智能燃气灶系统.docx
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智能燃气灶系统.docx
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智能燃气灶系统
智能燃气灶系统
一种智能燃气灶
摘要
本文论述一种智能型燃气灶,包括燃烧器、电控燃气阀、温度传感器、控制器及内置于控制器的烹饪程式。
电控燃气阀的进气口和输气管连通,出气口和燃烧器的进气口分别连通。
温度传感器和燃气灶装配用于检测锅具的温度。
烹饪程式被配置有与时间关联的锅具温度的设定值及时间。
燃气灶适于自动煲汤、煮米饭、煮稀饭及烙饼。
烹饪食物时,控制器获取与被烹饪食物相对应的烹饪程式,烹饪过程中,控制器依照烹饪程式中锅具温度的设定值及测量值,操纵电控燃气阀,调整燃烧器火力的大小,使锅具温度的测量值达到设定值,直至烹饪程式被执行完,完成烹饪。
在整个烹饪过程中,无需用户参与,燃气灶自动烹饪食材,还可烹饪出有锅巴的米饭。
开发背景
现有的燃气灶烹饪食物,如煲汤、煮米饭、煮稀饭和烙饼等,需要用户现场控制燃气灶的火力和火力的持续时间,防止溢锅或/和焦胡,从而烹饪出可口的食物。
近年来出现了一种远程操控的燃气灶具,其虽不需要用户现场控制燃气灶的火力和烹饪时间,但是,用户必需实时地远程控制燃气灶的火力和烹饪时间,以完成食物的烹饪。
对于热炒菜,需要不停地翻炒、火力控制和时间控制,必然需要用户现场操作;但是,对于煲汤、煮米饭、煮稀饭、烙饼等烹饪,食材上锅点火后,不需要实时翻操,只需要控制燃气灶的火力和火力持续的时间,有望实现自动烹饪食物。
因而,亟需开发一种燃气灶,该燃气灶可以自动地控制食物烹饪所需的火力和烹饪时间,烹饪其间无需用户参与,用户有无烹饪技能,均可以做出可口的食物。
实现方案
作为本文的一种应用方式,一种燃气灶,如图1-5所示,其包括燃烧器11、电控燃气阀总成12、点火针13、火焰探测针14、温度传感器15、接近传感器16、溢锅传感器17、锅支架18、控制器19、灶电源20和燃气灶壳体21。
电控燃气阀总成12包括电磁阀121和电控燃气阀;所述电控燃气阀主要由旋塞阀122和驱动电机123构成,驱动电机123的输出轴和旋塞阀122的阀杆轴连接,用于改变输送到燃烧器的燃气流量或燃气压力,控制燃烧器火力的大小。
所述电磁阀121和旋塞阀122相连通并装配固定。
燃烧器11的进气口和电控燃气阀总成12的出气口分别相连通,电控燃气阀总成12的进气口和位于燃气灶内的输气管173
动电机123和减速机构124集成为一个部件,方便燃气灶的装配连接及日常维护。
需要说明的是,当驱动电机123选用步进电机时,驱动电机123和旋塞阀122的阀杆可以直接轴连接,无需经减速机构进行轴连接。
其中,所述火焰检测针14由用于火焰检测的热电偶构成,其结构可靠,故障率低。
此外,所述火焰检测针14还可以由离子型火焰检测针替代,其反应灵敏。
其中,所述温度传感器15选用热电偶装置。
所述热电偶装置,如图3所示,包括热电偶、弹簧以及固定座。
所述热电偶被封装成其端面呈圆形的柱状体,其上端部为温度的检测端,下端部为滑动配合装配端。
固定座内置有上端开口的沿竖直方向的柱状盲孔;热电偶的下端部可装配在固定座的盲孔内,并和固定座的盲孔滑动配合。
所述热电偶的下端部、弹簧依次装配于固定座的盲孔内,热电偶的下端部、弹簧和固定座的盲孔底端部依次贴合,弹簧处于被压缩状态,热电偶相对于固定座可以上下滑动。
其中,所述接近传感器16采用机械式接近开关,优选价格低廉的轻触型机械接近开关。
一种可选的装配方式,是将所述接近开关装配在上述固定座盲孔的底部,位于弹簧的下方,即处于弹簧和固定座盲孔的底端部之间,这样,所述热电偶的下端部、弹簧、接近开关、固定座盲孔的底端部依次相贴合,弹簧处于被压缩状态。
当燃气灶上无锅具时,弹簧虽处于被压缩状态,但压缩量小,弹簧的弹力较小,不能促使接近开关被触发发出接近信号;但是当锅具放在燃气灶上后,热电偶装置受到锅具重压,如图4所示,热电偶装置的热电偶向下移动,弹簧进一步被压缩,弹簧的弹力增大,触发接近开关产生接近信号,表明燃气灶上有锅具。
