一种用于油烟机的模糊智能开关装置与模糊智能变速控制方法

摘要

本发明公开了一种用于油烟机的模糊智能开关装置与模糊智能变速控制方法。包括模糊控制器、离子烟雾传感器、电流调节器、变速调节器、警示模块、电源转换器和PMU电源管理单元。电源转换器经PMU电源管理单元与模糊控制器、警示模块、电流调节器、变速调节器和离子烟雾传感器连接；离子烟雾传感器感应到烟雾后转换成电压值送给模糊控制器，其驱动电流调节器控制电路中电流，再经变速调节器改变油烟电机功率实现智能调速；当油烟浓度过高警示模块自运行。本发明能实现油烟机在不同油烟浓度环境中智能调速且能实现较高油烟浓度时的安全报警提示，避免高浓度烟雾对人体造成伤害和日常生活中因油烟机需频繁启停带来不便，同时也提高了油烟机的工作性能。

说明书

技术领域

本发明涉及油烟机的研究领域，特别是涉及了一种用于油烟机的模糊智能开关装置与模糊智能变速控制方法。

背景技术

21世纪以来，随着科学技术的发展，油烟机技术越来越完善，油烟机的排气扇都是与电机直连的简单机构，空气中的油烟浓度允许油烟机通过改变电机转速获得较好的空气质量，从而更好的净化周围工作环境的空气。一般的油烟机都是手动进行开关和调节速度，具有一定的实用性。此外，因为它结构简单，机械稳定性好，所以成本低廉、性价比很高。最初的主要应用领域就是在家庭厨房里。近几年来，随着新的应用和技术不断的更新和拓展，例如其设计外观上，体积、颜色、形状等方面：适当的体积加之颜色与形状的巧妙搭配会给人一种别样的美感，是选购人员有效的选择参考价值之一；在其应用环境领域中，它不仅仅局限于家庭环境下的使用，它还可以应用于周围工作环境比较复杂而又不得不进行人工处理的领域，使其净化周围工作环境，从而保持通风从而改善从业人员的工作环境和身体健康；在其技术应用领域中，从开始的高能耗高噪声等到现如今的低功耗以及“无声”技术，从开始的手动式到现如今的全自动式，进一步到现如今的智能式发展等等。

随着科学技术的进步和人们生活水平的不断提高和加快，目前手动式和固定的自动式油烟机已经跟不上人们的思想观念和生活水平，智能化的理念和技术更是已经深入人心。当工作一天的人们回到家中，做饭过程中对油烟的应用在所难免，即使在此过程中没有忘记打开油烟机，但是还要考虑到调速等一系列问题，费时费力但又不能忽视，否则就会产生不必要的能耗损失和浪费等。若在家庭生活中，忘记关闭天然气阀门等，自然也会造成一定空气环境的污染，严重者更有爆炸等潜在危险发生。现有的油烟机大多数只是手动或是简单的固定自动，无法在不同油烟浓度或是其周围环境较复杂的情况下进行实时自我变速调节和报警提示，长时间如此就会产生不必要的能耗损失又费时费力，更甚者可能会危及人身健康或是安全。现如今，市面上一些常见的油烟机在这种环境下并没有或不完全具有此种功能作用，更因为其它因素而无法应用到油烟机当中。

发明内容

为了解决背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供了一种用于油烟机的模糊智能开关装置与模糊智能变速控制方法。

本发明是通过以下方案实现的：

一种用于油烟机的模糊智能开关装置包括模糊控制器、电流调节器、变速调节器、离子烟雾传感器、电源转换器、PMU电源管理单元、警示模块和离子烟雾传感器外壳；离子烟雾传感器外壳(1.9)固定在油烟机的集风罩与上盖板之间的网罩上，并位于油烟机的过滤油网的正上方，电流调节器、变速调节器、电源转换器、PMU电源管理单元、警示模块和模糊控制器均安装在电器控制盒(1.12)内，电器控制盒(1.12)固定在油烟机箱体外壳组件(1.7)上，离子烟雾传感器安装在离子烟雾传感器外壳(1.9)内；

模糊控制器分别与电流调节器和离子烟雾传感器连接，电流调节器与变速调节器连接，电源转换器经PMU电源管理单元分别连接模糊控制器、电流调节器、变速调节器、警示模块和离子烟雾传感器进行供电。

优选的，所述的离子烟雾传感器外壳包括上盖、上盖锁件、底座、底座感应窗口、底座锁件、可伸缩支架脚、平行移动支架条、支架圈、平行移动支架条接口；上盖与底座铰接，并可通过相互配合的上盖锁件和底座锁件进行锁紧，底座外壳上设置有支架圈，所述的支架圈上均匀连接有四根可伸缩支架脚，四根可伸缩支架脚分为两组，每组连接一根与吸油烟窗口具有匹配弧度的支架条，两根支架条相互平行，平行移动支架条的两端设有平行移动支架条接口；底座感应窗口设置在底座上。

