傳感技術(shù)在智能抽油煙機(jī)設(shè)計及實現(xiàn)中的應(yīng)用

姚斌++林吼潮

摘 要：隨著現(xiàn)代人們生活質(zhì)量的提高，智能抽油煙機(jī)已經(jīng)成為家用電器當(dāng)中比較常見的一種。相比老式手動控制抽油煙機(jī)，新型智能抽油煙機(jī)具有高度自動化、反應(yīng)靈敏、油煙處理效率高等優(yōu)點。智能抽油煙機(jī)主要分為檢測系統(tǒng)和控制系統(tǒng)兩個部分，其中，檢測系統(tǒng)主要由各種傳感器組成。分析了智能抽油煙機(jī)總的電路設(shè)計以及傳感器在智能抽煙煙機(jī)設(shè)計與實現(xiàn)中的應(yīng)用，以期在智能抽油煙機(jī)設(shè)計方面為相關(guān)人員提供一定的參考。

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

中圖分類號：TM925.57 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.23.122

抽油煙機(jī)是現(xiàn)代人生活當(dāng)中一種常用的家用電器，主要作用是將廚房內(nèi)炒菜做飯所產(chǎn)生的油煙廢氣等及時抽出，同時去除廚房內(nèi)的濕氣和異味。傳統(tǒng)的手動抽油煙機(jī)需要手動控制打開和關(guān)閉，有時廚房會產(chǎn)生一些聞不見的有害氣體，人們難以察覺所以沒有開啟抽油煙機(jī)，日積月累，對人們的健康產(chǎn)生影響；而有時在使用抽油煙機(jī)，將廚房環(huán)境凈化以后，人們忘記關(guān)閉抽油煙機(jī)，從而浪費大量電能。所以，對于智能抽油煙機(jī)的設(shè)計，需要有一套科學(xué)的檢測系統(tǒng)和一套自動化程度高的控制系統(tǒng)。除了具備傳統(tǒng)手動抽油煙機(jī)的基本功能以外，還可根據(jù)外界環(huán)境變化自動檢測空氣中的油煙含量，并通過控制系統(tǒng)自動打開或關(guān)閉抽油煙機(jī)，實現(xiàn)迅速反應(yīng)、節(jié)能環(huán)保。

1 智能抽油煙機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計

智能抽油煙機(jī)系統(tǒng)主要包括檢測系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。其中，控制系統(tǒng)主要由電路中的開關(guān)、自動報警系統(tǒng)和定時系統(tǒng)組成；而檢測系統(tǒng)主要由各類型傳感器組成。傳感器可以對廚房內(nèi)油煙濃度進(jìn)行初步檢測和信息采集，然后通過數(shù)據(jù)的分析與設(shè)定參考值進(jìn)行對比，一旦滿足抽油煙機(jī)開啟條件，則會將信號傳遞到控制系統(tǒng)，由控制系統(tǒng)自動開啟抽油煙機(jī)。如果從所獲得的數(shù)據(jù)當(dāng)中檢測到危險物質(zhì)或者油煙濃度超過警戒線，則會將信號傳遞到自動警報系統(tǒng)發(fā)出警報，及時防范，避免火災(zāi)事故發(fā)生。定時系統(tǒng)則可以將智能抽油煙機(jī)的工作時間進(jìn)行設(shè)置，合理地控制工作時長，避免浪費電能。為了避免因自動控制系統(tǒng)故障而導(dǎo)致整個抽油煙機(jī)無法使用，智能抽油煙機(jī)還增設(shè)了手動控制開關(guān)，在自動控制故障時可以手動調(diào)節(jié)抽油煙機(jī)，保證智能抽油煙機(jī)的正常運行。智能抽油煙機(jī)總體電路設(shè)計如圖1所示。

2 傳感技術(shù)在智能抽油煙機(jī)中的應(yīng)用

2.1 氣敏傳感器的應(yīng)用

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)率就會產(chǎn)生相應(yīng)變化。所以可以將N型半導(dǎo)體氣敏傳感器應(yīng)用到油煙檢測當(dāng)中來，利用其氣敏的特性、優(yōu)異的快速反應(yīng)性能和持久性能，對廚房內(nèi)的油煙濃度與煤氣濃度進(jìn)行檢測，防止事故的發(fā)生，保障人們的生命安全。氣敏傳感器結(jié)構(gòu)如圖2所示。

