智能抽油煙機系統(tǒng)設(shè)計研究

商淵沅

摘要：油煙一直是廚房的主要危害之一，同時煤氣泄漏等問題也在嚴重影響著人們的生命健康安全。智能抽油煙機的投入使用可以有效解決空氣中油煙、煤氣含量過高等問題，為人們創(chuàng)造一個良好的生活環(huán)境。本文對智能抽油煙機系統(tǒng)設(shè)計要解決的問題進行分析，對其工作原理以及主要功能模塊、變頻技術(shù)等進行分析研究，希望能給相關(guān)設(shè)計人員帶來幫助。

關(guān)鍵詞：抽油煙機；系統(tǒng)設(shè)計；智能化

前言

在人們?nèi)粘Ｅ腼兊倪^程中，總會產(chǎn)生大量的油煙、蒸汽，對室內(nèi)環(huán)境與人們的身體健康造成重大影響。為了提高生活質(zhì)量，抽油煙機已經(jīng)成為現(xiàn)代家庭廚房必備的設(shè)施。隨著科技的快速發(fā)展，智能化技術(shù)逐漸應(yīng)用到日常生活中。智能抽油煙機必然是是抽油煙機的發(fā)展方向。因此，加強智能抽油煙機系統(tǒng)設(shè)計研究工作提高智能抽油煙機的穩(wěn)定性，降低能量消耗具有極高的現(xiàn)實意義。

1.智能抽油煙機系統(tǒng)設(shè)計所需要解決的幾個問題

抽油煙機在我們?nèi)粘Ｉ钪胁粌H能夠有效清除油煙、水蒸氣等有害物質(zhì)，還可以起到凈化室內(nèi)空氣等問題。然而，當前的抽油煙機還存在著諸如需要手動操作，功耗大等問題[1]。隨著智能化技術(shù)的廣泛應(yīng)用，這一問題注定會被逐漸解決。通過加強智能抽油煙機控制系統(tǒng)的設(shè)計工作不僅可以有效解決這些問題，還可以為人們提供更好的使用體驗，繼而提高人們的生活水平。由此，我們可以明確智能抽油煙機系統(tǒng)設(shè)計的主要目標有以下幾項：第一，實現(xiàn)抽油煙機的自動化操作。第二，實現(xiàn)自動化調(diào)節(jié)，繼而降低抽油煙機的能耗。第三，為人們提供更好的舒適體驗。

2.智能抽油煙機的系統(tǒng)原理分析

智能抽油煙機是一種結(jié)合了互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、工業(yè)自動控制技術(shù)、多媒體技術(shù)的油煙機產(chǎn)品。是一種具備接收遠程或近距離控制指令、自動感應(yīng)周圍工作狀態(tài)、自動調(diào)節(jié)自身狀態(tài)等能力的現(xiàn)代產(chǎn)品。因此，智能油煙機的控制系統(tǒng)必須具備環(huán)境檢測部分、自動控制部分。一般來說，智能抽油煙機的檢測部分又有煤氣檢測、煙霧檢測兩個小部分組成。而控制部分則由開關(guān)電路、報警系統(tǒng)、顯示系統(tǒng)、單片機控制系統(tǒng)以及電源穩(wěn)定性控制系統(tǒng)等。智能油煙機在工作的過程中，通過檢測系統(tǒng)對廚房的環(huán)境進行檢測，一旦發(fā)現(xiàn)油煙含量、煤氣含量超標則立即啟動排煙程序。當空氣中的油煙含量與煤氣含量符合空氣安全時，智能油煙機會停止運行以節(jié)省能源。當智能油煙機發(fā)現(xiàn)空氣中含有大量有毒氣體時，觸發(fā)預(yù)警系統(tǒng)，以便人們及時發(fā)現(xiàn)問題并加以解決。

3.智能抽油煙機功能模塊分析

智能抽油煙機根據(jù)其功能的不同，在具體的設(shè)計過程中需要注意兩部分的內(nèi)容。第一，檢測模塊。第二，控制模塊。

3.1檢測模塊分析

智能抽油煙機需要對廚房內(nèi)的煤氣含量與煙霧含量進行檢測以及溫度進行檢測，以確保廚房空氣清潔安全。事實上，對每種指標進行檢測的方法并不完全相同。接下來我們就對其一一進行分析。

