CN108561902A - 基于单片机的智能节能燃气灶及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及气体燃料的炉或灶技术领域，具体是基于单片机的智能节能燃气灶及其控制方法，包括供气系统和控制系统，供气系统包括燃气输送管道，一路管道通过燃气灶启动就实现储备火种，另一路管道通过电感式接近开关、时间继电器、单片机、电磁阀、稳压电源。炒菜锅放置在燃气灶上，电感式接近开关通过电信号变化传输到单片机识别判断，按设置的程序自动启动时间继电器、电磁阀工作使燃气灶燃烧。当炒菜锅离开燃气灶，接近开关产生高频变磁场恢复到原有的状态，通过单片机识别判断，时间继电器延时3秒钟后自动关闭燃气电磁阀，使燃气灶熄灭。本发明从技术上解决燃气灶空烧浪费能源问题，同时实现了智能化、自动化判断。

Description

基于单片机的智能节能燃气灶及其控制方法

技术领域

本发明涉及气体燃料的炉或灶技术领域，具体是一种基于单片机的智能节能燃气灶及其控制方法。

背景技术

2017年我国城市燃气已经出现用气荒以及酒店餐饮业存在的空烧现象浪费燃气非常严重的信息，由于我国城镇化快速发展、采暖煤改气，工业煤改气等举措大大刺激了天然气消费，2017年，全国天然气消费量超过2300亿立方米，其中城市燃气用气量为885亿立方米，约占39%，2018年预计天然气消费量会达到2587亿立方米，比2017年增长10%。然而酒店餐饮业厨师为了提高出菜效率，急于解决用餐高峰紧张工作，餐饮行业燃气灶空烧现象普遍存在，燃气浪费特别严重。

厨师在使用传统燃气灶烹饪中餐菜品时，添加调料、分菜装盘等不需要用火时，需要经常把锅拿离灶口，为了提高出菜效率，根本没有时间来调节火力大小，而此时燃气灶仍然在大火空烧，据统计烹饪过程中空烧浪费燃气达到总消耗30%左右，同时对空气污染、厨房的工作环境、厨房身体健康带来不可小视的影响。

发明内容

本发明的目的就是为了克服现有技术中的上述缺陷，提供一种结构新颖、安全可靠、节能效率高的基于单片机的智能节能燃气灶及其控制方法，可以使厨师烹饪过程中，实现了炒菜锅放灶即燃，离灶会熄，暂短离灶翻炒3秒钟内不会熄灭的功能。从技术上解决燃气灶空烧浪费能源问题，同时实现了智能化、自动化判断，是一种智能化节能燃气灶。

为实现上述目的，提供一种基于单片机的智能节能燃气灶，包括点火装置、燃气灶进气管、供气系统和控制系统，所述的供气系统包括燃气输送管道，所述的燃气输送管道包括第一分路管道和第二分路管道，所述燃气灶进气管的出口分别连接第一分路管道和第二分路管道，所述的第一分路管道上设有燃气阀门，在所述的第二分路管道与燃气灶进气管之间设有燃气电磁阀，所述的控制系统包括电感式接近开关、时间继电器、单片机以及稳压电源，所述的电感式接近开关设置在燃气灶的灶面上，所述电感式接近开关连接单片机，单片机的输出端连接时间继电器，所述的时间继电器连接所述燃气电磁阀。

优选地，所述的电感式接近开关包括LC震荡电路、开关放大器、信号触发器，所述的LC震荡电路具有线圈，所述信号触发器连接开关放大器，开关放大器的信号输出端连接单片机。

