智能抽油煙機(jī)控制板開發(fā)

隨著傳感器技術(shù)、微電子技術(shù)的發(fā)展，人們對抽油煙機(jī)控制功能的要求越來越高，因而對抽油煙機(jī)的控制提出了更高的要求。方便、經(jīng)久耐用、多功能則是其發(fā)展方向。以往傳統(tǒng)的手動式抽油煙機(jī)已不能滿足發(fā)展要求。為此，本文通過氣敏傳感器、熱敏電阻采集信號，對抽油煙機(jī)進(jìn)行控制，設(shè)計了一款智能抽油煙機(jī)，其使用更為人性化和方便。

一、智能抽油煙機(jī)工作原理及電路設(shè)計

設(shè)計采用QM-N10型還原性氣體傳感器。它的氣敏材料是二氧化錫(SnO2)，在清潔空氣中電導(dǎo)率較低。當(dāng)QM-N10傳感器所處環(huán)境中存在油煙時，傳感器的電導(dǎo)率隨空氣中油煙氣體濃度的增加在加熱狀態(tài)下而迅速增大。QM-N10傳感器可將電導(dǎo)率的變化轉(zhuǎn)換為與該氣體濃度相對應(yīng)的電壓輸出信號。QM-N10半導(dǎo)體氣體傳感器對油煙氣體的靈敏度高，可檢測多種濃度油煙氣體。

1.1總體電路設(shè)計方案

電路原理圖設(shè)計如圖1所示。

該電路由QM-N10傳感器、電源電路、集成非門電路、三極管開關(guān)電路、音樂報警電路、光敏傳感器電路、單相電動機(jī)控制電路等構(gòu)成。220V交流電壓經(jīng)變壓器降壓、全橋整流、電容濾波后，經(jīng)穩(wěn)壓管穩(wěn)壓成5V直流電源為集成非門電路、三極管開關(guān)電路、音樂報警電路、光敏傳感器電路、QM-N10傳感器電路供電。

當(dāng)空氣中油煙氣體達(dá)到一定濃度時，經(jīng)半導(dǎo)體氣敏傳感器QM-N10檢測，在加熱狀態(tài)下，傳感器上下兩電極間電阻值迅速降低，電路中W1可變電阻上端因W1可變電阻流過的電流迅速增大使該點(diǎn)電位上升。W1可變電阻上端點(diǎn)的電位上升使得非門F2輸出端為低電平，F(xiàn)3輸出端則變?yōu)楦唠娖?，在F3輸出端高電平的作用下，T2三極管飽和導(dǎo)通，J1繼電器線圈得電，J1繼電器的常開觸點(diǎn)J1立即閉合，單相電動機(jī)M1、M2得電運(yùn)轉(zhuǎn)將油煙抽出室外。白天因光線很強(qiáng)，光敏電阻傳感器cds電阻很小，使得W3可變電阻上端電位很高，F(xiàn)4輸出端則變?yōu)榈碗娖剑琓3三極管截止。J2繼電器線圈不能得電，它的常開觸點(diǎn)J2不能閉合，因而白天燈泡LP是不能得電的。晚上，因光線很弱，光敏電阻傳感器cds電阻很大，使得W3可變電阻上端電位很低，F(xiàn)4輸出端則變?yōu)楦唠娖?，T3三極管變?yōu)轱柡?，J2繼電器線圈得電，它的常開觸點(diǎn)J2閉合，因而晚上燈泡LP得電發(fā)光起到照明的作用。

1.2各電路工作原理分析

（1）傳感器：QM-N10氣敏元件是采用金屬氧化物半導(dǎo)體做敏感材料的N型半導(dǎo)體氣敏元件，該元件接觸氣體時電導(dǎo)率就增加。其特點(diǎn)為對油煙、煤氣有很高的靈敏度和良好的選擇性；快速的響應(yīng)恢復(fù)特性；長期的壽命和可靠的穩(wěn)定性。其主要技術(shù)參數(shù)為響應(yīng)時間小于10s，恢復(fù)時間小于60s，加熱電壓為(5±0.5)V，加熱功率小于0.5W(加熱絲冷態(tài)電阻為(50±2)Ω)，工作電壓為4～30V，工作溫度為－25～+110°C。

為提高精度和可靠性，應(yīng)該提供加熱電路來維持QM-N10氣敏傳感器正常工作時的工作溫度。因此在使用QM-N10氣敏傳感器電路正常工作時必須預(yù)熱一段時間。

（2）氣敏傳感器檢測電路：5V交流電壓直接給QM-N10氣敏傳感器發(fā)熱絲通電，讓QM-N10氣敏傳感器充分發(fā)熱，當(dāng)發(fā)熱絲的溫度到200～300℃時，氣敏傳感器處于正常狀態(tài)；測量極2端的4號管腳H、H會隨空氣中相應(yīng)的氣體濃度而變化，油煙氣體越多，電阻越小。W1(10kΩ)電阻與QMN10氣敏傳感器A、B串聯(lián)構(gòu)成檢測電路。調(diào)節(jié)W1(10kΩ)電阻的阻值可使電路檢測煤氣泄漏靈敏度達(dá)到最佳，也使檢測油煙氣體靈敏度達(dá)到最佳。

