CN111197770A - 智能燃气灶台防干烧装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能燃气灶台防干烧装置及其控制方法，其中装置包括雷达探测器、控制器、旋钮开度探测器、输出回路、电磁阀和报警器，所述雷达探测器、旋钮开度探测器、输出回路、报警器均分别与控制器连接，所述电磁阀与输出回路连接，且电磁阀串接在燃气回路中，用于控制燃气的通断，所述雷达探测器用于探测活动的物体，并将探测信号发送给控制器，所述旋钮开度探测器用于检测燃气灶的燃气开度大小，并将检测的信号发送给控制器，所述报警器用于报警提醒使用者注意。本发明通过雷达探测燃气灶附近是否有人员移动以确定是否处于有人看管状态，并通过判断对燃气灶进行相关控制处理，以提高燃气灶的使用安全性。

Description

智能燃气灶台防干烧装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种智能燃气灶台防干烧装置及其控制方法，属于智能控制与安全领域。

背景技术

我国已经初步进入信息化智能化的时代，人们生活水平在不断提高，燃气灶台占有率高，使用方便，在国内拥有大量用户。目前的燃气灶虽然有了熄火保护，避免了燃气的泄露，基本消除了爆炸或者火灾的风险。但是，天然气灶台依然存在的缺点是，无法自动关火。这带来了由无人看管或者忘记关火造成的安全隐患。随着中国人口的老龄化，空巢家庭越来越多，而患有阿尔茨海默病症的人也越来越多，老人可能会忘记了锅在开着火的燃气灶上，这样轻则造成干烧，损害锅具，严重的可能会导致火灾，甚至造成人员伤亡。

近几年，市面上出现了一些天然气防干烧的产品，但是结构复杂，判断准确率低，用户使用体验差，使用起来复杂，安装不方便，没有自我诊断能力。

发明内容

本发明的目的在于提供一种智能燃气灶台防干烧装置及其控制方法，可以从一个方面或者多个方面解决上述问题，保证燃气灶的使用安全。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一方面，本发明提供了一种智能燃气灶台防干烧装置，其包括雷达探测器、控制器、旋钮开度探测器、输出回路、电磁阀和报警器，所述雷达探测器、旋钮开度探测器、输出回路、报警器均分别与控制器连接，所述电磁阀与输出回路连接，且电磁阀串接在燃气回路中，用于控制燃气的通断，所述雷达探测器用于探测活动的物体，并将探测信号发送给控制器，所述旋钮开度探测器用于检测燃气灶的燃气开度大小，并将检测的信号发送给控制器，所述报警器用于报警提醒使用者注意。

进一步的，所述雷达探测器通过发送和接收无线电波以探测活动的人员，若检测到天然气灶台附近有人员活动，则输出有效电平给控制器，该有效电平信号为高电平或者低电平。

进一步的，所述控制器采用单片机、嵌入式控制器、可编程逻辑器件中的任一种，并且控制器至少具有一路模拟量输入信号，以及至少两路开关量输出信号。

进一步的，所述旋钮开度探测器为角度检测传感器，用于将燃气灶旋钮的角度信号转换成电模拟信号输出给控制器，该旋钮开度探测器采用电位器，霍尔角度传感器，旋转变压器，电容原理的角度传感器中的任一种。

进一步的，所述旋钮开度探测器通过同轴装置或者传动机构与燃气灶旋钮进行连接，在燃气灶旋钮进行旋转时，带动旋钮开度探测器一起旋转。

进一步的，所述输出回路采用具有常闭触点的继电器或者干簧管或者电子开关，所述电磁阀为常开的开关阀，在控制信号下，能够打开或关闭燃气回路。

另一方面，本发明提供了一种智能燃气灶台防干烧装置的控制方法，该方法为：根据燃气灶旋钮开度大小设定不同的时间值T0，设置用于活动人员检测的计时器T1，若检测到有人员在燃气灶附近移动，则计时器T1归零，若检测到无人员在燃气灶附近移动，则计时器T1开始计时，当计时器T1的时间值等于设定时间时T0时开始报警，并在持续报警一段时间后，通过与输出回路连接的电磁阀切断燃气回路，以达到关火的目的。

进一步的，还设置有用于手势检测的计时器T2以及手势计数器C，若检测到有人员在附近活动到无人活动的变化或者无人活动到有人活动的变化，计时器T2开始计时，同时手势计数器C加1，如果在T2在设定的时间内发生了上述变化，重复上述动作，否则，手势计数器C清0；同时检测手势计数器，如果手势计数器大于设定的数值，则关闭该装置，以实现长时间开火。