优选地，所述的电感式接近开关采用常闭式电感式接近开关。

优选地，所述的单片机包括运算器、控制器、存储器和输入输出设备。

优选地，所述的稳压电源分别连接燃气电磁阀、电感式接近开关、时间继电器和单片机。

优选地，所述的燃气灶一侧设有一燃气灶盒盘，所述的时间继电器、单片机以及稳压电源安装在燃气灶盒盘内。

本发明中基于单片机的智能节能燃气灶的控制方法为：当炒菜锅放置在燃气灶上，电感式接近开关产生的高频变磁场受到炒菜锅影响，在炒菜锅内产生旋涡电流，导致接近开关振荡衰减，转换成变化的电信号传输到单片机的控制器，通过单片机识别判断，按设置的的程序自动启动时间继电器工作、打开燃气电磁阀提供燃气，燃气点火火焰使燃气灶燃烧；当炒菜锅离开燃气灶，电感式接近开关产生高频变磁场恢复到原有的状态，常闭状态电信号同样通过单片机识别判断，时间继电器延时3秒钟后自动关闭燃气电磁阀，使燃气灶熄灭。

优选地，所述的第一分路管道作为燃气灶准备使用的储备火种燃气管道，当打开燃气阀门时，第一分路管道自动点火，由该管道输出的燃气点燃，燃气灶准备启用；所述的第二分路管道作为燃气灶燃烧管道，当燃气电磁阀开启时，管道燃气进入燃气灶，通过点火燃气的火焰使燃气灶燃烧，当燃气电磁阀关闭时，燃气灶进气管道停止供气自然熄灭。

优选地，LC振荡电路的线圈产生高频变磁场，当金属炒锅接近电磁场时，在炒锅内则产生旋涡电流，从而导致电感式接近开关振荡衰减，以至停振，当信号触发器检测到LC振荡电路振荡及停振的变化现象时，被开关放大器处理并转换成开关接通或断开的电信号，通过单片机控制，启动燃气灶内燃气电磁阀工作。

优选地，电感式接近开关采用常闭式电感式接近开关，当炒锅未放入燃气灶上，电感式接近开关处于断开电信号状态，电磁阀停止供气；当炒锅放入燃气灶上，电感式接近开关处于开启电信号状态，电磁阀打开提供燃气。

本发明同现有技术相比，其优点在于：本发明的智能节能燃气灶通过对燃气灶供气系统改进，使一路管道通过燃气灶启动就实现储备火种，另一路管道通过电感式接近开关、时间继电器、单片机、电磁阀、稳压电源。炒菜锅放置在燃气灶上，电感式接近开关通过电信号变化传输到单片机识别判断，按设置的的程序自动启动时间继电器、电磁阀工作使燃气灶燃烧。当炒菜锅离开燃气灶，接近开关产生高频变磁场恢复到原有的状态，通过单片机识别判断，时间继电器延时3秒钟后自动关闭燃气电磁阀，使燃气灶熄灭。通过计算，采用本发明燃气灶后，全国每年可以节省270亿立方天然气能源，可以减少0.45亿吨二氧化碳排放。同时对改善厨房工作气体环境以及厨房工作人员的身体健康会有很大程度改善。

附图说明

图1为本发明实施例中燃气灶的主要结构示意图；

图2为本发明实施例中电感式接近开关的工作原理示意图；

图3为本发明实施例中控制系统的原理示意图；

如图所示，图中：1.第一分路管道 2.第二分路管道 3.燃气电磁阀 4.燃气灶进气管 5.燃气灶盒盘 6.燃气阀门 7.炒锅表面 8.交变磁场 9.LC震荡电路 10.信号触发器 11.开关放大器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明，这种装置的结构和原理对本专业的人来说是非常清楚的。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，本发明的供气系统燃气输送管道，燃气输送管道包括第一分路管道和第二分路管道，一路作为燃气灶点火储备火种，一路作为通过燃气电磁阀控制输送管道的燃气能否进入燃气灶，从而实现电磁阀开启时燃气灶燃烧、电磁阀关闭时燃气灶熄灭的目的。其中，第一分路管道作为燃气灶准备使用的储备火种燃气管道，当厨师打开燃气阀门时，点火燃气管道自动点火，一根小管道燃气点燃，燃气灶准备启用。第二分路管道作为燃气灶燃烧管道，直接与燃气灶进气管相连。燃气灶燃烧管道与燃气灶进气管之间连接一个燃气电磁阀。当燃气电磁阀开启时，管道燃气进入燃气灶，通过点火燃气的火焰使燃气灶燃烧。当燃气电磁阀关闭时，燃气灶进气管道停止供气自然熄灭。

