CN111911975A - 燃气灶定时自动断气报警装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于燃气灶技术领域，具体为一种燃气灶定时自动断气报警装置及其方法。采用一种可移动的定时控制部分，该部分可设定灶具的烹饪时间，内置WIFI通信模块，利用http协议与智能手机通信，实现智能手机对灶具的无线远程监控。在燃气供气管路中安装电磁阀控制部分，该部分内置WIFI模块与点火开关角度测量模块，可测量点火开关的开度，并与定时控制部分和智能手机通信。利用修正公式计算燃气切断时间，并与设定时间比较确定关阀报警时间。报警时间到定时控制部分向电磁阀控制部分发出关阀指令，并发出声音报警。与此同时，定时控制部分向手机发出烹饪时间到的报警信息。本发明适用于家庭燃气的安全使用中。

Description

燃气灶定时自动断气报警装置及其方法

技术领域

本发明属于燃气灶技术领域，涉及一种燃气灶定时自动断气报警装置及其方法的技术领域。

背景技术

燃气灶是指以液化石油气(液态)、人工煤气、天然气等气体燃料进行直火加热的厨房用具，随着燃气事业的发展，燃气灶的普及程度非常高。在使用燃气灶的时候，容易出现食物溢出造成熄火，或者是忘记关火而造成的烧干锅情况。燃气灶的熄火保护方案解决了溢出熄火问题，但烧干锅问题，还没有得到有效解决。使用者会有时会在打开煤气灶烧水做饭的情况下，外出或在屋内看电视、玩手机等，忘记关火，从而极易造成烧干锅的情况。在这种情况下，燃气灶的输气管仍然没有关闭，此时使用者并不知晓发生烧干锅情况。这种情况极易出现人身安全事故，导致生命财产受到伤害。

因此，设计燃气灶定时自动断气报警装置及其方法具有很好的应用价值。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对燃气灶忘记关火而造成烧干锅的情况，设计一种能够根据预先设定时间自动断气并向绑定手机发送报警的装置及方法。

本发明所采用的技术方案是：设计一种燃气灶定时自动断气报警装置及其方法。整套装置由定时控制部分、电磁阀控制部分和智能手机组成，定时控制部分和电磁阀控制部分均内置单片机和WIFI模块。基于物联网技术，三部分之间可进行无线通信。定时控制部分为可移动便携式，该部分可设定和计算灶具的烹饪时间。该部分利用http协议与智能手机传递信息，实现智能手机对灶具的无线遥控和远程监控，定时部分放置在厨房灶具或烟机附近。在燃气供气管路中安装电磁阀控制部分，电磁阀控制部分与定时控制部分和智能手机进行无线通信。当定时控制部分的计时时间到，定时控制部分通过WIFI通信模块，向电磁阀控制部分发出指令，关闭电磁阀，实现断气，并发出声音报警。与此同时，定时控制部分通过WIFI模块向绑定的手机发出灶具烹饪时间到的报警信息。利用所设定的计时烹饪时间，可有效避免烧干锅现象。电磁阀控制部分和定时控制部分均采用独立电池供电。

本发明的目的在于设计一种基于单片机和物联网技术的燃气灶定时自动断气报警装置及其方法，实现燃气灶的定时、燃气切断、声音报警和报警信息的推送功能。提高燃气使用的安全性，具有很好的实用性。

附图说明

图1是系统总体框图。

图2是系统工作原理图

图3是定时控制部分软件流程图。

图4是角度测量与点火开关位置图。

图5是电磁阀控制部分软件流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

本发明系统由定时控制部分、电磁阀控制部分和智能手机三部分组成，系统总体框图如图1，三部分之间通过无线网络进行通信。系统整体设计成三层结构：软件层、固件层和硬件层，系统工作原理如图2。软件层包括智能手机中的APP程序和对硬件层进行监控程序，APP基于Java语言开发。软件层可分为驱动层和应用层，驱动层与硬件层进行无线通信。应用层与用户进行交互，通过APP的按钮、指示等操作界面，监控硬件层的状态。