更进一步的，在计时器T1大于设置时间2分钟后，关火，延时5秒后关闭该装置电源；若雷达探测器检测到有人在附近活动，计时器T1清零；如果在1s>T2>0.2s时间内发生了有人活动到无人活动的变化或者无人活动到有人活动的变化，手势计数器C加1，否则，手势计数器清0；如果手势计数器C大于3，则控制报警器发出报警声，通知使用者者该装置关闭，延时5秒后关闭该装置电源。

进一步的，定义燃气灶关闭的位置为开度0，燃气灶旋钮旋转到中间最大位置为100％，旋转到底定义为10％，其他开度根据不同旋钮角度下的流量进行计算，以流量最大值为100％，其他角度下百分比定义为流量/流量最大值；当燃气灶旋钮开度小于20％为小火，开度大于等于20％小于60％为中火，开度大于60％小于100％为大火，若检测为小火，将T0设置为30分钟；若检测为中火，将T0设置为10分钟；若检测为大火，将T0设置为5分钟。

本发明的有益效果如下：

本发明通过雷达探测燃气灶附近是否有人员移动以确定是否处于有人看管状态，如果处于无人看管状态，则根据燃气灶开度大小确定报警时间，如果报警后一定时间内，依然没有检测到人员移动则关闭燃气灶，以避免危险发生。若需要长时间开火时，可以使用特殊手势将该装置关闭。

本发明通过雷达检测到好处是不怕污秽，不怕油烟，其他检测方式如红外检测容易受到火焰和热源干扰，且接收器或者发射器容易被油烟或者污物覆盖起不到探测作用。超声波检测方法其超声波接收器或者发射器容易被油烟或者污物覆盖起不到探测作用。

本发明可结合现有的燃气灶熄火保护，能够提高燃气灶的使用安全性。

附图说明

图1是本发明的原理框图。

图2是本发明的其中一种控制电路连接图，该电路中三极管采用SOT-23封装，电阻采用0805封装，除了电解电容外电容采用0805封装，接插件采用2.54间距接插件，NPN三极管S8050，PMOS管为AO3401，6.3V 10uF电容采用1206封装，6.3V 1000uF采用插件电容，P1为继电器输出，P2为热电偶输入，P4的1，3引脚为电源输入，引脚2为点火板电源输入，P6为旋钮开度探测器输入，引脚2为电位器的中心端

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例一。

如图1所示，一种智能燃气灶台防干烧装置，其包括雷达探测器、控制器、旋钮开度探测器、输出回路、电磁阀和报警器，所述雷达探测器、旋钮开度探测器、输出回路、报警器均分别与控制器连接，所述电磁阀与输出回路连接，且电磁阀串接在燃气回路中，用于控制燃气的通断。

本实施例中，雷达探测器，发送和接收无线电波，以探测是否人员活动。若检测到天然气灶台附近有人员活动，则输出有效电平给控制器。如果人员不动则不输出有效电平给控制器。控制器软件检测该电平，如果发现有快速的变化，则判断为使用人员的手势变化，判断为挥手动作，以区分使用人员的走动或者移动。在本专利的一个实施中，把周期小于1s的变化定义为快速的变化。关闭该装置的特殊手势为，在灶台前连续来回挥动手3下。控制器检测到使用人员做完该手势后，装置会发出一个报警声，通知使用者该装置关闭，直至下一次点火前保持关闭状态。

其中优选的，为了降低成本，降低功耗，雷达探测器不选用毫米波雷达，同时为了降低实施难度选用成品微波人体感应RCWL0516传感器，是一款采用多普勒雷达技术、专门检测物体移动的微波感应模块。该模块具有灵敏度高、感应距离远、可靠性强、感应角度大、供电范围广等特点，直接使用，该传感器探测距离过远，按照其说明书，需增加一个电阻，降低其探测距离，安装在燃气灶金属壳体外面，其探测方向为人员操作所在方向，其安装角度根据实际应用实验得到。

本实施例中，控制器，可以是单片机，嵌入式控制器，可编程逻辑器件。控制器应具有至少具有一路模拟量输入信号，至少两路开关量输出信号。控制器的输出口与输出回路连接，输出回路与电磁阀控制线圈连接，电磁阀串接在燃气回路中，以控制燃气的通断。输出回路通过驱动电路驱动具有常闭触点的继电器，干簧管或者电子开关，其输出接电磁阀的线圈回路，电磁阀为常开的开关阀，在控制信号下，能够打开或关闭燃气回路。

其中优选的，控制器选用TI低功耗单片机MSP430I2020，该单片机为TSSOP28封装，16KB FLASH，1KB RAM，功耗低，满足电池供电工作需求。该单片机具有2路模拟量输入，8个IO口，足以满足本专利需要。