在控制系统中，设置自动关闭电磁阀门的控制系统，主要包括电感式接近开关，时间继电器、单片机、稳压电源。电磁阀安装在燃气管道上，电感式接近开关安装在燃气灶面上，时间继电器、单片机、稳压电源安装在燃气灶盒盘内。其中单片机优选为Arduino单片机。

如图2所示，电感式接近开关由LC震荡电路、开关放大器、信号触发器三部分构成，振荡电路的线圈产生高频变磁场，当金属炒锅接近电磁场时，在炒锅内则产生旋涡电流，从而导致接近开关振荡衰减，以至停振。当信号触发器检测到振荡器振荡及停振的变化现象时，被开关放大电路处理并转换成开关接通或断开的电信号，通过Arduino单片机控制，启动燃气灶内燃气电磁阀工作。电感式接近开关采用常闭式电感式接近开关，当炒锅未放入燃气灶上，电感式接近开关处于断开电信号状态，燃气电磁阀控制停止供气。当炒锅放入燃气灶上，电感式接近开关处于开启电信号状态，燃气电磁阀打开提供燃气。

Arduino单片机由运算器，控制器，存储器，输入输出设备构成，相当于一个微型的计算机。将可检测到电感式接近开关模拟信号，通过编程语言编写赋予单片机执行程序；即根据接受到电感式接近开关输出不同电信号变化值，通过单片机识别，按单片机设置的程序对电磁阀电路执行对应的控制。当单片机接受到电感式接近开关需要接通电磁阀电信号时，通过单片机信息处理后，按单片机设置程序指令电磁阀电路和继电器电路工作，燃气灶燃气输送管道电磁阀自动开启，提供燃气。当单片机接受到电感式接近开关需要关闭电磁阀电信号时，通过单片机信息处理后，按单片机设置程序指令电磁阀电路和继电器电路工作，燃气灶燃气输送管道电磁阀自动关闭，停止供气。

由于单片机与电磁阀的工作电压不同，单片机不能与电磁阀工作电路相连，在Arduino开发板与燃气电磁阀之间连接时间继电器，可以起到两个作用：

①时间继电器能实现以较小的电流去控制较大电流电路的作用，通过时间继电器就可以用单片机控制燃气电磁阀电路，并能在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路作用。

② 考虑到厨师在炒菜时往往会离灶炒菜锅，接着又会在燃气灶上继续翻炒，炒锅暂时离灶，不需要马上关闭燃气灶。通过时间继电器设置延时3秒钟时间，如果在3秒钟内又重新把锅放入燃气灶内，电磁阀电路重新回到开启电路状。如果3秒钟后仍然没有把锅放入燃气灶内，时间继电器自动关闭电磁阀，燃气灶的燃气输送管道停止供气。

如图3所示，电感式接近开关连接单片机，单片机的输出端连接时间继电器，时间继电器连接燃气电磁阀。炒菜锅放置在燃气灶上，燃气灶台面电感式接近开关产生高频变磁场受到炒菜锅影响，在炒菜锅内产生旋涡电流，导致接近开关振荡衰减，转换成变化的电信号传输到单片机控制器，通过单片机识别判断，按设置的的程序自动启动时间继电器工作、打开电磁阀提供燃气，燃气点火火焰使燃气灶燃烧。当炒菜锅离开燃气灶，接近开关产生高频变磁场恢复到原有的状态，常闭状态电信号同样通过单片机识别判断，时间继电器延时3秒钟后自动关闭燃气电磁阀，使燃气灶熄灭。由于时间继电器设置延时3秒钟关闭，炒菜锅暂时离灶翻炒，燃气灶不会立即熄灭。

