智能抽油煙機(jī)的設(shè)計(jì)

凌遠(yuǎn)貴

摘 要：智能抽油煙機(jī)除具有普通抽油煙機(jī)的功能外，還可根據(jù)油煙的大小自動(dòng)切換開(kāi)關(guān)控制風(fēng)力進(jìn)行抽油煙工作，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能。本文通過(guò)氣敏傳感器、熱敏電阻采集信號(hào)，對(duì)抽油煙機(jī)進(jìn)行控制，設(shè)計(jì)了1款智能抽油煙機(jī)。

關(guān)鍵詞：智能抽油煙機(jī)；電路設(shè)計(jì)；檢測(cè)系統(tǒng)

一、智能抽油煙機(jī)功能

①屏鎖功能：屏鎖即在選定此鍵后，為避免清潔時(shí)意外啟動(dòng)，或防止小孩亂玩，這樣使用起來(lái)會(huì)更加放心。②自動(dòng)清洗：在燃?xì)庠畋稽c(diǎn)燃或關(guān)閉時(shí)，智能抽油煙機(jī)便能自動(dòng)感應(yīng)啟動(dòng)或關(guān)閉，并自動(dòng)提醒啟動(dòng)清潔程序，自行進(jìn)行清潔。③自動(dòng)增壓：這個(gè)功能主要適用于公共煙道，自動(dòng)感應(yīng)煙道壓力變化，實(shí)現(xiàn)增壓。④智能換氣：對(duì)廚房有害的空氣，能智能換氣，時(shí)刻保持家里的空氣清新，尤其適用于開(kāi)放式的廚房。⑤自動(dòng)記憶：記憶功能用在熱水器較多，智能抽油煙機(jī)較少，當(dāng)智能抽油煙機(jī)使用大于等于30小時(shí)，系統(tǒng)自己提醒用戶清洗。⑥延時(shí)功能：這是非常實(shí)用的功能，當(dāng)人們做完飯，讓油煙機(jī)再抽3-5分鐘，以完全吸走有害物質(zhì)，人不用守在油煙機(jī)旁也可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)關(guān)機(jī)。

二、智能抽油煙機(jī)工作原理及電路設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)采用QM-N1O型還原性氣體傳感器。它的氣敏材料是二氧化錫（SnO2），在清潔空氣中電導(dǎo)率較低。當(dāng)QM-N10傳感器所處環(huán)境中存在油煙時(shí)，傳感器的電導(dǎo)率隨空氣中油煙氣體濃度的增加在加熱狀態(tài)下而迅速增大。QM-N10傳感器可將電導(dǎo)率的變化轉(zhuǎn)換為與該氣體濃度相對(duì)應(yīng)的電壓輸出信號(hào)。QM-N10半導(dǎo)體氣體傳感器對(duì)油煙氣體的靈敏度高，可檢測(cè)多種濃度油煙氣體。

1、總體電路設(shè)計(jì)方案。電路原理圖設(shè)計(jì)如圖1所示。該電路由QM-N10傳感器、電源電路、集成非門電路、三極管開(kāi)關(guān)電路、音樂(lè)報(bào)警電路、光敏傳感器電路、單相電動(dòng)機(jī)控制電路等構(gòu)成。220V交流電壓經(jīng)變壓器降壓、全橋整流、電容濾波后，經(jīng)穩(wěn)壓管穩(wěn)壓成5V直流電源為集成非門電路、三極管開(kāi)關(guān)電路、音樂(lè)報(bào)警電路、光敏傳感器電路、QM-N10傳感器電路供電。

