一种基于单片机的外燃式热声发电机柴油燃烧器控制系统的制作方法

本发明属于热声发电机设计，涉及一种基于单片机的外燃式热声发电机柴油燃烧器控制系统。

背景技术：

1、外燃式热声发电机利用外热产生动力，推动活塞运动，从而带动发电转子进行发电。由于外燃机避免了传统内燃机的震爆做功问题，从而实现了高效率、低噪音低污染和低运行成本。外燃机的热端可以燃烧柴油加热，使温度达到700℃，设备即可做功。

2、但外燃式热声发电机的热端需要提供稳定的热源，并且启动过程中需要配合外燃式热声发电机的激励完成启震过程，从而完成发电。柴油燃烧器可以通过柴油燃烧迅速提供外燃机热端所需的热量，在启动的过程中，需要实现自动点火功能点燃燃烧器，为发电机热端供热，同时热端温度的上升需要配合发电机的激励过程。如果热端温度上升的过慢则无法启震；如果热端温度上升的过快则会发生撞缸现象损坏发电机。因此需要开发一种针对于柴油燃烧器的自动点火以及火焰温度控制系统，配合发电机实现发电功能。

技术实现思路

1、本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种基于单片机的外燃式热声发电机柴油燃烧器控制系统。

2、本发明解决技术的方案是：

3、一种基于单片机的外燃式热声发电机柴油燃烧器控制系统，包括变压器模块、单片机、运算放大模块、继电器模块；

4、变压器模块：将外部输入的24v直流电压转化为5v直流电压，为单片机和继电器模块供电；

5、继电器模块：接收到单片机的启动控制信号后，依次启动燃烧器的鼓风机、点火枪、油泵；接收到单片机的停止控制信号后，断开油泵和鼓风机的供电电路；

6、单片机：接收到启动信号后，向继电器模块发送启动控制信号；启动过程中，生成鼓风机电压控制信号和油泵电压控制信号，发送至运算放大模块；接收到停止信号后，向继电器模块发送停止控制信号；启动过程中，鼓风机电压控制信号和油泵电压控制信号保证启动过程中燃烧器的风、油配比线性增加，使燃烧器的热端温度逐渐上升直到达到发电机的启震状态；

7、运算放大模块：包含两路运算放大单元，其中一路对鼓风机电压控制信号放大后发送至鼓风机，另一路对油泵电压控制信号放大后发送至油泵。

8、优选的，运行过程中单片机生成鼓风机电压控制信号和油泵电压控制信号，实现燃烧器在设定的风量和油泵负荷下工作，保证发电机稳定运行；需要切换负荷时，单片机调整鼓风机电压控制信号和油泵电压控制信号，使燃烧器的风量和油泵负荷线性过渡至待切换的负荷。

9、优选的，所述鼓风机设置有吹除档位、运行档位，单片机向继电器模块发送启动控制信号，继电器模块接收到单片机的启动控制信号后，依次启动燃烧器的鼓风机、点火枪、油泵，过程如下：

10、单片机向继电器模块发送鼓风机吹除档位接通信号，继电器模块将鼓风机调整到吹除档位；

11、达到预定的吹除时间后，单片机向继电器模块发送鼓风机运行档位接通信号，继电器模块将鼓风机调整到运行档位；

12、单片机向继电器模块发送点火枪启动控制信号，继电器模块接通点火枪供电电路；

13、点火枪工作到预定时间后，单片机向继电器模块发送点火枪停止控制信号，继电器模块断开点火枪供电电路；

14、单片机向继电器模块发送油泵启动控制信号，继电器模块接通油泵供电电路。

15、优选的，继电器模块断开油泵和鼓风机的供电电路，实现方式如下：

16、单片机向继电器模块发送油泵停止控制信号和鼓风机吹除档位接通信号，继电器模块接收到上述信号后，断开油泵的供电电路，将鼓风机调整到吹除档位；达到预定的吹除时间后，单片机向继电器模块发送鼓风机停止控制信号，继电器模块断开鼓风机的供电电路。

17、优选的，还包括火焰检测装置，用于检测火焰是否熄火；当火焰检测装置检测到火焰熄火后，向单片机发送熄火信号，单片机启动火焰联锁保护流程；若点火成功，则进入运行状态。

18、优选的，所述火焰联锁保护流程为：

19、单片机向继电器模块发送油泵停止控制信号和鼓风机吹除档位接通信号，继电器模块接收到上述信号后，断开油泵的供电电路，将鼓风机调整到吹除档位；达到预定的吹除时间后，单片机向继电器模块发送鼓风机停止控制信号，继电器模块断开鼓风机的供电电路；

20、当油泵故障后，油泵报警指示灯会亮起，单片机向继电器模块发送鼓风机停止控制信号，继电器模块断开鼓风机的供电电路；

21、当鼓风机故障时，鼓风机报警指示灯会亮起，报警蜂鸣器报警，单片机向继电器模块发送油泵停止控制信号，继电器模块断开油泵的供电电路。

22、优选的，对鼓风机电压控制信号放大的运算放大单元包括电阻r1、电阻r2和运算放大器u1，运算放大器u1正输入端连接鼓风机电压控制信号，负输入端同时连接电阻r1的一端和电阻r2的一端，电阻r2的另一端接地，电阻r1的另一端连接运算放大器u1的输出端；运算放大器u1的电压输入负端接地，电压输入正端接变压器模块，运算放大器u1的输出端接鼓风机的调速控制接口。

