一種新型智能燃?xì)庠羁刂葡到y(tǒng)的研制

刁琛桃 張興強(qiáng) 孟天

【摘 要】隨著清潔能源的使用迅速普及，燃?xì)庖呀?jīng)成為日常生活的重要能源來(lái)源，燃?xì)庠钜驳靡詮V泛使用。本文主要介紹了一種在單片機(jī)控制下的智能燃?xì)庠羁刂葡到y(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。該系統(tǒng)以單片機(jī)為核心控制器，實(shí)現(xiàn)了一鍵點(diǎn)火啟動(dòng)，自動(dòng)定時(shí)烹飪，進(jìn)氣量自動(dòng)控制，意外熄火保護(hù)，燃?xì)庑孤﹫?bào)警等功能。這使得燃?xì)庠罡诵曰奖阋子谩?/p>

【關(guān)鍵詞】MC9S12XS128單片機(jī) 智能燃?xì)庠?自動(dòng)烹飪定時(shí) 燃?xì)庑孤﹫?bào)警

1引言

隨著科技的發(fā)展，清潔能源的使用得以普及，燃?xì)庠钜驳靡詮V泛使用。消費(fèi)者對(duì)燃?xì)庠畹氖褂贸嘶竟δ艿囊笸猓瑢?duì)其安全性，方便性和耐用性也提出了更高的要求。基于單片機(jī)控制的智能燃?xì)庠畹拈_(kāi)發(fā)可以滿(mǎn)足消費(fèi)者這方面的需求。

2系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)介紹

該系統(tǒng)的主要功能有：一鍵點(diǎn)火啟動(dòng)，自動(dòng)定時(shí)烹飪，電子平滑自動(dòng)調(diào)節(jié)進(jìn)氣量，意外熄火保護(hù)，燃?xì)庑孤┘耙馔馇闆r報(bào)警等功能。[1]

系統(tǒng)硬件部分主要由電源部分，單片機(jī)最小核心板，電子脈沖點(diǎn)火部分，進(jìn)氣量控制部分，無(wú)線(xiàn)傳輸模塊，燃?xì)庑孤z測(cè)系統(tǒng)，按鍵控制部分，火焰檢測(cè)，顯示部分組成。[2]

2.1 一鍵點(diǎn)火功能

按下啟動(dòng)按鍵后，主系統(tǒng)首先向子系統(tǒng)發(fā)送一個(gè)檢測(cè)信號(hào)，收到安全信號(hào)后，微處理器控制電磁閥打開(kāi)，旋鈕打開(kāi)同時(shí)脈沖電子點(diǎn)火電路開(kāi)始工作，同時(shí)不斷對(duì)火焰檢測(cè)器采樣判斷是否達(dá)到火焰存在的閾值，如果達(dá)到，則停止點(diǎn)火電路的運(yùn)行。如果超過(guò)閾值時(shí)間始終無(wú)法檢測(cè)到火焰存在信號(hào)則停止點(diǎn)火，關(guān)閉電磁閥，報(bào)警提示。

2.2 意外熄火保護(hù)

系統(tǒng)正常工作時(shí)，定時(shí)采樣火焰檢測(cè)器的情況，如果判斷其值低于正常工作的閾值，則認(rèn)為系統(tǒng)熄火，微處理器立即關(guān)閉電磁閥，進(jìn)行報(bào)警提示等待用戶(hù)處理。

2.3 定時(shí)自動(dòng)烹飪

用戶(hù)提前設(shè)置好系統(tǒng)的烹飪過(guò)程。例如，設(shè)置系統(tǒng)前15分鐘以最大火量加熱，15分鐘后要求使用小火加熱20分鐘。系統(tǒng)點(diǎn)火啟動(dòng)后，微處理器發(fā)出信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)閥門(mén)旋鈕轉(zhuǎn)到最大，并計(jì)時(shí)；計(jì)時(shí)15分鐘后，微處理器發(fā)送信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)閥門(mén)旋到中間，并進(jìn)行計(jì)時(shí)20分鐘，計(jì)時(shí)20分鐘后，微處理器控制閥門(mén)關(guān)閉，電磁閥閉合，報(bào)警提示。

