一種節(jié)能式燃?xì)鉅t灶裝置設(shè)計(jì)

李會(huì)明張桂林高俊鵬邢書(shū)源

1、長(zhǎng)春理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 2、長(zhǎng)春中富科技有限公司

一種節(jié)能式燃?xì)鉅t灶裝置設(shè)計(jì)

李會(huì)明1張桂林2高俊鵬2邢書(shū)源1

1、長(zhǎng)春理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 2、長(zhǎng)春中富科技有限公司

針對(duì)目前燃?xì)鉅t灶在使用過(guò)程中存在的不必要能源損失與消耗問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一款節(jié)能式燃?xì)鉅t灶裝置。該裝置利用超聲波傳感器反饋爐具位置信號(hào)，利用51單片機(jī)作為爐灶系統(tǒng)的主控制器。本文給出了該爐灶裝置的工作原理、結(jié)構(gòu)以及關(guān)鍵技術(shù)，為節(jié)能提供了一個(gè)行之有效的控制策略。

節(jié)能；燃?xì)鉅t灶；超聲波傳感器

引言

隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的不斷提升，人們的生活水平逐漸向更高的標(biāo)準(zhǔn)邁進(jìn)，因此也帶動(dòng)了餐飲業(yè)的迅猛發(fā)展。爐具作為餐飲業(yè)必不可少的設(shè)施，其良好的的使用性能為企業(yè)的發(fā)展提供了技術(shù)保障[1]。能源問(wèn)題是當(dāng)今社會(huì)的頭號(hào)問(wèn)題，也是全世界關(guān)注的焦點(diǎn)話(huà)題，中國(guó)作為一個(gè)能源相對(duì)緊缺的國(guó)家，如何提升燃?xì)獾氖褂眯适侨鐣?huì)所關(guān)注的一個(gè)研究重點(diǎn)。以2006年興起的“杜絕空燒”為時(shí)間點(diǎn)，國(guó)內(nèi)的餐飲業(yè)爐具用具生產(chǎn)廠商普遍開(kāi)展了相關(guān)研究[2-3]。燃?xì)赓M(fèi)用的增長(zhǎng)同時(shí)也增加了企業(yè)的支出負(fù)擔(dān)。本文提出了一種節(jié)能式爐灶控制裝置，該裝置采用分離式獨(dú)立結(jié)構(gòu)，利用超聲波傳感器對(duì)爐芯位置的鍋具進(jìn)行有無(wú)檢測(cè)，能夠根據(jù)采集到的反饋信號(hào)，利用單片機(jī)裝置實(shí)時(shí)的控制燃?xì)忾y的開(kāi)啟狀態(tài)，自動(dòng)調(diào)整合適的火焰大小，提高燃?xì)獾氖褂眯剩瑥亩_(dá)到節(jié)約燃?xì)庾罴涯康摹?/p>

1 工作原理

本文提出的爐灶節(jié)能控制裝置如圖1所示，該系統(tǒng)組成由鍋具傳感器、按鍵、主控制器、點(diǎn)火電源、風(fēng)機(jī)電源、電磁閥組成。其中，鍋具傳感器為超聲波測(cè)距探頭以及處理電路模塊組成。

采用超聲波測(cè)距探頭對(duì)鍋具所在特定距離段進(jìn)行鍋具的有無(wú)判定，并將判定結(jié)果傳輸給主控制器；按鍵主要用于對(duì)鍋具傳感器探測(cè)距離及主控制器其他參數(shù)的設(shè)定；主控制器主要由單片機(jī)及其處理電路組成，單片機(jī)作為整個(gè)控制器的處理中心，在啟動(dòng)后對(duì)鍋具傳感器進(jìn)行激活與讀取操作，并根據(jù)鍋具的有無(wú)通過(guò)繼電器對(duì)炒灶風(fēng)機(jī)電源、點(diǎn)火電源、電磁閥進(jìn)行控制，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)炒灶的節(jié)能控制；點(diǎn)火電源和風(fēng)機(jī)電源：用于對(duì)炒灶點(diǎn)火系統(tǒng)、風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的供電；電磁閥為開(kāi)關(guān)閥，受主控制器控制。