23、优选的，对油泵电压控制信号放大的运算放大单元包括电阻r3、电阻r4和运算放大器u2，运算放大器u2正输入端连接油泵电压控制信号，负输入端同时连接电阻r3的一端和电阻r4的一端，电阻r4的另一端接地，电阻r3的另一端连接运算放大器u2的输出端；运算放大器u2的电压输入负端接地，电压输入正端接变压器模块，运算放大器u2的输出端接油泵的调速控制接口。

24、本发明与现有技术相比的有益效果是：

25、(1)更稳定：当燃烧器稳定运行过程中需要切换负荷，传统的手动控制将风油参数直接调整到相应负荷，如果风油配比不当，很容易熄火，造成火焰的不稳定而熄灭。而本发明通过单片机控制设计了线性切换策略，每个挡位之间的参数切换是逐渐线性切换过去的，这将保证火焰的平稳。

26、(2)更安全：本发明控制系统设计了火焰检测装置，当检测到火焰熄灭后，将立即启动保护程序，关闭油泵，并启动后大风吹扫，将燃烧器中残余的雾化燃油吹尽，保证下次点火的安全性，防止爆燃。

27、(3)更便捷：本发明控制系统具有一键点火功能，只需按下启动按钮即可实现燃烧器点火，无需单独手动操作风、油的启停，提高了燃烧器的自动化控制水平。

技术特征：

1.一种基于单片机的外燃式热声发电机柴油燃烧器控制系统，其特征在于：包括变压器模块、单片机、运算放大模块、继电器模块；

2.根据权利要求1所述的一种基于单片机的外燃式热声发电机柴油燃烧器控制系统，其特征在于：运行过程中单片机生成鼓风机电压控制信号和油泵电压控制信号，实现燃烧器在设定的风量和油泵负荷下工作，保证发电机稳定运行；需要切换负荷时，单片机调整鼓风机电压控制信号和油泵电压控制信号，使燃烧器的风量和油泵负荷线性过渡至待切换的负荷。

3.根据权利要求1所述的一种基于单片机的外燃式热声发电机柴油燃烧器控制系统，其特征在于：所述鼓风机设置有吹除档位、运行档位，单片机向继电器模块发送启动控制信号，继电器模块接收到单片机的启动控制信号后，依次启动燃烧器的鼓风机、点火枪、油泵，过程如下：

4.根据权利要求3所述的一种基于单片机的外燃式热声发电机柴油燃烧器控制系统，其特征在于：继电器模块断开油泵和鼓风机的供电电路，实现方式如下：

5.根据权利要求1所述的一种基于单片机的外燃式热声发电机柴油燃烧器控制系统，其特征在于：还包括火焰检测装置，用于检测火焰是否熄火；当火焰检测装置检测到火焰熄火后，向单片机发送熄火信号，单片机启动火焰联锁保护流程；若点火成功，则进入运行状态。

6.根据权利要求5所述的一种基于单片机的外燃式热声发电机柴油燃烧器控制系统，其特征在于：所述火焰联锁保护流程为：

7.根据权利要求1所述的一种基于单片机的外燃式热声发电机柴油燃烧器控制系统，其特征在于：对鼓风机电压控制信号放大的运算放大单元包括电阻r1、电阻r2和运算放大器u1，运算放大器u1正输入端连接鼓风机电压控制信号，负输入端同时连接电阻r1的一端和电阻r2的一端，电阻r2的另一端接地，电阻r1的另一端连接运算放大器u1的输出端；运算放大器u1的电压输入负端接地，电压输入正端接变压器模块，运算放大器u1的输出端接鼓风机的调速控制接口。

8.根据权利要求1所述的一种基于单片机的外燃式热声发电机柴油燃烧器控制系统，其特征在于：对油泵电压控制信号放大的运算放大单元包括电阻r3、电阻r4和运算放大器u2，运算放大器u2正输入端连接油泵电压控制信号，负输入端同时连接电阻r3的一端和电阻r4的一端，电阻r4的另一端接地，电阻r3的另一端连接运算放大器u2的输出端；运算放大器u2的电压输入负端接地，电压输入正端接变压器模块，运算放大器u2的输出端接油泵的调速控制接口。

技术总结本发明涉及一种基于单片机的外燃式热声发电机柴油燃烧器控制系统，包括变压器模块、单片机、运算放大模块、继电器模块。本发明通过单片机控制设计了线性切换策略，每个挡位之间的参数切换是逐渐线性切换过去的，这将保证火焰的平稳。本发明控制系统设计了火焰检测装置，当检测到火焰熄灭后，将立即启动保护程序，关闭油泵，并启动后大风吹扫，将燃烧器中残余的雾化燃油吹尽，保证下次点火的安全性，防止爆燃。本发明控制系统无需单独手动操作风、油的启停，提高了燃烧器的自动化控制水平。技术研发人员：刘艳超,俞维根,李易峰,胡昊,于槟恺,周亮,陈雷,王海群受保护的技术使用者：北京航天石化技术装备工程有限公司技术研发日：技术公布日：2024/4/17