Claims (10)

1.一种基于单片机的智能节能燃气灶，包括点火装置、燃气灶进气管、供气系统和控制系统，其特征在于所述的供气系统包括燃气输送管道，所述的燃气输送管道包括第一分路管道和第二分路管道，所述燃气灶进气管的出口分别连接第一分路管道和第二分路管道，所述的第一分路管道上设有燃气阀门，在所述的第二分路管道与燃气灶进气管之间设有燃气电磁阀，所述的控制系统包括电感式接近开关、时间继电器、单片机以及稳压电源，所述的电感式接近开关设置在燃气灶的灶面上，所述电感式接近开关连接单片机，单片机的输出端连接时间继电器，所述的时间继电器连接所述燃气电磁阀。

2.如权利要求1所述的基于单片机的智能节能燃气灶，其特征在于所述的电感式接近开关包括LC震荡电路、开关放大器、信号触发器，所述的LC震荡电路具有线圈，所述信号触发器连接开关放大器，开关放大器的信号输出端连接单片机。

3.如权利要求1所述的基于单片机的智能节能燃气灶，其特征在于所述的电感式接近开关采用常闭式电感式接近开关。

4.如权利要求1所述的基于单片机的智能节能燃气灶，其特征在于所述的单片机包括运算器、控制器、存储器和输入输出设备。

5.如权利要求1所述的基于单片机的智能节能燃气灶，其特征在于所述的稳压电源分别连接燃气电磁阀、电感式接近开关、时间继电器和单片机。

6.如权利要求1所述的基于单片机的智能节能燃气灶，其特征在于所述的燃气灶一侧设有一燃气灶盒盘，所述的时间继电器、单片机以及稳压电源安装在燃气灶盒盘内。

7.一种基于单片机的智能节能燃气灶的控制方法，其特征在于采用如权利要求1～6任一所述的基于单片机的智能节能燃气灶，当炒菜锅放置在燃气灶上，电感式接近开关产生的高频变磁场受到炒菜锅影响，在炒菜锅内产生旋涡电流，导致接近开关振荡衰减，转换成变化的电信号传输到单片机的控制器，通过单片机识别判断，按设置的的程序自动启动时间继电器工作、打开燃气电磁阀提供燃气，燃气点火火焰使燃气灶燃烧；当炒菜锅离开燃气灶，电感式接近开关产生高频变磁场恢复到原有的状态，常闭状态电信号同样通过单片机识别判断，时间继电器延时3秒钟后自动关闭燃气电磁阀，使燃气灶熄灭。

8.如权利要求7所述的基于单片机的智能节能燃气灶的控制方法，其特征在于所述的第一分路管道作为燃气灶准备使用的储备火种燃气管道，当打开燃气阀门时，第一分路管道自动点火，由该管道输出的燃气点燃，燃气灶准备启用；所述的第二分路管道作为燃气灶燃烧管道，当燃气电磁阀开启时，管道燃气进入燃气灶，通过点火燃气的火焰使燃气灶燃烧，当燃气电磁阀关闭时，燃气灶进气管道停止供气自然熄灭。

9.如权利要求7所述的基于单片机的智能节能燃气灶的控制方法，其特征在于LC振荡电路的线圈产生高频变磁场，当金属炒锅接近电磁场时，在炒锅内则产生旋涡电流，从而导致电感式接近开关振荡衰减，以至停振，当信号触发器检测到LC振荡电路振荡及停振的变化现象时，被开关放大器处理并转换成开关接通或断开的电信号，通过单片机控制，启动燃气灶内燃气电磁阀工作。

10.如权利要求7或9所述的基于单片机的智能节能燃气灶的控制方法，其特征在于所述的电感式接近开关采用常闭式电感式接近开关，当炒锅未放入燃气灶上，电感式接近开关处于断开电信号状态，电磁阀停止供气；当炒锅放入燃气灶上，电感式接近开关处于开启电信号状态，电磁阀打开提供燃气。