智能燃气灶控制系统的研究步

允泽

摘 要：本文介绍了一种以单片机为核心的新型智能燃气灶控制系统，实现一键点火、火力控制、时间和火力状态的LED显示、熄火保护、声光报警、自动定时烹饪、远程通信控制等功能，使燃气灶更具安全性和智能化.

关键词：智能燃气灶；单片机；定时自动烹饪；离子探火；远程控制

中图分类号：TP212 文献标识码：A

0.引言

随着人们生活水平的提高和清洁能源的普及，燃气灶的使用越来越广泛。同时，随着科技水平的提高，燃气灶更加安全、方便、节能，且拥有美观的外形、多样的功能。特别是电子科学技术和单片机的广泛应用使得燃气灶的智能化和自动化水平大幅度提高。然而，消费者对于燃气灶的安全性、耐用性、方便性、美观性以及智能化水平也提出了更高的要求。在燃气灶安全性方面，我国早在2000年8月出台了新的家用燃气灶具安全标准，规定自2001年2月1日起，家用嵌入式燃气灶具必须安装熄火安全保护装置。为更好地满足消费者对于智能燃气灶的需求，基于单片机的燃气灶控制系统的研究与开发能够更好地顺应时代发展潮流。

针对人们对燃气灶所关注的问题，本文提出一种新型智能燃气灶控制系统的设计结构，充分考虑燃气灶在使用过程中可能存在的风险，并提出对燃气灶的烹饪时间和火力大小进行远程控制的设计。通过将控制系统模块化，实现新型智能燃气灶的研究分析。

1.系统结构

本系统以单片机为核心，实现一键点火、火力控制、时间状态LED显示、意外熄火保护、意外情况声光报警、自动定时烹饪以及远程数据通信和控制等功能，并通过对燃气灶结构的设计实现能源的节约。

系统硬件主要由电源模块、单片机、按键控制模块、电子脉冲点火电路、电机与阀体、离子火焰检测电路、蓝牙无线传输、LED显示以及警报器组成，图1为系统结构图，图中给出各个模块与单片机的输入输出关系。

系统采用电容式感应按键启动燃气灶，单片机收到启动信号后控制脉冲点火电路开始点火，通过脉冲信号产生电火花点燃天然气，使天然气处于正常燃烧状态后关闭点火电路。燃气灶工作期间，系统中的火焰检测模块采用离子探火电路对火焰进行定时检测，并将实时数据反馈给单片机，若发生意外熄火，单片机驱动熄火装置关闭燃气灶，LED灯和蜂鸣器均发出警报信号。为调节燃气灶火力大小，角度传感器与电机和阀体组成反馈控制系统，单片机收到火力调节信号后，驱动电机带动阀体旋转，角度传感器将转动角度反馈给单片机，单片机通过阀体旋转角度的大小来判断是否达到火力需求，从而进一步调整阀体旋转以精确控制火力大小。为满足自动定时烹饪需求，在火力设置完成后，系统开始计时，LED灯显示目前燃气灶的火力大小以及烹饪倒计时。到达烹饪结束时间后，熄火电路控制阀门关闭，LED与蜂鸣器发出警报信号。燃气灶运行期间，单片机将传感器收集到的数据发送至LED显示屏，由LED显示屏显示烹饪时间和燃气灶的火力大小等数据。

除燃气灶系统的控制系统外，本文设计远程控制系统对燃气灶实行远程操作。系统采用蓝牙无线模块与手机进行数据通信，能够通过蓝牙通信将单片机中燃气灶状态数据发送至手机，用户通过手机了解到燃气灶的状态并可以修改设置燃气灶的烹饪时间和火力大小，然后将设置数据发送至单片机，单片机根据手机设置的数据对燃气灶的火力大小和烹飪时间进行调节设置，用户利用手机对燃气灶进行远程监控和设置。

作为清洁能源的天然气是目前人们使用的重要能源之一，为有效利用天然气资源，本文在燃气灶的结构设计上采用内旋式快焰火来增加燃气利用率，节约能源。

2.控制原理

本节主要介绍系统中主要功能模块原理，包括感应模块、火焰检测模块、点火控制模块、阀体与电机模块、数据传输模块、节能技术。

2.1 感应模块

本系统采用电容式感应按键。输入的高频电压经二极管半波整流后给电容充电，电容两端的电压输入单片机后经A/D转换进行数据比较。当手指触摸到金属片时，由于人体分布电容的存在，会有一部分电流流经人体，使得电容器两端的电压下降，输入单片机的电压经A/D转换后的数据也会随之发生变化，单片机通过比较处理来判断是否有键按下。采用电容式感应按钮成本低且操作方便。