这样接近传感器16选用轻触型机械式接近开关,并将机械式接近开关和温度传感器15集成为一个部件,做成一个测温接近总成,方便于安装和维护,更重要的是可以减少燃气灶中裸露的零部件数量,另外选用机械式接近开关,还有利于降低接近传感器16的成本。
其中,所述溢锅传感器17可以选用热电偶。
构成溢锅传感器17的热电偶和燃烧器11相装配,该热电偶的检测端部被设置于套装在燃烧器11的容水盘内。
该热电偶的检测端部被燃烧器11辐射的热量加热,温度较高;或者其不被加热,温度较低。
当锅具发生溢锅时,锅具00内的液体溢流,溢流的液体汇集于容水盘内,热电偶的检测端部接触到溢流出的液体,热电偶的温度发生快速变化(如上升或下降),热电偶所检测的温度曲线上形成温度突变台阶,据此可以用于判断锅具00发生了溢锅状态。
控制器19获取溢锅传感器17的检测信号,基于溢锅传感器17的检测信号当确定锅具00发生了溢锅状态时,生成控制信号操控电控燃气阀,减小阀开度,降低燃烧器11的火力,消除溢锅,避免溢锅继续进行,此外还可以避免燃烧器的火焰被扑灭。
采用热电偶作为溢锅传感器17,其成本较低,但是不能检测锅具的溢锅条件具备但尚未溢出的溢锅状况,因此无法避免溢锅的发生。
其中,所述控制器19,如图5所示,包括处理器、存储器、电磁阀驱动电路、电机驱动电路、点火电路、传感器电路、网络模块、键盘接口电路、显示驱动电路、火力控制接口以及内置于存储器的烹饪程式。
所述存储器、电磁阀驱动电路、电机驱动电路、点火电路、传感器电路、网络模块、键盘接口电路、显示驱动电路、火力控制接口分别和处理器电连接。
点火电路选用脉冲式点火电路。
触控屏经显示驱动电路和控制器19的处理器电连接,专用键盘经键盘接口电路和控制器19的处理器电连接。
移动终端,如手机、平板电脑等,经网络模块和控制器19的处理器建立通信连接。
点火针13经点火电路和控制器19的处理器电连接。
驱动电机123经电机驱动电路和控制器19的处理器电连接。
电磁阀121经电磁阀驱动电路和控制器19的处理器电连接。
火焰探测针14、温度传感器15、接近传感器16、溢锅传感器17分别经传感器电路和控制器19的处理器电连接。
烹饪程式被存储于控制器19内置的存储器内。
所述烹饪程式被配置成和时间相关联的被控变量的集合,存储于存储器内。
触控屏、专用键盘、移动终端均可以用于对控制器19内存储的烹饪程式进行修改,设定新的烹饪程式,以及手动控制燃气灶火力的大小及火力的持续时间。
所述触控屏、专用键盘、移动终端,根据需要可以选配其中的一种或几种,本应用方式中优选触控屏和专用键盘。
专用键盘上设有“点火”、“熄火”、“增大”、“减小”、“确认”键,用于手动控制燃气灶点火、熄火、增大火力、减小火力以及修改烹饪程式。
触控屏(或移动终端)的应用软件界面上也设有“点火”、“熄火”、“增大”、“减小”、“确认”键,用于手动控制燃气灶点火、熄火、增大火力、减小火力、以及修改烹饪程式。
所述火力控制接口用以接外部标准控制信号,如4-20mA的模拟控制信号,外部信号通过该火力控制接口可以控制燃烧器11的火力大小,方便燃气灶与外围设备(如智能锅)协同使用。
燃气灶在与外围设备协同工作时,控制器19所采集的温度传感器15的检测信号不参于控制,只用于异常监测。
所述处理器、存储器、电磁阀驱动电路、电机驱动电路、点火电路、传感器电路、网络模块、键盘接口电路、显示驱动电路、火力控制接口被设置在同一块电路板上,并和触控屏相集成为一个部件单元,构成控制触控总成,减少燃气灶的零部件数量,有利降低故障率,更方便装配安装及日常维护。
需要说明的是,所述的控制器19还可以由PLC、PLD等构成。
其中,所述灶电源20采用开关电源,用于将110V-250V的市电变换成控制器所需等级的电压和电流,包括降压电路、滤波电路、稳压电路,为现有技术不再详述。
其中,所述燃气灶壳体21,如图1和图3所示,包括灶底壳211和灶上壳212。
