智能抽油煙機的設計

凌遠貴

摘 要：智能抽油煙機除具有普通抽油煙機的功能外，還可根據油煙的大小自動切換開關控制風力進行抽油煙工作，從而實現節能。本文通過氣敏傳感器、熱敏電阻采集信號，對抽油煙機進行控制，設計了1款智能抽油煙機。

關鍵詞：智能抽油煙機；電路設計；檢測系統

一、智能抽油煙機功能

①屏鎖功能：屏鎖即在選定此鍵后，為避免清潔時意外啟動，或防止小孩亂玩，這樣使用起來會更加放心。②自動清洗：在燃氣灶被點燃或關閉時，智能抽油煙機便能自動感應啟動或關閉，并自動提醒啟動清潔程序，自行進行清潔。③自動增壓：這個功能主要適用于公共煙道，自動感應煙道壓力變化，實現增壓。④智能換氣：對廚房有害的空氣，能智能換氣，時刻保持家里的空氣清新，尤其適用于開放式的廚房。⑤自動記憶：記憶功能用在熱水器較多，智能抽油煙機較少，當智能抽油煙機使用大于等于30小時，系統自己提醒用戶清洗。⑥延時功能：這是非常實用的功能，當人們做完飯，讓油煙機再抽3-5分鐘，以完全吸走有害物質，人不用守在油煙機旁也可實現自動關機。

二、智能抽油煙機工作原理及電路設計

設計采用QM-N1O型還原性氣體傳感器。它的氣敏材料是二氧化錫（SnO2），在清潔空氣中電導率較低。當QM-N10傳感器所處環境中存在油煙時，傳感器的電導率隨空氣中油煙氣體濃度的增加在加熱狀態下而迅速增大。QM-N10傳感器可將電導率的變化轉換為與該氣體濃度相對應的電壓輸出信號。QM-N10半導體氣體傳感器對油煙氣體的靈敏度高，可檢測多種濃度油煙氣體。

1、總體電路設計方案。電路原理圖設計如圖1所示。該電路由QM-N10傳感器、電源電路、集成非門電路、三極管開關電路、音樂報警電路、光敏傳感器電路、單相電動機控制電路等構成。220V交流電壓經變壓器降壓、全橋整流、電容濾波后，經穩壓管穩壓成5V直流電源為集成非門電路、三極管開關電路、音樂報警電路、光敏傳感器電路、QM-N10傳感器電路供電。

當空氣中油煙氣體達到一定濃度時，經半導體氣敏傳感器QM-N10檢測，在加熱狀態下，傳感器上下兩電極間電阻值迅速降低，電路中W1可變電阻上端因W1可變電阻流過的電流迅速增大使該點電位上升。W1可變電阻上端點的電位上升使非門F2輸出端為低電平，F3輸出端則變為高電平，在F3輸出端高電平的作用下，T2三極管飽和導通，Jl繼電器線圈得電，Jl繼電器的常開觸點J1立即閉合，單相電動機Ml、M2得電運轉將油煙抽出室外。白天因光線很強，光敏電阻傳感器cds電阻很小，使W3可變電阻上端電位很高，F4輸出端則變為低電平，T3三極管截止。J2繼電器線圈不能得電，它的常開觸點J2不能閉合，因而白天燈泡LP是不能得電的。晚上，因光線很弱，光敏電阻傳感器cds電阻很大，使W3可變電阻上端電位很低，F4輸出端則變為高電平，T3三極管變為飽和，J2繼電器線圈得電，它的常開觸點J2閉合，因而晚上燈泡LP得電發光起到照明的作用。

2、各電路工作原理分析

1）氣敏傳感器檢測電路。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。所以可將N型半導體氣敏傳感器應用到油煙檢測中來，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。

由于氣敏傳感器正常運行需維持一定的工作溫度，所以在使用氣敏傳感器前，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，可投入正常使用。②測量Au極處的管腳電阻，管腳電阻會因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，利用這個性質就可及時控制廚房內的油煙濃度。③將最大阻值為1.0×104Ω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，使蜂鳴器發出響聲報警。

2）熱敏傳感器檢測電路。熱敏傳感器可分為接觸型和非接觸型兩種，而在智能抽油煙機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5.0×103Ω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，而這些油煙都帶有一定的溫度，當這些高溫的油煙接觸到熱敏傳感器時，會使熱敏傳癌器的電阻發生變化，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。按此規律，F2非門的輸出端將表現為低電平狀態，而F3非門的輸出端將表現為高電平狀態。③三極管達到飽和狀態，使線路導通，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。

3）光敏傳感器檢測電路。光敏傳感器主要是由最大阻值為2.0×104Ω的可控電阻和光敏傳感器組成。光敏傳感器的電阻值隨著光線的強度而變化，當光敏傳感器處于強光效果下時，電阻會變小，而在弱光或黑暗條件下，電阻會增大。利用此功能，可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。光敏傳感器的應用流程如下：①白天，光照強度較強時，光敏傳感器使二極管截止，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夜晚或弱光條件下，光敏電阻將接通二極管，使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。

三、智能抽油煙機調試與安裝

電路裝配完畢檢查正常后需調試：取1只500mL的空礦泉水瓶，擰緊瓶蓋。用注射器抽取3毫升液化氣注入瓶中，搖晃幾分鐘，此時瓶中液化氣濃度為0.5%。先將W1可變電阻調至最小，并將氣敏傳感器放入瓶中，然后慢慢調大W1可變電阻至J1剛好吸合且喇叭發出報警聲，W1可變電阻已調好，之后將W1可變電阻用油漆封固。

再倒一大杯溫水，水溫稍高于當地最高氣溫，把熱敏電阻放入水中，調整W2可變電阻使J1剛好吸合，此時W2可變電阻也調好，再將W2可變電阻封固。W3可變電阻的調整應在光敏電阻cds遮光時進行。調試完畢，打開抽油煙機機外殼，將控制電路裝進一塑料盒固定在機內適當位置。氣敏傳感器和光敏電阻安裝在抽油煙機正面外殼上，此處油煙污染小。功能開關Kl安裝在開關板上。熱敏電阻用膠粘在熱空氣集中的兩風扇中間處，在熱敏電阻和機殼間需加絕熱材料。最后把繼電器觸點與抽油煙機手動開關作相應連接，加裝溫度控制電路和照明控制電路。安放好氣敏傳感器的安裝位置，調試與安裝工作已完成。

參考文獻

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[2]徐良雄.智能抽油煙機的設計[J].實驗室研究與探索，2014.

[3]楊俊宇.基于傳感器的智能抽油煙機設計及實現[J].電子技術，2014.

（作者單位：中山市喜瑪拉雅電器有限公司）