基于PIC16C711的脈沖點火控制器設計

1 引言

目前我國約有1 000家燃氣灶具生產(chǎn)企業(yè)。年產(chǎn)量約3 000萬臺。其中規(guī)模較大、產(chǎn)品質(zhì)量和管理水平好的企業(yè)只有100家左右，其余大部分則是簡單組裝型企業(yè)。由于這些組裝型企業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量和技術(shù)普遍較低。隨著國家燃氣灶具產(chǎn)品生產(chǎn)許可證換(發(fā))證制度的實施，超過600家的企業(yè)將被強制淘汰。如何降低成本，生產(chǎn)性能穩(wěn)定，節(jié)省能源的燃氣灶是各燃氣灶具生產(chǎn)企業(yè)取勝的關(guān)鍵，而脈沖點火控制器則是燃氣灶中核心部分。本文介紹了一種高性價比的燃氣脈沖點火控制器設計，采用Microchip公司生產(chǎn)的PICl6C7ll單片機作為主控器，實現(xiàn)了點火的智能化和火焰檢測的無傳感器設計，同時使能源的消耗降到最低。

2 脈沖點火控制系統(tǒng)

脈沖點火控制器系統(tǒng)主要實現(xiàn)的功能：安全自檢;點火控制;熄火保護;故障報警。

圖l是脈沖點火控制器的工作流程。整個系統(tǒng)由點火開關(guān)控制，當用戶按下點火開關(guān)時，點火針產(chǎn)生高壓火花，為了保證安全，延時0.1秒后再由點火控制器控制燃氣閥打開，并通過火焰檢測判斷點火是否成功，若有火焰信號則停止點火，同時啟動反饋檢測功能。整個過程能有效避免出現(xiàn)燃氣閥打開而未燃燒的狀況，大大提高了產(chǎn)品的安全性和可靠性。

脈沖點火控制器系統(tǒng)比普通燃氣灶增加了脈沖點火控制電路、電磁閥控制、火焰探測針等裝置，系統(tǒng)框圖如圖2所示。即在工作時，由單片機PICl6C7ll先輸出控制信號觸發(fā)點火控制電路、火焰檢測反饋電路，通過火焰檢測反饋電路檢測火焰，并將檢測的結(jié)果反饋至單片機，單片機可根據(jù)輸入的火焰檢測信號控制電磁閥的開、閉，從而保證了燃氣灶在發(fā)生意外熄火及回火狀態(tài)時，控制系統(tǒng)能及時關(guān)閉電磁閥，關(guān)斷燃氣通路，避免了因熄火引發(fā)的安全事故。

3 系統(tǒng)設計硬件

3.1 PICl6C71l簡介

PICl6C7ll是Microchip公司推出的一種CMOS工藝的8位單片機，具有高性能RISC結(jié)構(gòu)CPU、8級硬件堆棧、13個雙向I/0口、4路8位A/D;I/0驅(qū)動吸收電流可達25 mA，還具有看門狗電路，由于其指令簡單(僅35條)，操作方便，因此，可廣泛應用于儀表、控制領域。

在脈沖點火器設計中，PICl6C7ll作為主控器負責用戶的按鍵查詢、火焰檢測、電磁閥的通關(guān)、點火控制等功能，下面重點對脈沖點火控制電路和火焰檢測電路進行介紹。

3.2 脈沖點火控制電路

脈沖點火控制電路如圖3所示，其工作原理：晶體管Q2控制TT變壓器振蕩電壓，Q1維持變壓器振蕩，而Q1，Q2都由單片機的I/O端口控制。其中D1為一只10 V穩(wěn)壓管。當一個I/0口發(fā)出點火信號，變壓器開始振蕩，次級產(chǎn)生約180 V的高壓信號。高壓信號通過二極管整流向C1充電，這樣高壓信號就可施加到可控硅。同時TT次級也向穩(wěn)壓管產(chǎn)生高電壓，若高電壓達到穩(wěn)壓管的擊穿電壓，穩(wěn)壓管被擊穿，此時二極管導通，觸發(fā)可控硅D3，D4導通，從而在單點火高壓包初級產(chǎn)生高電壓，次級也產(chǎn)生12 kV～18 kV的高電壓。點火針接至Tl，T2的次級，所以點火信號從單片機發(fā)出后，會在點火針產(chǎn)生電火花，從而達到點火目的。該點火電路原理比較復雜，一般情況會考慮使用多個I/O端口控制。但是本系統(tǒng)設計雙灶只采用一個I/O端口，節(jié)省單片機的I/O端口資源，從而簡化點火控制，降低產(chǎn)品成本，使程序易于控制點火。該點火控制電路不僅應用于灶具點火，也可用于熱水器等家用電器。

3.3 火焰檢測電路

火焰檢測電路如圖4所示，該電路融合了點火電路和火焰檢測電路，摒棄了傳統(tǒng)的傳感器檢測思想，采用物理原理和簡單電路實現(xiàn)火焰檢測設計，簡化電路設計，降低產(chǎn)品成本，軟件編程易于實現(xiàn)。其工作原理：圖4中的變壓器的振蕩電路可與點火電路共用，晶體管Ql的作用與振蕩電路中的Q2完全相同，都是維持變壓器振蕩。南于變壓器輸出交流信號，燃氣燃燒產(chǎn)生離子體，火焰產(chǎn)生正負極離子體，當交流信號到達火焰檢測信號探針處，交流信號可在火焰上形成通路，從而火焰起到一個二極管整流作用，使火焰探針左側(cè)的電容充電，產(chǎn)生一個負電壓，經(jīng)過比較器后變成低電平，由單片機的I/0口檢測，從而完成火焰信號的檢測。

4 系統(tǒng)軟件設計

為了使燃氣灶點火控制器實現(xiàn)雙灶的單獨開啟和同時開啟，除了共用的系統(tǒng)安全自檢外，程序可運行于3種點火模式：灶1點火;灶2點火;灶1、灶2同時點火。單爐點火的程序流程如圖5所示。點火過程同時檢測火焰，若點不著可反復幾次，并設定時間，若在限定時間內(nèi)不能成功點火則報警。

5 結(jié)語

系統(tǒng)設計采用PIC16C7ll作為主控器件，實現(xiàn)燃氣灶脈沖點火控制器設計，更新現(xiàn)有燃氣灶，提高產(chǎn)品質(zhì)量。通過在硬件中增加脈沖點火電路、火焰檢測電路，在軟件中優(yōu)化點火控制順序，從而保證了整個燃氣系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性