优选的，所述的油烟机的吸油烟窗口(1.13)内侧设置有上下平行的导轨，导轨与平行移动支架条接口对接，实现离子烟雾传感器外壳的左右滑动。

优选的，所述的平行移动支架条(2.7)具有与油烟机吸油烟窗口(1.13)匹配的弧度，所述的可伸缩支架脚可沿平行移动支架条平行移动。

优选的，所述的离子烟雾传感器采用NIS-07离子式烟雾传感器，离子烟雾传感器外壳为塑料材质，且内部有石英保温层以防外界温度变化过大对离子烟雾传感器的灵敏度造成影响。

优选的，模糊控制主控制器采用STC89C52单片机。

所述模糊智能开关装置用于油烟机的模糊智能变速控制方法，其特征在于包括如下步骤：

离子烟雾传感器安装在离子烟雾传感器外壳(1.9)内，并由相互配合的上盖锁件和底座锁件进行锁紧；离子烟雾传感器外壳通过平行移动支架条接口安装在油烟机的吸油烟窗口(1.13)内侧设置的平行导轨上；

电源转换器将220V交流电转换成直流电压经PMU电源管理单元连接模糊控制器、电流调节器、变速调节器、警示模块和离子烟雾传感器进行供电；

离子烟雾传感器实时采集周围环境烟雾浓度值，并将其转换成相应电压值传递给模糊控制器，模糊控制器将离子烟雾传感器采集到的周围环境烟雾浓度电压值与设定阈值作比较，根据比较结果产生PWM信号驱动电流调节器，电流调节器通过电流改变变速调节器的工作参数，进而改变油烟机电机的工作功率，实现智能调速。

所述的模糊控制器将离子烟雾传感器采集到的烟雾浓度电压值与烟雾浓度电压阈值进行比较，若离子烟雾传感器采集的烟雾浓度电压值高于烟雾浓度初始电压阈值u₀，油烟机将自动开启；

若离子烟雾传感器采集的烟雾浓度电压值高于烟雾浓度安全电压阈值u_m，警示模块自动运行；

若离子烟雾传感器采集的烟雾浓度电压值低于烟雾浓度初始电压阈值u₀，油烟机将自动关闭。

若离子烟雾传感器采集的烟雾浓度电压值高于烟雾浓度初始电压阈值u₀，油烟机将自动开启；此时根据离子烟雾传感器采集的烟雾浓度电压值，模糊控制器产生PWM信号驱动电流调节器，并通过改变PWM波形起到调节的目的，进一步调整变速调节器的相应参数，使油烟电机的输出功率可随烟雾浓度电压值而改变。

本发明的模糊智能开关装置和模糊智能变速控制方法具有调节范围大、无振动、反应快捷灵敏、体积小、重量轻等特点，且工作可靠，操作简便，易于进行开关控制和变速调节，主要用于家庭厨房或是易产生油烟和离子粉尘的场合。

本发明利用模糊控制技术对油烟机的关键工作部位电机进行模糊调速处理，并根据周围环境的离子烟雾浓度的高低进行智能控制，实现了模糊智能启停和速度调节，避免了油烟机在不同离子烟雾浓度中工作时还要进行频繁开关或调速，从而产生不必要的人力物力损失等。

附图说明

图1是本发明模糊启停和变速装置的油烟机结构示意图。

图2是本发明装载离子烟雾传感器的结构示意图。

图3是本发明电器控制盒的结构布局示意图。

图4是本发明模糊启停和变速装置的工作示意图。

图中：1.1、电源总开关，1.2、LED灯饰开关，1.3、低档模式按钮，1.4、中档模式按钮，1.5、高档模式按钮，1.6、轻触模式转换开关，1.7、箱体外壳组件，1.8、面板组件，1.9、离子烟雾传感器外壳，1.10、上下平行移动支架条，1.11、左右平行移动支架导轨，1.12、电器控制盒，1.13、吸油烟窗口，2.1、上盖，2.2、上盖锁件，2.3、底座，2.4、底座感应窗口，2.5、底座锁件，2.6、可伸缩支架脚，2.7、平行移动支架条，2.8、支架圈，2.9、平行移动支架条接口，3.1、模糊控制器，3.2、电流调节器，3.3、变速调节器，3.4、电源转换器，3.5、PMU电源管理单元，3.6、警示模块，3.7、电器控制盒固定孔，3.8、电器控制盒固定外壳，3.9、电器控制盒底板。

