【应用】具有8/10位分辨率A/D转换器的超低功耗MCU精确读取高端燃气灶数据

时间： 2018-08-17 来源：Renesas

技术问答

如今，燃气灶已在每个家庭普及，对燃气灶的控制和安全性也有很高的要求。本文介绍了如何使用瑞萨超低功耗微控制器RL78 / G11设计高端燃气灶。

系统综述：

高端燃气灶具有微动开关，高压脉冲点火，气体检测，防干烧保护，火焰温度检测（热电偶温度反馈），报警和以RL78/G11 MCU为核心的控制电路。系统组成图如图1所示：

图1 基于RL78/G11的高端燃气灶系统示意图

高端燃气灶使用9V电池作为电源。轻轻按下微动开关即可开始点火，高压脉冲点火装置可以加快点火速度，气体检测装置可有效报警，避免气体泄漏，提高系统的安全性，火焰温度检测（热电偶温度反馈）可以实时获得火焰温度，避免出现熄火现象，防干燥装置可有效避免燃气泄漏。

RL78 / G11超低功耗MCU在本设计中的优势：

·使用超低功耗技术，可满足燃气灶待机时的低功耗需求。

·具有4个CSI接口、2个UART接口以及4个IIC接口，可满足高端燃气灶的通信需求。

·具有4通道高精度16位定时器。

·具有8/10位分辨率A/D转换器和8/10位分辨率D/A转换器，可以精确读取/输出数据。

·自带片上时钟输出/蜂鸣器输出控制器，可减少电路设计成本。

硬件设计：

该系统的硬件设计模块主要包括MCU，电源电路，高压脉冲点火电路，微动开关电路，火焰温度检测电路，气体检测电路，防干烧保护电路，电磁阀控制电路和蜂鸣器输出控制器电路。电路实物图如图2所示：

图2 硬件实物图

MCU主控电路
高端燃气灶使用RL78 / G11（R5F1056A）作为主控芯片。 RL78/G11的Flash ROM大小为16KB，RAM大小为1.5 KB。原理图如图3所示

图3 主控电路原理图

高压脉冲点火电路

高压脉冲点火电路由振荡电路和高压电路组成。

图4 高压脉冲点火电路原理图

火焰温度检测电路

高压脉冲点火后，开始检测热电偶反馈的电压信号。然后它将通过电压信号判断点火是否成功。如果点火成功，它将继续检测火焰温度。如果点火失败，则会发出警报。

图5 火焰温度检测电路原理图

气体检测电路

高端燃气灶的气体检测电路由MQ-4气体检测传感器和LM393B电压比较器组成。当天然气浓度超标时，DOUT引脚输出低电平，同时LED1（报警灯）亮起，然后关闭电磁阀并报警。

图6 气体检测电路原理图

防干烧保护电路

高端燃气灶采用热电阻温度传感器作为防干烧保护装置。传感器外层为隔热层，可避免火焰温度干扰; 顶部是温度测量层，当锅放在炉子上时可以粘在锅底，以便实时检测锅温，判断锅是否处于沸腾干燥状态。如果锅处于沸腾干燥状态，燃气灶将不会继续供气，蜂鸣器报警。

图7 防干烧保护电路原理图

电磁阀控制电路

接收到开关响应后，高端燃气灶将启动点火。此时，气体控制阀将打开。

图8 电磁阀控制电路原理图

蜂鸣器报警电路

高端燃气灶具有报警功能。如果点火失败持续很较长时间，会发生气体泄漏，则蜂鸣器报警。

图9 蜂鸣器报警电路

软件设计：

系统工作流程

（1）电源接通后，气体检测定时器自动启动。

（2）当驱动时间（10毫秒）结束后，开始检测气体浓度，如果浓度太高，蜂鸣器会响起。

（3）当燃气灶未处于燃烧状态时，如果按下微动开关，燃气灶将启动点火过程（4），否则，它返回到（2）。但是当燃气灶处于燃烧状态时，微动开关信号将失效，并进入（5）。

（4）电磁阀打开，高压脉冲开始点火。随后开始检测火焰温度，如果火焰温度太低，这意味着点火失败，否则进入

（5）检测火焰温度。如果火焰温度过低，可以防止意外熄火，即电磁阀关闭，警报响起。

（6）检测罐底温度。如果温度过高，将启动防干烧保护，即电磁阀关闭，防干烧警报响起。

图10 主程序流程框图

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