CN108954411B - 一种热量控制安全燃气灶及其供热方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种热量控制安全燃气灶，包括灶体、烹饪单元、控制单元以及人机交互与安全单元；控制单元分别与烹饪单元和人机交互与安全单元通信连接；烹饪单元和控制单元均设置于灶体内部，人机交互与安全单元设置于灶体外部；一种基于热量控制安全燃气灶的供热方法，包括手动供热方法和自动供热方法；本发明解决了现有技术存在的操作不方便和复杂、不能智能控制燃气灶烹饪时间和烹饪供应热量、安全性差以及功能单一导致实用性低的问题。

Description

一种热量控制安全燃气灶及其供热方法

技术领域

本发明属于燃气技术领域，具体涉及一种热量控制安全燃气灶及其供热方法。

背景技术

目前随着智能家居技术的不断进步和用户对智能控制家电设备需求的不断提高，越来越多的家电设备能够实现APP(应用程序)的智能控制。然而，对于某些家电设备而言，由于其具有的某些安全因素，对于应用程序的智能控制具有更高的要求。特别对于燃气灶而言，如果操作不当的话很容易引起火灾，或者导致燃气泄漏。

现有技术存在的问题：

(1)大部分燃气灶是由手动来控制燃气供给量和供应时间调整火势大小，操作不方便和复杂，尤其对于缺乏经验的使用者，容易导致烹饪过程中发生误操作导致火力失控；

(2)进行烹饪时，人必须时刻守着燃气灶，稍有不慎，就会发生饭烧糊的事情，或者水烧干的情况，有的燃气灶虽然设有定时装置，但需要人工确定烹饪时间，不能智能控制燃气灶烹饪时间和烹饪供应热量；

(3)现有燃气灶在发生火焰熄灭或煲汤需要起锅时，无法及时提醒使用者，导致出现容易安全事故，安全性低；

(4)现有燃气灶功能单一，实用性低。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种智能控制、供热自动化、操作简单、使用方便、功能性好以及安全性高的热量控制安全燃气灶及其供热方法，提供了自动供热方式和手动供热方式，辅助烹饪，解决了现有技术存在的操作不方便和复杂、不能智能控制燃气灶烹饪时间和烹饪供应热量、安全性差以及功能单一导致实用性低的问题。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

一种热量控制安全燃气灶，包括灶体、烹饪单元、控制单元以及人机交互与安全单元；控制单元分别与烹饪单元和人机交互与安全单元通信连接；烹饪单元和控制单元均设置于灶体内部，人机交互与安全单元设置于灶体外部。

进一步地，烹饪单元包括灶眼、进气管组、电磁阀组、点火器以及气体流量计，灶眼与进气管组固定连接，进气管组包括并联的第一进气管和至少两根第二进气管，第一进气管设置有第一电磁阀，第一电磁阀设置有手控开关部件，每个第二进气管依次设置有气体流量计和第二电磁阀，第一电磁阀的控制端和每个第二电磁阀的控制端均与控制单元通信连接，气体流量计的输出端与控制单元通信连接；点火器与控制单元通信连接。

进一步地，人机交互与安全单元包括CPU、触摸屏、语音识别模块、SD卡、扬声器、无线传输模块以及红外线传感器，触摸屏设置于灶体外部，CPU、SD卡、扬声器和无线传输模块位于触摸屏的机体内部，红外线传感器位于灶体外部；CPU分别与触摸屏、SD卡、扬声器以及无线传输模块通信连接，并且通过A/D转换器分别与语音识别模块和红外线传感器通信连接，无线传输模块分别与控制单元和移动终端通信连接。

进一步地，控制单元包括控制器、隔离器、电源模块、稳压器模组以及外围电路；控制器分别与点火器、隔离器和气体流量计通信连接，并通过无线传输模块与CPU通信连接，且与外围电路电性连接，电源模块通过稳压器模组分别与控制器、点火器、气体流量计、第一电磁阀和第二电磁阀电性连接，隔离器分别与第一电磁阀和第二电磁阀通信连接。

