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燃气自动调火开关

2.8k

简介：家里老人做饭两次忘了关火，太危险了，所以做一个定时开关，实现两个功能：1.可定时关火；2.可定时关小火。同时，不影响手动功能

星火计划2024

开源协议

：

GPL 3.0

(未经作者授权，禁止转载)

创建时间：2024-05-20 12:54:06更新时间：2024-06-09 10:17:33

描述

项目说明

本项目为燃气自动调火开关，主要目的是减少忘记关火引起火灾的可能。

开源协议

开源协议：GPL 3.0

项目相关功能

主要功能为：1.定时关火（初始化时间30分钟，最小定时1分钟，最长定时120分钟，如果感觉不够，可以自己改）；2定时关小火（默认关闭，手动开启）；3.手动关火、调火不受影响

（另外补充说明：显示的时间为倒计时其实时间，比如定时关火设定的是10，定时关小火设定的是6，那意思是6分钟后把火关小，然后再等4分钟会自动关火。本来没这个说明，但经过我老婆的神理解，我觉得还是得说清楚，否则有人和我老婆一样认为关小火的时间是小火保持的时间，就很无语了，哈哈哈）

本项目为首次公开，为本人原创项目。项目未曾在别的比赛中获奖。

项目进度

本项目电子元件十分便宜，最贵的可能是3d打印零件

设计原理

一、电路部分

本项目电路原理比较简单，电路实现的功能为：1.根据位置传感器，确定燃气开关位置；2.根据定时器设定时间和燃气开关位置控制电机转动，并在指定位置停止；3.关闭状态开启单片机低功耗模式

主控芯片：PY32f002a

时间显示：TM1650+0.28寸三位共阴极数码管

电机控制：YX-1818AM

时间设定：EC11编码器

位置传感器：CC6207霍尔传感器

以上芯片元件的原理这里就不在赘述了，大家可以网上查阅手册。

试着用ai画了个思维导图：

根据上面的功能，我们需要单片机控制的管脚为：

1.W_1,W_2,W_3位置传感器3个，分别对应点火开关的关闭，小火以及电机初始位置

2.TM1650控制信号两个：模拟SCL、SDA

3.EC11输出管脚3个：KEY_A,KEY_B,KEY_C

4.YX-1818AM控制信号两个：MOTOR_1A,MOTOR_1B

5.MOS关电源控制（配合低功耗模式降低外围电路功耗）1个：PA3

6.信号LED管脚1个：PA4

以上总共需要引脚12个

二、软件部分

这里重点说一下思路。

1.定时器

这个开关重点就是定时关火和调火，所以定时器是核心，我这里用的是通用定时器16，把它设定为1分钟中断一次，然后找两个变量，TIMER1控制关火时间，TIMER2控制调小火时间，中断发生就 TIMER1--；TIMER2--；这样就可以根据设定的TIMER1,TIMER2大小来调整两个时间的长短。关小火是可以选择的功能，所以为了省事，把TIMER2变量初始化为999，如果有需要再调小TIMER2即可。

2.显示

因为有两个时间可设定，所以用EC11的按键功能进行切换，并用led的亮灭来指示目前显示的是什么时间。默认启动显示为TIMER1,默认值30分钟，显示TIMER1的时候，指示灯熄灭状态，按以下EC11，显示TIMER2,同时指示灯亮起。

另外为了监视电量，启用单片机的内部电源监控通道，由于我使用的是1s锂电，当电压低于3v时，每秒显示一次blo

3.位置监控

三个位置传感器，其中W1是控制芯片的低功耗模式启动关闭，同时控制mos管启动关闭外围电路，W2是关小火的位置指示，W3是电机初始位置传感器，不论是关小火还是关闭燃气开关，操作完成后电机都要回到初始位置。这三个位置传感器的输入引脚都要设定为外部触发中断模式

下面是主程序，其余的代码就不贴了，有兴趣的直接去看附件的源码吧，编程水平有限，轻拍。下面的代码我让kimi帮我整理了一下，顺便写了下注释：

int main(void)

{

/* 初始化EC11计数值 */

EC11_COUNT = 0;

/* 初始化HAL库 */

HAL_Init();

/* 配置ADC */

APP_ADCConfig();

/* 配置系统时钟 */

APP_SystemClockConfig();

/* 使能GPIOA、B、F的时钟 */

__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();

__HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE();

__HAL_RCC_GPIOF_CLK_ENABLE();

/* 初始化EC11引脚 */

EC11_PIN_INIT();

/* 初始化TIM16 */

TIM16Config();

/* 初始化LED */

MYLED_Init();

/* 初始化I2C引脚 */

I2C_PIN_INIT();

/* 配置外部中断 */

Configure_EXTI();

/* 初始化W1和W3的外部中断 */

W1_W3_EXTIConfig();

/* 初始化CC6207相关的GPIO */

GPIO_CC6207_INIT();

/* 初始化电机控制相关的GPIO */

MOTOR_GPIO_INIT();

/* 初始化TM1650显示驱动 */

TM1650_INIT();

/* 设置TM1650进入睡眠模式 */

TM1650_SET(SYS_ADD, SYS_SLEEP);

/* 主循环 */

while (1)

{

/* 获取当前时间 */

TIME = HAL_GetTick();

/* 重新初始化TM1650 */

TM1650_INIT();