（3）音樂報警電路：音樂報警電路由IC1音樂電路芯片和三極管T1、蜂鳴器喇叭組成。當(dāng)有油煙或煤氣泄漏時，音樂電路芯片輸入端則為高電平，該高電平觸發(fā)音樂電路芯片工作，使蜂鳴器喇叭發(fā)出聲音報警。

（4）熱敏傳感器檢測電路：熱敏傳感器檢測電路由W2(5kΩ)電阻和熱敏傳感器Rt(1.3kΩ)組成。當(dāng)燒菜時的高溫油煙抵達(dá)熱敏傳感器Rt時，熱敏傳感器Rt的電阻下降很多，使F1非門輸入端為低電平，F(xiàn)1非門輸出端為高電平，由此F2非門輸出端為低電平，F(xiàn)3非門輸出端為高電平，T2三極管飽和導(dǎo)通，J1繼電器線圈得電，使單相電動機(jī)M1、M2運(yùn)轉(zhuǎn)將油煙抽出室外。熱敏傳感器檢測電路是本抽油煙機(jī)的1個亮點(diǎn)，它能夠使檢測壽命大大增長。是氣敏傳感器檢測電路的重要補(bǔ)充。

（5）光敏傳感器檢測電路：光敏傳感器檢測電路由W3(20kΩ)電阻和光敏電阻cds組成。光敏電阻cds在強(qiáng)光下電阻很小，在遮光條件下電阻很大。白天光敏電阻cds使二極管D10截止并使F4非門輸出端為低電平，T3三極管截止燈泡LP不能點(diǎn)亮；晚上光敏電阻cds使二極管D10導(dǎo)通并使F4非門輸出端為高電平，T3三極管飽和，燈泡LP得電發(fā)光。

二極管D11、D12為保護(hù)三極管T2、T3而設(shè)置。在手動狀態(tài)下，K1閉合，單相電動機(jī)M1、M2不受以上電路控制，閉合K3、K4可使單相電動機(jī)M1、M2分別在高速運(yùn)轉(zhuǎn)和低速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下工作。K2為手動關(guān)合LP燈泡所用。

二、智能抽油煙機(jī)調(diào)試與安裝

電路裝配完畢檢查正常后需要調(diào)試:取1只500mL的空礦泉水瓶，擰緊瓶蓋。用注射器抽取3毫升液化氣注入瓶中，搖晃幾分鐘，此時瓶中液化氣濃度為0.5%。先將W1可變電阻調(diào)至最小，并將氣敏傳感器放入瓶中，然后慢慢調(diào)大W1可變電阻至J1剛好吸合且喇叭發(fā)出報警聲，W1可變電阻就調(diào)好了，然后就將W1可變電阻用油漆封固。

再倒一大杯溫水，水溫稍高于當(dāng)?shù)刈罡邭鉁?，把熱敏電阻放入水中，調(diào)整W2可變電阻使J1剛好吸合，此時W2可變電阻也調(diào)好了，再將W2可變電阻封固。W3可變電阻的調(diào)整應(yīng)在光敏電阻cds遮光時進(jìn)行。調(diào)試完畢，打開抽油煙機(jī)機(jī)外殼，將控制電路裝進(jìn)一塑料盒固定在機(jī)內(nèi)適當(dāng)位置。氣敏傳感器和光敏電阻安裝在抽油煙機(jī)正面外殼上，此處油煙污染小。功能開關(guān)K1安裝在開關(guān)板上。熱敏電阻用膠粘在熱空氣集中的兩風(fēng)扇中間處，在熱敏電阻和機(jī)殼之間需加絕熱材料。最后把繼電器觸點(diǎn)與抽油煙機(jī)手動開關(guān)作相應(yīng)連接，加裝溫度控制電路和照明控制電路，安放好氣敏傳感器的安裝位置，調(diào)試與安裝工作就完成了。

總結(jié)

本設(shè)計以QM-N10N型半導(dǎo)體氣敏元件作為油煙及煤氣泄漏檢測傳感器，結(jié)合氣敏傳感器檢測電路，音樂報警電路，熱敏傳感器檢測電路，光敏傳感器檢測電路實(shí)現(xiàn)了智能抽油煙機(jī)的功能。通過調(diào)試安裝，可行性實(shí)驗，達(dá)到了我們設(shè)計的預(yù)想效果。是一款功能完善、工作性能好的智能抽油煙機(jī)?；跉饷粼耐ㄓ眯裕€可以由實(shí)際需要進(jìn)行改進(jìn)。例如火災(zāi)報警，煤礦瓦斯氣體的檢測與抽排場合都是有用武之地的。

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