3.1.1煤氣檢測

當前的智能抽油煙機所使用的主要檢測設(shè)備為MQ-2傳感器。該傳感器的工作原理是不同氣體的不同濃度具有不同的電阻值。需要格外注意的是MQ-2傳感器是一種精確度較高的檢測儀器，對此必須對傳感器的靈敏度加以調(diào)整。在實際工作中，如果廚房內(nèi)的空氣內(nèi)沒有油煙或煤氣時MQ-2傳感器的阻力相對較大，智能抽油煙機檢測系統(tǒng)不會發(fā)生變化，即不會產(chǎn)生感應(yīng)電流。當空氣中出現(xiàn)媒體等氣體時，空氣的電阻降低，通過該模塊的電流發(fā)生變化，繼而引發(fā)電路中斷，通過電路控制實現(xiàn)智能抽油煙機的啟動，并進行報警。煤氣檢測原理圖如圖1所示。

3.1.2煙霧檢測

與煤氣檢測一樣，煙霧檢測與煤氣檢測都通過同一設(shè)備將信號輸入單片機。煙霧檢測中最關(guān)關(guān)鍵的是利用了光敏材料，因此，控制電路的電位器具有極高的靈敏度[2]。通過電壓比較器的使用，我們可以對兩個紅外線接收二設(shè)備的電壓值進行測定，通過一系列的檢測實驗，繪制相關(guān)的關(guān)系圖后我們可以得出以下結(jié)論：當LM393設(shè)備的管腳2出現(xiàn)比管腳3電壓高這一情況時，空氣中并沒有存在煙霧。產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因在于空氣中沒有延誤時，電壓比較器產(chǎn)生的電壓明顯高于輸出電壓，沒有觸發(fā)電路中斷。然而，當空氣中出現(xiàn)煙霧時，設(shè)備GD1所接受的光強比GD2要小。經(jīng)過GD1的電信號與經(jīng)過GD2設(shè)備的電信號相比相對較小。這就導(dǎo)致LM393管腳2處的電壓降低。而當管腳2處的電壓低于管腳3處的電壓時，則LM393電壓比較器必然會向外輸出一個低電平，繼而引發(fā)電路中斷。從而引發(fā)智能抽油煙機啟動以及相應(yīng)的報警系統(tǒng)。

3.1.3溫度檢測

溫度檢測也是智能抽油煙機重要的檢測內(nèi)容。通過溫度檢測，控制系統(tǒng)可以獲得廚房內(nèi)的具體溫度，從而確定是否存在做飯等操作。以輔助煤氣檢測、煙霧檢測等從而實現(xiàn)對電路的控制。在溫度檢測環(huán)節(jié)中所使用的溫度傳感器為DS1820溫度傳感器。DS1820溫度傳感器在對廚房溫度進行檢測后生成相應(yīng)的數(shù)據(jù)資料發(fā)送到單片機進行處理。一般來說，DS1820溫度傳感器的運行電壓為3V到5V，在具體的使用過程中需要將VDD接到電源，同時將GND接地。在智能抽油煙機使用的過程中需要設(shè)定最低的啟動溫度。例如我們將抽油煙機的溫度設(shè)定為45℃，當DS1820溫度傳感器檢測到的溫度低于45℃時則智能抽油煙機不觸發(fā)工作，當DS1820溫度傳感器檢測到的溫度高于45℃時則智能抽油煙機觸發(fā)工作。在智能抽油煙機工作120s后再一次對廚房內(nèi)的溫度進行測定。如果DS1820溫度傳感器檢測到的溫度低于45℃則智能抽油煙機停止工作。如果DS1820溫度傳感器檢測到的溫度高于45℃時則停止工作。如此反復(fù)數(shù)次，直到溫度達到45℃范圍內(nèi)停止。溫度檢測程序設(shè)計示意圖如圖2所示。

4.智能抽油煙機變頻技術(shù)分析

節(jié)能環(huán)保是當今社會的一大主題。在進行產(chǎn)品設(shè)計與系統(tǒng)設(shè)計時相關(guān)工作人員必須對產(chǎn)品的功耗問題問題、環(huán)保問題進行綜合考量。變頻調(diào)速是現(xiàn)階段常見的一種節(jié)能方式。在智能抽油煙機設(shè)計研發(fā)的過程中，主要使用的變頻調(diào)速系統(tǒng)為SVPWM單相異步變頻技術(shù)。