进一步地，灶体包括互相固定连接的灶体平台以及延伸体，延伸体与灶体平台顶端的夹角位于90°～120°之间，触摸屏设置于延伸体上。

一种基于热量控制安全燃气灶的供热方法，热量控制安全燃气灶包括灶体、烹饪单元、控制单元以及人机交互与安全单元，烹饪单元包括灶眼、进气管组、电磁阀组、点火器以及气体流量计，控制单元包括控制器、隔离器、电源模块、稳压器模组以及外围电路，人机交互与安全单元包括CPU、触摸屏、语音识别模块、SD卡、扬声器、无线传输模块以及红外线传感器，系统的供热方法包括手动供热方法和自动供热方法；

自动供热方法，包括如下步骤：

S1：通过语音识别模块识别语音指令或者使用触摸屏选择烹饪菜品，并从SD卡中提取对应的烹饪信息；

烹饪信息包括所需烹饪阶段、每个烹饪阶段所需烹饪操作、所需热量、供热时间、总热量阈值以及总加热时间阈值；

S2：根据烹饪信息，制定供热方案，并通过无线传输模块传输至控制单元的控制器；

S3：根据供热方案，使用控制器控制对应第二电磁阀打开或关闭，控制灶眼火力，执行当前烹饪阶段，通过触摸屏显示并通过扬声器提示当前烹饪阶段以及烹饪阶段所需的烹饪操作；

S4：使用气体流量计采集燃气流量，并传输给控制器，判断是否烹饪结束，若是则进入步骤S5，否则继续执行步骤S4；

S5：使用红外线传感器采集移动信息，判断灶台前方是否无人看守，若是则使用扬声器发出语音警告，使用无线传输模块向移动终端发送警告信息，并进入步骤S6，否则直接进入步骤S6；

S6：使用控制器控制所有第二电磁阀关闭，结束供热。

进一步地，步骤S1中，总热量阈值的计算公式为：

式中，Q_总为烹饪所需总热量阈值；Q'_i为烹饪阶段i所需热量；Q_i为烹饪阶段i第二进气管提供热量；i为烹饪阶段变量，i＝1,2,...,N；N为所需烹饪阶段数量；α为热传递系数；