2.2 火焰检测模块

为了提高火焰检测的灵敏度，缩短燃气灶熄火保护的反应时间，提高智能燃气灶的安全性，本系统采用与热电偶感应电路相比更为灵敏的离子火焰检测电路实现意外熄火保护。电路主要由离子探针和电压比较器组成。当探针没有检测到火焰时，电压比较器的正输入端悬空，比较器输出高电平；当火焰烧到探针时，由于火焰的单向导电性，离子探针内部会产生一个微弱的电流，使得正向输入端电压低于反向输入端电压，电压比较器输出低电平。输出的电平在单片机内部进行数据转换和比较，单片机以此判断点火是否成功或是否熄火等运行状态。

2.3 点火控制模块

点火方式采用传统的高压脉冲点火，点火电路由振荡电路、升压电路以及放电电极等组成。当单片机发出点火指令时，振荡电路开始工作，产生高频交流电，经过升压变压器升压后在次级产生脉冲信号，经二极管整流后得到稳定的直流电压。次级电路分别设置一个大电容和小电容，小电容处连接一个双向二极管，大电容处连接一个双向可控硅元件。该直流电压同时为两个电容器充电，小电容上的电压达到较大值时会使双向二极管导通，并触发可控硅导通，使大电容器放电，得到交流电压，经过第二个变压器升压后形成高压，能够击穿一定厚度的空气产生电火花，将天然气点燃，完成点火功能。

2.4 阀体与电机模块

本系统由直流电机带动阀体转动，控制火力的大小。由直流电机和三极管组成控制电路，连接成正反两个回路，控制电路有两个端口与外界相连，通过控制两端电平的相对大小来控制电路中电流的流动方向，进而操纵电机的转动方向。直流电机正向转动时，通入天然气的速率增加，火力增大；反向转动时，通入天然气的速率减小，火力减弱。阀体上装有的角度传感器能够将阀体转动的角度反馈给单片机，从而控制电机的转动方向，以便精确地控制阀体的转动角度，从而实现精确的火力控制。

2.5 数据传输模块

该模块由数据接收端和数据发送端两部分组成，数据接收端和数据发送端通过蓝牙模块进行无线数据传输。燃气灶和手机均可作为数据接收端和发送端。当燃气灶作为数据发送端时，主要功能是接收传感器所采集的数据，经过单片机处理后通过蓝牙模块发送到接收端。接收端接收到数据后，可查看燃气灶的工作时间、火力大小等状态。当手机作为数据发送端时，主要功能为设置燃气灶状态，即设置燃气灶的火力大小及其烹饪时间，经蓝牙模块发送到接收端，燃气灶的单片机接收到设置数据后，通过控制器将各模块设置至用户需求的状态，从而实现燃气灶的远程监控和管理。

2.6 节能技术

为了提高燃料利用率，有效地节约能源，燃气灶采用了内旋式快焰火燃气灶的结构设计，其火孔嵌入火盖内，燃烧火焰呈现旋转朝内状，燃烧时，火力集中锅底，热量能够更好地被吸收，從而减少了热量损失，全面提高热效率。

结语

本文着重介绍了智能燃气灶的控制系统设计思路，从人们的生活需求出发，提出新型燃气灶应具有的功能，研究能够实现所需功能的控制系统原理，通过建立模块化的控制系统，实现了多样的燃气灶功能，提高了智能燃气灶的智能化和自动化水平，增强了智能燃气灶的可操作性，使智能燃气灶更加安全、方便、环保，是对智能家居发展的一种有益探索。与当前市面上的燃气灶相比，该控制系统主要具有以下优点：

（1）自动定时烹饪，用户可根据自己的需要控制烹饪的时间和火候。

（2）能够与手机互联，方便用户随时查看燃气灶的运行状态以及对燃气灶进行远程控制，使用户不再被限制于厨房内，拓展了烹饪的时间和空间范围，使烹饪更自由，更灵活。

（3）采用意外熄火保护电路和声光报警系统，能在燃气灶意外熄火时第一时间切断燃气供应，并使用户立即发现意外状况，及时采取措施，提高了燃气灶的安全性。

本文的目的是为人们提供更安全便捷的操作体验，推动智能家居进一步普及。燃气灶的智能化和自动化在未来较长一段时间内仍将是时代的潮流。作为智能燃气灶的控制核心，智能控制系统的鲁棒性和稳定性将直接影响燃气灶的安全性和可操作性。只有充分考虑现实的工作环境状况，才能设计出一套真正安全便捷的控制系统，自动化和智能化家居才能深入人心。

参考文献

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