4.1變頻技術(shù)研究

SVPWM單相異步變頻技術(shù)是一種將交流電動機與逆變器等設(shè)備當做一個整體，并對圓形旋轉(zhuǎn)磁場進行跟蹤實現(xiàn)對逆變器的控制，確保逆變電路可以向交流電動機提供可變頻電源[3]。此外，系統(tǒng)還需要確保電機能形成定子磁鏈圓，最終實現(xiàn)交流電動機的速度調(diào)節(jié)功能。在該模型中需要根據(jù)SVPWM控制方式?jīng)Q定單相電機的主繞組以及副繞組的具體工作方式。在這一類系統(tǒng)中，副繞組不僅僅需要擔負起電機啟動的作用，還會參與到電機運行的整個過程。此外，副繞組與傳統(tǒng)油煙機副繞組相比不再需要復(fù)雜的電容器或者電抗器。通過變頻器的分別供電便可以使兩個電機的定子形成磁鏈圓。變頻技術(shù)的應(yīng)用可以有效降低電機的啟動電流，實現(xiàn)較大的啟動扭矩以及良好的運轉(zhuǎn)性能。

4.2控制模型分析

在實際工作中會對智能抽油煙機的變頻產(chǎn)生影響的因素較多，空氣中油煙濃度、爐灶溫度、以及空氣濕度及其相互作用關(guān)系都有可能對智能油煙機的溫度變化產(chǎn)生重大影響。因此，要建立嚴格的數(shù)據(jù)模型并不容易，在實際的工程項目中，大多采用使用效果較好的PID算法。然而在使用該算法時依然存在一些問題，即具體的參數(shù)確定比較難[4]。然而，在實際的使用過程中，利用PID模糊算法的智能抽油煙機的風(fēng)機的自動啟動、自動停止以及根據(jù)實際情況選擇合適的風(fēng)速，從而降低智能油煙機在使用過程中的油耗問題，有利于提高能力的利用率，從而達到節(jié)能環(huán)保的目的。

5.智能抽油煙機系統(tǒng)的其他需求

近年來，科技的迅猛發(fā)展讓越來越多的智能電器走進家門。遠距離控制家用電器已經(jīng)成為當今社會普遍討論的話題。智能抽油煙機作為家庭生活重要的設(shè)備必然也要向著這一方向發(fā)展。5G技術(shù)以及處在應(yīng)用階段，相信5G技術(shù)的應(yīng)用會給人們的生活帶來顛覆性影響。對此，智能抽油煙機系統(tǒng)要積極結(jié)合新技術(shù)實現(xiàn)與家庭網(wǎng)絡(luò)的鏈接，提高遠程控制與報警能力，確保廚房安全，提高人們的生活品質(zhì)。

6.結(jié)語

抽油煙機是人們生活中重要的家用電器，對于改善家庭空氣質(zhì)量，提高廚房安全性具備重要作用。智能化技術(shù)的推廣與人們生活水平的提高對油煙機提出了更高的要求。對此，加強智能抽油煙機系統(tǒng)設(shè)計研究，提高智能抽油煙機的運行質(zhì)量，對實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)具有重要意義。同時該加強系統(tǒng)研究有助于提高產(chǎn)品的環(huán)保性能，提高人們舒適度等目標。

參考文獻：

[1]司開波.自動抽油煙機控制系統(tǒng)設(shè)計[J].電腦知識與技術(shù)，2015（2）：246-247.

[2]汪昕宇，付俊英，王蘊琪，等.基于阿里IOT云平臺的智能廚房油煙機控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[J].電腦與電信，2017（10）：68-70.

[3]凌碩.基于Android的智能抽油煙機控制APP的設(shè)計與實現(xiàn)[D]. 北京交通大學(xué)，2017.

[4]姚斌，林吼潮.傳感技術(shù)在智能抽油煙機設(shè)計及實現(xiàn)中的應(yīng)用[J].科技與創(chuàng)新，2016（23）：122-123.