固件层是写入到硬件层中C语言程序，负责控制和协调整个硬件层的功能。定时控制部分和电磁阀控制部分的固件层基于STM32微处理器，使用Keil软件进行程序的编写，包括主程序、配置程序、定时中断程序、通讯程序、AD采样程序。硬件层包括定时控制部分和电磁阀控制部分。利用微处理器的内置定时器，编写程序实现定时功能。定时控制部分共设置6个按键，时、分、秒设定按键设定燃气做饭的计时时间；计时开始和停止按键为一个按键，可切换开始和停止；清零按键用于计时时间的清零；模式按键可用于选择正计时、倒计时或非计时模式时的时间显示。LCD液晶屏显示当前的计时时间、计时模式或当前时间。定时控制部分和电磁阀控制部分均装有WIFI模块，用于各个部分之间以及各部分与绑定手机之间的通信。电磁阀控制部分可接收定时控制部分或绑定手机发来的燃气关闭指令，当计时时间到，定时控制部分向电磁阀控制部分发出关阀指令，并驱动高清喇叭发出警报，与此同时定时控制部分通过http协议，向绑定手机推送信息，提示计时时间到。对于打开燃气后外出，忘记关闭燃气的情况，可通过绑定手机的APP随时监控电磁阀的状态，利用绑定手机对电磁阀进行关闭。通过绑定手机的APP，也可实现对定时控制部分的控制，对定时器清零，切换定时控制部分的工作模式等。

利用有人科技的USR-C210 WIFI通讯模块，实现无线通信。该模块集成了基频芯片、射频收发单元、功率放大器、MAC，模块功耗低，适合利用电池进行供电。定时控制部分使用3.7V锂电池供电，使用TPS79933低压差线性稳压器将3.7V电压转为3.3V，并且设计开机、关机控制电路和复位电路。为了实现对锂电池进行充电，设计了基于BQ24040芯片的可编程充电电路，该芯片体积小。同时通过微处理器的AD采集电池电压，对电池电量进行监控。定时控制部分的电源管理模块，包括充电电路和供电电路。电磁阀控制部分的供电电路与定时控制部分的供电电路类似，但采用电池供电，不需要充电电路，电池电量低时，需更换电池。

本发明的微处理器需要对电源和WIFI数据收发模块进行控制。选择STM32L476作为微处理器，该芯片基于ARM Cortex-M4 32位RISC内核，工作频率为800MHz，具有单精度浮点单元、灵活方便的外界存储器、多种通讯接口。

定时控制部分软件流程图如图3所示。程序负责控制整个定时控制部分硬件层的工作逻辑，实现开关机控制、计时时间的计算、按键及LCD显示、WIFI通讯等重要功能。在定时控制部分的程序中，首先进行初始化，然后使系统进入休眠模式，等待接收来自按键或绑定手机的指令，当触发按键或与手机建立连接之后，进入工作模式，可根据报警时间或手机发送的开关阀指令进行相应的操作。定时控制部分根据设定时间和修正公式计算的时间来确定关阀报警时间。当报警时间到，关闭电磁阀，发出声光报警，并向绑定手机推送信息。计时设定时间t_set一般由操作者根据经验进行设定。但烧干锅的现象与火的大小密切相关，对于不具备经验的操作者来说，计时时间设定过长，仍然可能发生烧干锅的情况。因此本发明加入角度传感器，角度传感器内置在电磁阀控制部分中，电磁阀控制部分将所测量的电压值转换成角度值后，通过WIFI模块传递给定时控制部分。角度传感器的数值反映了燃气阀门的开度，如图4所示的位置作为点火开关角度θ为0°时，此时开度最大，顺时针方向旋转角度为正值，逆时针方向旋转角度为负值，两个方向的旋转均会减小燃气阀门的开度，将公式(1)所计算的结果作为阀门的开度输入值。阀门开度ω的数值范围在0至1之间，反映了燃气阀门的开度，即火的大小，数值为：

ω＝1-|θ|/(π/2) (1)

利用修正公式(2)计算锅内液体的蒸发时间t_ev：

t_ev＝a₁sin(b₁ω+c₁)+a₂sin(b₂ω+c₂)+d (2)