圖1 爐具節(jié)能控制器安裝示意圖

在安裝時(shí)，將鍋具傳感器安裝在灶臺(tái)頂部正對(duì)爐芯，大致確定鍋具放置在爐芯后與鍋具傳感器的距離，將電磁閥安裝在炒灶燃料閥之前的燃料管道中，主控制器安裝便于開(kāi)啟的位置，將炒灶風(fēng)機(jī)電源、點(diǎn)火電源分別與主控制器上對(duì)應(yīng)電源連接。在使用時(shí)，將電源接入主控制器，打開(kāi)主控制器電源開(kāi)關(guān)，將爐具放置在爐芯后與鍋具傳感器之間的距離通過(guò)主控制器上按鍵輸入主控制器，最后按下主控制器上工作按鈕即可使本實(shí)用新型之炒灶節(jié)能控制器對(duì)炒灶進(jìn)行節(jié)能控制工作。

2 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

控制系統(tǒng)的核心是控制器，智能爐灶節(jié)能控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示。智能爐灶節(jié)能控制系統(tǒng)采用51單片機(jī)作為主控單元[4]，能夠完成對(duì)于系統(tǒng)傳感器的檢測(cè)以及對(duì)于電磁閥的準(zhǔn)確控制。

圖 2爐具節(jié)能控制器組成

該控制系統(tǒng)傳感器的主要功能是爐具位置的檢測(cè)，采用超聲波距離傳感器。超聲波傳感器是利用超聲波的特性研制而成的傳感器，是一種聲電轉(zhuǎn)換的裝置。通常情況下，超聲波探頭可分為壓電式、電磁式和磁致伸縮式幾種，本操作裝置采用NU1ME21TR型超聲波測(cè)距傳感器。該傳感器能夠?qū)崿F(xiàn)-35dB-min的靈敏度，檢測(cè)范圍大等優(yōu)點(diǎn)[5-6]。

系統(tǒng)采用TI公司的串行A/D芯片TLC1543CN。具有11路通道，10位A/D轉(zhuǎn)換接口分辨率，輸出長(zhǎng)度可以編輯，并且輸出引腳可直接與單片機(jī)的并行I/O口進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)化的控制電路。

2.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

節(jié)能式燃?xì)鉅t灶裝置控制系統(tǒng)主要控制的對(duì)象是超聲波的發(fā)生與接收、電磁閥的控制、信號(hào)指示燈的切換、定時(shí)等幾個(gè)主要功能程序。軟件控制上采用C語(yǔ)言進(jìn)行單片機(jī)的編程控制，整個(gè)控制系統(tǒng)的流程圖如圖3所示。

系統(tǒng)上電后完成初始化任務(wù)，開(kāi)始對(duì)系統(tǒng)控制狀態(tài)進(jìn)行判定，首先檢測(cè)爐灶是否有鍋具使用。如果此時(shí)有鍋具放置在爐灶上，爐具點(diǎn)火裝置啟動(dòng)，同時(shí)電磁閥變成通路，爐灶液化氣點(diǎn)燃，爐具可以正常使用；若傳感器檢測(cè)不到鍋具的使用，點(diǎn)火裝置以及風(fēng)機(jī)裝置和電磁閥處于初始關(guān)閉狀態(tài)。

圖3 軟件控制結(jié)構(gòu)圖

同時(shí)，在爐灶點(diǎn)火后正常使用過(guò)程中，定時(shí)器啟動(dòng)，當(dāng)定時(shí)時(shí)間到，爐灶電磁閥開(kāi)啟最大開(kāi)口，實(shí)現(xiàn)爐灶的快速加熱。在爐具使用過(guò)程中如果鍋具遠(yuǎn)離爐灶，此時(shí)定時(shí)器啟動(dòng)，同時(shí)爐灶電磁閥開(kāi)到最小，保持火焰處于剛剛?cè)紵臓顟B(tài)，假如鍋具拿離時(shí)間超過(guò)定時(shí)器時(shí)間，爐灶電磁閥關(guān)閉，總閥門(mén)關(guān)閉，爐具處于關(guān)機(jī)狀態(tài)，等待下次的使用。

3 結(jié)論

能源的日益短缺，需要對(duì)有限的資源轉(zhuǎn)化成最大的使用效率，依托節(jié)能型智能爐灶，通過(guò)傳感器感應(yīng)爐具有無(wú)對(duì)燃?xì)馊紵闆r進(jìn)行控制，能夠?qū)⑹褂眠^(guò)程中鍋具拿離過(guò)程中這部分能量進(jìn)行保護(hù)，減少不必要的損耗。結(jié)合自動(dòng)控制原理，對(duì)智能節(jié)能爐灶進(jìn)行綜合分析，使用過(guò)程中，該爐灶節(jié)能控制裝置對(duì)燃?xì)獾氖褂寐视休^大的提升，同時(shí)系統(tǒng)與爐灶采用可分離式，可以隨時(shí)更換與安裝，具有操作簡(jiǎn)單、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，是一種可行節(jié)能裝置。

[1]紀(jì)志國(guó),崔曉鈺,胡記超.一種帶回?zé)岬男滦凸?jié)能燃?xì)庠畹难芯縖J].節(jié)能技術(shù),2008,26(5):403-407.

