃燒。否:點火1秒。循環三次未點燃,則執行閉氣程序。是:返回到掃描鍵盤程序,等待有鍵按下。
3 結束語
智能燃氣灶具采用按鍵控制,提高了產品的操作性和檔次。增加了自動復燃功能,意外熄火后自動點火,如果點火不成功關閉氣源并聲光告警,大大提高了安全性。
基金項目:國家科技支撐計劃(2007BAK31B01)。
參考文獻
[1]GB 16410-2007.家用燃氣灶具.
[2]易家言.家用燃氣灶的發展及展望[J].現代家電,2005,11(24):48-49.
作者簡介
姚軍波(1986-),男,陜西興平人,西北農林科技大學能源與裝備工程中心工程師,從事新能源及設備的開發應用研究。