一种吸油烟机的档位自动控制方法与流程

本发明涉及一种吸油烟机控制技术，尤其是涉及一种吸油烟机的档位自动控制方法。

背景技术：

自油烟机诞生起，油烟机的控制方式有机械按键方式、触摸控制方式、语音控制方式及烟灶联动控制方式，油烟机控制方式已经经过了数代的变迁与改进，目前智能化层面来看，只有语音控制方式和烟灶联动控制方式的自动化程度相对较高。

语音控制方式采用简单的语音指令交互，达到与机烟互动的目的。厨房里空间小回声大，爆炒的油滋声、水龙头流水声、洗菜的水声、或是家人聊天的声音，容易使油烟机无法准确识别出用户发的有效语音指令，在厨房场景下，空间小，噪音源多样，且噪音源距离近，造成背景噪声重叠严重，带来了语音控制方式准确率低、误触发率高等问题；烟灶控制方式，采用灶具打火时，通过无线发射模块给油烟机发出设定好的指令，待油烟机无线接收模块收到指令自动开机，这种烟灶联动控制方式只达到半自动控制的程度，由于没有对烟灶联动通讯方式作相关规定，所以市面上每个厂家只能匹配自家油烟机和灶具产品，当消费者采用不同型号的油烟机和灶具时，因无法匹配而不能实现烟灶联动，而且烟灶联动仍旧未能感知到油烟的烟量大小。

现有技术也给出了一些解决方案，中国专利cn201811155203.2提出了一种油烟机感烟自动调节档位的方法，油烟机内设有红外传感器模块，该红外传感器模块包括红外发射管、红外接收管和红外补偿管，具体步骤包括：a.红外传感器模块进行自校准；b.对油烟进行监测采集，得到各项采样数据；c.判断采样数据是否发生突变，若是，则执行步骤a；若否，则执行步骤d；d.对采样数据进行处理计算获得烟量数据；e.比较烟量数据和各档位阈值，控制油烟机进行档位调节；f.经过检测周期后，执行步骤b。该专利能够根据厨房油烟的实际情况，实时地对油烟机进行吸力档位的调节，使油烟机能够实现全自动的智能控制。

但该专利存在以下问题：

该专利通过油烟机控制单元上的按键对油烟机进行手动开关机，无法让电机控制单元根据装置指令实现自启动，同时该专利基于同一阈值进行升档和降档，会导致升、降档频繁，准确度和灵敏度低。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种一种吸油烟机的档位自动控制方法，灵敏度高，准确性好。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种吸油烟机的档位自动控制方法，所述的吸油烟机上设有mcu以及与mcu连接的温度检测模块和红外感烟模块，所述的温度检测模块包括红外测温传感器，所述的红外感烟模块包括红外接收灯、红外补偿灯和若干组红外发射灯组，每组红外发射灯组包括若干个串联的红外发射灯，所述的mcu分别通过基于比例电流源的发射驱动电路和补偿驱动电路驱动红外发射灯和红外补偿灯，所述的方法具体为：

所述的mcu周期性发出方波并调整补偿驱动电路的补偿电流，使得红外接收灯在1个方波周期内接收的来自红外发射灯的红外量以及来自红外补偿灯的红外量相同，所述的温度检测模块检测吸油烟机下方烹饪区的环境温度，所述的红外感烟模块检测吸油烟机风口处的烟量数据，所述的mcu根据环境温度和烟量数据，通过电机控制单元调节吸油烟机的风速档位，所述的mcu按升档顺序将风速档位分为静默档位和若干级工作档位，所述的吸油烟机以所在风速档位对应的风速运行；

所述的烟量数据为补偿驱动电路的cv值，所述的mcu连续采集各组红外发射灯组对应的补偿驱动电路的cv值，并求得平均值av以及方差va，将烹饪区未工作时采集的cv值记为基准值ba，将|av-ba|记为差值di；

所述的mcu处于静默档位时控制红外感烟模块和吸油烟机关闭，处于工作档位时控制红外感烟模块和吸油烟机开启，

所述的档位调节的具体过程为：

当环境温度高于开机温度阈值时mcu由进入静默档位升至工作档位中的第一档，当工作档位处于第一档、环境温度低于关机温度阈值且持续时长大于第一设定时长时mcu进入静默档位，所述的开机温度阈值高于关机温度阈值；