2.4 燃?xì)庑孤﹫?bào)警

主系統(tǒng)正常工作時(shí)，當(dāng)MQ6檢測(cè)到空氣中濃度值達(dá)到設(shè)定閾值時(shí)，會(huì)發(fā)出響應(yīng)信號(hào)，隨后子系統(tǒng)通過(guò)無(wú)線(xiàn)模塊向主機(jī)發(fā)送報(bào)警信號(hào)，主機(jī)接收到信號(hào)后，立即進(jìn)行熄火動(dòng)作，關(guān)閉閥門(mén)，并報(bào)警提示，等待用戶(hù)處理。當(dāng)主系統(tǒng)處于待機(jī)時(shí)，同樣接收到子系統(tǒng)的報(bào)警信號(hào)后，進(jìn)行報(bào)警提示。

3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

3.1 單片機(jī)的選取

受限于燃?xì)庠罡邷亍?qiáng)電磁干擾的工作環(huán)境，要保障系統(tǒng)可靠的工作，必須選用抗干擾能力強(qiáng)的單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)各個(gè)功能。基于以上考慮，本系統(tǒng)中選用了Freescale公司的MC9S12XS128單片機(jī)。該單片機(jī)是16位的高速，低功耗的微處理器，它有128KB程序Flash和8KB DataFlash；有8、10、12位的ADC，3us轉(zhuǎn)換時(shí)間；4通道16位計(jì)數(shù)器；工作溫度-40°～120°。完全能滿(mǎn)足系統(tǒng)要求。[3]

3.2 火焰檢測(cè)

火焰檢測(cè)是用來(lái)探測(cè)灶頭處是否有火焰存在，是保障燃?xì)庠畎踩缘闹匾胧Ｍㄟ^(guò)對(duì)點(diǎn)火器的分析，當(dāng)火焰存在時(shí)，其內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生一個(gè)微弱的電流，該電流可以被控制器的AD模塊采集到，以此來(lái)判斷系統(tǒng)是否打火成功獲熄火等運(yùn)行狀態(tài)。

火焰檢測(cè)傳感器本系統(tǒng)采用了性?xún)r(jià)比較高的熱電偶感應(yīng)針來(lái)實(shí)現(xiàn)，它裝配簡(jiǎn)單，量程可以達(dá)到-200～2800°，雖然相比于離子火焰?zhèn)鞲衅鳎捻憫?yīng)時(shí)間稍長(zhǎng)，但是在毫秒級(jí)的延遲對(duì)于燃?xì)庠畹膶?shí)際應(yīng)用的影響可以忽略。

3.3 脈沖點(diǎn)火電路

本系統(tǒng)采用一個(gè)震蕩變壓器和電阻來(lái)組成自激震蕩電路，然后通過(guò)高壓脈沖變壓器的初級(jí)產(chǎn)生高壓。當(dāng)單片機(jī)發(fā)出點(diǎn)火的動(dòng)作信號(hào)時(shí)，點(diǎn)火系統(tǒng)開(kāi)始震蕩，并通過(guò)高壓變壓器的初級(jí)產(chǎn)生高壓放電，電火花點(diǎn)燃天然氣，完成點(diǎn)火功能。

3.4 進(jìn)氣量控制

進(jìn)氣量的控制是由一個(gè)12V的步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)帶有電磁閥的調(diào)節(jié)器的旋鈕閥門(mén)轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)進(jìn)氣量的控制。

步進(jìn)電機(jī)選用35BYJ46步進(jìn)電機(jī)，它扭矩大，歩距角7.5度。由于本系統(tǒng)對(duì)系統(tǒng)的精度要求不是特別高，故采用該步進(jìn)電機(jī)完全可以滿(mǎn)足控制需要。驅(qū)動(dòng)采用ULN2003驅(qū)動(dòng)，該驅(qū)動(dòng)可靠性高。當(dāng)微處理器下達(dá)一定的進(jìn)氣量要求時(shí)，步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)閥門(mén)旋鈕來(lái)調(diào)整進(jìn)氣閥門(mén)，實(shí)現(xiàn)進(jìn)氣量調(diào)整；當(dāng)微處理器下達(dá)關(guān)閉閥門(mén)的信號(hào)時(shí)，電磁閥門(mén)關(guān)閉，同時(shí)步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)閥門(mén)旋鈕旋轉(zhuǎn)到閉合的位置，這樣雙重保證了燃?xì)馔ǖ赖目煽筷P(guān)閉。

