智能抽油烟机系统设计研究

商渊沅

摘要：油烟一直是厨房的主要危害之一，同时煤气泄漏等问题也在严重影响着人们的生命健康安全。智能抽油烟机的投入使用可以有效解决空气中油烟、煤气含量过高等问题，为人们创造一个良好的生活环境。本文对智能抽油烟机系统设计要解决的问题进行分析，对其工作原理以及主要功能模块、变频技术等进行分析研究，希望能给相关设计人员带来帮助。

关键词：抽油烟机；系统设计；智能化

前言

在人们日常烹饪的过程中，总会产生大量的油烟、蒸汽，对室内环境与人们的身体健康造成重大影响。为了提高生活质量，抽油烟机已经成为现代家庭厨房必备的设施。随着科技的快速发展，智能化技术逐渐应用到日常生活中。智能抽油烟机必然是是抽油烟机的发展方向。因此，加强智能抽油烟机系统设计研究工作提高智能抽油烟机的稳定性，降低能量消耗具有极高的现实意义。

1.智能抽油烟机系统设计所需要解决的几个问题

抽油烟机在我们日常生活中不仅能够有效清除油烟、水蒸气等有害物质，还可以起到净化室内空气等问题。然而，当前的抽油烟机还存在着诸如需要手动操作，功耗大等问题[1]。随着智能化技术的广泛应用，这一问题注定会被逐渐解决。通过加强智能抽油烟机控制系统的设计工作不仅可以有效解决这些问题，还可以为人们提供更好的使用体验，继而提高人们的生活水平。由此，我们可以明确智能抽油烟机系统设计的主要目标有以下几项：第一，实现抽油烟机的自动化操作。第二，实现自动化调节，继而降低抽油烟机的能耗。第三，为人们提供更好的舒适体验。

2.智能抽油烟机的系统原理分析

智能抽油烟机是一种结合了互联网技术、工业自动控制技术、多媒体技术的油烟机产品。是一种具备接收远程或近距离控制指令、自动感应周围工作状态、自动调节自身状态等能力的现代产品。因此，智能油烟机的控制系统必须具备环境检测部分、自动控制部分。一般来说，智能抽油烟机的检测部分又有煤气检测、烟雾检测两个小部分组成。而控制部分则由开关电路、报警系统、显示系统、单片机控制系统以及电源稳定性控制系统等。智能油烟机在工作的过程中，通过检测系统对厨房的环境进行检测，一旦发现油烟含量、煤气含量超标则立即启动排烟程序。当空气中的油烟含量与煤气含量符合空气安全时，智能油烟机会停止运行以节省能源。当智能油烟机发现空气中含有大量有毒气体时，触发预警系统，以便人们及时发现问题并加以解决。

3.智能抽油烟机功能模块分析

智能抽油烟机根据其功能的不同，在具体的设计过程中需要注意两部分的内容。第一，检测模块。第二，控制模块。

3.1检测模块分析

智能抽油烟机需要对厨房内的煤气含量与烟雾含量进行检测以及温度进行检测，以确保厨房空气清洁安全。事实上，对每种指标进行检测的方法并不完全相同。接下来我们就对其一一进行分析。

3.1.1煤气检测

当前的智能抽油烟机所使用的主要检测设备为MQ-2传感器。该传感器的工作原理是不同气体的不同浓度具有不同的电阻值。需要格外注意的是MQ-2传感器是一种精确度较高的检测仪器，对此必须对传感器的灵敏度加以调整。在实际工作中，如果厨房内的空气内没有油烟或煤气时MQ-2传感器的阻力相对较大，智能抽油烟机检测系统不会发生变化，即不会产生感应电流。当空气中出现媒体等气体时，空气的电阻降低，通过该模块的电流发生变化，继而引发电路中断，通过电路控制实现智能抽油烟机的启动，并进行报警。煤气检测原理图如图1所示。

3.1.2烟雾检测

与煤气检测一样，烟雾检测与煤气检测都通过同一设备将信号输入单片机。烟雾检测中最关关键的是利用了光敏材料，因此，控制电路的电位器具有极高的灵敏度[2]。通过电压比较器的使用，我们可以对两个红外线接收二设备的电压值进行测定，通过一系列的检测实验，绘制相关的关系图后我们可以得出以下结论：当LM393设备的管脚2出现比管脚3电压高这一情况时，空气中并没有存在烟雾。产生这一现象的原因在于空气中没有延误时，电压比较器产生的电压明显高于输出电压，没有触发电路中断。然而，当空气中出现烟雾时，设备GD1所接受的光强比GD2要小。经过GD1的电信号与经过GD2设备的电信号相比相对较小。这就导致LM393管脚2处的电压降低。而当管脚2处的电压低于管脚3处的电压时，则LM393电压比较器必然会向外输出一个低电平，继而引发电路中断。从而引发智能抽油烟机启动以及相应的报警系统。

