基于传感器的智能抽油烟机设计及实现
摘 要：随着当前人们的生活质量的不断提高，在家庭中智能厨房除油烟机的使用越发常见。相比较老式厨房除油烟机，新型智能厨房除油烟机能够实现高度的自动化及灵敏性的打造，并且能够提高油烟处理的效率。在智能厨房除油烟机的系统之中分为检测和控制两大部分，其中传感器就主要作用于检测系统。在本文章中，就围绕着传感器下的智能厨房除油烟机的设计进行研究，以期能够通过本文章的研究为智能厨房除油烟机的设计提供理论参考。
关键词：传感器;智能厨房除油烟机;电路设计;检测系统
油烟机是当前人们生活中最常见的家用电器之一。其主要功能作用是对厨房烹饪所产生的废弃和油烟进行去除，同时，还能够实现对厨房水分和其他气味的去除。传统的厨房用抽油烟机，需要手动进行开起，当厨房内存在无色无味的有害气体的时候，人们很难发掘，这就使得人类的健康存在威胁。此外，在抽油烟机设备开启后，经常会存在忘记关闭抽油烟机的表现，造成电力的浪费及容易造成抽油烟机长时间工作的故障。基于此，智能抽油烟机理念营运而生，智能除油烟机具备科学和自动化的检测系统和控制系统，能够通过借助智能传感器来对空气中的烟气含量进行检测，并通过自动化控制系统进行抽油烟机的开启和关闭，以此来实现快速反应，实现能源节约与环境保护。
1、智能传感器的发展
1.1随着自动化生产模式的进一步扩大，高精度化方向的发展，智能传感器的技术水平也在不断提高，高精度智能传感器是生产自动化可靠性的有效保证。智能传感器具有灵敏度高，精度高，响应速度快，互换性好等特点，是未来的发展趋势。
1.2高可靠性和宽温度范围的发展由于智能传感器的可靠性直接影响抗干扰等电子设备的性能，我们需要研究和发现新材料，使用新材料开发基本传感器。基本传感器是智能传感器的基础，其制造和性能对整个智能传感器有很大影响。脱硅材料具有优异的物理性质，可以很容易地制成各种集成传感器。此外，功能陶瓷，石英，记忆合金都是制造传感器的高质量材料。它用于开发具有高可靠性和宽温度范围的智能传感器，以抵抗电磁干扰。
1.3小型化的趋势，各种控制仪器和设备正变得越来越强大，但也需要体积的小型化，智能传感器肯定不例外。这需要开发新材料。材料和精细加工技术。近年来，微加工技术变得越来越成熟，可以加工高性能微结构传感器，ASIC制造技术，并可用于制造智能传感器。开发出体积非常小，智能传感器可互换性好的可靠性。
1.4智能传感器在低功耗和钝化方向上的发展是基于从非电力到电量的转换原理，电源是其正常运行的必要部分，一旦在现场或在远离电网的工作环境中，电池供电或太阳能供电将成为智能传感器应用的动力源，可以节省能源并改善系统。现在迫切需要智能传感器的寿命，这决定了微功率传感器和无源传感器的发展将是智能传感器的必然发展方向。
1.5在智能数字化方向上智能传感器的功能不再受传统功能的限制，因为我国自动化技术的进步，以及对智能传感器的要求，即输出不超过单一模拟信号，这些数字信号中的一些具有一定的控制功能，这也是智能传感器发展的趋势。
1.6近年来走向网络化，网络的作用和优势逐渐凸显，智能传感器网络占据越来越重要的地位。网络化智能传感器不仅可以促进中国电子科技的发展和进步，还可以推广世界上的智能传感器。
2、智能廚房除油烟机系统的设计理念
在互联网的背景下，智能家电越来越受到用户和品牌公司的青睐，从冰箱，洗衣机彩电，小型到微波炉，几乎所有产品都开始融入智能元素。然而，市场上许多所谓的智能家电产品现在更侧重于产品连接水平：添加遥控模块或简单的传感器模块来实现所谓的遥控。这本质上是一种噱头，因为这些产品的所谓智能并不将智能技术应用于产品的核心功能，而只是简单地为产品添加了所谓的互连概念。
中国的几个知名品牌，如方泰，西门子，美国，海尔，老板和华帝，都在一定程度上引入了自己的“智能烟机”，实现了烟机的智能化。如自动巡航助力器，厨房空气管家，风声，烟灶联动，智能自洁，智能数控等。对于消费者而言，家电智能不应该是一个概念，而是一个更有效的解决用户核心痛点的方法。就烟灰机而言，使用者的真正痛点是吸烟效果。因此，智能烟尘机应该关注产品核心功能和技术的智能领域。