当任意一组红外发射灯组满足以下任一条件时工作档位升一档：

di大于所在档位的平均值低升档阈值且va大于所在档位的方差升档阈值；

di大于所在档位的平均值高升档阈值；

当所有红外发射灯组满足以下条件时工作档位降一档：

va小于所在档位的方差降档阈值，di小于平均值降档阈值，且持续时间达到第二设定时长。

进一步地，所述的cv值的计算公式为：

其中，i1为经过红外补偿灯的电流，ics为补偿电流ic的偏移量，icmax为最大补偿变动电流。

进一步地，周期性迭代计算ba，每个周期内：

当va小于第一设定值时重新计算ba，计算公式为：

ba＝ba*0.8+av*0.2

当va介于第一设定值和第二设定值之间时重新计算ba，计算公式为：

ba＝ba*0.9+av*0.1

在红外感烟模块使用时，油烟经过红外感烟模块的前方，会有油烟部分沾在红外感烟模块的表面及红外感烟模块的照射面上，阻挡了红外接收灯接收的红外量，此时实际的基准值ba已发生改变，当红外感烟模块的检测路径上没有油烟时，av趋于稳定且接近实际基准值，随着ba的迭代次数增多，ba越来越接近av，使得红外感烟模块具有自校准功能，能追踪到实际基准值的微小渐变，维持红外感烟模块的高精度测量。

进一步地，采用加湿器发出设定浓度的雾气，所述的mcu持续采集第三设定时长的cv值波峰值并取平均值，将该平均值作为第一档的平均值低升档阈值和方差升档阈值，第一档的平均值高升档阈值等于第一档的平均值低升档阈值的1.2倍；

各个工作档位的平均值高升档阈值等于第一档的平均值低升档阈值的1.2倍，相邻两个工作档位中，高档位的平均值低升档阈值和方差升档阈值分别为低档位的平均值低升档阈值的1.2倍和方差升档阈值的1.2倍；

所述的烹饪区未工作时mcu采集第四设定时长的cv值，并取中位数m，工作档位中第二档的方差降档阈值和平均值降档阈值均为m+m*30％；

相邻两个工作档位中，高档位的方差降档阈值和平均值降档阈值分别为低档位的方差降档阈值的1.2倍和平均值降档阈值的1.2倍。

所述的开机温度阈值、关机温度阈值以及各个档位的平均值低升档阈值、方差升档阈值、平均值高升档阈值、方差降档阈值、平均值降档阈值和第二设定时长组成一组阈值参数，基于不同结构和型号的吸油烟机，计算和设定对应的阈值参数，所述的mcu中存储多组阈值参数，根据吸油烟机的结构和型号使用通信协议选取mcu中的一组阈值参数，以适应不同的环境，适用范围广，灵活性强。

进一步地，所述的mcu同时发出1种或多种频率的方波，每组红外发射灯组由一种频率的方波驱动。

进一步地，所述的mcu通过电机控制单元控制吸油烟机开启和关闭，所述的mcu和电机控制单元之间的通信方式为uart、spi、电平通信、蓝牙或wifi。

进一步地，求解av和va时所采集的cv值的数量不小于20组。

进一步地，所述的红外接收灯的数量为1个或多个，采用多个红外接收灯时可扩大检测的范围。

与现有技术相比，本发明具有以如下有益效果：

(1)本发明联合温度检测模块和红外感烟模块综合控制吸油烟机，mcu将吸油烟机的风速档位分为静默档位和若干级工作档位，温度检测模块能实现mcu在静默档位和工作档位之间的切换，实现吸油烟机的自动开启和关闭，节省能耗，同时mcu连续采集补偿驱动电路的若干个cv值，进一步计算cv值的平均值、基准值、方差以及差值，通过比较差值和方差跟阈值的大小，并参考持续时长，综合判断是否进行升档和降档，具有延时降档的功能，提高了吸油烟机档位切换的灵敏程度和准确度，避免环境干扰以及频繁地升降档调整；

(2)本发明在方差va较小时调整基准值ba的大小，缩小基准值ba与实际基准值的误差大小，具有自校准功能，维持红外感烟模块的高精度测量，避免数据失真；

(3)本发明通过mcu同时发出多种频率的方波，每组红外发射灯组由一种频率的方波驱动，能够快速地对红外发射灯、红外补偿灯和红外接收灯进行发射和接收测量，从而快速捕获到烟雾浓度的变化，实现对档位的快速调节；

(4)本发明设置多个红外接收灯，扩大了红外感烟模块的检测范围，使得吸油烟机的控制精度更高。

附图说明

图1为红外测温传感器的连接电路图；

图2为发射驱动电路的结构示意图；

图3为补偿驱动电路的结构示意图；

图4为mcu的引脚示意图；

图5为电源降压电路示意图；

图6为iic电平转换电路示意图；

图7为电源升压电路示意图；

图8为吸油烟机的控制电路结构；

图9为一档升二档的cv值波形图；

图10为二档升三档的cv值波形图；

图11为本发明的方法流程图；

图12为红外感烟模块的感烟区域示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

一种吸油烟机的档位自动控制方法，吸油烟机上设有mcu以及与mcu连接的温度检测模块和红外感烟模块，温度检测模块包括红外测温传感器，红外感烟模块包括2个红外接收灯、2个红外补偿灯和4组红外发射灯组，每组红外发射灯组包括2个串联的红外发射灯，每组红外发射灯组即1个发射通道，每个红外接收灯即1个接收通道，每个红外补偿灯即1个补偿通道，红外接收灯和红外发射灯组按照图12的方式并排设置，a为红外发射灯，b为红外接收灯，mcu分别通过基于比例电流源的发射驱动电路和补偿驱动电路驱动红外补偿灯和红外补偿灯，a1和a2位于第1路发射通道，a3和a4位于第2路发射通道，a5和a6位于第3路发射通道，a7和a8位于第4路发射通道，b1和b2分别位于第1路接收通道和第2路接收通道。