具体实施方式

下面结合附图和实例对本发明进一步说明。

如图1-3所示，本发明模糊智能开关装置主要包括模糊控制器3.1、电流调节器3.2、变速调节器3.3、电源转换器3.4和警示模块3.6；如图2所示，传感器外壳底座2.3通过传感器外壳支架圈2.8、可伸缩移动支架脚2.6和上下平行移动支架条2.7固定在油烟机面板组件1.8上，并安装位于油烟机的过滤油网的正上方，模糊控制器3.1、电流调节器3.2、变速调节器3.3、电源转换器3.4、PMU电源管理单元3.5、警示模块3.6均安装在电器控制盒1.12内，离子烟雾传感器安装在离子烟雾传感器外壳1.9的内部；

模糊控制器3.1分别与离子烟雾传感器、电流调节器3.2以及警示模块3.6相连接，电流调节器3.2与变速调节器3.3相连接，电源转换器3.4经PMU电源管理单元3.5连接模糊控制器3.1、电流调节器3.2、变速调节器3.3、警示模块3.6和离子烟雾传感器进行供电；模糊控制器3.1接收离子烟雾传感器采集到的烟雾浓度数据电压，进一步转换产生PWM信号驱动电流调节器3.2控制电流，然后改变变速调节器3.3的相关参数使电机的工作功率发生变化，实现智能调速；当烟雾浓度值过高(即高于安全阈值u_m)时，警示模块3.6工作(提示用户此时环境烟雾浓度值过高，有害身体健康)，直到手动关闭或实时环境烟雾浓度值降低到安全阈值以下。

离子烟雾传感器安装在传感器外壳底座2.3的中心，最终固定在过滤油网的正上方；模糊控制器3.1由模糊化、模糊推理、模糊判断和解模糊四步骤组成。1)模糊化---模糊变量的赋值表由正态分布确定，将烟雾浓度电压值和烟雾浓度电压变化值的精确量进行模糊化处理；2)模糊推理---依IF-THEN语言规则进行模糊推理，然后求出该方法全部模糊关系对应的控制规制，最后将这些规则置于规则库之中；3)模糊判断---采用加权平均判决法得到控制参数的模糊量；4)解模糊---将模糊判断后的结果由模糊量转化为精确量。

本模糊控制器应用于油烟机的模糊智能变速控制方法,是一个闭环控制---模糊控制器将采集到的烟雾浓度电压值与设定值相比较,得到烟雾浓度电压值e,并通过微分环节得到烟雾浓度电压值变化率ec。并对e和ec这两组数据进行模糊化处理,确定其隶属度,从而得到模糊推理的输入量E和EC。根据日常生活中的经验,离线制定控制量查询表。并以IF-THEN的规则形式存储于规则库中,用于在模糊控制器运行期间模糊推理过程中进行查询。推理所得到的输出量用加权平均判决法进行模糊判决,从而得到相应的控制参数。对这一控制参数进行解模糊操作,从而得到用于实际控制的精确值,并用来对电流调节器的PWM波形进行调节,改变变速调节器的输出参数，从而作用于被控对象(即电机)的速度。

在模糊控制器中对输入的模糊量进行模糊推理,须将所有描述控制过程的控制规则存储在模糊控制器EEPROM中。把专家知识和日常生活经验转换为用语言表达的模糊控制规则,即设计控制规则库。该方法中,烟雾浓度电压值E的模糊子集都分为三档,记为PS(正小)、PM(正中)、PB(正大)；烟雾浓度电压值变化率EC的模糊子集分为五档,记为NB(负大)、NS(负小)、ZO(零)、PS(正小)、PB(正大)；控制量变化的模糊子集分为四档，记为ZO(零)、PS(正小)、PM(正中)、PB(正大)；。设烟雾浓度电压值e的论域为{0,1,2,3,4},烟雾浓度电压值的变化率ec的论域为{-2,-1,0,1,2},输出控制量U的论域为{0,1,2,3}。

模糊控制规则表如下表1所示：

表1模糊控制规则表

按照下式进行模糊推理：

μR_k(U)＝min{μE_i(E),μE_cj(E_c),μU_k(U)}(1)

μR_k(U)＝max{μR_k(U)}(2)

利用加权平均判决法，对每个模糊子集R进行解模糊操作，得到对应的每组E、EC和U，优化处理后得到模糊控制表2如下：

表2模糊控制表

离子烟雾传感器采用NIS-07离子式烟雾传感器，内部使用了微量人造放射性物质镅241，由于传感器本体被金属外壳所覆盖，所以放射线不会发生泄漏，测试范围在0(％/英尺)到5左右；除此之外，此传感器成本低、灵敏度高、响应时间快，在电器行业应用较广泛。