其中优选的，燃气灶的防熄火装置接控制器的另外1个模拟量输入，所选燃气灶为热电偶型防熄火类型，在燃气灶点火工作时，热电偶输出电压约20mV，作为燃气灶工作指示。如果该电压大于10mV，时间持续1秒，则指示燃气灶火焰在燃烧工作，低于3mV，时间持续3秒，则指示燃气灶火焰熄灭，该信号为火焰信号，指示火焰燃烧或者熄灭。

其中优选的，控制输出选用具有常闭触点信号继电器，选用宏发HFD31继电器，线圈电压3v，触点最小切换负载10mV/10uA，最大切换电流可以达到2A，可以满足需要。把其两组输出的常闭触点并联使用以提高可靠性。控制器的一个IO口通过NPN三极管S8050放大后接上述信号继电器线圈，通过该IO口，控制信号继电器，电磁阀为原来燃气灶电磁阀，将原来的控制回路断开后，接上述继电器的常闭触点，这样软件就可以通过控制IO口，实现对于燃气回路的通断进行控制。

本实施例中，旋钮开度探测器，为角度检测传感器，把燃气灶旋钮的角度信号转换成电模拟信号输出给控制器。该旋钮开度探测器可以是电位器，霍尔角度传感器，旋转变压器，电容原理的角度传感器。开关开度传感器的安装需要改造现有的旋钮，是在现有旋钮的基础上，增加一个同轴装置，在旋钮旋转时，带动开关开度传感器一起旋转，或者传动机构，实现在旋钮旋转时，带动开关开度传感器一起旋转。旋钮处于点火位置，旋钮开度探测器的输出定义为0，旋钮处于中间最大位置，旋钮开度探测器输出为100％，旋钮旋转到底，开度探测器旋输出为10％。

上述中，旋钮开度探测器选用电位器，改造燃气大小调节旋钮，加上传动机构，使它可以带动电位器旋转，以检测燃气灶的开度。则电位器的中间抽头接控制器的模拟量AD输入，定义燃气灶关闭的位置为开度0，燃气灶旋钮旋转到中间位置为100％，旋转到底定义为10％，其他开度根据不同旋钮角度下的流量进行计算，以流量最大值为100％，其他角度下百分比定义为流量/流量最大值。

本实施例中，报警器可以为声音报警器或者声光报警器。在接受控制器输出信号时，可以根据信号发出声音报警或者声光报,以提醒使用者注意。具体的，可选成品压电陶瓷的报警器，通电后可以直接发出报警声音，控制器的一个IO经过三极管放大后驱动压电陶瓷报警器。系统发出不同通断时间到报警声以区分不同的故障。其中：

连续3秒报警声为关闭防干烧报警功能确认；

通2秒断2秒为干烧时间到报警声；

通1秒断1秒为干烧后切断燃气阀报警声；

通1秒断5秒为燃气灶熄火报警或者燃气灶系统故障报警。

综上，火焰信号与燃气灶开度检测信号互相验证，以提高系统的安全性。如果探测到火焰信号，且燃气灶到开度不为0，系统不报警，或者未检测到火焰信号，且燃气灶开度为0，系统不报警，其他情况控制器报警提醒人员注意，由人员检测是熄火保护还是燃气灶故障。

具体应用时，我们通过改造现有的燃气灶，保留现有燃气灶的点火系统，燃气大小调节，燃气防熄火功能，保留原来的防熄火电路和关断阀等，增加一个控制板，一个微波人体感应RCWL0516传感器，一个旋钮开度探测器，使用目前的点火器的电池作为工作电源。使用者在按下燃气灶旋钮点火的同时也接通了该装置的电源，该装置开始自锁电源电路给自己供电。

实施例二。

一种智能燃气灶台防干烧装置的控制方法，该方法通过控制器中具有判断是否需要关火的程序执行，该程序的工作原理为：控制器中的程序共包含三个函数，分别是定时设定函数、计时函数、主函数。定时设定函数中检测开关开度，并返回设定时间T0。本专利的一个实施中，把开度小于20％定义为小火，把开度不小于20％且小于60％定义为中火，把开度不小于60％定义为大火；若检测为小火，将计时函数的输入值设置为30分钟；若检测为中火，将计时函数的输入值设置为10分钟；若检测为大火，将计时函数的输入值设置为5分钟。

设置计时器T1、T2，T1用于人员活动检测，T2用于手势检测，同时设置一个手势计数器C，初始值为0。

若雷达探测器未检测到有人在附近活动，T1计时器开始计时，并在计时时间到达设定时间T0，开始报警；在计时时间大于设置时间2分钟后，关火，延时5秒后关闭该装置电源。若雷达探测器检测到有人在附近活动，计时器T1清零。

