電子定時式燃氣灶研究

陳蒙　韓幫國

摘 要：本文預設計出一種可以定時的燃氣灶，此次設計中預采用電子定時的方式，用STC89C51單片機控制舵機轉動，從而實現關閉燃氣灶的目的，通過矩陣鍵盤輸入定時時間后，可在預設時間完成后關閉燃氣灶，給生活帶來了便利，也減少了安全隱患。最后通過Solid Works驗證了其機械結構，并對其電路進行了設計及其仿真，驗證了其合理性。

關鍵詞：電子定時;燃氣灶;STC89C51;SolidWorks

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.22.101

0 引言

現今生活中經常性的突發火災，其中因燃氣原因而引發火災的情況占很大一部分，一種可以定時的燃氣灶的出現，可以很好的減少這方面的安全隱患。本文的燃氣灶的設計采用了鍵盤旋鈕作為輸入，STC89C51作為主控板，舵機作為輸出的方式，可實現精準的定時，以及良好的控制，并加裝有顯示屏模塊，報警模塊，多種傳感器，以及物理阻斷按鈕等，更進一步的保證了，燃氣灶的安全性及實用性[1]。

1 整體結構設計

相對于傳統的燃氣灶，此電子定時式燃氣灶采用了電子打火，舵機控制燃氣閥[2]。灶頭與傳統燃氣灶灶頭相似，底座為大理石板結構，美觀光滑不易傳熱，控制部分為鍵盤、旋鈕、指示燈、蜂鳴器、顯示屏等的集成，安裝在傳統燃氣灶旋鈕的位置附近，電池燃氣管等結構集成在底座下側，進行封閉處理不影響整體美觀性，整體進行滅弧處理[3]。

2 控制部分設計

本設計采用STC89C51芯片為主控芯片，由輸入模塊，控制模塊，輸出部分，三部分組成，輸入部分為：矩陣鍵盤輸入定時時間，并啟停定時功能;旋鈕控制火候大小;傳感器檢測有無氣體泄漏，進一步保證安全。考慮到實用性及經濟性，控制模塊采用了STC89C51芯片，其提供的引腳可完全滿足正常設計及使用，以及開發功能[4]。輸出部分主要由舵機控制燃氣閥來完成，完成火候啟閉，火候大小的調節;電子打火成功率高，顯示屏可顯示定時時間，火候大小等;指示燈可分辨燃氣閥是否打開，是否定時以及傳感器的輸出;蜂鳴器可實現定時完成后報警，以及傳感器檢測泄露報警等。

（1）輸入部分設計。1）矩陣鍵盤部分設計：此矩陣鍵盤輸入部分采用了，4×4矩陣鍵盤，結合程序設計實現了，燃氣灶總體的打火啟用停火關閉，即按鈕按下控制進氣閥啟閉的舵機工作，同時電子打火裝置工作實現了電動控制;對實現了定時功能的啟停，定時時間的輸入以及通過矩陣按鍵調節燃氣灶火候的大小。2）旋鈕部分設計：考慮到傳統火候調節的習慣，本設計在矩陣鍵盤調節火候的基礎上，添加了旋鈕調節，通過旋鈕控制輸入電流的變化，控制傳動電機的轉動，從而控制火候的微弱變化，精準并且方便快速精準調節。3）傳感器輸入部分設計：本設計充分的考慮到安全問題，在各電器部件采用滅弧處理后并且加裝了多種傳感器，溫度傳感器、各電器部分如果溫度過高會引起蜂鳴器工作報警，并控制進氣閥舵機工作切斷燃氣供應。

（2）輸出部分設計。燃氣閥控制舵機，火候控制舵機，舵機工作溫度為-30-60℃，工作扭矩為13KG/cm，控制精度為0.13°，精度高扭矩大并且適用于此工作環境;提示指示燈，此裝置有三個指示燈，指示燈一顯示燃氣灶的啟停，指示燈二顯示定時功能的啟停，以及定時結束指示燈閃爍，指示燈三顯示傳感器狀態，傳感器報警時知指示燈三閃爍，蜂鳴器在定時結束以及傳感器檢測到信號時都會工作報警;并且此裝置加裝了液晶顯示屏，以便顯示定時時間以及其他功能信息。

3 功能實現原理

整體功能實現為，使用時按下開始按鈕，燃氣閥舵機以及電子打火裝置工作，燃氣灶工作，通過鍵盤火候大小調節或者旋鈕火候大小調節，通過調節火候控制舵機從而間接精準的控制火候的大小;當需要啟用定時功能的時候時，通過矩陣鍵盤輸入定時時間，按下定時啟用按鈕，定時開始，定時結束后通過控制燃氣閥舵機，自動關閉燃氣灶。

4 仿真及驗證

本設計的機械結構采用了SolidWorks軟件進行了檢測及仿真，驗證了其機械結構的可行性及穩定性，電子電路部分進行了Protues設計及程序燒錄，驗證了其電控部分的穩定正常運行，此燃氣灶設計所選用的機械結構材料及其電子部分元器件，皆考慮并滿足工作環境及工作條件的需要，下一階段將進行實物測試。

5 結論及展望

本文設計了定時燃氣灶的整體外觀結構及整個裝置的控制部分。采用solidworks軟件檢測了定時燃氣灶機械結構的可行性和穩定性。通過對電路部分進行了Protues設計及程序燒錄，驗證了其電控部分的運行穩定性。為下一階段實物制作墊下了堅實基礎。在現在較為忙碌的社會生活中，可以定時的燃氣灶有著廣泛的需求，一種電控定時式燃氣灶將成為社會的主流，將會解決人們在日常生火做飯時，對時間的把握，以及火候的控制，以及更簡潔安全方便的控制，可以使日常家居的燃氣灶向著人工智能的方向更進一步。

參考文獻：

[1]劉敏.傳感器原理及應用[M].北京：機械工業出版社，2009：280-284.

[2]李奇兵，周建梅，馮乙軒等.一種智能燃氣灶保護裝置的設計[J].中國科技投資，2017（23）：312-313.

[3]步允澤.智能燃氣灶控制系統的研究[J].中國新技術新產品，2017（04）：133-134.

[4]許中璞.智能電力系統中單片機控制技術研究[J].山東工業技術，2019（12）：173.

作者簡介：陳蒙（1998-），男，安徽淮北人，學士，研究方向：機電一體化。