智能抽油煙機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

商淵沅

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

關(guān)鍵詞：抽油煙機(jī)；系統(tǒng)設(shè)計(jì)；智能化

前言

在人們?nèi)粘Ｅ腼兊倪^(guò)程中，總會(huì)產(chǎn)生大量的油煙、蒸汽，對(duì)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(jī)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(jī)必然是是抽油煙機(jī)的發(fā)展方向。因此，加強(qiáng)智能抽油煙機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究工作提高智能抽油煙機(jī)的穩(wěn)定性，降低能量消耗具有極高的現(xiàn)實(shí)意義。

1.智能抽油煙機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)所需要解決的幾個(gè)問(wèn)題

抽油煙機(jī)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(wèn)題。然而，當(dāng)前的抽油煙機(jī)還存在著諸如需要手動(dòng)操作，功耗大等問(wèn)題[1]。隨著智能化技術(shù)的廣泛應(yīng)用，這一問(wèn)題注定會(huì)被逐漸解決。通過(guò)加強(qiáng)智能抽油煙機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作不僅可以有效解決這些問(wèn)題，還可以為人們提供更好的使用體驗(yàn)，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(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要目標(biāo)有以下幾項(xiàng)：第一，實(shí)現(xiàn)抽油煙機(jī)的自動(dòng)化操作。第二，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化調(diào)節(jié)，繼而降低抽油煙機(jī)的能耗。第三，為人們提供更好的舒適體驗(yàn)。

2.智能抽油煙機(jī)的系統(tǒng)原理分析

智能抽油煙機(jī)是一種結(jié)合了互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、工業(yè)自動(dòng)控制技術(shù)、多媒體技術(shù)的油煙機(jī)產(chǎn)品。是一種具備接收遠(yuǎn)程或近距離控制指令、自動(dòng)感應(yīng)周?chē)ぷ鳡顟B(tài)、自動(dòng)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(jī)的控制系統(tǒng)必須具備環(huán)境檢測(cè)部分、自動(dòng)控制部分。一般來(lái)說(shuō)，智能抽油煙機(jī)的檢測(cè)部分又有煤氣檢測(cè)、煙霧檢測(cè)兩個(gè)小部分組成。而控制部分則由開(kāi)關(guān)電路、報(bào)警系統(tǒng)、顯示系統(tǒng)、單片機(jī)控制系統(tǒng)以及電源穩(wěn)定性控制系統(tǒng)等。智能油煙機(jī)在工作的過(guò)程中，通過(guò)檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)廚房的環(huán)境進(jìn)行檢測(cè)，一旦發(fā)現(xiàn)油煙含量、煤氣含量超標(biāo)則立即啟動(dòng)排煙程序。當(dāng)空氣中的油煙含量與煤氣含量符合空氣安全時(shí)，智能油煙機(jī)會(huì)停止運(yùn)行以節(jié)省能源。當(dāng)智能油煙機(jī)發(fā)現(xiàn)空氣中含有大量有毒氣體時(shí)，觸發(fā)預(yù)警系統(tǒng)，以便人們及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并加以解決。

3.智能抽油煙機(jī)功能模塊分析

智能抽油煙機(jī)根據(jù)其功能的不同，在具體的設(shè)計(jì)過(guò)程中需要注意兩部分的內(nèi)容。第一，檢測(cè)模塊。第二，控制模塊。

3.1檢測(cè)模塊分析

智能抽油煙機(jī)需要對(duì)廚房?jī)?nèi)的煤氣含量與煙霧含量進(jìn)行檢測(cè)以及溫度進(jìn)行檢測(cè)，以確保廚房空氣清潔安全。事實(shí)上，對(duì)每種指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)的方法并不完全相同。接下來(lái)我們就對(duì)其一一進(jìn)行分析。

3.1.1煤氣檢測(cè)