若雷达探测器检测到有人员在附近活动到无人活动的变化或者无人活动到有人活动的变化，计时器T2开始计时，同时手势计数器C加1，如果在1s>T2>0.2s时间内发生了上述变化，重复上述动作，否则，手势计数器C清0；同时检测手势计数器，如果手势计数器大于3，则控制报警器发出报警声，通知使用者该装置关闭，延时5秒后关闭该装置电源。

如果该装置检测到燃气旋钮到开度在点火位置，延时3秒后，关闭该装置电源，以减少电池消耗。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本领域的普通技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明的保护范围，凡采用等同替换等方式所获得的技术方案，均落于本发明的保护范围内。

本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims (10)

1.一种智能燃气灶台防干烧装置，其特征在于，包括雷达探测器、控制器、旋钮开度探测器、输出回路、电磁阀和报警器，所述雷达探测器、旋钮开度探测器、输出回路、报警器均分别与控制器连接，所述电磁阀与输出回路连接，且电磁阀串接在燃气回路中，用于控制燃气的通断，所述雷达探测器用于探测活动的物体，并将探测信号发送给控制器，所述旋钮开度探测器用于检测燃气灶的燃气开度大小，并将检测的信号发送给控制器，所述报警器用于报警提醒使用者注意。

2.根据权利要求1所述的智能燃气灶台防干烧装置，其特征在于，所述雷达探测器通过发送和接收无线电波以探测活动的人员，若检测到天然气灶台附近有人员活动，则输出有效电平给控制器，该有效电平信号为高电平或者低电平。

3.根据权利要求1所述的智能燃气灶台防干烧装置，其特征在于，所述控制器采用单片机、嵌入式控制器、可编程逻辑器件中的任一种，并且控制器至少具有一路模拟量输入信号，以及至少两路开关量输出信号。

4.根据权利要求1所述的智能燃气灶台防干烧装置，其特征在于，所述旋钮开度探测器为角度检测传感器，用于将燃气灶旋钮的角度信号转换成电模拟信号输出给控制器，该旋钮开度探测器采用电位器，霍尔角度传感器，旋转变压器，电容原理的角度传感器中的任一种。

5.根据权利要求1或4所述的智能燃气灶台防干烧装置，其特征在于，所述旋钮开度探测器通过同轴装置或者传动机构与燃气灶旋钮进行连接，在燃气灶旋钮进行旋转时，带动旋钮开度探测器一起旋转。

6.根据权利要求1所述的智能燃气灶台防干烧装置，其特征在于，所述输出回路采用具有常闭触点的继电器或者干簧管或者电子开关，所述电磁阀为常开的开关阀，在控制信号下，能够打开或关闭燃气回路。

7.一种智能燃气灶台防干烧装置的控制方法，其特征在于，根据燃气灶旋钮开度大小设定不同的时间值T0，设置用于活动人员检测的计时器T1，若检测到有人员在燃气灶附近移动，则计时器T1归零，若检测到无人员在燃气灶附近移动，则计时器T1开始计时，当计时器T1的时间值等于设定时间时T0时开始报警，并在持续报警一段时间后，通过与输出回路连接的电磁阀切断燃气回路，以达到关火的目的。

8.根据权利要求7所述的一种智能燃气灶台防干烧装置的控制方法，其特征在于，还设置有用于手势检测的计时器T2以及手势计数器C，若检测到有人员在附近活动到无人活动的变化或者无人活动到有人活动的变化，计时器T2开始计时，同时手势计数器C加1，如果在T2在设定的时间内发生了上述变化，重复上述动作，否则，手势计数器C清0；同时检测手势计数器，如果手势计数器大于设定的数值，则关闭该装置，以实现长时间开火。

9.根据权利要求8所述的一种智能燃气灶台防干烧装置的控制方法，其特征在于，在计时器T1大于设置时间2分钟后，关火，延时5秒后关闭该装置电源；若雷达探测器检测到有人在附近活动，计时器T1清零；如果在1s>T2>0.2s时间内发生了有人活动到无人活动的变化或者无人活动到有人活动的变化，手势计数器C加1，否则，手势计数器清0；如果手势计数器C大于3，则控制报警器发出报警声，通知使用者该装置关闭，延时5秒后关闭该装置电源。

10.根据权利要求7所述的一种智能燃气灶台防干烧装置的控制方法，其特征在于，定义燃气灶关闭的位置为开度0，燃气灶旋钮旋转到中间最大位置为100％，旋转到底定义为10％，其他开度根据不同旋钮角度下的流量进行计算，以流量最大值为100％，其他角度下百分比定义为流量/流量最大值；当燃气灶旋钮开度小于20％为小火，开度大于等于20％小于60％为中火，开度大于60％小于100％为大火，若检测为小火，将T0设置为30分钟；若检测为中火，将T0设置为10分钟；若检测为大火，将T0设置为5分钟。

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