3.5 燃?xì)庑孤z測(cè)系統(tǒng)

燃?xì)庑孤z測(cè)系統(tǒng)是獨(dú)立于燃?xì)庠钕到y(tǒng)之外，通過(guò)藍(lán)牙無(wú)線(xiàn)模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，之所以將該功能獨(dú)立于燃?xì)庠钕到y(tǒng)之外，是因?yàn)樘烊粴獾闹饕煞譃榧淄椋烊粴獗瓤諝廨p，故燃?xì)鈾z測(cè)裝置應(yīng)安裝在高處。液化氣的主要成分為丙烷、丁烷等有機(jī)化合物，它氣體狀態(tài)的密度也比空氣大，故以燃?xì)庑孤z測(cè)應(yīng)該安裝在較低的位置。所以把該功能單獨(dú)作為一個(gè)獨(dú)立的子系統(tǒng)能夠更好地兼容使用石油液化氣和天然氣的用戶(hù)，也能更好地發(fā)揮其功能。[4]

該子系統(tǒng)控制器采用STC89C51單片機(jī)，該單片機(jī)抗干擾性強(qiáng)。燃?xì)鈾z測(cè)傳感器采用MQ6液化氣檢測(cè)模塊，該模塊的靈敏度高，能夠準(zhǔn)確地檢測(cè)空氣中的液化氣。信號(hào)傳輸采用了H-05主從一體的藍(lán)牙模塊，與主系統(tǒng)通信。

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)包括主系統(tǒng)和子系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)。這兩部分的程序設(shè)計(jì)都采用了標(biāo)準(zhǔn)程序開(kāi)發(fā)的模塊化設(shè)計(jì)規(guī)范，提高程序的可讀性和可維護(hù)性，為以后的系統(tǒng)功能添加和完善提供了方便。整個(gè)軟件應(yīng)用采用C語(yǔ)言進(jìn)行代碼編寫(xiě)，使用Freescale公司的CodeWarrior IDE開(kāi)發(fā)編譯環(huán)境，生成代碼簡(jiǎn)煉高效。主系統(tǒng)程序包括鍵值解析，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)的產(chǎn)生，液晶顯示驅(qū)動(dòng)，無(wú)線(xiàn)模塊信號(hào)的接收處理等功能的具體實(shí)現(xiàn)。子系統(tǒng)程序包括MQ6信號(hào)的接收以及無(wú)線(xiàn)模塊信號(hào)的發(fā)出和接受。

5 結(jié)語(yǔ)

該智能燃?xì)庠羁刂葡到y(tǒng)比市面上的燃?xì)庠罹哂幸幌聝?yōu)點(diǎn)：（1）自動(dòng)定時(shí)烹飪。能夠按用戶(hù)需求自動(dòng)分時(shí)分火力烹飪食物；（2）燃?xì)庑孤z測(cè)與燃?xì)庠钕嚓P(guān)聯(lián)。燃?xì)庑孤z測(cè)獨(dú)立于主系統(tǒng)之外，既兼容了不同燃?xì)獾氖褂眯枨螅彩沟萌細(xì)庑孤┖蟮谝粫r(shí)間切斷正在使用的燃?xì)庠睿_保安全。

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（01）.

[2]任勇.單片機(jī)原理及應(yīng)用[M].清華大學(xué)出版社，2012.

[3]王剛建，馬文偉，曾仁智，沙芳華.基于單片機(jī)的智能灶具安全裝置的實(shí)現(xiàn)[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科學(xué)，2008（08）.

*本論文由大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目支持。