當(dāng)空氣中油煙氣體達(dá)到一定濃度時(shí)，經(jīng)半導(dǎo)體氣敏傳感器QM-N10檢測(cè)，在加熱狀態(tài)下，傳感器上下兩電極間電阻值迅速降低，電路中W1可變電阻上端因W1可變電阻流過(guò)的電流迅速增大使該點(diǎn)電位上升。W1可變電阻上端點(diǎn)的電位上升使非門F2輸出端為低電平，F(xiàn)3輸出端則變?yōu)楦唠娖?，在F3輸出端高電平的作用下，T2三極管飽和導(dǎo)通，Jl繼電器線圈得電，Jl繼電器的常開(kāi)觸點(diǎn)J1立即閉合，單相電動(dòng)機(jī)Ml、M2得電運(yùn)轉(zhuǎn)將油煙抽出室外。白天因光線很強(qiáng)，光敏電阻傳感器cds電阻很小，使W3可變電阻上端電位很高，F(xiàn)4輸出端則變?yōu)榈碗娖?，T3三極管截止。J2繼電器線圈不能得電，它的常開(kāi)觸點(diǎn)J2不能閉合，因而白天燈泡LP是不能得電的。晚上，因光線很弱，光敏電阻傳感器cds電阻很大，使W3可變電阻上端電位很低，F(xiàn)4輸出端則變?yōu)楦唠娖剑琓3三極管變?yōu)轱柡?，J2繼電器線圈得電，它的常開(kāi)觸點(diǎn)J2閉合，因而晚上燈泡LP得電發(fā)光起到照明的作用。

2、各電路工作原理分析

1）氣敏傳感器檢測(cè)電路。氣敏傳感器是以金屬氧化物為原材料所制得的N型半導(dǎo)體氣敏元件，N型半導(dǎo)體氣敏元件對(duì)氣體極為敏感，只要與氣體相接觸，氣敏元件的電導(dǎo)率就會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)變化。所以可將N型半導(dǎo)體氣敏傳感器應(yīng)用到油煙檢測(cè)中來(lái)，利用其氣敏的特性、優(yōu)異的快速反應(yīng)性能和持久性能，對(duì)廚房?jī)?nèi)的油煙濃度與煤氣濃度進(jìn)行檢測(cè)，防止事故的發(fā)生，保障人們的生命安全。

由于氣敏傳感器正常運(yùn)行需維持一定的工作溫度，所以在使用氣敏傳感器前，要先對(duì)其進(jìn)行預(yù)熱，使其達(dá)到預(yù)定的工作溫度，然后再開(kāi)啟系統(tǒng)，使氣敏傳感器能持續(xù)正常運(yùn)行，充分發(fā)揮其作用。氣敏傳感器在智能抽油煙機(jī)電路中的工作流程如下：①開(kāi)啟交流電機(jī)，在氣敏傳感器兩端施加交流電壓，利用電流對(duì)氣敏傳感器的發(fā)熱絲進(jìn)行加熱，當(dāng)發(fā)熱絲的溫度達(dá)到200℃時(shí)，氣敏傳感器的預(yù)熱工作完成，可投入正常使用。②測(cè)量Au極處的管腳電阻，管腳電阻會(huì)因外界環(huán)境中的氣體濃度變化而發(fā)生改變，氣體濃度越大，其電阻越小，利用這個(gè)性質(zhì)就可及時(shí)控制廚房?jī)?nèi)的油煙濃度。③將最大阻值為1.0×104Ω的可控電阻與氣敏傳感器串聯(lián)在一起，形成檢測(cè)線路。④調(diào)節(jié)可控電阻的阻值，使氣敏傳感器的敏感度達(dá)到最高，提高油煙檢測(cè)的效率。⑤當(dāng)檢測(cè)到室內(nèi)油煙濃度超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，氣敏傳感器會(huì)立刻作出反應(yīng)，將信號(hào)傳遞到控制系統(tǒng)，自動(dòng)開(kāi)啟智能抽油煙機(jī)，降低室內(nèi)油煙溫度。⑥當(dāng)檢測(cè)到室內(nèi)油煙濃度過(guò)高或煤氣濃度超標(biāo)滿足報(bào)警條件時(shí)，氣敏傳感器將信號(hào)傳遞到音樂(lè)報(bào)警電路，音樂(lè)報(bào)警電路接收到報(bào)警信號(hào)，表現(xiàn)為輸入端高電平。高電平會(huì)刺激電路的芯片，使蜂鳴器發(fā)出響聲報(bào)警。