纵观油烟机智能功能的发展历史，真正的智能功能应该为消费者带来实际意义，简化操作，让消费者在使用油烟机的过程中专注于厨房烹饪的乐趣。 。目前，采用现代工业自动控制技术，互联网技术和多媒体技术的油烟机产品，可以自动感知工作环境的空间状态和产品本身的状态。能够在家中或远程自动控制和接收用户控制指令;更先进的智能通风机，作为智能家用电器的一个组成部分，可以与其他家用电器，家电和设施互连，实现智能家居功能。在未来的开发过程中，智能厨房除油烟机将有更多的发展空间，以下是智能厨房除油烟机系统设计理念的分析：
智能厨房除油烟系统，其根据功能主要分为两大系统：传感检测系统和自动控制系统。控制系统主要包括开关、报警器、定时器，检测系统则包括各式各样的传感器。通过传感器对厨房内的烟气浓度进行检测，并对相应信息进行采集，然后运用数据分析和设定参考值对比，进行设备的开关控制。以确保当外部环境的信息值达到参考值的时候，油烟机能够反应信号并传递信息给控制系统，让控制系统打开除油烟机。另外，检测系统中的传感器中还可以对空气中的污染物质浓度和烟雾浓度进行检测，当检测数据发现超过警戒线的时候，传感器会发出信号传递给报警系器，报警器会迅速响应，发出警报，以此来避免火灾和事故。智能厨房除油烟机中的定时系统，能够根据厨房使用者的使用习惯进行工作时间的设定，以此来避免电能的浪费。在智能厨房为了避免故障问题还增加了一个手动的控制开关，以便在发生自动控制故障的时候，能够确保设备正常运行。
3、系统原理及组成
3.1系统原理框图设计
整个厨房除油烟机控制系统分为两部分：检测部分和控制部分。检测部分分为三个部分：键输入，气体检测和烟雾检测;控制部分主要由AT89C51单片机控制，具有开关电路，自动报警系统和定时显示系统。此外，还有看门狗模块可以检测电源的稳定性和程序的运行状态。通过传感器实时收集气体（天然气）浓度和烟气浓度，通过温度传感器测量温度，对烟雾和易燃或有毒气体进行采样，并通过烟雾传感器测量浓度。使烟雾浓度的实时测量和可燃或有毒气体的浓度传输到单片机进行比较。当烟雾或可燃气体或有毒气体的浓度超过设定的阈值时，单片机控制继电器打开厨房除油烟机的风扇，并发出警报声，同时烟雾或有害气体进入房子被解雇了;温度检测可以防止火灾，定时模块可以设定厨房除油烟机的工作时间，实现厨房除油烟机的智能化。击键输入部分是定时时间和关闭报警的设置。还有灯和手动开关，手动开关和普通油泵。卷烟机的操作是相同的，以满足用户的需要。当烟气浓度或有害气体浓度过高而温度过高时，启动电机排出烟气和有害气体，并报警，以达到厨房除油煙机的安全。
3.2系统设计的主要硬件功能模块
3.2.1气体检测：电路烟雾传感器MQ-2对不同浓度和不同种类的气体有不同的电阻值，因此使用该元件时应调整灵敏度，调节变阻器RP2的灵敏度。气体烟雾检测原理，与门和烟雾传感器连接，同样使用[INT0]中断。当厨房中的气体含量低于设定值或不含气体时，MQ-2电阻值非常大，电压比较器上的引脚2的电压大于引脚3的电压和输出电压高。平坦，[INT0]输入高电平而不触发中断。当空气中的气体变大时，MQ-2电阻减小，电压比较器上的引脚2的电压小于引脚3的电压，即当气体浓度大于设定值时，电压比较器输出低电平，触发中断，并进入中断服务程序。启动厨房除油烟机和报警器。
3.2.2烟雾探测：电路烟雾探测和气体探测由[INT0]输入单片机设置，与门连接。烟雾检测电路如图3所示，电位器调节灵敏度，电压比较器LM393用于比较两个红外接收二极管和两个红外接收二极管。端子的电压值R 39是电压比较器的上拉电阻。当没有烟雾时，LM393的引脚2的电压大于引脚3的电压，因此电压比较器输出高电平并且不触发[INT0]中断;当烟雾进入窗口时，GD1受光强度弱于GD2接收，流经GD1的电信号小于流经GD2的信号，LM393引脚2的电压降低，当引脚2接收的电压较小时比引脚3接收的电压，电压比较器LM393输出低电平，触发[INT0]中断，风扇启动和报警。
3.2.3温度检测：电路设计用于将温度传感器DS1820测量的温度代码传送到P1.3端口，然后处理由单片机程序获得的数据。 DS1820的工作电压为3V至5V，VDD连接到电源，引脚GND接地。厨房除油烟机的最低启动温度为45℃。如果温度高于此温度，则启动厨房除油烟机，然后在120秒后进行测试，并继续在45℃以上运行，并关闭低于45℃的厨房除油烟机。温度检测电路如图4所示.3.3系统软件设计开始时的初始化，首先判断时间如果_buf的值大于0，即定时时间大于0，或者触发[INT0] ，风扇旋转，然后判断P1是否传输温度数据。 3大于45℃，启动45℃以上的范围机并发出警报;如果没有气体泄漏，温度正常，检查定时功能是否打开，打开定时功能并启动风扇，否则风扇不会启动。
