智能油煙機(jī)的設(shè)計(jì)

1智能油煙機(jī)應(yīng)用背景

1.1廚房油煙的危害

在炒菜時(shí),食用油受到高溫影響,會(huì)出現(xiàn)油煙:燃?xì)庠谌紵龝r(shí)也會(huì)出現(xiàn)油煙,尤其是在爆炒和油炸食品時(shí),油煙會(huì)更重。油煙不僅會(huì)飄滿全身,還會(huì)被吸入到體內(nèi),危害人體健康。廚房油煙中含有超過200種有害物質(zhì),包括直徑不等的顆粒物、多環(huán)芳烴類物質(zhì)、甲醛、揮發(fā)性有機(jī)污染物等,其已被廣泛證實(shí)會(huì)誘導(dǎo)DNA損傷并有致癌風(fēng)險(xiǎn),成為不吸煙者患肺癌、鼻咽癌的重要風(fēng)險(xiǎn)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(xì)菌,嚴(yán)重影響家居衛(wèi)生和身心健康。

1.2習(xí)慣與健忘問題

生活中,很多人都有"健忘"的小毛病,做飯時(shí)忘記開啟或及時(shí)關(guān)閉油煙機(jī)的情況時(shí)有發(fā)生,特別是有老人的家庭,健忘現(xiàn)象發(fā)生的頻率更高。做飯時(shí)忘記開啟油煙機(jī)或開啟油煙機(jī)的時(shí)間太晚,會(huì)導(dǎo)致油煙逸散至整個(gè)屋內(nèi),久久不散,對(duì)人體健康構(gòu)成重大威脅。而經(jīng)常忘了關(guān)閉電機(jī)的情況則不僅會(huì)損耗機(jī)器,還會(huì)造成電能的極大浪費(fèi)。

2智能油煙機(jī)設(shè)計(jì)方案

2.1功能設(shè)計(jì)

鑒于上述應(yīng)用背景,本智能油煙機(jī)設(shè)計(jì)采用溫度傳感器、油煙傳感器、壓力傳感器等進(jìn)行智能檢測(cè),根據(jù)環(huán)境情況智能開啟、關(guān)閉抽風(fēng)電機(jī),并根據(jù)油煙濃度,智能選擇電機(jī)高速或低速工作,避免因忘記開油煙機(jī)導(dǎo)致油煙對(duì)身體健康、家居衛(wèi)生造成影響,也避免因忘記關(guān)油煙機(jī)導(dǎo)致的電機(jī)損耗與電能浪費(fèi)。智能油煙機(jī)的操作面板設(shè)計(jì)采用4位琴鍵式開關(guān),實(shí)現(xiàn)智能油煙機(jī)的各種手動(dòng)與自動(dòng)操作。琴鍵開關(guān)面板如圖1所示。

通過操作琴鍵開關(guān)面板,實(shí)現(xiàn)以下功能:

2.1.1自動(dòng)模式

接通電源,"自動(dòng)/手動(dòng)"開關(guān)處于"自動(dòng)"(彈起）狀態(tài)時(shí),智能油煙機(jī)工作于自動(dòng)模式,能根據(jù)環(huán)境狀態(tài)智能工作。(1）當(dāng)燃?xì)庠铋_啟、油煙升起時(shí),自動(dòng)開啟油煙機(jī)的電機(jī),并根據(jù)溫度、油煙濃度自動(dòng)控制電機(jī)高速/低速運(yùn)行。(2）當(dāng)燃?xì)庠铌P(guān)閉后,智能油煙機(jī)進(jìn)行智能檢測(cè),在溫度降低、油煙濃度降低后,自動(dòng)關(guān)閉油煙機(jī)電機(jī),避免造成電機(jī)損耗及電能浪費(fèi)。(3）按下/彈出"照明"開關(guān),可手動(dòng)打開/關(guān)閉輔助照明燈。

2.1.2手動(dòng)模式

接通電源,"自動(dòng)/手動(dòng)"開關(guān)處于"手動(dòng)"(按下）狀態(tài)時(shí),智能油煙機(jī)工作于手動(dòng)模式,電機(jī)與照明功能處于普通人手操作狀態(tài)。(1）按下"電機(jī)開/關(guān)"開關(guān),油煙機(jī)電機(jī)啟動(dòng),此時(shí)可通過"高速/低速"開關(guān)手動(dòng)選擇高速、低速抽風(fēng)功能。(2）彈出"電機(jī)開/關(guān)"開關(guān),油煙機(jī)電機(jī)停止運(yùn)行。(3）按下/彈出"照明"開關(guān),可手動(dòng)打開/關(guān)閉輔助照明燈。

2.2電路設(shè)計(jì)

2.2.1電路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

智能油煙機(jī)電路結(jié)構(gòu)如圖2所示,主要由直流供電單元、單片機(jī)處理單元、電機(jī)、4位琴鍵開關(guān)、溫度傳感器、油煙傳感器等部分組成。在自動(dòng)模式下,溫度傳感器與油煙傳感器定時(shí)檢測(cè)環(huán)境溫度、油煙濃度,并發(fā)送給單片機(jī)進(jìn)行智能處理,通過光耦電路控制電機(jī)的開啟與關(guān)閉、高速與低速運(yùn)行。