所述的离子烟雾传感器外壳包括上盖2.1、上盖锁件2.2、底座2.3、底座感应窗口2.4、底座锁件2.5、可伸缩支架脚2.6、平行移动支架条2.7、支架圈2.8、平行移动支架条接口2.9；上盖与底座铰接，并可通过相互配合的上盖锁件和底座锁件进行锁紧，底座外壳上设置有支架圈，所述的支架圈上均匀连接有四根可伸缩支架脚，四根可伸缩支架脚分为两组，每组连接一根与吸油烟窗口具有匹配弧度的支架条，两根支架条相互平行，平行移动支架条的两端设有支架条接口。所述的油烟机的吸油烟窗口(1.13)内侧设置有上下平行的导轨，导轨与支架条接口对接，实现离子烟雾传感器外壳的左右滑动。所述的平行移动支架条(2.7)具有与油烟机吸油烟窗口(1.13)匹配的弧度，所述的可伸缩支架脚可沿支架条平行移动。如此即可实现离子烟雾传感器外壳可在油烟机吸油烟窗口(1.13)的上下方向和左右方向移动，便于调整空间合适的位置。

电器控制盒1.12中的模糊控制装置可根据离子烟雾传感器采集的烟雾浓度电压值控制油烟机是否继续工作，当离子烟雾传感器传递的烟雾浓度电压值达到模糊控制器程序内设置的工作烟雾浓度电压额度值u₀时，模糊控制器通过控制电磁继电开关自动启动油烟机运行，当离子烟雾传感器传递的烟雾浓度电压值达到模糊控制器程序内设置的工作烟雾浓度电压最大安全值u_m时，模糊控制器通过控制电磁继电开关自动启动报警提示功能。

模糊智能开关装置的操作方法具体来说可分两种，一种情况是模糊控制器3.1将离子烟雾传感器采集的烟雾浓度电压值与设定的烟雾浓度电压阈值进行比较，若离子烟雾传感器采集的烟雾浓度电压值高于设定电压阈值u₀，则油烟机能通过电磁继电开关启动运行，否则在自动模式下实时检测。另一种情况是根据用户的实际需求，对油烟机的模式进行转换后进行启停和变速操作。为了便于控制，搭配本发明的油烟机的操作面板上可设置电源总开关1.1、LED灯饰开关1.2、低档模式按钮1.3、中档模式按钮1.4、高档模式按钮1.5、轻触模式转换开关1.6。

现如今，油烟机使用范围较广，为了能够有个较舒适的工作环境，在其运行过程中用户不仅需要考虑工作的同时又需要考虑油烟机的启停和变速等因素，这种情况下，不但会影响用户的工作质量和效率，而且会使油烟机的工作效率得不到较好的利用。因此上述这种情况下在油烟机上装载本发明的模糊智能开关和模糊变速装置使其更智能化。

如图4所示，本发明模糊智能开关装置的变速控制方法如下：

油烟机的吸油烟窗口侧面的机架面板上装载权利要求1所述的模糊智能开关和模糊智能变速控制方法装置，油烟机通过模式转换单元的手动和自动切换，进而完成其自身的控制，在自动模式运行过程中：

模糊变速装置结构中的离子烟雾传感器实时采集周围环境烟雾浓度电压值，并传递给模糊控制器3.1，模糊控制器3.1在具体实施中，当离子烟雾传感器采集到的烟雾浓度电压值高于u₀(此时u₀＝0，单位为％/英尺)时，模糊控制器3.1输出驱动电流调节器3.2，使电机处在低档工作状态；当离子烟雾传感器采集到的烟雾浓度电压值在2～4之间时，使电机处在中档工作状态；当离子烟雾传感器采集到的烟雾浓度电压值高于4时，电机处在高档工作状态；当离子烟雾传感器采集到的烟雾浓度电压值高于u_m(此时u_m＝5)时，电机处在高档工作状态的同时启动高浓度烟雾警示提醒；

油烟机在转换到自动工作模式下时，模糊智能开关装置根据离子烟雾传感器采集的烟雾浓度电压值控制油烟机是否继续工作，当离子烟雾传感器传递的烟雾浓度电压值低于智能模糊智能开关装置程序内设置的电压阈值u₀时，智能模糊智能开关装置能通过电磁继电器开关控制油烟机自动关闭，或者用户根据实际情况的需要，将油烟机的工作状态切换到手动模式下进行手动关闭。

由此可见，本发明利用先进的智能模糊控制技术和NIS-07离子感烟探测技术将油烟机的开关实现了自动化和智能化，能实现油烟机在不同烟雾浓度值的工作环境智能变速，并且能在对人体有较大伤害的较高浓度烟雾环境下发出警报，避免用户因周围环境烟雾浓度过高对身体产生危害以及日常生活中对油烟机频繁启停所带来的不变，从而造成不必要的损失与浪费，同时也提高了油烟机的工作性能。

以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明。本发明可以有各种合适的更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内所做的任何改动、等同替换改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。