如图1，自动控制方法具体为：

mcu连续采集各组红外发射灯组对应的补偿驱动电路的cv值，对每组红外发射灯组连续采集20个cv值，并求得平均值av以及方差va，将烹饪区未工作时采集的cv值记为基准值ba，将|av-ba|记为差值di；

温度检测模块检测吸油烟机下方烹饪区的环境温度，红外感烟模块检测吸油烟机风口处的烟量数据，mcu根据环境温度t0和烟量数据调节吸油烟机的风速档位，mcu按升档顺序将风速档位分为静默档位和3级工作档位，mcu处于静默档位时控制红外感烟模块和吸油烟机关闭，处于工作档位时控制红外感烟模块和吸油烟机开启，吸油烟机以所在风速档位对应的风速运行；

档位调节的具体过程为：

mcu初始化，当环境温度t0高于开机温度阈值t1时mcu由进入静默档位升至工作档位中的第一档，当工作档位处于第一档，当t0低于t2且持续时长大于第一设定时长时mcu进入静默档位，t1高于t2；

对每个发射通道单独进行一次判断，当任意4个发射通道中任意1个发射通道满足以下任一条件时工作档位升一档：

di大于所在档位的平均值低升档阈值且va大于所在档位的方差升档阈值；

di大于所在档位的平均值高升档阈值；

当所有红外发射灯组满足以下条件时工作档位降一档：

va小于所在档位的方差降档阈值，di小于平均值降档阈值，且持续时间达到第二设定时长，第二设定时长为6s。

mcu周期性发出方波并调整补偿驱动电路的补偿电流，其中，mcu使用125khz的50％占空比的方波驱动第1路发射通道和第2路发射通道，mcu使用384khz的50％占空比的方波驱动第3路发射通道和第4路发射通道，各个发射通道的cv值的采集过程相同，以第1路为发射通道为例：

在第1个方波的正半周期内，a1和a2发射红外光，b1接收信号x发1，x发1即经过b1的电流大小，在该方波的负半周期内，让第1路红外补偿通道的红外补偿灯发射红外光，b1接收信号x补1，第2个方波的正半周期和负半周期b1分别接收信号x发2和x补2，若x发1>x补1，则在第2个方波的负半周期内增大第1路红外补偿通道的cv值，若此时x发2<x补2，则在第3个方波的负半周期内减小第1路红外补偿通道的cv值，之后同理，最终使得b1在1个方波周期内接收的来自红外发射灯的红外量和来自红外补偿灯的红外量相同，此时完成对第1路红外补偿通道的cv值的一次采集。

如图3，补偿驱动电路包括1个比例电流源电路u2，cv值的计算公式为：

其中，i1为经过红外补偿灯的电流，ics为补偿电流ic的偏移量，icmax为最大补偿变动电流。

mcu进入工作档位中的第一档后，随着烹饪区温度的升高，可能会产生烟雾，这些产生的烟雾到空中后，被吸油烟机吸走时，红外感烟模块以16ms的周期向烟雾经过的路线上发射红外线，照射到红外线的烟雾会将部分红外线反射回来，被红外接收灯接收，在烟雾的路径上，烟雾越多，反射回来的红外量越大，发射该红外线的发射通道对应的cv值也越大，而该发射通道的基准值ba不变，av、di和va也越大，因此可通过di和va来判断烟雾的大小。

在红外感烟模块使用时，油烟经过红外感烟模块的前方，会有油烟部分沾在红外感烟模块的表面及红外感烟模块的照射面上，阻挡了红外接收灯接收的红外量，此时实际的基准值ba已发生改变，需要对基准值ba进行调整，使得红外感烟模块具有自校准功能；

