CN109373379A - 一种油烟机感烟自动调节档位的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种油烟机感烟自动调节档位的方法，所述的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。与现有技术相比，本发明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。

Description

一种油烟机感烟自动调节档位的方法

技术领域

本发明涉及一种家用电器控制领域，尤其是涉及一种油烟机感烟自动调节档位的方法。

背景技术

从1984年7月，中国第一台外排式吸油烟机在上海被设计出来，到2016年油烟机的销售量达到2223万台，油烟机经历了中式油烟机、欧式油烟机以及侧吸式油烟机的发展，成为厨房必不可少的设备。借助当前日新月异的电子科技力量，油烟机也朝着智能化的方向发展。传统油烟机的调节吸力的方式是通过按键来控制的，这种调节的方式会导致有大油烟时无法及时切换为大吸力模式，小油烟时无法及时降低吸力强度，导致浪费电。在这种情况下，油烟机通过感烟进而自动调节吸力的需求应运而生，市场上有很多油烟机生成厂家投入这种机型的设计之中。

目前市场上有的解决方案为红外对管检测油烟的方式，即在油烟机的抽烟通道的一边固定一个红外发射的模块，另一边固定一个红外接收模块，当没有油烟时，红外发射管照射到红外接收管上，产生一个接收信号；当有油烟通过红外对管作用的区域时，油烟或者水蒸汽的颗粒阻挡红外接收管接收红外发射管的发射光，接收信号发生改变进而判断油烟的大小，调节油烟机的吸力强度。但是现有方案存在以下问题：

1.模块易受油污的影响。因为模块放置在油烟机的内部，固定模块的外壳容易依附油垢，当油垢厚度达到一定的厚度之后，检测油烟的能力会大打折扣，导致反应不够灵敏；

2.模块易产生误判断的现象。炒菜时产生的可沉降颗粒包含烟和雾，烟由固体悬浮颗粒组成，雾由水等液体组成，而烟颗粒和雾颗粒的大小不一样，当烟和雾通过检测区域时遮挡的效果都不一样，大量油烟产生与大量水蒸气产生时对检测的判断要求比较高，当炒不同类型的菜时，导致的效果也差别很多。

发明内容

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油烟机感烟自动调节档位的方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种油烟机感烟自动调节档位的方法，所述的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。

进一步地，所述的检测周期为4ms。

进一步地，所述自校准的步骤包括：

a1.控制红外发射管发射一个发射量的初始值，此时红外接收管接收的红外量记为发射值；

a2.控制红外补偿管发射一个补偿量的初始值，此时红外接收管接收的红外量记为补偿值；

a3.判断补偿值是否等于发射值，若是，则执行步骤a5；若否，则执行步骤 a4；

a4.判断补偿值是否小于发射值，若是，则增加红外补偿管发射的补偿量，得到新的补偿值，然后执行步骤a3；若否，则增加红外发射管发射的发射量，得到新的发射值，然后执行步骤a2；

a5.保存当前的发射量、补偿量和补偿值，分别记为测试发射量、测试补偿量和测试补偿值，完成自校准。

进一步地，若步骤a2到步骤a4执行一定次数后补偿值和发射值仍不相同，则保存当前的发射量、补偿量和补偿值，分别记为测试发射量、测试补偿量和测试补偿值，结束自校准，同时红外传感器模块给出一个自校准失败信号，所述的一定次数为大于20次。

进一步地，对油烟进行检测采集时，红外发射管发射一个监控发射量，该监控发射量大于测试发射量，此时接收管接收的红外量记为监控发射值，将监控发射值减去测试补偿值得到采样数据。

进一步地，步骤c中，采样数据发生偏移变化后，需要进行一段时间的持续数据采集，若一段时间内采样数据均和变化后的特性相同，则判断为采样数据发生突变，红外传感器模块进行自校准。

进一步地，所述的对采样数据进行处理计算具体步骤包括：

d1.对采样数据进行采样阈值预判，舍弃超过采样阈值范围的数据；

d2.进行数字低通滤波，去除采样数据的高频因素的干扰；

d3.对多次采集到的采样数据进行加权平均得到采样值；

d4.将采样值进行处理得到到加权平均值、均方差、最大最小变化率，计算烟量数据y，其计算公式为：

y＝a*x₁+b*x₂+c*x₃

其中，x₁代表加权平均值，x₂代表均方差值，x₃代表最大最小变化率值，a、b、 c分别为三者的系数，且保证a+b+c＝1。

进一步地，所述的比较烟量数据和各档位阈值的具体步骤包括：

e1.判断烟量数据是否在总档位阈值内，若否，则根据当前烟量数据重新设定每个档位烟量阈值，执行步骤e1；若是，则执行步骤e2；

e2.根据烟量数据确定油烟机的需调档位；

e3.比较需调档位和实际工作档位，若档位相同，则维持档位；若需调档位高于实际工作档位，则执行升档操作；若需调档位低于实际工作档位，则执行降档操作。

进一步地，执行升档或降档操作前，需要进行一段时间的多次需调档位和实际工作档位比较，若一段时间需调档位和实际工作档位的比较结果相同，则确定执行升档或降档操作。

进一步地，步骤e1中，重新设定的档位阈值区间大小为当前烟量数据除以档位的个数。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1.本发明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。