总供热时间阈值的计算公式为：

T_总＝t₁+t₂+...+t_N

式中，T_总为总供热时间阈值；t_i为烹饪阶段i供热时间，i为烹饪阶段变量，i＝1,2,...,N；N为所需烹饪阶段数量。

进一步地，步骤S2中，供热方案包括：根据每个烹饪阶段所需热量和供热时间，选择打开相应数量的第二电磁阀；

烹饪阶段所需热量的计算公式为：

式中，Q'_i为烹饪阶段i所需热量；i为烹饪阶段变量，i＝1,2,...,N；N为所需烹饪阶段数量；

为烹饪阶段i第二进气管m提供热量；α为热传递系数；m为第二进气管变量，m＝1,2,...,M；M为选择打开的第二进气管数量；

第二进气管提供热量的计算公式为：

式中，

为当前烹饪阶段第二进气管m提供热量；v_m为第二进气管m燃气流量；t_i为烹饪阶段i供热时间；q为单位体积天然气燃烧释放热量。

进一步地，步骤S4中，烹饪结束的判断公式为：

式中，Q'_总为当前燃气灶提供热量；Q_总为总热量阈值；t当前系统时间；T_总为总供热时间阈值；i为烹饪阶段变量；N为所需烹饪阶段数量；

满足上述至少一个条件，则输出为烹饪结束。

进一步地，自动供热进行中，通过语音识别模块识别语音指令，停止烹饪任务或跳过当前烹饪阶段；

手动供热方法即使用手控开关部件打开或关闭第一电磁阀，利用第一进气管进行供气，进行手动供热，当检测到第一电磁阀打开信号，控制所有第二电磁阀关闭。

本发明的有益效果为：

(1)本发明自动控制燃气供给量和供应时间调整火势大小，辅助烹饪，操作方便简单，避免了误操作导致火力失控；

(2)本发明智能控制燃气灶烹饪时间和烹饪供应热量，并且自动监测无人看守时，发出语音警告提示；

(3)本发明通过无线传输模块向移动终端发送警告信息，实现了远距离自动提醒，避免安全事故发生，提高了安全性；

(4)本发明提供了自动供热方式和手动供热方式，提高了实用性。

附图说明

图1为热量控制安全燃气灶结构框图；

图2为烹饪单元结构框图；

图3为人机交互与安全单元结构框图；

图4为控制单元结构框图；

图5为第二电磁阀控制电路原理图；

图6为基于热量控制安全燃气灶的自动供热方法流程图；

图7为热量控制安全燃气灶的结构示意图。

其中，1、灶体；11、灶眼；2、手控开关部件；3、触摸屏；31、扬声器；32、语音识别模块；33、红外线传感器；4、延伸体。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

一种热量控制安全燃气灶，如图1所示，包括灶体1、两个烹饪单元、控制单元以及人机交互与安全单元；控制单元分别与烹饪单元和人机交互与安全单元通信连接；烹饪单元和控制单元均设置于灶体1内部，人机交互与安全单元设置于灶体1外部；其结构如图7所示；

如图2所示，每个烹饪单元包括灶眼11、进气管组、电磁阀组、点火器以及气体流量计，灶眼11与进气管组固定连接，进气管组包括并联的第一进气管和三根第二进气管，第一进气管设置有第一电磁阀，第一电磁阀设置有手控开关部件2，每个第二进气管依次设置有气体流量计和第二电磁阀，第一电磁阀的控制端和每个第二电磁阀的控制端均与控制单元通信连接，气体流量计的输出端与控制单元通信连接；点火器与控制单元通信连接；

手控开关部件2控制第一电磁阀打开和关闭，通过第一进气管为灶眼11供气，实现了手动供热，控制单元自动控制第二电磁阀打开与关闭，通过第二进气管为灶眼11供气，实现了自动供热，进行自动控制燃气供给量和供应时间调整火势大小，气体流量计采集进气管中的燃气流量，便于计算当前进气管的供应热量；

如图3所示，人机交互与安全单元包括CPU、触摸屏3、语音识别模块32、SD卡、扬声器31、无线传输模块以及红外线传感器33，触摸屏3设置于灶体1外部，CPU、SD卡、扬声器31和无线传输模块位于触摸屏3的机体内部，红外线传感器33位于灶体1外部；CPU分别与触摸屏3、SD卡、扬声器31以及无线传输模块通信连接，并且通过A/D转换器分别与语音识别模块32和红外线传感器33通信连接，无线传输模块分别与控制单元和移动终端通信连接；

语音识别模块32的麦克风接收语音指令，通过A/D转化器转化为数字信号，操作简单方便，触摸屏3进行在SD卡储存的烹饪菜品的选择以及信息的显示，扬声器31用于播报操作步骤和语音警告，提高了安全性，无线传输模块向移动终端发送警告信息，保证了的远距离的信息及时发送，避免安全事故发生，红外线传感器33进行检测判断是否无人看守，便于及时发出警告信息，进一步提高了安全性；

如图4所示，控制单元包括控制器、隔离器、电源模块、稳压器模组以及外围电路；控制器分别与点火器、隔离器和气体流量计通信连接，并通过无线传输模块与CPU通信连接，且与外围电路电性连接，电源模块通过稳压器模组分别与控制器、点火器、气体流量计、第一电磁阀和第二电磁阀电性连接，隔离器分别与第一电磁阀和第二电磁阀通信连接；第二电磁阀控制电路如图5所示；气体流量计通过A/D转换器与控制器通信连接；

控制器控制第二电磁阀实现智能控制燃气灶烹饪时间和烹饪供应热量，隔离器实现电隔离，防止第二电磁阀工作影响控制器性能，电源模块与稳压器模组提供稳定的工作电压，外围电路包括过压保护电路、过流保护电路、欠压保护电路等，防止电路烧毁发生事故。

