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、變頻技術等進行分析研究，希望能給相關設計人員帶來幫助。

關鍵詞：抽油煙機；系統(tǒng)設計；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施。隨著科技的快速發(fā)展，智能化技術逐漸應用到日常生活中。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]。隨著智能化技術的廣泛應用，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合了互聯(lián)網(wǎng)技術、工業(yè)自動控制技術、多媒體技術的油煙機產(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備將信號輸入單片機。煙霧檢測中最關關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備的電壓值進行測定，通過一系列的檢測實驗，繪制相關的關系圖后我們可以得出以下結論：當LM393設備的管腳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設備的電信號相比相對較小。這就導致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定最低的啟動溫度。例如我們將抽油煙機的溫度設定為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。如此反復數(shù)次，直到溫度達到45℃范圍內(nèi)停止。溫度檢測程序設計示意圖如圖2所示。

4.智能抽油煙機變頻技術分析

節(jié)能環(huán)保是當今社會的一大主題。在進行產(chǎn)品設計與系統(tǒng)設計時相關工作人員必須對產(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。

4.1變頻技術研究

SVPWM單相異步變頻技術是一種將交流電動機與逆變器等設備當做一個整體，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。變頻技術的應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備必然也要向著這一方向發(fā)展。5G技術以及處在應用階段，相信5G技術的應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)要積極結合新技術實現(xiàn)與家庭網(wǎng)絡的鏈接，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)設計[J].電腦知識與技術，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的設計與實現(xiàn)[D]. 北京交通大學，2017.

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