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智能抽油烟机控制板开发


随着传感器技术、微电子技术的发展,人们对抽油烟机控制功能的要求越来越高,因而对抽油烟机的控制提出了更高的要求。方便、经久耐用、多功能则是其发展方向。以往传统的手动式抽油烟机已不能满足发展要求。为此,本文通过气敏传感器、热敏电阻采集信号,对抽油烟机进行控制,设计了一款智能抽油烟机,其使用更为人性化和方便。

一、智能抽油烟机工作原理及电路设计

设计采用QM-N10型还原性气体传感器。它的气敏材料是二氧化锡(SnO2),在清洁空气中电导率较低。当QM-N10传感器所处环境中存在油烟时,传感器的电导率随空气中油烟气体浓度的增加在加热状态下而迅速增大。QM-N10传感器可将电导率的变化转换为与该气体浓度相对应的电压输出信号。QM-N10半导体气体传感器对油烟气体的灵敏度高,可检测多种浓度油烟气体。

1.1总体电路设计方案

电路原理图设计如图1所示。

该电路由QM-N10传感器、电源电路、集成非门电路、三极管开关电路、音乐报警电路、光敏传感器电路、单相电动机控制电路等构成。220V交流电压经变压器降压、全桥整流、电容滤波后,经稳压管稳压成5V直流电源为集成非门电路、三极管开关电路、音乐报警电路、光敏传感器电路、QM-N10传感器电路供电。

图1 智能抽油烟机电路图

当空气中油烟气体达到一定浓度时,经半导体气敏传感器QM-N10检测,在加热状态下,传感器上下两电极间电阻值迅速降低,电路中W1可变电阻上端因W1可变电阻流过的电流迅速增大使该点电位上升。W1可变电阻上端点的电位上升使得非门F2输出端为低电平,F3输出端则变为高电平,在F3输出端高电平的作用下,T2三极管饱和导通,J1继电器线圈得电,J1继电器的常开触点J1立即闭合,单相电动机M1、M2得电运转将油烟抽出室外。白天因光线很强,光敏电阻传感器cds电阻很小,使得W3可变电阻上端电位很高,F4输出端则变为低电平,T3三极管截止。J2继电器线圈不能得电,它的常开触点J2不能闭合,因而白天灯泡LP是不能得电的。晚上,因光线很弱,光敏电阻传感器cds电阻很大,使得W3可变电阻上端电位很低,F4输出端则变为高电平,T3三极管变为饱和,J2继电器线圈得电,它的常开触点J2闭合,因而晚上灯泡LP得电发光起到照明的作用。

1.2各电路工作原理分析

(1)传感器:QM-N10气敏元件是采用金属氧化物半导体做敏感材料的N型半导体气敏元件,该元件接触气体时电导率就增加。其特点为对油烟、煤气有很高的灵敏度和良好的选择性;快速的响应恢复特性;长期的寿命和可靠的稳定性。其主要技术参数为响应时间小于10s,恢复时间小于60s,加热电压为(5±0.5)V,加热功率小于0.5W(加热丝冷态电阻为(50±2)Ω),工作电压为4~30V,工作温度为-25~+110°C。

为提高精度和可靠性,应该提供加热电路来维持QM-N10气敏传感器正常工作时的工作温度。因此在使用QM-N10气敏传感器电路正常工作时必须预热一段时间。

(2)气敏传感器检测电路:5V交流电压直接给QM-N10气敏传感器发热丝通电,让QM-N10气敏传感器充分发热,当发热丝的温度到200~300℃时,气敏传感器处于正常状态;测量极2端的4号管脚H、H会随空气中相应的气体浓度而变化,油烟气体越多,电阻越小。W1(10kΩ)电阻与QMN10气敏传感器A、B串联构成检测电路。调节W1(10kΩ)电阻的阻值可使电路检测煤气泄漏灵敏度达到最佳,也使检测油烟气体灵敏度达到最佳。

(3)音乐报警电路:音乐报警电路由IC1音乐电路芯片和三极管T1、蜂鸣器喇叭组成。当有油烟或煤气泄漏时,音乐电路芯片输入端则为高电平,该高电平触发音乐电路芯片工作,使蜂鸣器喇叭发出声音报警。

(4)热敏传感器检测电路:热敏传感器检测电路由W2(5kΩ)电阻和热敏传感器Rt(1.3kΩ)组成。当烧菜时的高温油烟抵达热敏传感器Rt时,热敏传感器Rt的电阻下降很多,使F1非门输入端为低电平,F1非门输出端为高电平,由此F2非门输出端为低电平,F3非门输出端为高电平,T2三极管饱和导通,J1继电器线圈得电,使单相电动机M1、M2运转将油烟抽出室外。热敏传感器检测电路是本抽油烟机的1个亮点,它能够使检测寿命大大增长。是气敏传感器检测电路的重要补充。

(5)光敏传感器检测电路:光敏传感器检测电路由W3(20kΩ)电阻和光敏电阻cds组成。光敏电阻cds在强光下电阻很小,在遮光条件下电阻很大。白天光敏电阻cds使二极管D10截止并使F4非门输出端为低电平,T3三极管截止灯泡LP不能点亮;晚上光敏电阻cds使二极管D10导通并使F4非门输出端为高电平,T3三极管饱和,灯泡LP得电发光。

二极管D11、D12为保护三极管T2、T3而设置。在手动状态下,K1闭合,单相电动机M1、M2不受以上电路控制,闭合K3、K4可使单相电动机M1、M2分别在高速运转和低速运转状态下工作。K2为手动关合LP灯泡所用。

二、智能抽油烟机调试与安装

电路装配完毕检查正常后需要调试:取1只500mL的空矿泉水瓶,拧紧瓶盖。用注射器抽取3毫升液化气注入瓶中,摇晃几分钟,此时瓶中液化气浓度为0.5%。先将W1可变电阻调至最小,并将气敏传感器放入瓶中,然后慢慢调大W1可变电阻至J1刚好吸合且喇叭发出报警声,W1可变电阻就调好了,然后就将W1可变电阻用油漆封固。

再倒一大杯温水,水温稍高于当地最高气温,把热敏电阻放入水中,调整W2可变电阻使J1刚好吸合,此时W2可变电阻也调好了,再将W2可变电阻封固。W3可变电阻的调整应在光敏电阻cds遮光时进行。调试完毕,打开抽油烟机机外壳,将控制电路装进一塑料盒固定在机内适当位置。气敏传感器和光敏电阻安装在抽油烟机正面外壳上,此处油烟污染小。功能开关K1安装在开关板上。热敏电阻用胶粘在热空气集中的两风扇中间处,在热敏电阻和机壳之间需加绝热材料。最后把继电器触点与抽油烟机手动开关作相应连接,加装温度控制电路和照明控制电路,安放好气敏传感器的安装位置,调试与安装工作就完成了。

总结

本设计以QM-N10N型半导体气敏元件作为油烟及煤气泄漏检测传感器,结合气敏传感器检测电路,音乐报警电路,热敏传感器检测电路,光敏传感器检测电路实现了智能抽油烟机的功能。通过调试安装,可行性实验,达到了我们设计的预想效果。是一款功能完善、工作性能好的智能抽油烟机。基于气敏元件的通用性,还可以由实际需要进行改进。例如火灾报警,煤矿瓦斯气体的检测与抽排场合都是有用武之地的。

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