2）熱敏傳感器檢測(cè)電路。熱敏傳感器可分為接觸型和非接觸型兩種，而在智能抽油煙機(jī)中所使用的是需要與熱介質(zhì)直接接觸的接觸型熱敏傳感器。熱敏傳感器的檢測(cè)線路是由最大阻值為5.0×103Ω的可控電阻和熱敏傳感器組成，它是氣敏傳感器檢測(cè)的重要輔助手段，彌補(bǔ)了氣敏傳感器檢測(cè)的不足，為油煙檢測(cè)增加了一層保障。其具體檢測(cè)方法如下：①?gòu)N房烹飪時(shí)，會(huì)產(chǎn)生許多油煙，而這些油煙都帶有一定的溫度，當(dāng)這些高溫的油煙接觸到熱敏傳感器時(shí)，會(huì)使熱敏傳癌器的電阻發(fā)生變化，溫度越高，熱敏傳感器的電阻就越低。②F1非門輸入端口表現(xiàn)為低電平狀態(tài)，輸出端口表現(xiàn)為高電平狀態(tài)。按此規(guī)律，F(xiàn)2非門的輸出端將表現(xiàn)為低電平狀態(tài)，而F3非門的輸出端將表現(xiàn)為高電平狀態(tài)。③三極管達(dá)到飽和狀態(tài)，使線路導(dǎo)通，繼電器的線圈也開(kāi)始通電，單相電動(dòng)機(jī)開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)，將油煙排放到室外。

3）光敏傳感器檢測(cè)電路。光敏傳感器主要是由最大阻值為2.0×104Ω的可控電阻和光敏傳感器組成。光敏傳感器的電阻值隨著光線的強(qiáng)度而變化，當(dāng)光敏傳感器處于強(qiáng)光效果下時(shí)，電阻會(huì)變小，而在弱光或黑暗條件下，電阻會(huì)增大。利用此功能，可將光敏傳感器應(yīng)用于智能抽油煙機(jī)的LED數(shù)據(jù)顯示面板和操作面板，根據(jù)外界的光照條件調(diào)節(jié)LED顯示面板的亮度。光敏傳感器的應(yīng)用流程如下：①白天，光照強(qiáng)度較強(qiáng)時(shí)，光敏傳感器使二極管截止，F(xiàn)4非門的輸出端表現(xiàn)為低電平狀態(tài)，三極管也相應(yīng)截止，所以LED燈將處于關(guān)閉狀態(tài)；②夜晚或弱光條件下，光敏電阻將接通二極管，使F4非門的輸出端表現(xiàn)為高電平狀態(tài)，三極管也變?yōu)轱柡蜖顟B(tài)，LED燈開(kāi)啟。

三、智能抽油煙機(jī)調(diào)試與安裝

電路裝配完畢檢查正常后需調(diào)試：取1只500mL的空礦泉水瓶，擰緊瓶蓋。用注射器抽取3毫升液化氣注入瓶中，搖晃幾分鐘，此時(shí)瓶中液化氣濃度為0.5%。先將W1可變電阻調(diào)至最小，并將氣敏傳感器放入瓶中，然后慢慢調(diào)大W1可變電阻至J1剛好吸合且喇叭發(fā)出報(bào)警聲，W1可變電阻已調(diào)好，之后將W1可變電阻用油漆封固。

再倒一大杯溫水，水溫稍高于當(dāng)?shù)刈罡邭鉁?，把熱敏電阻放入水中，調(diào)整W2可變電阻使J1剛好吸合，此時(shí)W2可變電阻也調(diào)好，再將W2可變電阻封固。W3可變電阻的調(diào)整應(yīng)在光敏電阻cds遮光時(shí)進(jìn)行。調(diào)試完畢，打開(kāi)抽油煙機(jī)機(jī)外殼，將控制電路裝進(jìn)一塑料盒固定在機(jī)內(nèi)適當(dāng)位置。氣敏傳感器和光敏電阻安裝在抽油煙機(jī)正面外殼上，此處油煙污染小。功能開(kāi)關(guān)Kl安裝在開(kāi)關(guān)板上。熱敏電阻用膠粘在熱空氣集中的兩風(fēng)扇中間處，在熱敏電阻和機(jī)殼間需加絕熱材料。最后把繼電器觸點(diǎn)與抽油煙機(jī)手動(dòng)開(kāi)關(guān)作相應(yīng)連接，加裝溫度控制電路和照明控制電路。安放好氣敏傳感器的安裝位置，調(diào)試與安裝工作已完成。

參考文獻(xiàn)

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（作者單位：中山市喜瑪拉雅電器有限公司）