智能油煙機的設計

1智能油煙機應用背景

1.1廚房油煙的危害

在炒菜時,食用油受到高溫影響,會出現油煙:燃氣在燃燒時也會出現油煙,尤其是在爆炒和油炸食品時,油煙會更重。油煙不僅會飄滿全身,還會被吸入到體內,危害人體健康。廚房油煙中含有超過200種有害物質,包括直徑不等的顆粒物、多環(huán)芳烴類物質、甲醛、揮發(fā)性有機污染物等,其已被廣泛證實會誘導DNA損傷并有致癌風險,成為不吸煙者患肺癌、鼻咽癌的重要風險因素之一。廚房油煙容易熏臟廚房,甚至游竄到客廳和臥室,污染家具和家電,滋生和繁殖大量細菌,嚴重影響家居衛(wèi)生和身心健康。

1.2習慣與健忘問題

生活中,很多人都有"健忘"的小毛病,做飯時忘記開啟或及時關閉油煙機的情況時有發(fā)生,特別是有老人的家庭,健忘現象發(fā)生的頻率更高。做飯時忘記開啟油煙機或開啟油煙機的時間太晚,會導致油煙逸散至整個屋內,久久不散,對人體健康構成重大威脅。而經常忘了關閉電機的情況則不僅會損耗機器,還會造成電能的極大浪費。

2智能油煙機設計方案

2.1功能設計

鑒于上述應用背景,本智能油煙機設計采用溫度傳感器、油煙傳感器、壓力傳感器等進行智能檢測,根據環(huán)境情況智能開啟、關閉抽風電機,并根據油煙濃度,智能選擇電機高速或低速工作,避免因忘記開油煙機導致油煙對身體健康、家居衛(wèi)生造成影響,也避免因忘記關油煙機導致的電機損耗與電能浪費。智能油煙機的操作面板設計采用4位琴鍵式開關,實現智能油煙機的各種手動與自動操作。琴鍵開關面板如圖1所示。

通過操作琴鍵開關面板,實現以下功能:

2.1.1自動模式

接通電源,"自動/手動"開關處于"自動"(彈起）狀態(tài)時,智能油煙機工作于自動模式,能根據環(huán)境狀態(tài)智能工作。(1）當燃氣灶開啟、油煙升起時,自動開啟油煙機的電機,并根據溫度、油煙濃度自動控制電機高速/低速運行。(2）當燃氣灶關閉后,智能油煙機進行智能檢測,在溫度降低、油煙濃度降低后,自動關閉油煙機電機,避免造成電機損耗及電能浪費。(3）按下/彈出"照明"開關,可手動打開/關閉輔助照明燈。

2.1.2手動模式

接通電源,"自動/手動"開關處于"手動"(按下）狀態(tài)時,智能油煙機工作于手動模式,電機與照明功能處于普通人手操作狀態(tài)。(1）按下"電機開/關"開關,油煙機電機啟動,此時可通過"高速/低速"開關手動選擇高速、低速抽風功能。(2）彈出"電機開/關"開關,油煙機電機停止運行。(3）按下/彈出"照明"開關,可手動打開/關閉輔助照明燈。

2.2電路設計

2.2.1電路結構設計

智能油煙機電路結構如圖2所示,主要由直流供電單元、單片機處理單元、電機、4位琴鍵開關、溫度傳感器、油煙傳感器等部分組成。在自動模式下,溫度傳感器與油煙傳感器定時檢測環(huán)境溫度、油煙濃度,并發(fā)送給單片機進行智能處理,通過光耦電路控制電機的開啟與關閉、高速與低速運行。

高了電路的可靠性。（3）四位琴鍵開關。四位琴鍵開關作為輸入元件,是智能油煙機實現人機交互的界面。(4）溫度傳感器。采用非接觸式紅外溫度傳感器模塊,通過檢測灶臺溫度,把數據提供給單片機處理單元,作為智能控制的依據。(5）油煙傳感器。智能油煙機采用os-01油煙傳感器,用于檢測烹飪油煙,并輸出相應的模擬信號,以供單片機分析處理。

2.2.2主要元件參數

2.2.2.1非接觸式紅外溫度傳感器

智能油煙機采用非接觸式紅外溫度傳感器模塊,它能根據被測物體的紅外輻射能量大小和波長分布來檢測物體的表面溫度。該傳感器模塊內置電平轉換電路,可直接接入3.3/或5/的VMC系統:出廠自帶校準,帶溫度梯度補償:主要用于高精度非接觸溫度測量、工業(yè)溫度控制、帶溫度控制的家用電器等場合。電路特性如下:(1）工作電壓3.3U5/:(2）環(huán)境溫度測量范圍-40～～58:(3）物體溫度測量范圍-70～3～0℃:(4）分辨率0.02℃:(5）視場角(F0/）35o。綜合來說,該傳感器模塊具有非接觸式、高精度、高分辨率、響應快等優(yōu)點,能滿足對爐火、鍋具溫度的非接觸式快速檢測。

2.2.2.2os-01油煙傳感器

該模塊的電路特性如下:(1）探測一氧化碳等氣體,以及香煙、木材、紙張燃燒煙霧、油煙等:(2）輸出模擬信號/PwV信號:(3）響應時間≤10s:(4）工作濕度≤95%RH:(5）使用壽命≥10年。

該款傳感器具有靈敏度極高、長期穩(wěn)定性優(yōu)異、能實現故障自診斷、功耗低、壽命長等優(yōu)點,廣泛應用于家庭用煙霧報警器、工業(yè)用煙霧報警器及便攜式煙霧檢測儀器。

2.3程序設計

結合上述功能與電路設計,編制程序設計流程圖,如圖3所示,并采用M語言完成編程設計。

3智能油煙機的亮點

3.1健康衛(wèi)生

（1）智能油煙機能根據溫度、油煙自動開啟電機,避免因為遺忘未能及時開啟電機的情況發(fā)生,減少油煙對皮膚、肺功能等的影響。（2）智能油煙機能自動開啟電機、切換"高速/低速"檔位,無須手動操作,避免了烹飪過程中人手對油煙機的污染,更避免了對食物的交叉污染,保障了烹飪過程的衛(wèi)生安全。

3.2方便可靠

在自動模式下,溫度傳感器與油煙傳感器定時檢測環(huán)境狀態(tài),發(fā)送給單片機進行智能處理,并通過光耦隔離電路控制電機的開啟與關閉、高速與低速運行。光耦隔離能夠有效避免電路內部干擾,保障電機可靠動作。有了智能油煙機,做飯再不怕忘開、忘關油煙機,方便高效。

3.3節(jié)能環(huán)保

自動狀態(tài)下,智能油煙機能自動關閉電機,避免因為人為遺忘而導致電機長時間工作,避免電能的浪費。

3.4待機功耗低

自動狀態(tài)下,單片機大部分時間處于休眠狀態(tài)。單片機定時喚醒,用極小比例的時間去快速檢測溫度、油煙等環(huán)境狀態(tài)。因此,在無高溫、無油煙的待機狀態(tài)下,系統功耗極低。

4結語

該智能油煙機的設計,通過紅外溫度傳感器、油煙傳感器智能檢測灶臺環(huán)境,能實現智能開啟、關閉油煙機,智能選擇電機高速、低速工作狀態(tài)。該智能油煙機具有健康衛(wèi)生、方便可靠、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點,已于2019年獲得國家實用新型專利授權,專利號201～22150195.4。