一种节能式燃气炉灶装置设计

2017-01-12李会明张桂林高俊鹏邢书源

河北农机 2016年12期

关键词：锅具炉具炉灶

李会明张桂林高俊鹏邢书源

1、长春理工大学机电工程学院 2、长春中富科技有限公司

一种节能式燃气炉灶装置设计

李会明1张桂林2高俊鹏2邢书源1

1、长春理工大学机电工程学院 2、长春中富科技有限公司

针对目前燃气炉灶在使用过程中存在的不必要能源损失与消耗问题，设计了一款节能式燃气炉灶装置。该装置利用超声波传感器反馈炉具位置信号，利用51单片机作为炉灶系统的主控制器。本文给出了该炉灶装置的工作原理、结构以及关键技术，为节能提供了一个行之有效的控制策略。

节能；燃气炉灶；超声波传感器

引言

随着我国国民经济的不断提升，人们的生活水平逐渐向更高的标准迈进，因此也带动了餐饮业的迅猛发展。炉具作为餐饮业必不可少的设施，其良好的的使用性能为企业的发展提供了技术保障[1]。能源问题是当今社会的头号问题，也是全世界关注的焦点话题，中国作为一个能源相对紧缺的国家，如何提升燃气的使用效率是全社会所关注的一个研究重点。以2006年兴起的“杜绝空烧”为时间点，国内的餐饮业炉具用具生产厂商普遍开展了相关研究[2-3]。燃气费用的增长同时也增加了企业的支出负担。本文提出了一种节能式炉灶控制装置，该装置采用分离式独立结构，利用超声波传感器对炉芯位置的锅具进行有无检测，能够根据采集到的反馈信号，利用单片机装置实时的控制燃气阀的开启状态，自动调整合适的火焰大小，提高燃气的使用效率，从而达到节约燃气最佳目的。

1 工作原理

本文提出的炉灶节能控制装置如图1所示，该系统组成由锅具传感器、按键、主控制器、点火电源、风机电源、电磁阀组成。其中，锅具传感器为超声波测距探头以及处理电路模块组成。

采用超声波测距探头对锅具所在特定距离段进行锅具的有无判定，并将判定结果传输给主控制器；按键主要用于对锅具传感器探测距离及主控制器其他参数的设定；主控制器主要由单片机及其处理电路组成，单片机作为整个控制器的处理中心，在启动后对锅具传感器进行激活与读取操作，并根据锅具的有无通过继电器对炒灶风机电源、点火电源、电磁阀进行控制，从而实现对炒灶的节能控制；点火电源和风机电源：用于对炒灶点火系统、风机系统的供电；电磁阀为开关阀，受主控制器控制。

图1 炉具节能控制器安装示意图

在安装时，将锅具传感器安装在灶台顶部正对炉芯，大致确定锅具放置在炉芯后与锅具传感器的距离，将电磁阀安装在炒灶燃料阀之前的燃料管道中，主控制器安装便于开启的位置，将炒灶风机电源、点火电源分别与主控制器上对应电源连接。在使用时，将电源接入主控制器，打开主控制器电源开关，将炉具放置在炉芯后与锅具传感器之间的距离通过主控制器上按键输入主控制器，最后按下主控制器上工作按钮即可使本实用新型之炒灶节能控制器对炒灶进行节能控制工作。

2 控制系统设计

2.1 系统硬件设计

控制系统的核心是控制器，智能炉灶节能控制系统硬件结构如图2所示。智能炉灶节能控制系统采用51单片机作为主控单元[4]，能够完成对于系统传感器的检测以及对于电磁阀的准确控制。

图 2炉具节能控制器组成

该控制系统传感器的主要功能是炉具位置的检测，采用超声波距离传感器。超声波传感器是利用超声波的特性研制而成的传感器，是一种声电转换的装置。通常情况下，超声波探头可分为压电式、电磁式和磁致伸缩式几种，本操作装置采用NU1ME21TR型超声波测距传感器。该传感器能够实现-35dB-min的灵敏度，检测范围大等优点[5-6]。

系统采用TI公司的串行A/D芯片TLC1543CN。具有11路通道，10位A/D转换接口分辨率，输出长度可以编辑，并且输出引脚可直接与单片机的并行I/O口进行连接，实现模数转化的控制电路。

2.2 系统软件设计

节能式燃气炉灶装置控制系统主要控制的对象是超声波的发生与接收、电磁阀的控制、信号指示灯的切换、定时等几个主要功能程序。软件控制上采用C语言进行单片机的编程控制，整个控制系统的流程图如图3所示。

系统上电后完成初始化任务，开始对系统控制状态进行判定，首先检测炉灶是否有锅具使用。如果此时有锅具放置在炉灶上，炉具点火装置启动，同时电磁阀变成通路，炉灶液化气点燃，炉具可以正常使用；若传感器检测不到锅具的使用，点火装置以及风机装置和电磁阀处于初始关闭状态。

图3 软件控制结构图

同时，在炉灶点火后正常使用过程中，定时器启动，当定时时间到，炉灶电磁阀开启最大开口，实现炉灶的快速加热。在炉具使用过程中如果锅具远离炉灶，此时定时器启动，同时炉灶电磁阀开到最小，保持火焰处于刚刚燃烧的状态，假如锅具拿离时间超过定时器时间，炉灶电磁阀关闭，总阀门关闭，炉具处于关机状态，等待下次的使用。

3 结论

能源的日益短缺，需要对有限的资源转化成最大的使用效率，依托节能型智能炉灶，通过传感器感应炉具有无对燃气燃烧情况进行控制，能够将使用过程中锅具拿离过程中这部分能量进行保护，减少不必要的损耗。结合自动控制原理，对智能节能炉灶进行综合分析，使用过程中，该炉灶节能控制装置对燃气的使用率有较大的提升，同时系统与炉灶采用可分离式，可以随时更换与安装，具有操作简单、可靠性高等优点，是一种可行节能装置。

[1]纪志国,崔晓钰,胡记超.一种带回热的新型节能燃气灶的研究[J].节能技术,2008,26(5):403-407.

[2]黄晓林,余晓超.一种智能型节能环保燃气灶控制器的设计[J].电子制作,2016(13).

[3]麻建国,杜继涛,罗娟等.可调式节能燃气灶的设计关键[J].机械设计与研究,2010,26(4):122-124.

[4]韩全立.单片机控制技术及应用[M].电子工业出版社,2004.

[5]陈勇,白艳梅,迟永江等.基于超声检测实现厨用炉灶自动控制器设计[J].电子测量技术,2008,31(3):24-26.

[6]冯红亮,肖定国,徐春广等.脉冲超声传感器激发/接收电路设计[J].仪表技术与传感器,2003(11):30-32.

图1 300mm单机架四辊冷轧机结构图

4 实训室建设现状

轧钢实训室已于2015年1月建设完成。承担过的教学实训项目有：机械零部件测绘实训、轧钢机械主要部件拆装实训、轧钢机装调实训、剪切机装调实训、矫直机装调实训、卷取机装调实训、冷轧生产线设备联调联试实训、轧钢测试技术实训。实训项目涉及的专业有：机械设计与制造专业、机电一体化、材料工程、材料成型与控制。图2为四辊可逆冷轧机的主轧机实物图，图3为实训室300mm单机架四辊可逆冷轧机组的实物图。