所述灶底壳211选用薄钢板,采用冲压工艺成型制成。
灶底壳211内的左右两边侧分别设有用于安装燃烧器11、电控燃气阀总成12的安装位,以及用于安装控制器19及灶电源20的安装位。
灶上壳212选用薄钢板,采用冲压工艺成型制成,灶上壳212上被设置有两组用于燃烧器11及旋塞阀的阀杆可以贯穿的通孔。
本应用方式的燃气灶为双灶头燃气灶,如图1所示,控制器19被设计有两组分别用于控制不同灶头的控制接口,两灶头的结构构造相同,仅描述位于左边侧的燃气灶的装配关系。
所述的燃烧器11、电控燃气阀总成12分别被安装在灶底壳211左边侧部的两个对应安装位,如图1所示,所述电控燃气阀总成12(即电磁阀121)的进气口和位于燃气灶内的输气管173相连通,电控燃气阀总成12(即旋塞阀122)的大流量出气口通过输气管和装配于燃烧器11上的外环喷嘴114a的输入口连通,电控燃气阀总成12(即旋塞阀122)的小流量出气口通过输气管和装配于燃烧器11上的内环喷嘴114b的进气口连通。
点火针13、火焰探测针14被分别固定在燃烧器11的炉头111上的两个安装孔内。
由接近传感器16和温度传感器15集成构成的所述测温接近总成,通过固定架被装配在燃烧器11的检测孔1114内,温度传感器15的测量端部穿过检测孔1114,凸出于燃烧器的上端面;温度传感器15的测量端部和放置在锅支架18上的锅具的底部相贴合。
溢锅传感器17和燃烧器11装配,构成溢锅传感器17的热电偶的测量端部被设置于套装在燃烧器11上的容水盘内。
所述点火针13、火焰探测针14、温度传感器15、接近传感器16、溢锅传感器17和控制器19的其中一组控制接口分别电连接。
灶上壳212盖合在灶底壳211上,燃烧器11、电控燃气阀总成12的阀杆贯穿灶上壳212的上述通孔,并凸出于灶上壳212。
锅支架18被放置在灶上壳212上,锅支架18和燃烧器11共轴线。
灶底壳211的四角装配有4个支撑腿,位于灶底壳211的下底面的下方。
需要说明的是,所述温度传感器15还可以和锅具的锅底部装配,直接检测锅底部的温度。
例如,温度传感器15采用热电偶,被装配于位于锅具锅底部壁内的测温孔内,以更精确地检测锅具的温度。
其中,所述烹饪程式包括程式表和程式参数。
程式表主要由和时间相关联的被控变量(如温度)的设定值构成的数据表,包括多个程式步,每个程步包括时间的设定值及被控变量(如温度)的设定值。
程式表中时间的设定值将持续到整个烹饪周期,涵盖从食物入锅点火、完成烹饪、到最后熄火。
程式参数包括一个、二个或多个参数,程式参数与程式表相关联,配合使用,可以优化控制器19对烹饪过程的控制。
烹饪程式被存储在控制器的存储器内。
具有烹饪技能的用户通过触控屏、专用键盘等人机交互界面可以自行修改和定义所需的烹饪程式,修改完成后的烹饪程式可以存储于存储器。
一种可选的烹饪程式的程式表和程式参数如下所示,其中程式表包括7个程式步,每个程式步包括“温度”、“火力控制方式”、“阀开度”被控变量的设定值以及“时间”的设定值。
程式表:
程式步
时间(/Min)
温度(/℃)
火力控制方式
阀开度(/%)
1
5
60
阀控
90
2
3
80
阀控
60
3
3
95
温控
0
4
5
105
温控
0
5
3
102
温控
0
6
20
102
温控
0
7
10
70
温控
0
程式参数:
保温温度(/℃):
80;控温容差(/%):
2
温度偏移值(/℃):
2;采样周期(/s):
10。
所述“程式表”中的被控变量包括“温度”、“火力控制方式”、“阀开度”以及“时间”。
其中,“温度”表示在食物烹饪的过程中锅具要达到的温度,优选地,指锅具底部内表面的温度。
“火力控制方式”包括“阀控”和“温控”两种用于燃气灶火力的控制方式,阀控方式表示调整电控燃气阀的开度控制燃烧器火力加热锅具;温控方式表示改变电控燃气阀的开度调整燃烧器火力的大小,使锅具温度的测量值与其设定值相一致。
“阀开度”表示在“阀控”方式阶段电控燃气阀的开度
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