/* 启动ADC转换 */

HAL_ADC_Start(&hadc);

/* 等待ADC转换完成 */

HAL_ADC_PollForConversion(&hadc, 1000000);

/* 获取ADC值 */

adc_value = HAL_ADC_GetValue(&hadc);

/* 计算VCC电压 */

T_VCC = (4095 * 1.2) / adc_value;

/* 如果电池电压低于3V，显示电池电量低的提示 */

if (T_VCC < 3)

{

/* 每秒钟切换显示电池电量低的提示和当前计时 */

if ((TIME % 2000) < 1000)

{

TIM1650_DIS(ADD1, 10); // 显示'B'

TIM1650_DIS(ADD2, 11); // 显示'L'

TIM1650_DIS(ADD3, 12); // 显示'O'

}

else

{

/* 根据DSP_FLAG显示TIMER1或TIMER2的值 */

if (DSP_FLAG)

{

TIM1650_DIS(ADD1, TIMER1 / 100);

TIM1650_DIS(ADD2, (TIMER1 / 10) % 10);

TIM1650_DIS(ADD3, TIMER1 % 10);

}

else

{

TIM1650_DIS(ADD1, TIMER2 / 100);

TIM1650_DIS(ADD2, (TIMER2 / 10) % 10);

TIM1650_DIS(ADD3, TIMER2 % 10);

}

else

{

/* 如果电池电压正常，显示正常计时 */

if (DSP_FLAG)

{

TIM1650_DIS(ADD1, TIMER1 / 100);

TIM1650_DIS(ADD2, (TIMER1 / 10) % 10);

TIM1650_DIS(ADD3, TIMER1 % 10);

}

else

{

TIM1650_DIS(ADD1, TIMER2 / 100);

TIM1650_DIS(ADD2, (TIMER2 / 10) % 10);

TIM1650_DIS(ADD3, TIMER2 % 10);

}

/* 如果W1为高电平，且TIMER1为0，则启动电机向前运行 */

if (W1 == 1 && TIMER1 <= 0)

{

MOTOR_FORWARD();

}

/* 如果W1为低电平，W3为高电平，则使电机向后运行 */

if (W1 == 0 && W3 == 1)

{

for (int i = 0; i < 60000; i++); // 延时不知道啥原因使用hal_delay就会影响进入低功耗，所以用了个空循环代替。这个延时主要是为了给马达一个缓冲时间，不要马上反转

MOTOR_BACKWARD();

}

/* 如果W1和W3都为低电平，则停止电机并进入低功耗模式 */

if (W1 == 0 && W3 == 0)

{

MOTOR_STOP();

TM1650_SET(SYS_ADD, SYS_SLEEP);

TIMER1 = 30;

// 关闭TM1650、W2、W3的电源

HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_All, GPIO_PIN_RESET);

HAL_GPIO_WritePin(LED_PORT, LED_PIN, GPIO_PIN_SET);

HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_All, GPIO_PIN_RESET);

HAL_GPIO_WritePin(GPIOF, GPIO_PIN_All, GPIO_PIN_RESET);

PWR_STOP_MODE(); // 进入低功耗模式

}

/* 如果TIMER2为0且TIMER1大于0，则执行特殊操作 */

if (TIMER2 <= 0 && TIMER1 > 0)

{

TIMER2 = 0;

while (TIMER2_FLAG == 0)

{

MOTOR_BACKWARD(); // 电机向后运行

}

if (TIMER2_FLAG == 1)

{

while (W3 == 1)

{

MOTOR_FORWARD(); // 电机向前运行

}

MOTOR_STOP(); // 停止电机

TIMER2 = 999; // 重置TIMER2

}

三、外壳及机械设计

其实这个定时开关的机械部分设计才是关键，因为要自动控制的同时不影响手动控制，想了很久，突然灵光一闪，传动改为上下传动即可。用FreeCAD设计了一下机械结构，截了个图简单说明一下：图里两个大的部分比较明显，就是外壳和上盖，下面还有个方形的，是外挂的电池盒，电池盒自己用砖头在两侧开个螺丝孔，用螺丝拧在外壳上就行。主要说明一下外壳里的零件：右边翠绿色的是一个N20的减速电机，这个减速马达要选3v的，而且减速比越大越好，我这个每分钟大概是40转的。左边的就是上下两层设计的主齿轮和负责带动主轴转动的从动轮。从动轮的方形凸起中间有个3mm的圆孔，内嵌一个3mm直径的钕磁铁，主齿轮上有个凸台，凸台的侧面也内嵌一个3MM直径的钕磁铁。中心轴是用来联接灶台旋转轴和原旋转按钮的，外径为六边形设计，从而可以被主轴带动。主齿轮中孔是圆形的，所以不会影响主齿轮的运转，从而手动控制不会受到影响。目前图上还可以看到从动轮凸起指向的方向就是W1传感器安装的地方，下面外壳上的两个方形柱子则是W2,W3安装的位置。我是直接用胶把这三个传感器粘在外壳上的。

因为我是3d打印的，所以外壳前面设计成了双层，主要为了增加个空气隔热仿制内层变形，同时最外层也可以贴一层锡箔纸或者防火胶带来进一步隔热。另外前面的那个螺丝固定位置画图时没注意，会抵住上盖，但问题不大，用斜口钳减掉一部分就可以。就像下面那张图片一样，斜着减掉一角就行了。