智能抽油烟机的设计

凌远贵

摘 要：智能抽油烟机除具有普通抽油烟机的功能外，还可根据油烟的大小自动切换开关控制风力进行抽油烟工作，从而实现节能。本文通过气敏传感器、热敏电阻采集信号，对抽油烟机进行控制，设计了1款智能抽油烟机。

关键词：智能抽油烟机；电路设计；检测系统

一、智能抽油烟机功能

①屏锁功能：屏锁即在选定此键后，为避免清洁时意外启动，或防止小孩乱玩，这样使用起来会更加放心。②自动清洗：在燃气灶被点燃或关闭时，智能抽油烟机便能自动感应启动或关闭，并自动提醒启动清洁程序，自行进行清洁。③自动增压：这个功能主要适用于公共烟道，自动感应烟道压力变化，实现增压。④智能换气：对厨房有害的空气，能智能换气，时刻保持家里的空气清新，尤其适用于开放式的厨房。⑤自动记忆：记忆功能用在热水器较多，智能抽油烟机较少，当智能抽油烟机使用大于等于30小时，系统自己提醒用户清洗。⑥延时功能：这是非常实用的功能，当人们做完饭，让油烟机再抽3-5分钟，以完全吸走有害物质，人不用守在油烟机旁也可实现自动关机。

二、智能抽油烟机工作原理及电路设计

设计采用QM-N1O型还原性气体传感器。它的气敏材料是二氧化锡（SnO2），在清洁空气中电导率较低。当QM-N10传感器所处环境中存在油烟时，传感器的电导率随空气中油烟气体浓度的增加在加热状态下而迅速增大。QM-N10传感器可将电导率的变化转换为与该气体浓度相对应的电压输出信号。QM-N10半导体气体传感器对油烟气体的灵敏度高，可检测多种浓度油烟气体。

1、总体电路设计方案。电路原理图设计如图1所示。该电路由QM-N10传感器、电源电路、集成非门电路、三极管开关电路、音乐报警电路、光敏传感器电路、单相电动机控制电路等构成。220V交流电压经变压器降压、全桥整流、电容滤波后，经稳压管稳压成5V直流电源为集成非门电路、三极管开关电路、音乐报警电路、光敏传感器电路、QM-N10传感器电路供电。

当空气中油烟气体达到一定浓度时，经半导体气敏传感器QM-N10检测，在加热状态下，传感器上下两电极间电阻值迅速降低，电路中W1可变电阻上端因W1可变电阻流过的电流迅速增大使该点电位上升。W1可变电阻上端点的电位上升使非门F2输出端为低电平，F3输出端则变为高电平，在F3输出端高电平的作用下，T2三极管饱和导通，Jl继电器线圈得电，Jl继电器的常开触点J1立即闭合，单相电动机Ml、M2得电运转将油烟抽出室外。白天因光线很强，光敏电阻传感器cds电阻很小，使W3可变电阻上端电位很高，F4输出端则变为低电平，T3三极管截止。J2继电器线圈不能得电，它的常开触点J2不能闭合，因而白天灯泡LP是不能得电的。晚上，因光线很弱，光敏电阻传感器cds电阻很大，使W3可变电阻上端电位很低，F4输出端则变为高电平，T3三极管变为饱和，J2继电器线圈得电，它的常开触点J2闭合，因而晚上灯泡LP得电发光起到照明的作用。

2、各电路工作原理分析

1）气敏传感器检测电路。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。所以可将N型半导体气敏传感器应用到油烟检测中来，利用其气敏的特性、优异的快速反应性能和持久性能，对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。

由于气敏传感器正常运行需维持一定的工作温度，所以在使用气敏传感器前，要先對其进行预热，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，可投入正常使用。②测量Au极处的管脚电阻，管脚电阻会因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，利用这个性质就可及时控制厨房内的油烟浓度。③将最大阻值为1.0×104Ω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，使蜂鸣器发出响声报警。

2）热敏传感器检测电路。热敏传感器可分为接触型和非接触型两种，而在智能抽油烟机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5.0×103Ω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，而这些油烟都带有一定的温度，当这些高温的油烟接触到热敏传感器时，会使热敏传癌器的电阻发生变化，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。按此规律，F2非门的输出端将表现为低电平状态，而F3非门的输出端将表现为高电平状态。③三极管达到饱和状态，使线路导通，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。

3）光敏传感器检测电路。光敏传感器主要是由最大阻值为2.0×104Ω的可控电阻和光敏传感器组成。光敏传感器的电阻值随着光线的强度而变化，当光敏传感器处于强光效果下时，电阻会变小，而在弱光或黑暗条件下，电阻会增大。利用此功能，可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。光敏传感器的应用流程如下：①白天，光照强度较强时，光敏传感器使二极管截止，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夜晚或弱光条件下，光敏电阻将接通二极管，使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。

三、智能抽油烟机调试与安装

电路装配完毕检查正常后需调试：取1只500mL的空矿泉水瓶，拧紧瓶盖。用注射器抽取3毫升液化气注入瓶中，摇晃几分钟，此时瓶中液化气浓度为0.5%。先将W1可变电阻调至最小，并将气敏传感器放入瓶中，然后慢慢调大W1可变电阻至J1刚好吸合且喇叭发出报警声，W1可变电阻已调好，之后将W1可变电阻用油漆封固。

再倒一大杯温水，水温稍高于当地最高气温，把热敏电阻放入水中，调整W2可变电阻使J1刚好吸合，此时W2可变电阻也调好，再将W2可变电阻封固。W3可变电阻的调整应在光敏电阻cds遮光时进行。调试完毕，打开抽油烟机机外壳，将控制电路装进一塑料盒固定在机内适当位置。气敏传感器和光敏电阻安装在抽油烟机正面外壳上，此处油烟污染小。功能开关Kl安装在开关板上。热敏电阻用胶粘在热空气集中的两风扇中间处，在热敏电阻和机壳间需加绝热材料。最后把继电器触点与抽油烟机手动开关作相应连接，加装温度控制电路和照明控制电路。安放好气敏传感器的安装位置，调试与安装工作已完成。

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]徐良雄.智能抽油烟机的设计[J].实验室研究与探索，2014.

[3]杨俊宇.基于传感器的智能抽油烟机设计及实现[J].电子技术，2014.

（作者单位：中山市喜玛拉雅电器有限公司）