式(2)中蒸发时间t_ev与燃气阀门的开度呈非线性关系，公式(2)中的a₁、b₁、c₁、a₂、b₂、c₂和d为正弦修正拟合系数，这些系数可根据燃气加热蒸发实验数据拟合确定。根据公式(3)确定燃气切断和报警时间t_al：

式(3)中η为裕量修正系数，一般取0.9，根据公式(3)确定的报警时间t_al，可以有效预防烧干锅现象，保证燃气用气安全。

为了保证数据传输的准确性，对于不同的数据包类型加入不同的起始符和结束符加以区分，并对收发数据进行FCS校验。智能手机、定时控制部分和电磁阀控制部分之间的通信格式如下。

起始符

地址

命令码

数据

FCS校验

结束符

电磁阀控制部分软件流程图如图5所示，程序可实现电磁阀开关、角度测量、WIFI通讯等重要功能。在电磁阀控制部分的程序中，首先进行初始化，然后采集角度传感器的数值，判断是否打开燃气，判断打开燃气后向电磁阀控制部分发送角度数据。然后等待接收来自定时控制部分或绑定手机的指令，当接收到指令之后，根据设定接收的指令关闭电磁阀。

本发明的优点在于，利用单片机和物联网技术实现燃气灶的定时燃烧、报警时间到后自动切断燃气、声音报警和报警信息的推送功能。不同的控制部分之间通过无线网络通信，绑定的智能手机可以随时监控定时控制部分和电磁阀控制部分。本发明可提高燃气使用的安全性，系统成本低，功耗低，操作简单，适用于家庭使用。

Claims (3)

1.一种燃气灶定时自动断气报警装置及其方法，其特征在于，整套装置由定时控制部分、电磁阀控制部分和智能手机组成，定时控制部分和电磁阀控制部分均内置单片机和WIFI模块，基于物联网技术，三部分之间可进行无线通信。

2.根据权利要求1所述的一种燃气灶定时自动断气报警装置及其方法，其特征在于，定时控制部分为可移动便携式，该部分可设定和计算灶具的烹饪时间；该部分利用http协议与智能手机传递信息，实现智能手机对灶具的无线遥控和远程监控，定时部分放置在厨房灶具或烟机附近；在燃气供气管路中安装电磁阀控制部分，电磁阀控制部分与定时控制部分和智能手机进行无线通信；当定时控制部分的计时时间到，定时控制部分通过WIFI通信模块，向电磁阀控制部分发出指令，关闭电磁阀，实现断气，并发出声音报警；与此同时，定时控制部分通过WIFI模块向绑定的手机发出灶具烹饪时间到的报警信息。

3.根据权利要求1所述的一种燃气灶定时自动断气报警装置及其方法，其特征在于，加入角度传感器，角度传感器内置在电磁阀控制部分中，电磁阀控制部分将所测量的电压值转换成角度值后，通过WIFI模块传递给定时控制部分；角度传感器的数值反映了燃气阀门的开度，点火开关角度θ为0°时，此时开度最大，顺时针方向旋转角度为正值，逆时针方向旋转角度为负值，两个方向的旋转均会减小燃气阀门的开度，将公式(1)所计算的结果作为阀门的开度输入值，阀门开度ω的数值范围在0至1之间，反映了燃气阀门的开度，即火的大小，数值为：

ω＝1-|θ|/(π/2) (1)

利用修正公式(2)计算锅内液体的蒸发时间t_ev：

t_ev＝a₁sin(b₁ω+c₁)+a₂sin(b₂ω+c₂)+d (2)

式(2)中蒸发时间t_ev与燃气阀门的开度呈非线性关系，公式(2)中的a₁、b₁、c₁、a₂、b₂、c₂和d为正弦修正拟合系数，这些系数可根据燃气加热蒸发实验数据拟合确定；根据公式(3)确定燃气切断和报警时间t_al：

式(3)中η为裕量修正系数，一般取0.9，根据公式(3)确定的报警时间t_al，可以有效预防烧干锅现象，保证燃气用气安全。

Images