本实施例中，灶体1包括互相固定连接的灶体平台以及延伸体4，延伸体4与灶体平台顶端的夹角为90°，触摸屏3设置于延伸体4上。

一种基于热量控制安全燃气灶的供热方法，热量控制安全燃气灶包括灶体、烹饪单元、控制单元以及人机交互与安全单元，烹饪单元包括灶眼、进气管组、电磁阀组、点火器以及气体流量计，控制单元包括控制器、隔离器、电源模块、稳压器模组以及外围电路，人机交互与安全单元包括CPU、触摸屏、语音识别模块、SD卡、扬声器、无线传输模块以及红外线传感器，系统的供热方法包括手动供热方法和自动供热方法；自动供热进行中，通过语音识别模块识别语音指令，停止烹饪任务或跳过当前烹饪阶段；

手动供热方法即使用手控开关部件打开或关闭第一电磁阀，利用第一进气管进行供气，进行手动供热，当检测到第一电磁阀打开信号，控制所有第二电磁阀关闭；

自动供热方法，如图6所示，包括如下步骤：

S1：通过语音识别模块识别语音指令或者使用触摸屏选择烹饪菜品，并从SD卡中提取对应的烹饪信息；

烹饪菜品一般为一人份，通过语音识别模块识别语音指令或者使用触摸屏选择多人份，并将其烹饪信息对应增加；

烹饪信息包括所需烹饪阶段、每个烹饪阶段所需烹饪操作、所需热量、供热时间、总热量阈值以及总加热时间阈值；

烹饪菜品：番茄炒蛋；

所需烹饪阶段-热量-供热时间：(1)大火-10kJ-20s、(2)中火-20kJ-60s、(3)小火-5kJ-30s；

每个烹饪阶段所需烹饪操作：(1)加入热油、姜和蒜；(2)放入鸡蛋、进行翻炒、20s后放入番茄；(3)进行翻炒、放入食盐；

每个烹饪阶段所需热量相同，相邻烹饪阶段所需热量不同；

总热量阈值的计算公式为：

式中，Q_总为烹饪所需总热量阈值；Q'_i为烹饪阶段i所需热量；Q_i为烹饪阶段i第二进气管提供热量；i为烹饪阶段变量，i＝1,2,...,N；N为所需烹饪阶段数量；α为热传递系数，α＝0.8；

Q_总＝10kJ+20kJ+5kJ＝35kJ

总供热时间阈值的计算公式为：

T_总＝t₁+t₂+...+t_N

式中，T_总为总供热时间阈值；t_i为烹饪阶段i供热时间，i为烹饪阶段变量，i＝1,2,...,N；N为所需烹饪阶段数量；

T_总＝20s+60s+30s＝110s

S2：根据烹饪信息，制定供热方案，并通过无线传输模块传输至控制单元的控制器；供热方案包括：根据每个烹饪阶段所需热量和供热时间，选择打开相应数量的第二电磁阀；

烹饪阶段所需热量的计算公式为：

式中，Q'_i为烹饪阶段i所需热量；i为烹饪阶段变量，i＝1,2,...,N；N为所需烹饪阶段数量；

为烹饪阶段i第二进气管m提供热量；α为热传递系数；m为第二进气管变量，m＝1,2,...,M；M为选择打开的第二进气管数量，M_max＝3；

第二进气管提供热量的计算公式为：

式中，

为当前烹饪阶段第二进气管m提供热量；v_m为第二进气管m燃气流量；t_i为烹饪阶段i供热时间；q为单位体积1L天然气燃烧释放热量，q＝37.8kJ；

根据上述公式，计算得到Q₁＝12.5kJ、Q₂＝25kJ、Q₂＝6.25kJ；

一般情况下，相同烹饪阶段每个第二进气管提供热量相同，但是在长期使用下造成的设备老化，影响第二进气管的燃气流量；

每个烹饪阶段选择打开第二电磁阀数量：(1)大火-3根；(2)中火-2根；(3)小火-1根；

S3：根据供热方案，使用控制器控制对应第二电磁阀打开或关闭，控制灶眼火力，执行当前烹饪阶段，通过触摸屏显示并通过扬声器提示当前烹饪阶段以及烹饪阶段所需的烹饪操作；