[2]黃曉林,余曉超.一種智能型節(jié)能環(huán)保燃?xì)庠羁刂破鞯脑O(shè)計(jì)[J].電子制作,2016(13).

[3]麻建國(guó),杜繼濤,羅娟等.可調(diào)式節(jié)能燃?xì)庠畹脑O(shè)計(jì)關(guān)鍵[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與研究,2010,26(4):122-124.

[4]韓全立.單片機(jī)控制技術(shù)及應(yīng)用[M].電子工業(yè)出版社,2004.

[5]陳勇,白艷梅,遲永江等.基于超聲檢測(cè)實(shí)現(xiàn)廚用爐灶自動(dòng)控制器設(shè)計(jì)[J].電子測(cè)量技術(shù),2008,31(3):24-26.

[6]馮紅亮,肖定國(guó),徐春廣等.脈沖超聲傳感器激發(fā)/接收電路設(shè)計(jì)[J].儀表技術(shù)與傳感器,2003(11):30-32.

圖1 300mm單機(jī)架四輥冷軋機(jī)結(jié)構(gòu)圖

4 實(shí)訓(xùn)室建設(shè)現(xiàn)狀

軋鋼實(shí)訓(xùn)室已于2015年1月建設(shè)完成。承擔(dān)過(guò)的教學(xué)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目有：機(jī)械零部件測(cè)繪實(shí)訓(xùn)、軋鋼機(jī)械主要部件拆裝實(shí)訓(xùn)、軋鋼機(jī)裝調(diào)實(shí)訓(xùn)、剪切機(jī)裝調(diào)實(shí)訓(xùn)、矯直機(jī)裝調(diào)實(shí)訓(xùn)、卷取機(jī)裝調(diào)實(shí)訓(xùn)、冷軋生產(chǎn)線設(shè)備聯(lián)調(diào)聯(lián)試實(shí)訓(xùn)、軋鋼測(cè)試技術(shù)實(shí)訓(xùn)。實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目涉及的專(zhuān)業(yè)有：機(jī)械設(shè)計(jì)與制造專(zhuān)業(yè)、機(jī)電一體化、材料工程、材料成型與控制。圖2為四輥可逆冷軋機(jī)的主軋機(jī)實(shí)物圖，圖3為實(shí)訓(xùn)室300mm單機(jī)架四輥可逆冷軋機(jī)組的實(shí)物圖。

圖2 主軋機(jī)圖

圖3 300mm單機(jī)架四輥可逆冷軋機(jī)組

5 結(jié)論

300mm單機(jī)架四輥可逆冷軋機(jī)組生產(chǎn)線的建設(shè)，使校內(nèi)軋鋼機(jī)械教師對(duì)軋鋼機(jī)械的講解更為直觀，對(duì)軋鋼機(jī)械的研究亦起到舉足輕重的作用。

作為經(jīng)典的軋機(jī)機(jī)械，四輥可逆冷軋機(jī)在教學(xué)實(shí)訓(xùn)方面的應(yīng)用在全國(guó)職業(yè)院校的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目中尚為首例，該機(jī)組的成功完成對(duì)職業(yè)院校學(xué)生實(shí)操水平的提高有著實(shí)質(zhì)性的幫助，同時(shí)對(duì)全國(guó)職業(yè)教育理實(shí)一體化教學(xué)的開(kāi)發(fā)增添了新板塊，開(kāi)辟了新領(lǐng)域，為理實(shí)一體化教學(xué)的落實(shí)奠定了良好的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]朱夢(mèng)周.機(jī)械工程師手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2004: 1200-1205.

[2]李壯云.液壓元件與系統(tǒng)（第3版）[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2011.4-9.

[3]雷天覺(jué).液壓工程手冊(cè)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1990：341-343.