智能燃氣灶控制系統的研究步

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，實現一鍵點火、火力控制、時間和火力狀態的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、節能，且擁有美觀的外形、多樣的功能。特別是電子科學技術和單片機的廣泛應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的研究與開發能夠更好地順應時代發展潮流。

針對人們對燃氣灶所關注的問題，本文提出一種新型智能燃氣灶控制系統的設計結構，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計。通過將控制系統模塊化，實現新型智能燃氣灶的研究分析。

1.系統結構

本系統以單片機為核心，實現一鍵點火、火力控制、時間狀態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據通信和控制等功能，并通過對燃氣灶結構的設計實現能源的節約。

系統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為系統結構圖，圖中給出各個模塊與單片機的輸入輸出關系。

系統采用電容式感應按鍵啟動燃氣灶，單片機收到啟動信號后控制脈沖點火電路開始點火，通過脈沖信號產生電火花點燃天然氣，使天然氣處于正常燃燒狀態后關閉點火電路。燃氣灶工作期間，系統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，并將實時數據反饋給單片機，若發生意外熄火，單片機驅動熄火裝置關閉燃氣灶，LED燈和蜂鳴器均發出警報信號。為調節燃氣灶火力大小，角度傳感器與電機和閥體組成反饋控制系統，單片機收到火力調節信號后，驅動電機帶動閥體旋轉，角度傳感器將轉動角度反饋給單片機，單片機通過閥體旋轉角度的大小來判斷是否達到火力需求，從而進一步調整閥體旋轉以精確控制火力大小。為滿足自動定時烹飪需求，在火力設置完成后，系統開始計時，LED燈顯示目前燃氣灶的火力大小以及烹飪倒計時。到達烹飪結束時間后，熄火電路控制閥門關閉，LED與蜂鳴器發出警報信號。燃氣灶運行期間，單片機將傳感器收集到的數據發送至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據。

除燃氣灶系統的控制系統外，本文設計遠程控制系統對燃氣灶實行遠程操作。系統采用藍牙無線模塊與手機進行數據通信，能夠通過藍牙通信將單片機中燃氣灶狀態數據發送至手機，用戶通過手機了解到燃氣灶的狀態并可以修改設置燃氣灶的烹飪時間和火力大小，然后將設置數據發送至單片機，單片機根據手機設置的數據對燃氣灶的火力大小和烹飪時間進行調節設置，用戶利用手機對燃氣灶進行遠程監控和設置。

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，本文在燃氣灶的結構設計上采用內旋式快焰火來增加燃氣利用率，節約能源。

2.控制原理

本節主要介紹系統中主要功能模塊原理，包括感應模塊、火焰檢測模塊、點火控制模塊、閥體與電機模塊、數據傳輸模塊、節能技術。

2.1 感應模塊

本系統采用電容式感應按鍵。輸入的高頻電壓經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A/D轉換進行數據比較。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人體，使得電容器兩端的電壓下降，輸入單片機的電壓經A/D轉換后的數據也會隨之發生變化，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時間，提高智能燃氣灶的安全性，本系統采用與熱電偶感應電路相比更為靈敏的離子火焰檢測電路實現意外熄火保護。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，由于火焰的單向導電性，離子探針內部會產生一個微弱的電流，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部進行數據轉換和比較，單片機以此判斷點火是否成功或是否熄火等運行狀態。

2.3 點火控制模塊

點火方式采用傳統的高壓脈沖點火，點火電路由振蕩電路、升壓電路以及放電電極等組成。當單片機發出點火指令時，振蕩電路開始工作，產生高頻交流電，經過升壓變壓器升壓后在次級產生脈沖信號，經二極管整流后得到穩定的直流電壓。次級電路分別設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通，并觸發可控硅導通，使大電容器放電，得到交流電壓，經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

本系統由直流電機帶動閥體轉動，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，進而操縱電機的轉動方向。直流電機正向轉動時，通入天然氣的速率增加，火力增大；反向轉動時，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將閥體轉動的角度反饋給單片機，從而控制電機的轉動方向，以便精確地控制閥體的轉動角度，從而實現精確的火力控制。

2.5 數據傳輸模塊

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

2.6 節能技術

為了提高燃料利用率，有效地節約能源，燃氣灶采用了內旋式快焰火燃氣灶的結構設計，其火孔嵌入火蓋內，燃燒火焰呈現旋轉朝內狀，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。

結語

本文著重介紹了智能燃氣灶的控制系統設計思路，從人們的生活需求出發，提出新型燃氣灶應具有的功能，研究能夠實現所需功能的控制系統原理，通過建立模塊化的控制系統，實現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、環保，是對智能家居發展的一種有益探索。與當前市面上的燃氣灶相比，該控制系統主要具有以下優點：

（1）自動定時烹飪，用戶可根據自己的需要控制烹飪的時間和火候。

（2）能夠與手機互聯，方便用戶隨時查看燃氣灶的運行狀態以及對燃氣灶進行遠程控制，使用戶不再被限制于廚房內，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，能在燃氣灶意外熄火時第一時間切斷燃氣供應，并使用戶立即發現意外狀況，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，智能控制系統的魯棒性和穩定性將直接影響燃氣灶的安全性和可操作性。只有充分考慮現實的工作環境狀況，才能設計出一套真正安全便捷的控制系統，自動化和智能化家居才能深入人心。

參考文獻

[1]刁琛桃，張興強，孟天.一種新型智能燃氣灶控制系統的研制[J].中國科技縱橫， 2016（5）：22-23.

[2]吳錦躍，呂新潮，高明煜.智能燃氣灶具控制系統的設計與實現[J].杭州電子科技大學學報，2007，27（4）：5-8.

[3]姚軍波，楊選民.智能燃氣灶具控制系統的設計[J].科技與生活，2011（1）：79-80.

[4]王紅亮，吳志宏，王金陵.基于通用藍牙模塊的多路傳感器數據傳輸系統[J].電視技術，2013，37（19）：96-98.

[5]易家言.家用燃氣灶的發展及展望[J].現代家電，2005（24）：48-49.