當(dāng)前的智能抽油煙機(jī)所使用的主要檢測(cè)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(cè)儀器，對(duì)此必須對(duì)傳感器的靈敏度加以調(diào)整。在實(shí)際工作中，如果廚房?jī)?nèi)的空氣內(nèi)沒(méi)有油煙或煤氣時(shí)MQ-2傳感器的阻力相對(duì)較大，智能抽油煙機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)不會(huì)發(fā)生變化，即不會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流。當(dāng)空氣中出現(xiàn)媒體等氣體時(shí)，空氣的電阻降低，通過(guò)該模塊的電流發(fā)生變化，繼而引發(fā)電路中斷，通過(guò)電路控制實(shí)現(xiàn)智能抽油煙機(jī)的啟動(dòng)，并進(jìn)行報(bào)警。煤氣檢測(cè)原理圖如圖1所示。

3.1.2煙霧檢測(cè)

與煤氣檢測(cè)一樣，煙霧檢測(cè)與煤氣檢測(cè)都通過(guò)同一設(shè)備將信號(hào)輸入單片機(jī)。煙霧檢測(cè)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(guò)電壓比較器的使用，我們可以對(duì)兩個(gè)紅外線接收二設(shè)備的電壓值進(jìn)行測(cè)定，通過(guò)一系列的檢測(cè)實(shí)驗(yàn)，繪制相關(guān)的關(guān)系圖后我們可以得出以下結(jié)論：當(dāng)LM393設(shè)備的管腳2出現(xiàn)比管腳3電壓高這一情況時(shí)，空氣中并沒(méi)有存在煙霧。產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因在于空氣中沒(méi)有延誤時(shí)，電壓比較器產(chǎn)生的電壓明顯高于輸出電壓，沒(méi)有觸發(fā)電路中斷。然而，當(dāng)空氣中出現(xiàn)煙霧時(shí)，設(shè)備GD1所接受的光強(qiáng)比GD2要小。經(jīng)過(guò)GD1的電信號(hào)與經(jīng)過(guò)GD2設(shè)備的電信號(hào)相比相對(duì)較小。這就導(dǎo)致LM393管腳2處的電壓降低。而當(dāng)管腳2處的電壓低于管腳3處的電壓時(shí)，則LM393電壓比較器必然會(huì)向外輸出一個(gè)低電平，繼而引發(fā)電路中斷。從而引發(fā)智能抽油煙機(jī)啟動(dòng)以及相應(yīng)的報(bào)警系統(tǒng)。

3.1.3溫度檢測(cè)

溫度檢測(cè)也是智能抽油煙機(jī)重要的檢測(cè)內(nèi)容。通過(guò)溫度檢測(cè)，控制系統(tǒng)可以獲得廚房?jī)?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(cè)、煙霧檢測(cè)等從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電路的控制。在溫度檢測(cè)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(duì)廚房溫度進(jìn)行檢測(cè)后生成相應(yīng)的數(shù)據(jù)資料發(fā)送到單片機(jī)進(jìn)行處理。一般來(lái)說(shuō)，DS1820溫度傳感器的運(yùn)行電壓為3V到5V，在具體的使用過(guò)程中需要將VDD接到電源，同時(shí)將GND接地。在智能抽油煙機(jī)使用的過(guò)程中需要設(shè)定最低的啟動(dòng)溫度。例如我們將抽油煙機(jī)的溫度設(shè)定為45℃，當(dāng)DS1820溫度傳感器檢測(cè)到的溫度低于45℃時(shí)則智能抽油煙機(jī)不觸發(fā)工作，當(dāng)DS1820溫度傳感器檢測(cè)到的溫度高于45℃時(shí)則智能抽油煙機(jī)觸發(fā)工作。在智能抽油煙機(jī)工作120s后再一次對(duì)廚房?jī)?nèi)的溫度進(jìn)行測(cè)定。如果DS1820溫度傳感器檢測(cè)到的溫度低于45℃則智能抽油煙機(jī)停止工作。如果DS1820溫度傳感器檢測(cè)到的溫度高于45℃時(shí)則停止工作。如此反復(fù)數(shù)次，直到溫度達(dá)到45℃范圍內(nèi)停止。溫度檢測(cè)程序設(shè)計(jì)示意圖如圖2所示。

