吳萍，曾智忠，江世明，龍忠

（邵陽(yáng)學(xué)院，湖南邵陽(yáng)，422000）

0 引言

抽油煙機(jī)是家庭廚房通用的產(chǎn)品，在改善家庭環(huán)境中起到重要作用，然而縱觀現(xiàn)在的抽油煙機(jī)，存在兩個(gè)問(wèn)題：一是啟動(dòng)和關(guān)閉抽油煙機(jī)是人為決定，由于存在個(gè)體對(duì)油煙濃度判斷的差異，因此存在過(guò)抽和欠抽的問(wèn)題；二是炒菜過(guò)程中，油煙是動(dòng)態(tài)變化的，而傳統(tǒng)的抽油煙機(jī)抽風(fēng)的速度是固定的，因此存在油煙濃度與抽風(fēng)速度不匹配的問(wèn)題。如何解決這兩個(gè)問(wèn)題，本文提出了一種智能抽煙機(jī)技術(shù)方案，并加以實(shí)施，按照國(guó)標(biāo)（GB/T17713-2011）要求，自動(dòng)開(kāi)啟和關(guān)閉抽油煙機(jī)，抽油煙速度自適應(yīng)調(diào)整，從而實(shí)現(xiàn)了又智能又節(jié)能的目標(biāo)。

1 技術(shù)方案

智能抽油煙機(jī)組成如圖1所示。

圖1 智能抽油煙機(jī)組成框圖

在抽油煙的四周，均布四個(gè)油煙濃度傳感器，抽風(fēng)機(jī)中裝有轉(zhuǎn)速傳感器，抽風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速由晶體管數(shù)字控制器控制。顯示器由兩個(gè)串口LED顯示模塊組成，用于顯示油煙濃度和抽風(fēng)強(qiáng)度。網(wǎng)絡(luò)模塊與CPU相連。系統(tǒng)通電后，在CPU控制下，每1秒檢測(cè)一次周?chē)蜔煗舛?，然后根?jù)油煙檢測(cè)值控制抽風(fēng)機(jī)的開(kāi)關(guān)和運(yùn)轉(zhuǎn)速度[1]。為實(shí)現(xiàn)智能物聯(lián)，系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)通過(guò)ESP8266WIFI模塊，傳送到Onenet云平臺(tái)，手機(jī)APP客戶(hù)端接收來(lái)自云平臺(tái)數(shù)據(jù)，遠(yuǎn)程控制抽油煙機(jī)的開(kāi)關(guān)[2]。

2 系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)

2.1 油煙濃度檢測(cè)電路

如圖2是油煙濃度檢測(cè)電路。

圖2 油煙濃度檢測(cè)電路

油煙濃度檢測(cè)采用TGS2600Q氣體傳感器，LM393為比較放大器， AOUT1輸出模擬量，DOUT1輸出數(shù)字量[3]，本設(shè)計(jì)AOUT1接CPU的A/D轉(zhuǎn)換端。

2.2 抽風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制

2.2.1 集成專(zhuān)用調(diào)壓芯片WS100T10

風(fēng)機(jī)采用調(diào)壓控制技術(shù)，WS100T10是一塊用于工頻的交流控制系統(tǒng)的專(zhuān)用集成電路，采用CMOS工藝制造，與外部交流脈沖同步的全數(shù)控精密雙通道雙向可控硅移相觸發(fā)電路[4]。每個(gè)通道單獨(dú)控制，并提供多種控制方式以滿(mǎn)足用戶(hù)不同的應(yīng)用要求,WS100T10的引腳分布如圖3所示。

圖3 WS100T10引腳分布圖

DATA是數(shù)據(jù)端；

CLK是同步脈沖端；

STB是同步信號(hào)；

AC_CP_IN腳是同步信號(hào)輸入端；

CH1_OUT、CH2_OUT腳是雙通道脈沖輸出端。

WS100T10的工作時(shí)序如圖4所示。

圖4 WS100T10工作時(shí)序

系統(tǒng)在程序控制下，將數(shù)據(jù)從DATA端，按圖4的工作時(shí)序，寫(xiě)入到WS100T10中。向WS100T10寫(xiě)入0XXXXXXX 是控制第7 腳，寫(xiě)入1XXXXXXX 是控制第6 腳。當(dāng)XXXXXXX=0時(shí), 7、8腳輸出低電平（關(guān)閉）,當(dāng)XXXXXXX=1時(shí)，全功率輸出。在交流電是50Hz時(shí)，XXXXXXX=1→80功率從最大到關(guān)閉[5]，波形如圖5所示。

圖5 WS100T10寫(xiě)入數(shù)據(jù)與觸發(fā)角的關(guān)系示意圖

2.2.2 交流過(guò)零檢測(cè)電路

WS100T10芯片的AC_CP_IN引腳是同步信號(hào)輸入端，對(duì)于交流調(diào)壓系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，需要給他提供的是交流過(guò)零信號(hào)[6]。圖6是交流過(guò)零檢測(cè)電路，R2、R3是限流電阻，R1是上拉電阻，P620是雙向光耦。圖7是過(guò)零檢測(cè)電路在Proteus中的仿真結(jié)果。從仿真結(jié)果看，輸入端過(guò)零時(shí)，在輸出端輸出一個(gè)方波。