1—二氧化錫氣體敏感層；2—Au電極；3—Pt電極；

4—鎳鉻合金加熱線圈；5—三氧化二鋁陶瓷管；6—不銹鋼防爆金屬網(wǎng)；

7—鍍鎳的銅質(zhì)卡環(huán)；8—塑料基座；9—鍍鎳的銅質(zhì)管腳

由于氣敏傳感器正常運行需要維持一定的工作溫度，所以在使用氣敏傳感器之前，需要先對其進(jìn)行預(yù)熱，使其達(dá)到預(yù)定的工作溫度，然后再開啟系統(tǒng)，使氣敏傳感器能持續(xù)正常運行，充分發(fā)揮其作用。氣敏傳感器在智能抽油煙機(jī)電路中的具體工作流程如下：①開啟交流電機(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，氣敏傳感器的預(yù)熱工作完成，可以投入正常使用。②測量Au極處的管腳電阻，管腳電阻會因為外界環(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，利用這個性質(zhì)就可以及時控制廚房內(nèi)的油煙濃度。③將最大阻值為1.0×104 Ω的可控電阻與氣敏傳感器串聯(lián)在一起，形成檢測線路。④調(diào)節(jié)可控電阻的阻值，使得氣敏傳感器的敏感度達(dá)到最高，提高油煙檢測的效率。⑤當(dāng)檢測到室內(nèi)油煙濃度超過標(biāo)準(zhǔn)時，氣敏傳感器會立刻作出反應(yīng)，將信號傳遞到控制系統(tǒng)，自動開啟智能抽油煙機(jī)，降低室內(nèi)油煙溫度。⑥當(dāng)檢測到室內(nèi)油煙濃度過高或者煤氣濃度超標(biāo)滿足報警條件時，氣敏傳感器將信號傳遞到音樂報警電路，音樂報警電路接收到報警信號，表現(xiàn)為輸入端高電平。高電平會刺激電路的芯片，使得蜂鳴器發(fā)出響聲報警。

2.2 熱敏傳感器的應(yīng)用

熱敏傳感器可以分為接觸型和非接觸型兩種，而在智能抽

油煙機(jī)當(dāng)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。熱敏傳感器的檢測線路是由最大阻值為5.0×103 Ω的可控電阻和熱敏傳感器組成，它是氣敏傳感器檢測的重要輔助手段，彌補(bǔ)了氣敏傳感器檢測的不足，為油煙檢測增加了一層保障。其具體檢測方法如下：①廚房烹飪時，會產(chǎn)生許多油煙，而這些油煙都是帶有一定溫度的，當(dāng)這些高溫的油煙接觸到熱敏傳感器時，會使得熱敏傳感器的電阻發(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)。按照這種規(guī)律，F(xiàn)2非門的輸出端將表現(xiàn)為低電平狀態(tài)，而F3非門的輸出斷將表現(xiàn)為高電平狀態(tài)。③三極管達(dá)到飽和狀態(tài)，使得線路導(dǎo)通，繼電器的線圈也開始通電，單相電動機(jī)開始運轉(zhuǎn)，將油煙排放到室外。

2.3 光敏傳感器的應(yīng)用

光敏傳感器主要是由最大阻值為2.0×104 Ω的可控電阻和光敏傳感器組成。光敏傳感器的電阻值是隨著光線的強(qiáng)度而變化的，當(dāng)光敏傳感器處于強(qiáng)光效果下時，電阻會變小，而在弱光或者黑暗條件下，電阻會增大。利用這一功能，可以將光敏傳感器應(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。光敏傳感器的具體應(yīng)用流程如下：①白天，光照強(qiáng)度比較強(qiáng)時，光敏傳感器使得二極管截止，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夜晚或者弱光條件下，光敏電阻將接通二極管，使得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燈開啟。

3 結(jié)束語

抽油煙機(jī)是人們?nèi)粘Ｉ町?dāng)中很常見的家用電器之一，其抽走油煙、凈化室內(nèi)空氣的功能對人們的健康起到了有利作用。隨著我國現(xiàn)代化的推進(jìn)，家用電器自動化已經(jīng)成為現(xiàn)代家用電器發(fā)展的趨勢，抽油煙機(jī)也將逐漸自動化、智能化。傳感技術(shù)在智能抽油煙機(jī)設(shè)計和實現(xiàn)中的應(yīng)用對智能抽油煙機(jī)自動化水平的提高有著重要意義。氣敏傳感器的應(yīng)用可以對室內(nèi)的油煙濃度和煤氣濃度進(jìn)行檢測，通過自身電阻值的變化來反映油煙和煤氣濃度的變化；熱敏傳感器的應(yīng)用可以對室內(nèi)油煙的溫度進(jìn)行感應(yīng)，油煙濃度越高，溫度就越高，而傳感器的電阻就越低；光敏傳感器的應(yīng)用可以調(diào)節(jié)智能抽油煙機(jī)LED燈顯示面板的照明，實現(xiàn)電能的節(jié)約。綜上所述，傳感技術(shù)在智能抽油煙機(jī)中具有很強(qiáng)的實用性，希望相關(guān)研究部門能重視傳感技術(shù)，加強(qiáng)對傳感技術(shù)的研究運用，為提高智能抽油煙機(jī)的自動化水平創(chuàng)造有利條件。

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〔編輯：王霞〕