3.1.3温度检测

温度检测也是智能抽油烟机重要的检测内容。通过温度检测，控制系统可以获得厨房内的具体温度，从而确定是否存在做饭等操作。以辅助煤气检测、烟雾检测等从而实现对电路的控制。在温度检测环节中所使用的温度传感器为DS1820温度传感器。DS1820温度传感器在对厨房温度进行检测后生成相应的数据资料发送到单片机进行处理。一般来说，DS1820温度传感器的运行电压为3V到5V，在具体的使用过程中需要将VDD接到电源，同时将GND接地。在智能抽油烟机使用的过程中需要设定最低的启动温度。例如我们将抽油烟机的温度设定为45℃，当DS1820温度传感器检测到的温度低于45℃时则智能抽油烟机不触发工作，当DS1820温度传感器检测到的温度高于45℃时则智能抽油烟机触发工作。在智能抽油烟机工作120s后再一次对厨房内的温度进行测定。如果DS1820温度传感器检测到的温度低于45℃则智能抽油烟机停止工作。如果DS1820温度传感器检测到的温度高于45℃时则停止工作。如此反复数次，直到温度达到45℃范围内停止。温度检测程序设计示意图如图2所示。

4.智能抽油烟机变频技术分析

节能环保是当今社会的一大主题。在进行产品设计与系统设计时相关工作人员必须对产品的功耗问题問题、环保问题进行综合考量。变频调速是现阶段常见的一种节能方式。在智能抽油烟机设计研发的过程中，主要使用的变频调速系统为SVPWM单相异步变频技术。

4.1变频技术研究

SVPWM单相异步变频技术是一种将交流电动机与逆变器等设备当做一个整体，并对圆形旋转磁场进行跟踪实现对逆变器的控制，确保逆变电路可以向交流电动机提供可变频电源[3]。此外，系统还需要确保电机能形成定子磁链圆，最终实现交流电动机的速度调节功能。在该模型中需要根据SVPWM控制方式决定单相电机的主绕組以及副绕组的具体工作方式。在这一类系统中，副绕组不仅仅需要担负起电机启动的作用，还会参与到电机运行的整个过程。此外，副绕组与传统油烟机副绕组相比不再需要复杂的电容器或者电抗器。通过变频器的分别供电便可以使两个电机的定子形成磁链圆。变频技术的应用可以有效降低电机的启动电流，实现较大的启动扭矩以及良好的运转性能。

4.2控制模型分析

在实际工作中会对智能抽油烟机的变频产生影响的因素较多，空气中油烟浓度、炉灶温度、以及空气湿度及其相互作用关系都有可能对智能油烟机的温度变化产生重大影响。因此，要建立严格的数据模型并不容易，在实际的工程项目中，大多采用使用效果较好的PID算法。然而在使用该算法时依然存在一些问题，即具体的参数确定比较难[4]。然而，在实际的使用过程中，利用PID模糊算法的智能抽油烟机的风机的自动启动、自动停止以及根据实际情况选择合适的风速，从而降低智能油烟机在使用过程中的油耗问题，有利于提高能力的利用率，从而达到节能环保的目的。

5.智能抽油烟机系统的其他需求

近年来，科技的迅猛发展让越来越多的智能电器走进家门。远距离控制家用电器已经成为当今社会普遍讨论的话题。智能抽油烟机作为家庭生活重要的设备必然也要向着这一方向发展。5G技术以及处在应用阶段，相信5G技术的应用会给人们的生活带来颠覆性影响。对此，智能抽油烟机系统要积极结合新技术实现与家庭网络的链接，提高远程控制与报警能力，确保厨房安全，提高人们的生活品质。

6.结语

抽油烟机是人们生活中重要的家用电器，对于改善家庭空气质量，提高厨房安全性具备重要作用。智能化技术的推广与人们生活水平的提高对油烟机提出了更高的要求。对此，加强智能抽油烟机系统设计研究，提高智能抽油烟机的运行质量，对实现自动调节具有重要意义。同时该加强系统研究有助于提高产品的环保性能，提高人们舒适度等目标。

参考文献：

[1]司开波.自动抽油烟机控制系统设计[J].电脑知识与技术，2015（2）：246-247.

[2]汪昕宇，付俊英，王蕴琪，等.基于阿里IOT云平台的智能厨房油烟机控制系统设计与实现[J].电脑与电信，2017（10）：68-70.

[3]凌硕.基于Android的智能抽油烟机控制APP的设计与实现[D]. 北京交通大学，2017.

[4]姚斌，林吼潮.传感技术在智能抽油烟机设计及实现中的应用[J].科技与创新，2016（23）：122-123.