圖6 過(guò)零檢測(cè)電路

2.2.3 風(fēng)機(jī)調(diào)速電路

風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制電路如圖8所示。L、N接電源，N、LOUT接風(fēng)機(jī)，PA7、PB1、PB10與CPU相連。TLP620是雙向光電耦合器，用來(lái)檢測(cè)交流過(guò)零點(diǎn)，TLP620的輸出端4腳接WS100T10的5腳，交流過(guò)零點(diǎn)信號(hào)從AC_CP_IN腳輸入。CPU通過(guò)程序，按圖4時(shí)序，通過(guò)PA7、PB1、PB10寫(xiě)入數(shù)據(jù)。WS100T10接到過(guò)零信號(hào)后，將根據(jù)寫(xiě)入的數(shù)據(jù)，從WS100T10的7腳發(fā)出脈沖信號(hào)，MOC3022是光耦驅(qū)動(dòng)集成電路，控制雙向晶闡管Q1。當(dāng)XXXXXXX=0時(shí),7腳輸出低電平，晶闡管無(wú)觸發(fā)，系統(tǒng)關(guān)閉；當(dāng)XXXXXXX=1時(shí)，7腳輸出端電平，晶闡管全導(dǎo)通，全功率輸出；當(dāng)XXXXXXX=1→80時(shí)，WS100T10接收到過(guò)零信號(hào)后，根據(jù)接收數(shù)據(jù)向MOC3022發(fā)出脈沖，數(shù)字越大，所發(fā)發(fā)脈沖離過(guò)零信息的時(shí)間就越短，從而實(shí)現(xiàn)抽風(fēng)機(jī)調(diào)速[7]。

圖8 風(fēng)機(jī)控制電路

2.3 抽油煙機(jī)轉(zhuǎn)速檢測(cè)電路

抽油煙機(jī)轉(zhuǎn)速檢測(cè)電路如圖9所示。采用霍爾傳感器，檢測(cè)抽風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，霍爾傳感器裝在風(fēng)葉之間[8]。圖10是實(shí)驗(yàn)時(shí)采集到的波形（轉(zhuǎn)速增大，波形變密）。

圖9 霍爾傳感器

圖10 霍爾傳感器實(shí)測(cè)波形

2.4 物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控

產(chǎn)品與手機(jī)智能物聯(lián)方案如圖11所示，CPU通過(guò)ESP8266將采集數(shù)據(jù)送到Onenet云平臺(tái),同時(shí)接收來(lái)自產(chǎn)品發(fā)來(lái)的指令。手機(jī)APP是自主設(shè)計(jì)的特定程序，連接網(wǎng)絡(luò)后，接收來(lái)自云平臺(tái)的數(shù)據(jù)。

圖11 智能物聯(lián)方案

2.5 顯示電路

顯示系統(tǒng)由兩組四位一體串口數(shù)碼管組成，一組用于顯示油煙濃度，另一組用于顯示抽油煙機(jī)轉(zhuǎn)速，顯示的數(shù)據(jù)通過(guò)圖12的J1-1、J1-2寫(xiě)入。

圖12 四位一體數(shù)碼顯示模塊

3 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)思路

系統(tǒng)啟動(dòng)后，在CPU的控制下，對(duì)油煙機(jī)周?chē)膫€(gè)傳感器的濃度每1秒鐘采樣一次，并進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。當(dāng)發(fā)現(xiàn)有任何一個(gè)點(diǎn)的油煙濃度超標(biāo)，立即啟動(dòng)抽煙機(jī)的排風(fēng)扇（轉(zhuǎn)速設(shè)為750轉(zhuǎn)/秒）。

系統(tǒng)調(diào)速：每1秒檢測(cè)一次，取最大值D。油煙濃度在2.0ppm以下時(shí)，根據(jù)采樣結(jié)果，按n=750D（轉(zhuǎn)/秒）的公式調(diào)速。油煙濃度在2.0ppm以上時(shí)，系統(tǒng)以額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行（n=1500轉(zhuǎn)/秒）。在炒菜過(guò)程中，會(huì)出現(xiàn)油煙忽大忽小的問(wèn)題，同樣取最大值作為調(diào)節(jié)的依據(jù)。

系統(tǒng)啟停機(jī)條件：當(dāng)檢測(cè)到周?chē)蜔煗舛鹊陀趪?guó)家標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)（0.50ppm），系統(tǒng)再延續(xù)5分鐘停機(jī)；當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到周?chē)蜔煗舛却笥趪?guó)家標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，啟動(dòng)抽油煙機(jī)。系統(tǒng)程序流程如圖13所示。

圖13 系統(tǒng)程序流程圖

4 樣機(jī)研制

以側(cè)吸式抽油機(jī)為例，進(jìn)行技術(shù)改造，在抽油煙機(jī)的四周均勻布置四個(gè)油煙濃度檢測(cè)傳感器，上方安置兩個(gè)四位一體的數(shù)碼管，用于顯示油煙厚度和抽風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。霍爾傳感器裝在抽風(fēng)機(jī)的間板中。整個(gè)系統(tǒng)在CPU控制下工作，系統(tǒng)不斷檢測(cè)油煙濃度，根據(jù)油煙濃度調(diào)整決定系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)和轉(zhuǎn)速的大小，產(chǎn)品和實(shí)物如圖14，實(shí)測(cè)油煙濃度與轉(zhuǎn)速的關(guān)系如圖15，手機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控界面如圖16。

圖14 產(chǎn)品樣機(jī)

圖15 濃度與轉(zhuǎn)速的關(guān)系圖

圖16 手機(jī)監(jiān)控界面

表1 實(shí)測(cè)油煙濃度與轉(zhuǎn)速的關(guān)系

5 結(jié)論

實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)表明，當(dāng)油煙濃度高于0.56ppm時(shí)，系統(tǒng)開(kāi)啟抽油煙機(jī)，當(dāng)油煙濃度低于0.50ppm時(shí)，關(guān)閉抽油煙機(jī)，符合國(guó)標(biāo)（GB/T 17713-2011）的要求。當(dāng)抽油煙機(jī)開(kāi)啟時(shí)，油煙濃度增加，轉(zhuǎn)速增加。油煙濃度降低，轉(zhuǎn)速隨著降低。