2、本发明通过自校准的步骤，可以在监测的过程当中屏蔽外部环境干扰，排除强光等外界因素对油烟监测的影响，在外部环境突然地变化时，如油污覆盖使得监测能力变弱，本发明能够灵活地对红外装置进行调整，使监测的数据更为稳定、可靠。

3、本发明通过采样阈值预判、进行数字低通滤波、对多次采集到的采样数据进行加权平均等方式对监测得数据进行处理，既排除了特殊的数据干扰项，又可以有效反应采样数据的特征，使得处理后的数据可信度高，失真度小，更加易于后续的数据操作，保证烟量识别的准确性。

4.本发明在调节油烟机档位的过程中，采取了档位阈值的偏移调整和判断，使其更贴合实际应用环境，对于油烟浓度的变化可以输出更加准确。

附图说明

图1为本发明的流程示意图；

图2为自校准的流程示意图；

图3为数据处理计算的流程示意图；

图4为档位调节的流程示意图；

图5为监测到小档小油烟的波形；

图6为监测到大档大油烟的波形。

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。

本实施例提供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。

红外传感器模块模块开始工作时，以固定的时间周期进行对油烟的监测，红外传感器模块以4ms为测量周期。红外发射管与红外补偿管以互补的方式工作，即当红外发射管工作时，红外补偿管关闭，此时红外接收管接收的红外量为红外发射管反射回来的红外量和自然环境中红外量之和；当红外发射管关闭时，红外补偿管会根据之前红外接收管接收的红外量来设置补偿量的大小，此时红外接收管接收的红外量为红外补偿管补偿的红外量和自然环境中红外量之和；以这种工作模式测量 27次，在测量第27次时，主芯片读取红外补偿管的补偿量作为红外接收管接收到的红外发射管的反射量。红外发射管与红外补偿管的工作频率固定可设置，红外发射管与红外补偿管以互补以166KHz为工作频率。

红外传感器模块的软件控制程序如下：

本实施例的软件程序分为自校准、数据监测采集、数据处理计算、档位调节四个部分。如图1所示，其具体运行过程如下：

步骤1，红外传感器模块上电；

步骤2，红外传感器模块进行自校准，自动采集各个通道的信号数据来消除背景因素的干扰；

步骤3，对油烟进行监测采集，得到各项采样数据；

步骤4，判断采样数据是否发生突变，若是，则执行步骤2；若否，则执行步骤5；

步骤5，对采样数据进行处理计算获得烟量数据；

步骤6，比较烟量数据和各档位阈值，控制油烟机进行档位调节；

步骤7，经过4ms检测周期后，执行步骤2。

一、自校准部分

如图2所示，自校准的具体步骤如下：

步骤201，控制红外发射管发射一个发射量的初始值，此时红外接收管接收的红外量记为发射值；

步骤202，控制红外补偿管发射一个补偿量的初始值，此时红外接收管接收的红外量记为补偿值；

步骤203，判断补偿值是否等于发射值，若是，则执行步骤205；若否，则执行步骤204；

步骤204，判断补偿值是否小于发射值，若是，则执行步骤206；若否，则执行步骤207；

步骤205，保存当前的发射量、补偿量和补偿值，分别记为测试发射量、测试补偿量和测试补偿值，完成自校准；

步骤206，增加红外补偿管发射的补偿量，得到新的补偿值，然后执行步骤203；

步骤207，增加红外发射管发射的发射量，得到新的发射值，然后执行步骤202。

其中，若步骤202到步骤204执行一定次数后补偿值和发射值仍不相同，则保存当前的发射量、补偿量和补偿值，分别记为测试发射量、测试补偿量和测试补偿值，结束自校准，然后继续数据监测采集部分，同时，红外传感器模块给出一个自校准失败信号，提醒需重新调节红外传感器模块摆放位置或擦除油污和水渍。所述的一定次数为大于20次，本程序中取26次。

在进行自校准时会先对发射管给出一个较小的发射量初始值，通过对补偿管发射的补偿量进行一定的步长增长，接收并计算得到能够与发射量初始值相等的补偿值，而当发射管的发射量初始值无法与补偿管的补偿值相等时，需要适当的增加发射管的发射量。整个自校准的过程会在1s内完成。