高了電路的可靠性。（3）四位琴鍵開關(guān)。四位琴鍵開關(guān)作為輸入元件,是智能油煙機(jī)實(shí)現(xiàn)人機(jī)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(cè)灶臺(tái)溫度,把數(shù)據(jù)提供給單片機(jī)處理單元,作為智能控制的依據(jù)。(5）油煙傳感器。智能油煙機(jī)采用os-01油煙傳感器,用于檢測(cè)烹飪油煙,并輸出相應(yīng)的模擬信號(hào),以供單片機(jī)分析處理。

2.2.2主要元件參數(shù)

2.2.2.1非接觸式紅外溫度傳感器

智能油煙機(jī)采用非接觸式紅外溫度傳感器模塊,它能根據(jù)被測(cè)物體的紅外輻射能量大小和波長(zhǎng)分布來檢測(cè)物體的表面溫度。該傳感器模塊內(nèi)置電平轉(zhuǎn)換電路,可直接接入3.3/或5/的VMC系統(tǒng):出廠自帶校準(zhǔn),帶溫度梯度補(bǔ)償:主要用于高精度非接觸溫度測(cè)量、工業(yè)溫度控制、帶溫度控制的家用電器等場(chǎng)合。電路特性如下:(1）工作電壓3.3U5/:(2）環(huán)境溫度測(cè)量范圍-40～～58:(3）物體溫度測(cè)量范圍-70～3～0℃:(4）分辨率0.02℃:(5）視場(chǎng)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(yīng)快等優(yōu)點(diǎn),能滿足對(duì)爐火、鍋具溫度的非接觸式快速檢測(cè)。

2.2.2.2os-01油煙傳感器

該模塊的電路特性如下:(1）探測(cè)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(hào)/PwV信號(hào):(3）響應(yīng)時(shí)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(zhǎng)期穩(wěn)定性優(yōu)異、能實(shí)現(xiàn)故障自診斷、功耗低、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn),廣泛應(yīng)用于家庭用煙霧報(bào)警器、工業(yè)用煙霧報(bào)警器及便攜式煙霧檢測(cè)儀器。

2.3程序設(shè)計(jì)

結(jié)合上述功能與電路設(shè)計(jì),編制程序設(shè)計(jì)流程圖,如圖3所示,并采用M語言完成編程設(shè)計(jì)。

3智能油煙機(jī)的亮點(diǎn)

3.1健康衛(wèi)生

（1）智能油煙機(jī)能根據(jù)溫度、油煙自動(dòng)開啟電機(jī),避免因?yàn)檫z忘未能及時(shí)開啟電機(jī)的情況發(fā)生,減少油煙對(duì)皮膚、肺功能等的影響。（2）智能油煙機(jī)能自動(dòng)開啟電機(jī)、切換"高速/低速"檔位,無須手動(dòng)操作,避免了烹飪過程中人手對(duì)油煙機(jī)的污染,更避免了對(duì)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(dòng)模式下,溫度傳感器與油煙傳感器定時(shí)檢測(cè)環(huán)境狀態(tài),發(fā)送給單片機(jī)進(jìn)行智能處理,并通過光耦隔離電路控制電機(jī)的開啟與關(guān)閉、高速與低速運(yùn)行。光耦隔離能夠有效避免電路內(nèi)部干擾,保障電機(jī)可靠動(dòng)作。有了智能油煙機(jī),做飯?jiān)俨慌峦_、忘關(guān)油煙機(jī),方便高效。

3.3節(jié)能環(huán)保

自動(dòng)狀態(tài)下,智能油煙機(jī)能自動(dòng)關(guān)閉電機(jī),避免因?yàn)槿藶檫z忘而導(dǎo)致電機(jī)長(zhǎng)時(shí)間工作,避免電能的浪費(fèi)。

3.4待機(jī)功耗低

自動(dòng)狀態(tài)下,單片機(jī)大部分時(shí)間處于休眠狀態(tài)。單片機(jī)定時(shí)喚醒,用極小比例的時(shí)間去快速檢測(cè)溫度、油煙等環(huán)境狀態(tài)。因此,在無高溫、無油煙的待機(jī)狀態(tài)下,系統(tǒng)功耗極低。

4結(jié)語

該智能油煙機(jī)的設(shè)計(jì),通過紅外溫度傳感器、油煙傳感器智能檢測(cè)灶臺(tái)環(huán)境,能實(shí)現(xiàn)智能開啟、關(guān)閉油煙機(jī),智能選擇電機(jī)高速、低速工作狀態(tài)。該智能油煙機(jī)具有健康衛(wèi)生、方便可靠、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點(diǎn),已于2019年獲得國(guó)家實(shí)用新型專利授權(quán),專利號(hào)201～22150195.4。