S4：使用气体流量计采集燃气流量，并传输给控制器，判断是否烹饪结束，若是则进入步骤S5，否则继续执行步骤S4；烹饪结束的判断公式为：

式中，Q'_总为当前燃气灶提供热量；Q_总为总热量阈值；t当前系统时间；T_总为总供热时间阈值；i为烹饪阶段变量；N为所需烹饪阶段数量；

满足上述至少一个条件，则输出为烹饪结束；

S5：使用红外线传感器采集移动信息，判断灶台前方是否无人看守，若是则使用扬声器发出语音警告，使用无线传输模块向移动终端发送警告信息，并进入步骤S6，否则直接进入步骤S6；

S6：使用控制器控制所有第二电磁阀关闭，结束供热。

本发明提供的一种智能控制、供热自动化、操作简单、使用方便、功能性好以及安全性高的热量控制安全燃气灶及其供热方法，提供了自动供热方式和手动供热方式，辅助烹饪，解决了现有技术存在的操作不方便和复杂、不能智能控制燃气灶烹饪时间和烹饪供应热量、安全性差以及功能单一导致实用性低的问题。

Claims (8)

1.一种热量控制安全燃气灶，其特征在于，包括灶体(1)、烹饪单、控制单元以及人机交互与安全单元；所述控制单元分别与烹饪单元和人机交互与安全单元通信连接；所述烹饪单元和控制单元均设置于灶体(1)内部，所述人机交互与安全单元设置于灶体(1)外部，其中：

所述烹饪单元包括灶眼(11)、进气管组、电磁阀组、点火器以及气体流量计，所述灶眼(11)与进气管组固定连接，所述进气管组包括并联的第一进气管和至少两根第二进气管，所述第一进气管设置有第一电磁阀，所述第一电磁阀设置有手控开关部件(2)，每个所述第二进气管依次设置有气体流量计和第二电磁阀，所述第一电磁阀的控制端和每个第二电磁阀的控制端均与控制单元通信连接，所述气体流量计的输出端与控制单元通信连接；所述点火器与控制单元通信连接，其中：

根据每个烹饪阶段所需热量和供热时间，选择打开相应数量的第二电磁阀；

烹饪阶段所需热量的计算公式为：

式中，Q'_i为烹饪阶段i所需热量；i为烹饪阶段变量，i＝1,2,...,N；N为所需烹饪阶段数量；

为烹饪阶段i第二进气管m提供热量；α为热传递系数；m为第二进气管变量，m＝1,2,...,M；M为选择打开的第二进气管数量，M_max＝3；

第二进气管提供热量的计算公式为：

式中，

为当前烹饪阶段第二进气管m提供热量；v_m为第二进气管m燃气流量；t_i为烹饪阶段i供热时间；q为单位体积1L天然气燃烧释放热量。

2.根据权利要求1所述的热量控制安全燃气灶，其特征在于，所述人机交互与安全单元包括CPU、触摸屏(3)、语音识别模块(32)、SD卡、扬声器(31)、无线传输模块以及红外线传感器(33)，所述触摸屏(3)设置于灶体(1)外部，所述CPU、SD卡、扬声器(31)和无线传输模块位于触摸屏(3)的机体内部，所述红外线传感器(33)位于灶体(1)外部；CPU分别与触摸屏(3)、SD卡、扬声器(31)以及无线传输模块通信连接，并且通过A/D转换器分别与语音识别模块(32)和红外线传感器(33)通信连接，所述无线传输模块分别与控制单元和移动终端通信连接。

3.根据权利要求2所述的热量控制安全燃气灶，其特征在于，所述控制单元包括控制器、隔离器、电源模块、稳压器模组以及外围电路；所述控制器分别与点火器、隔离器和气体流量计通信连接，并通过无线传输模块与CPU通信连接，且与外围电路电性连接，所述电源模块通过稳压器模组分别与控制器、点火器、气体流量计、第一电磁阀和第二电磁阀电性连接，所述隔离器分别与第一电磁阀和第二电磁阀通信连接。

4.根据权利要求3所述的热量控制安全燃气灶，其特征在于，所述灶体(1)包括互相固定连接的灶体平台以及延伸体(4)，所述延伸体(4)与灶体平台顶端的夹角位于90°～120°之间，所述触摸屏(3)设置于延伸体(4)上。