4.智能抽油煙機(jī)變頻技術(shù)分析

節(jié)能環(huán)保是當(dāng)今社會(huì)的一大主題。在進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)與系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)相關(guān)工作人員必須對(duì)產(chǎn)品的功耗問(wèn)題問(wèn)題、環(huán)保問(wèn)題進(jìn)行綜合考量。變頻調(diào)速是現(xiàn)階段常見(jiàn)的一種節(jié)能方式。在智能抽油煙機(jī)設(shè)計(jì)研發(fā)的過(guò)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(dòng)機(jī)與逆變器等設(shè)備當(dāng)做一個(gè)整體，并對(duì)圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)進(jìn)行跟蹤實(shí)現(xiàn)對(duì)逆變器的控制，確保逆變電路可以向交流電動(dòng)機(jī)提供可變頻電源[3]。此外，系統(tǒng)還需要確保電機(jī)能形成定子磁鏈圓，最終實(shí)現(xiàn)交流電動(dòng)機(jī)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(jī)的主繞組以及副繞組的具體工作方式。在這一類(lèi)系統(tǒng)中，副繞組不僅僅需要擔(dān)負(fù)起電機(jī)啟動(dòng)的作用，還會(huì)參與到電機(jī)運(yùn)行的整個(gè)過(guò)程。此外，副繞組與傳統(tǒng)油煙機(jī)副繞組相比不再需要復(fù)雜的電容器或者電抗器。通過(guò)變頻器的分別供電便可以使兩個(gè)電機(jī)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(jī)的啟動(dòng)電流，實(shí)現(xiàn)較大的啟動(dòng)扭矩以及良好的運(yùn)轉(zhuǎn)性能。

4.2控制模型分析

在實(shí)際工作中會(huì)對(duì)智能抽油煙機(jī)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(duì)智能油煙機(jī)的溫度變化產(chǎn)生重大影響。因此，要建立嚴(yán)格的數(shù)據(jù)模型并不容易，在實(shí)際的工程項(xiàng)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(shí)依然存在一些問(wèn)題，即具體的參數(shù)確定比較難[4]。然而，在實(shí)際的使用過(guò)程中，利用PID模糊算法的智能抽油煙機(jī)的風(fēng)機(jī)的自動(dòng)啟動(dòng)、自動(dòng)停止以及根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的風(fēng)速，從而降低智能油煙機(jī)在使用過(guò)程中的油耗問(wèn)題，有利于提高能力的利用率，從而達(dá)到節(jié)能環(huán)保的目的。

5.智能抽油煙機(jī)系統(tǒng)的其他需求

近年來(lái)，科技的迅猛發(fā)展讓越來(lái)越多的智能電器走進(jìn)家門(mén)。遠(yuǎn)距離控制家用電器已經(jīng)成為當(dāng)今社會(huì)普遍討論的話題。智能抽油煙機(jī)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(huì)給人們的生活帶來(lái)顛覆性影響。對(duì)此，智能抽油煙機(jī)系統(tǒng)要積極結(jié)合新技術(shù)實(shí)現(xiàn)與家庭網(wǎng)絡(luò)的鏈接，提高遠(yuǎn)程控制與報(bào)警能力，確保廚房安全，提高人們的生活品質(zhì)。

6.結(jié)語(yǔ)

抽油煙機(jī)是人們生活中重要的家用電器，對(duì)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(duì)油煙機(jī)提出了更高的要求。對(duì)此，加強(qiáng)智能抽油煙機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究，提高智能抽油煙機(jī)的運(yùn)行質(zhì)量，對(duì)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)具有重要意義。同時(shí)該加強(qiáng)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(biāo)。

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