由于方差va较小时，表明红外感烟模块的检测路径上已没有烟雾，此时

方差小的时候，表明外面没有烟雾，此时的平均值av基本代表基准值ba，让基值向平均值av靠近，最终让基值等于平均值av。

每隔320ms迭代更新一次ba，每次迭代过程为：

因此当发射通道的va小于第一设定值时重新计算ba，第一设定值为10，计算公式为：

ba＝ba*0.8+av*0.2

当va介于第一设定值和第二设定值之间时重新计算ba，第二设定值为20，计算公式为：

ba＝ba*0.9+av*0.1

随着迭代次数的增加，实现ba值在va值较小时逐渐向av值靠近，即di使得减小，维持吸油烟机升档和降档的灵敏度和准确性。

采用加湿器发出设定浓度的雾气，mcu持续采集第三设定时长的cv值波峰值并取平均值，将该平均值作为第一档的平均值低升档阈值和方差升档阈值，第一档的平均值高升档阈值等于第一档的平均值低升档阈值的1.2倍；

各个工作档位的平均值高升档阈值等于第一档的平均值低升档阈值的1.2倍，相邻两个工作档位中，高档位的平均值低升档阈值和方差升档阈值分别为低档位的平均值低升档阈值的1.2倍和方差升档阈值的1.2倍。

烹饪区未工作时，在第四设定时长内mcu采集若干个cv值，并取这些cv值的中位数m，工作档位中第二档的方差降档阈值和平均值降档阈值均为m+m*30％；

相邻两个工作档位中，高档位的方差降档阈值和平均值降档阈值分别为低档位的方差降档阈值的1.2倍和平均值降档阈值的1.2倍。

开机温度阈值、关机温度阈值以及各个档位的平均值低升档阈值、方差升档阈值、平均值高升档阈值、方差降档阈值、平均值降档阈值和第二设定时长组成一组阈值参数，吸油烟机存在不同产品型号，由于各产品型号的吸油烟机结构可能不一样，导致阈值参数也不相同，若mcu只记录一组阈值参数，通用性大大降低，造成物料管理上的困难，因此针对不同结构和型号的吸油烟机，计算和设定对应的阈值参数，mcu中存储多组阈值参数，根据吸油烟机的结构和型号使用通信协议选取mcu中的一组阈值参数，以适应不同的环境，适用范围广，灵活性强。

图8为吸油烟机的控制电路结构，mcu和补偿驱动电路通过电源降压电路供电，发射驱动电路通过电源升压电路供电，红外测温传感器通过iic电平转换电路与mcu的iic通讯接口连接。

如图2，发射驱动电路包括1个比例电流源电路u1和1个开关控制电路，开关控制电路包括三极管q1，mcu通过发射驱动电路与2个红外接收灯，即rled1和rled2，经过红外发射灯的电流i2与发射电流ie的关系为：

其中，ies为ie的偏移量，iemax为ie的最大幅值。

如图4，mcu具有2个接收通道即ca1和ca2、4个led发射通道即led1～led4以及1个补偿通道即ledc，每个发射通道具有100ma电流驱动能力，集成的16位harvard架构、32kbflash，4kbsram、8kbsysrom、1个spi和1个iic通讯接口。mcu通过电机控制单元控制吸油烟机开启和关闭，mcu通过spi和电机控制单元连接。

如图1和图7，iic电平转换电路包括2颗n-mos管，即q5和q6，将dc3.3v电平转成dc5v电平，实现mcu和红外测温传感器的双向通讯。

如图5，补偿驱动电路和mcu通过电源降压电路供电，电源降压电路包括稳压器，该稳压器的型号为zldo117，供电压dc5v经c23和c24滤波，通过zldo117转成dc3.3v电压，经c25和c26再次滤波，将dc3.3v电压供给mcu以及补偿驱动电路的比例电流源电路u2，同时dc3.3v通过电压分阻的方式将dc3.3v转换成dc3v后供到三极管q1的基极。

如图6，发射驱动电路通过电源升压电路供电，电源升压电路包括升压转换器，该升压转换器的型号为sy7208，供电压dc5v经c11和c12滤波后，通过sy7208控制电感l1闭合和断开，将电能和磁场能量相互转换，当sy7208内部mos管闭合后，电感将电能转换为磁场能量储存在内部，当sy7208内部mos管断开后，将储存磁场能量转换为电场能量，在和输入电源电压叠加后通过特肖基二极管d1以及电容c13、c14、c15和c16滤波后得到平滑的12v直流电压，r21和r25组成反馈回路到sy7208的3引脚，12v电源电压供给比例电流源电路u1。

本实施例提出了一种吸油烟机的档位自动控制方法，联合温度检测模块和红外感烟模块综合控制吸油烟机，mcu将吸油烟机的风速档位分为静默档位和若干级工作档位，温度检测模块能实现mcu在静默档位和工作档位之间的切换，实现吸油烟机的自动开启和关闭，节省能耗，同时mcu连续采集补偿驱动电路的若干个cv值，进一步计算cv值的平均值、基准值、方差以及差值，通过比较差值和方差跟阈值的大小，并参考持续时长，综合判断是否进行升档和降档，提高了吸油烟机档位切换的灵敏程度和准确度，避免环境干扰。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。