5.一种基于热量控制安全燃气灶的供热方法，其特征在于，所述热量控制安全燃气灶包括灶体、烹饪单元、控制单元以及人机交互与安全单元，所述烹饪单元包括灶眼、进气管组、电磁阀组、点火器以及气体流量计，所述控制单元包括控制器、隔离器、电源模块、稳压器模组以及外围电路，所述人机交互与安全单元包括CPU、触摸屏、语音识别模块、SD卡、扬声器、无线传输模块以及红外线传感器，系统的供热方法包括手动供热方法和自动供热方法；

所述自动供热方法，包括如下步骤：

S1：通过语音识别模块识别语音指令或者使用触摸屏选择烹饪菜品，并从SD卡中提取对应的烹饪信息；

所述烹饪信息包括所需烹饪阶段、每个烹饪阶段所需烹饪操作、所需热量、供热时间、总热量阈值以及总加热时间阈值；

S2：根据烹饪信息，制定供热方案，并通过无线传输模块传输至控制单元的控制器；

所述步骤S2中，供热方案包括：根据每个烹饪阶段所需热量和供热时间，选择打开相应数量的第二电磁阀；

烹饪阶段所需热量的计算公式为：

式中，Q'_i为烹饪阶段i所需热量；i为烹饪阶段变量，i＝1,2,...,N；N为所需烹饪阶段数量；

为烹饪阶段i第二进气管m提供热量；α为热传递系数；m为第二进气管变量，m＝1,2,...,M；M为选择打开的第二进气管数量；

第二进气管提供热量的计算公式为：

式中，

为当前烹饪阶段第二进气管m提供热量；v_m为第二进气管m燃气流量；t_i为烹饪阶段i供热时间；q为单位体积天然气燃烧释放热量；

S3：根据供热方案，使用控制器控制对应第二电磁阀打开或关闭，控制灶眼火力，执行当前烹饪阶段，通过触摸屏显示并通过扬声器提示当前烹饪阶段以及烹饪阶段所需的烹饪操作；

S4：使用气体流量计采集燃气流量，并传输给控制器，判断是否烹饪结束，若是则进入步骤S5，否则继续执行步骤S4；

S5：使用红外线传感器采集移动信息，判断灶台前方是否无人看守，若是则使用扬声器发出语音警告，使用无线传输模块向移动终端发送警告信息，并进入步骤S6，否则直接进入步骤S6；

S6：使用控制器控制所有第二电磁阀关闭，结束供热。

6.根据权利要求5所述的基于热量控制安全燃气灶的供热方法，其特征在于，所述步骤S1中，总热量阈值的计算公式为：

式中，Q_总为烹饪所需总热量阈值；Q'_i为烹饪阶段i所需热量；Q_i为烹饪阶段i第二进气管提供热量；i为烹饪阶段变量，i＝1,2,...,N；N为所需烹饪阶段数量；α为热传递系数；

总供热时间阈值的计算公式为：

T_总＝t₁+t₂+...+t_N

式中，T_总为总供热时间阈值；t_i为烹饪阶段i供热时间，i为烹饪阶段变量，i＝1,2,...,N；N为所需烹饪阶段数量。

7.根据权利要求5所述的基于热量控制安全燃气灶的供热方法，其特征在于，所述步骤S4中，烹饪结束的判断公式为：

式中，Q'_总为当前燃气灶提供热量；Q_总为总热量阈值；t当前系统时间；T_总为总供热时间阈值；i为烹饪阶段变量；N为所需烹饪阶段数量；

满足上述至少一个条件，则输出为烹饪结束。

8.根据权利要求5所述的基于热量控制安全燃气灶的供热方法，其特征在于，自动供热进行中，通过语音识别模块识别语音指令，停止烹饪任务或跳过当前烹饪阶段；

所述手动供热方法即使用手控开关部件打开或关闭第一电磁阀，利用第一进气管进行供气，进行手动供热，当检测到第一电磁阀打开信号，控制所有第二电磁阀关闭。

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