传感技术在智能抽油烟机设计及实现中的应用

姚斌++林吼潮

摘 要：随着现代人们生活质量的提高，智能抽油烟机已经成为家用电器当中比较常见的一种。相比老式手动控制抽油烟机，新型智能抽油烟机具有高度自动化、反应灵敏、油烟处理效率高等优点。智能抽油烟机主要分为检测系统和控制系统两个部分，其中，检测系统主要由各种传感器组成。分析了智能抽油烟机总的电路设计以及传感器在智能抽烟烟机设计与实现中的应用，以期在智能抽油烟机设计方面为相关人员提供一定的参考。

关键词：传感器；智能抽油烟机；电路设计；检测系统

中图分类号：TM925.57 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.23.122

抽油烟机是现代人生活当中一种常用的家用电器，主要作用是将厨房内炒菜做饭所产生的油烟废气等及时抽出，同时去除厨房内的湿气和异味。传统的手动抽油烟机需要手动控制打开和关闭，有时厨房会产生一些闻不见的有害气体，人们难以察觉所以没有开启抽油烟机，日积月累，对人们的健康产生影响；而有时在使用抽油烟机，将厨房环境净化以后，人们忘记关闭抽油烟机，从而浪费大量电能。所以，对于智能抽油烟机的设计，需要有一套科学的检测系统和一套自动化程度高的控制系统。除了具备传统手动抽油烟机的基本功能以外，还可根据外界环境变化自动检测空气中的油烟含量，并通过控制系统自动打开或关闭抽油烟机，实现迅速反应、节能环保。

1 智能抽油烟机系统的设计

智能抽油烟机系统主要包括检测系统和控制系统。其中，控制系统主要由电路中的开关、自动报警系统和定时系统组成；而检测系统主要由各类型传感器组成。传感器可以对厨房内油烟浓度进行初步检测和信息采集，然后通过数据的分析与设定参考值进行对比，一旦满足抽油烟机开启条件，则会将信号传递到控制系统，由控制系统自动开启抽油烟机。如果从所获得的数据当中检测到危险物质或者油烟浓度超过警戒线，则会将信号传递到自动警报系统发出警报，及时防范，避免火灾事故发生。定时系统则可以将智能抽油烟机的工作时间进行设置，合理地控制工作时长，避免浪费电能。为了避免因自动控制系统故障而导致整个抽油烟机无法使用，智能抽油烟机还增设了手动控制开关，在自动控制故障时可以手动调节抽油烟机，保证智能抽油烟机的正常运行。智能抽油烟机总体电路设计如图1所示。

2 传感技术在智能抽油烟机中的应用

2.1 气敏传感器的应用

气敏传感器是以金属氧化物为原材料所制得的N型半导体气敏元件，N型半导体气敏元件对气体极为敏感，只要与气体相接触，气敏元件的电导率就会产生相应变化。所以可以将N型半导体气敏传感器应用到油烟检测当中来，利用其气敏的特性、优异的快速反应性能和持久性能，對厨房内的油烟浓度与煤气浓度进行检测，防止事故的发生，保障人们的生命安全。气敏传感器结构如图2所示。

1—二氧化锡气体敏感层；2—Au电极；3—Pt电极；

4—镍铬合金加热线圈；5—三氧化二铝陶瓷管；6—不锈钢防爆金属网；

7—镀镍的铜质卡环；8—塑料基座；9—镀镍的铜质管脚

由于气敏传感器正常运行需要维持一定的工作温度，所以在使用气敏传感器之前，需要先对其进行预热，使其达到预定的工作温度，然后再开启系统，使气敏传感器能持续正常运行，充分发挥其作用。气敏传感器在智能抽油烟机电路中的具体工作流程如下：①开启交流电机，在气敏传感器两端施加交流电压，利用电流对气敏传感器的发热丝进行加热，当发热丝的温度达到200 ℃时，气敏传感器的预热工作完成，可以投入正常使用。②测量Au极处的管脚电阻，管脚电阻会因为外界环境中的气体浓度变化而发生改变——气体浓度越大，其电阻越小，利用这个性质就可以及时控制厨房内的油烟浓度。③将最大阻值为1.0×104 Ω的可控电阻与气敏传感器串联在一起，形成检测线路。④调节可控电阻的阻值，使得气敏传感器的敏感度达到最高，提高油烟检测的效率。⑤当检测到室内油烟浓度超过标准时，气敏传感器会立刻作出反应，将信号传递到控制系统，自动开启智能抽油烟机，降低室内油烟温度。⑥当检测到室内油烟浓度过高或者煤气浓度超标满足报警条件时，气敏传感器将信号传递到音乐报警电路，音乐报警电路接收到报警信号，表现为输入端高电平。高电平会刺激电路的芯片，使得蜂鸣器发出响声报警。

2.2 热敏传感器的应用

热敏传感器可以分为接触型和非接触型两种，而在智能抽

油烟机当中所使用的是需要与热介质直接接触的接触型热敏传感器。热敏传感器的检测线路是由最大阻值为5.0×103 Ω的可控电阻和热敏传感器组成，它是气敏传感器检测的重要辅助手段，弥补了气敏传感器检测的不足，为油烟检测增加了一层保障。其具体检测方法如下：①厨房烹饪时，会产生许多油烟，而这些油烟都是带有一定温度的，当这些高温的油烟接触到热敏传感器时，会使得热敏传感器的电阻发生变化，温度越高，热敏传感器的电阻就越低。②F1非门输入端口表现为低电平状态，输出端口表现为高电平状态。按照这种规律，F2非门的输出端将表现为低电平状态，而F3非门的输出断将表现为高电平状态。③三极管达到饱和状态，使得线路导通，继电器的线圈也开始通电，单相电动机开始运转，将油烟排放到室外。

2.3 光敏传感器的应用

光敏传感器主要是由最大阻值为2.0×104 Ω的可控电阻和光敏传感器组成。光敏传感器的电阻值是随着光线的强度而变化的，当光敏传感器处于强光效果下时，电阻会变小，而在弱光或者黑暗条件下，电阻会增大。利用这一功能，可以将光敏传感器应用于智能抽油烟机的LED数据显示面板和操作面板，根据外界的光照条件调节LED显示面板的亮度。光敏传感器的具体应用流程如下：①白天，光照强度比较强时，光敏传感器使得二极管截止，F4非门的输出端表现为低电平状态，三极管也相应截止，所以LED灯将处于关闭状态；②夜晚或者弱光条件下，光敏电阻将接通二极管，使得F4非门的输出端表现为高电平状态，三极管也变为饱和状态，LED灯开启。

3 结束语

抽油烟机是人们日常生活当中很常见的家用电器之一，其抽走油烟、净化室内空气的功能对人们的健康起到了有利作用。随着我国现代化的推进，家用电器自动化已经成为现代家用电器发展的趋势，抽油烟机也将逐渐自动化、智能化。传感技术在智能抽油烟机设计和实现中的应用对智能抽油烟机自动化水平的提高有着重要意义。气敏传感器的应用可以对室内的油烟浓度和煤气浓度进行检测，通过自身电阻值的变化来反映油烟和煤气浓度的变化；热敏传感器的应用可以对室内油烟的温度进行感应，油烟浓度越高，温度就越高，而传感器的电阻就越低；光敏传感器的应用可以调节智能抽油烟机LED灯显示面板的照明，实现电能的节约。综上所述，传感技术在智能抽油烟机中具有很强的实用性，希望相关研究部门能重视传感技术，加强对传感技术的研究运用，为提高智能抽油烟机的自动化水平创造有利条件。

参考文献

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〔编辑：王霞〕