智能抽油烟机控制器的研制

2022-09-21吴萍曾智忠江世明龙忠

电子测试 2022年17期

吴萍，曾智忠，江世明，龙忠

（邵阳学院，湖南邵阳，422000）

0 引言

抽油烟机是家庭厨房通用的产品，在改善家庭环境中起到重要作用，然而纵观现在的抽油烟机，存在两个问题：一是启动和关闭抽油烟机是人为决定，由于存在个体对油烟浓度判断的差异，因此存在过抽和欠抽的问题；二是炒菜过程中，油烟是动态变化的，而传统的抽油烟机抽风的速度是固定的，因此存在油烟浓度与抽风速度不匹配的问题。如何解决这两个问题，本文提出了一种智能抽烟机技术方案，并加以实施，按照国标（GB/T17713-2011）要求，自动开启和关闭抽油烟机，抽油烟速度自适应调整，从而实现了又智能又节能的目标。

1 技术方案

智能抽油烟机组成如图1所示。

图1 智能抽油烟机组成框图

在抽油烟的四周，均布四个油烟浓度传感器，抽风机中装有转速传感器，抽风机的转速由晶体管数字控制器控制。显示器由两个串口LED显示模块组成，用于显示油烟浓度和抽风强度。网络模块与CPU相连。系统通电后，在CPU控制下，每1秒检测一次周围油烟浓度，然后根据油烟检测值控制抽风机的开关和运转速度[1]。为实现智能物联，系统采集数据通过ESP8266WIFI模块，传送到Onenet云平台，手机APP客户端接收来自云平台数据，远程控制抽油烟机的开关[2]。

2 系统电路设计

2.1 油烟浓度检测电路

如图2是油烟浓度检测电路。

图2 油烟浓度检测电路

油烟浓度检测采用TGS2600Q气体传感器，LM393为比较放大器， AOUT1输出模拟量，DOUT1输出数字量[3]，本设计AOUT1接CPU的A/D转换端。

2.2 抽风机转速控制

2.2.1 集成专用调压芯片WS100T10

风机采用调压控制技术，WS100T10是一块用于工频的交流控制系统的专用集成电路，采用CMOS工艺制造，与外部交流脉冲同步的全数控精密双通道双向可控硅移相触发电路[4]。每个通道单独控制，并提供多种控制方式以满足用户不同的应用要求,WS100T10的引脚分布如图3所示。

图3 WS100T10引脚分布图

DATA是数据端；

CLK是同步脉冲端；

STB是同步信号；

AC_CP_IN脚是同步信号输入端；

CH1_OUT、CH2_OUT脚是双通道脉冲输出端。

WS100T10的工作时序如图4所示。

图4 WS100T10工作时序

系统在程序控制下，将数据从DATA端，按图4的工作时序，写入到WS100T10中。向WS100T10写入0XXXXXXX 是控制第7 脚，写入1XXXXXXX 是控制第6 脚。当XXXXXXX=0时, 7、8脚输出低电平（关闭）,当XXXXXXX=1时，全功率输出。在交流电是50Hz时，XXXXXXX=1→80功率从最大到关闭[5]，波形如图5所示。

图5 WS100T10写入数据与触发角的关系示意图

2.2.2 交流过零检测电路

WS100T10芯片的AC_CP_IN引脚是同步信号输入端，对于交流调压系统来说，需要给他提供的是交流过零信号[6]。图6是交流过零检测电路，R2、R3是限流电阻，R1是上拉电阻，P620是双向光耦。图7是过零检测电路在Proteus中的仿真结果。从仿真结果看，输入端过零时，在输出端输出一个方波。

图6 过零检测电路

2.2.3 风机调速电路

风机转速控制电路如图8所示。L、N接电源，N、LOUT接风机，PA7、PB1、PB10与CPU相连。TLP620是双向光电耦合器，用来检测交流过零点，TLP620的输出端4脚接WS100T10的5脚，交流过零点信号从AC_CP_IN脚输入。CPU通过程序，按图4时序，通过PA7、PB1、PB10写入数据。WS100T10接到过零信号后，将根据写入的数据，从WS100T10的7脚发出脉冲信号，MOC3022是光耦驱动集成电路，控制双向晶阐管Q1。当XXXXXXX=0时,7脚输出低电平，晶阐管无触发，系统关闭；当XXXXXXX=1时，7脚输出端电平，晶阐管全导通，全功率输出；当XXXXXXX=1→80时，WS100T10接收到过零信号后，根据接收数据向MOC3022发出脉冲，数字越大，所发发脉冲离过零信息的时间就越短，从而实现抽风机调速[7]。

图8 风机控制电路

2.3 抽油烟机转速检测电路

抽油烟机转速检测电路如图9所示。采用霍尔传感器，检测抽风机的转速，霍尔传感器装在风叶之间[8]。图10是实验时采集到的波形（转速增大，波形变密）。

图9 霍尔传感器

图10 霍尔传感器实测波形

2.4 物联网监控

产品与手机智能物联方案如图11所示，CPU通过ESP8266将采集数据送到Onenet云平台,同时接收来自产品发来的指令。手机APP是自主设计的特定程序，连接网络后，接收来自云平台的数据。

图11 智能物联方案

2.5 显示电路

显示系统由两组四位一体串口数码管组成，一组用于显示油烟浓度，另一组用于显示抽油烟机转速，显示的数据通过图12的J1-1、J1-2写入。

图12 四位一体数码显示模块

3 系统程序设计思路

系统启动后，在CPU的控制下，对油烟机周围四个传感器的浓度每1秒钟采样一次，并进行A/D转换。当发现有任何一个点的油烟浓度超标，立即启动抽烟机的排风扇（转速设为750转/秒）。

系统调速：每1秒检测一次，取最大值D。油烟浓度在2.0ppm以下时，根据采样结果，按n=750D（转/秒）的公式调速。油烟浓度在2.0ppm以上时，系统以额定转速运行（n=1500转/秒）。在炒菜过程中，会出现油烟忽大忽小的问题，同样取最大值作为调节的依据。

系统启停机条件：当检测到周围油烟浓度低于国家标准值时（0.50ppm），系统再延续5分钟停机；当系统检测到周围油烟浓度大于国家标准值时，启动抽油烟机。系统程序流程如图13所示。

图13 系统程序流程图

4 样机研制

以侧吸式抽油机为例，进行技术改造，在抽油烟机的四周均匀布置四个油烟浓度检测传感器，上方安置两个四位一体的数码管，用于显示油烟厚度和抽风机的转速。霍尔传感器装在抽风机的间板中。整个系统在CPU控制下工作，系统不断检测油烟浓度，根据油烟浓度调整决定系统的开关和转速的大小，产品和实物如图14，实测油烟浓度与转速的关系如图15，手机远程监控界面如图16。