傳感技術在智能抽油煙機設計及實現中的應用

姚斌++林吼潮

摘 要：隨著現代人們生活質量的提高，智能抽油煙機已經成為家用電器當中比較常見的一種。相比老式手動控制抽油煙機，新型智能抽油煙機具有高度自動化、反應靈敏、油煙處理效率高等優點。智能抽油煙機主要分為檢測系統和控制系統兩個部分，其中，檢測系統主要由各種傳感器組成。分析了智能抽油煙機總的電路設計以及傳感器在智能抽煙煙機設計與實現中的應用，以期在智能抽油煙機設計方面為相關人員提供一定的參考。

關鍵詞：傳感器；智能抽油煙機；電路設計；檢測系統

中圖分類號：TM925.57 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.23.122

抽油煙機是現代人生活當中一種常用的家用電器，主要作用是將廚房內炒菜做飯所產生的油煙廢氣等及時抽出，同時去除廚房內的濕氣和異味。傳統的手動抽油煙機需要手動控制打開和關閉，有時廚房會產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，日積月累，對人們的健康產生影響；而有時在使用抽油煙機，將廚房環境凈化以后，人們忘記關閉抽油煙機，從而浪費大量電能。所以，對于智能抽油煙機的設計，需要有一套科學的檢測系統和一套自動化程度高的控制系統。除了具備傳統手動抽油煙機的基本功能以外，還可根據外界環境變化自動檢測空氣中的油煙含量，并通過控制系統自動打開或關閉抽油煙機，實現迅速反應、節能環保。

1 智能抽油煙機系統的設計

智能抽油煙機系統主要包括檢測系統和控制系統。其中，控制系統主要由電路中的開關、自動報警系統和定時系統組成；而檢測系統主要由各類型傳感器組成。傳感器可以對廚房內油煙濃度進行初步檢測和信息采集，然后通過數據的分析與設定參考值進行對比，一旦滿足抽油煙機開啟條件，則會將信號傳遞到控制系統，由控制系統自動開啟抽油煙機。如果從所獲得的數據當中檢測到危險物質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發出警報，及時防范，避免火災事故發生。定時系統則可以將智能抽油煙機的工作時間進行設置，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故障而導致整個抽油煙機無法使用，智能抽油煙機還增設了手動控制開關，在自動控制故障時可以手動調節抽油煙機，保證智能抽油煙機的正常運行。智能抽油煙機總體電路設計如圖1所示。

2 傳感技術在智能抽油煙機中的應用

2.1 氣敏傳感器的應用

氣敏傳感器是以金屬氧化物為原材料所制得的N型半導體氣敏元件，N型半導體氣敏元件對氣體極為敏感，只要與氣體相接觸，氣敏元件的電導率就會產生相應變化。所以可以將N型半導體氣敏傳感器應用到油煙檢測當中來，利用其氣敏的特性、優異的快速反應性能和持久性能，對廚房內的油煙濃度與煤氣濃度進行檢測，防止事故的發生，保障人們的生命安全。氣敏傳感器結構如圖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；

7—鍍鎳的銅質卡環；8—塑料基座；9—鍍鎳的銅質管腳

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，需要先對其進行預熱，使其達到預定的工作溫度，然后再開啟系統，使氣敏傳感器能持續正常運行，充分發揮其作用。氣敏傳感器在智能抽油煙機電路中的具體工作流程如下：①開啟交流電機，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熱絲進行加熱，當發熱絲的溫度達到200 ℃時，氣敏傳感器的預熱工作完成，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境中的氣體濃度變化而發生改變——氣體濃度越大，其電阻越小，利用這個性質就可以及時控制廚房內的油煙濃度。③將最大阻值為1.0×104 Ω的可控電阻與氣敏傳感器串聯在一起，形成檢測線路。④調節可控電阻的阻值，使得氣敏傳感器的敏感度達到最高，提高油煙檢測的效率。⑤當檢測到室內油煙濃度超過標準時，氣敏傳感器會立刻作出反應，將信號傳遞到控制系統，自動開啟智能抽油煙機，降低室內油煙溫度。⑥當檢測到室內油煙濃度過高或者煤氣濃度超標滿足報警條件時，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，表現為輸入端高電平。高電平會刺激電路的芯片，使得蜂鳴器發出響聲報警。

2.2 熱敏傳感器的應用

熱敏傳感器可以分為接觸型和非接觸型兩種，而在智能抽

油煙機當中所使用的是需要與熱介質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，會產生許多油煙，而這些油煙都是帶有一定溫度的，當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非門輸入端口表現為低電平狀態，輸出端口表現為高電平狀態。按照這種規律，F2非門的輸出端將表現為低電平狀態，而F3非門的輸出斷將表現為高電平狀態。③三極管達到飽和狀態，使得線路導通，繼電器的線圈也開始通電，單相電動機開始運轉，將油煙排放到室外。

2.3 光敏傳感器的應用

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度而變化的，當光敏傳感器處于強光效果下時，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用于智能抽油煙機的LED數據顯示面板和操作面板，根據外界的光照條件調節LED顯示面板的亮度。光敏傳感器的具體應用流程如下：①白天，光照強度比較強時，光敏傳感器使得二極管截止，F4非門的輸出端表現為低電平狀態，三極管也相應截止，所以LED燈將處于關閉狀態；②夜晚或者弱光條件下，光敏電阻將接通二極管，使得F4非門的輸出端表現為高電平狀態，三極管也變為飽和狀態，LED燈開啟。

3 結束語

抽油煙機是人們日常生活當中很常見的家用電器之一，其抽走油煙、凈化室內空氣的功能對人們的健康起到了有利作用。隨著我國現代化的推進，家用電器自動化已經成為現代家用電器發展的趨勢，抽油煙機也將逐漸自動化、智能化。傳感技術在智能抽油煙機設計和實現中的應用對智能抽油煙機自動化水平的提高有著重要意義。氣敏傳感器的應用可以對室內的油煙濃度和煤氣濃度進行檢測，通過自身電阻值的變化來反映油煙和煤氣濃度的變化；熱敏傳感器的應用可以對室內油煙的溫度進行感應，油煙濃度越高，溫度就越高，而傳感器的電阻就越低；光敏傳感器的應用可以調節智能抽油煙機LED燈顯示面板的照明，實現電能的節約。綜上所述，傳感技術在智能抽油煙機中具有很強的實用性，希望相關研究部門能重視傳感技術，加強對傳感技術的研究運用，為提高智能抽油煙機的自動化水平創造有利條件。

參考文獻

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〔編輯：王霞〕