4、传感技术在智能厨房除油烟机中的应用
气敏传感器的应用：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。所以可以将N型半导体气敏传感器应用到油烟检测当中来，利用其气敏的特性、优异的快速反应性能和持久性能，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。
1―二氧化锡气体敏感层;2―Au电极;3―Pt电极;
4―镍铬合金加热线圈;5―三氧化二铝陶瓷管;6―不锈钢防爆金属网;
7―镀镍的铜质卡环;8―塑料基座;9―镀镍的铜质管脚
由于气体传感器的正常运行需要保持一定的工作温度，因此需要在使用前预热气体传感器，使其达到预定的工作温度，然后打开系统。气体传感器可以继续正常运行并充分发挥其作用。智能厨房除油烟机电路中气体传感器的具体工作流程如下：（1）交流电机开启，交流电压施加在气体传感器的两端，电热丝施加在气体传感器被电流加热。当电热丝的温度达到200℃时，气体传感器的预热完成，可以正常使用。 2可以测量Au极。由于外部环境中气体浓度的变化，引脚的电阻变化，气体的浓度越大，电阻越小。通过使用该特性，可以及时控制厨房中的油烟浓度。 3最大电阻值为1.0×104Ω的可控电阻与气体传感器串联，形成检测线。 4调节可控电阻的电阻值。气体传感器的灵敏度最高，油烟检测效率得到提高。 5当室内油烟浓度超标时，气体传感器会立即作出反应并将信号传送给控制系统。当室内油烟浓度过高或气体浓度过高而无法满足报警条件时，智能厨房除油烟机6自动开启，气体传感器将信号传送至音乐报警电路，音乐报警电路接收报警信号，在输入端显示为高电平。高电平会刺激电路芯片并使蜂鸣器发出警报。
热传感器的应用可分为接触式和非接触式两种，但在智能厨房除油烟机中，使用需要与热介质直接接触的接触式热传感器。热传感器的检测电路由最大电阻5.0×103Ω控制。电阻式和热敏式传感器是气体传感器检测的重要辅助手段，弥补了气体传感器检测的不足，为油烟检测提供了一层保证。具体检测方法如下：1，在厨房烹饪时，会产生大量油烟，这些油烟都具有一定的温度。当这些高温烟雾与热敏传感器接触时，热敏传感器的电阻将发生变化。温度越高，热传感器的电阻越低。 2F1非门输入端口处于低电平状态，输出端口处于高电平状态。根据此规则，F2非门的输出将表现为低电平状态。 F3非门的输出将处于高电平状态。晶体管达到饱和状态，导致线路导通，继电器线圈开始供电，单相电机开始运转，烟气从空气中排出。
广敏传感器的应用主要由最大电阻值为2.0×104Ω的可控电阻和广敏传感器组成。广敏传感器的电阻随光强而变化。当传感器处于强光效果时，电阻会变小，但在弱光或暗光条件下，电阻会增加。使用此功能，广敏传感器可应用于智能。 LED数据显示面板和厨房除油烟机的操作面板可以根据外部照明条件调节LED显示面板的亮度。广敏传感器的具体应用流程如下：1，白天，当照度较强时，广敏传感器使二极管截止，F4非门的输出处于低电平状态，晶体管也相应地结束。所以LED灯将关闭; 2在夜间或在低光照条件下，光敏电阻将连接到二极管，使F4非栅极的输出将表现为高电平状态，晶体管也将变为饱和，并且LED灯将被转动上。
5、结束语
油烟机是人们日常生活中最常用的家用电器之一。它具有去除油烟和净化室内空气的功能，对人们的健康起到了有益的作用。随着中国现代化的发展，家用电器的自动化已成为现代家用电器发展的趋势。传感技术在智能厨房除油烟机的设计和实现中的应用，对提高智能厨房除油烟机的自动化水平具有重要意义。气体传感器的应用可以检测出油烟和气体的浓度，并通过自身阻力的变化反映出油烟和气体浓度的变化。传感器的应用会引起室内油烟温度，油烟浓度越高，温度越高，传感器的阻力越小;广敏传感器的应用可以调节智能厨房除油烟机LED灯显示面板的照明，实现电能的节约。综上所述，传感技术在智能厨房除油烟机中具有很强的实用性。希望相关研究部门重视传感技术，加强传感技术的研究和应用，为提高智能厨房除油烟机的自动化水平创造有利条件。
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