二、数据监测采集部分

红外传感器模块在自校准之后会对油烟进行实时的检测采集，此时红外发射管发射一个监控发射量，该监控发射量大于测试发射量，此时接收管接收的红外量记为监控发射值，将监控发射值减去测试补偿值得到采样数据吗，使自然环境中的红外量自动抵消，即避免强光的干扰。

三、数据处理计算部分

数据处理计算部分会对得到的原始采样数据进行阈值预判以及数字低通滤波，消除在采集数据时的环境的干扰因素，并且通过一段采样数据的加权平均得到满意的测量值。如图3所示，数据处理计算部分的具体步骤如下：

步骤501，对采样数据进行采样阈值预判，舍弃超过采样阈值范围的数据；

步骤502，进行数字低通滤波，去除采样数据的高频因素的干扰；

步骤503，对多次采集到的采样数据进行加权平均得到采样值；

步骤504，将采样值进行处理得到到加权平均值、均方差、最大最小变化率，计算烟量数据y，其计算公式为：

y＝a*x₁+b*x₂+c*x₃

其中，x₁代表加权平均值，x₂代表均方差值，x₃代表最大最小变化率值，a、b、 c分别为三者的系数，且保证a+b+c＝1。

阈值预判的主要目的是用来消除外部的大干扰因素。由于红外传感器模块是检测油烟，油烟的基本特性决定了其在短时的采样周期内不会出现较大的变化量。通过对油烟的多次测量与计算，基本可以得到它的最大变化阈值，以确保得到采样样本的可信度。对于超过最大变化阈值的数据会直接抛弃，以免造成对真实的数据产生干扰。

数字低通滤波的主要目的是去除在采样时高频因素的干扰。数字低通滤波主要采用y_n＝a*x_n+(1a)*y_n-1公式，其中a为截止频率因子，x_n为当前的采样值， y_n-1为上一次的滤波后的值，y_n为当前滤波之后的结果。截止频率的计算方式为 f_ε＝a/2πΔ，其中f_∈为截止频率，Δ为采样间隔时间。将截止频率因子a调到合适的值，就可以得到一个较为平滑的数据，从而提高采样数据的可信度。

加权平均的目的是增加数据处理计算部分的周期。由于原始采样数据的4ms 时间太短，油烟的基本特性确定，为了能够囊括更多的样本值，提高整个模块的准确度，在处理时会保存12次的采样数据，之后再对这12次采样数据进行加权平均处理。采用这样做法可以有效的反应采样数据的特征，又不造成采样值的失真。

将数字低通滤波处理后的采样值以均方差、最大值最小值之间的变化率、加权平均的方式进行处理。对于两个不互相干扰的通道，会使用同样的处理方法，经比较后会保存较大通道的采样结果，进入档位调节部分处理。

由于油烟是散发到空气当中，进入烟道的油烟会有大小、浓度的差异，从而对采样数据有一定的波动。如图5所示为小档小油烟下的波形，图6为大档大油烟下的波形。从图中波形对比可以看出。只使用常规的加权平均再做阈值等级处理是无法实现对油烟量的大小、浓度进行判断。因此本发中在烟量识别部分时加入了均方差、最大最小变化率的处理。同时为了能够在烟量识别时有足够的采样数据，以保证烟量识别的准确性，会提前采样1s内的烟量变化。

采用均方差处理样本数据，可以得到样本数据在这段时间内的变化程度，从而有效的反应在1s时间内的烟量的大小以及浓度的变化。但均方差有一个缺点，它所反映的是一段时间内的数字变化，对数值相差不大的样本数据会有判断不清晰的情况。所以在烟量判断时，加入了样本最大最小变化率。

在处理样本的最大最小变化率时，会找出样本的最大最小值，并记录样本最大最小值对应的位置索引。由于每次采样样本的时间间隔一致，所以拿最大最小值之间的差值除以对应数据索引之间的差值可以有效的反应出采样样本的变化率。

在得到加权平均值、均方差、最大最小变化率后，会根据y＝a*x₁+b*x₂+ c*x₃计算烟量的大小，其中x₁代表加权平均值、x₂代表均方差值、x₃代表最大最小变化率值，a，b，c分别为三者的系数，且保证a+b+c＝1。由于在检测时油烟量大小会出现明显的浮动，所以在使用时需要使得加权平均的系数尽量的小但又不能太小，以保证在油烟量在进行剧烈变化时，可以以均方差和最大最小变化率作为可参考依据，而在均方差和最大最小变化率表现不明显时可以以加权平均值作为可参考依据。

同时在计算烟量数据y时，要特别注意均方差和最大最小变化率比较小，但加权平均值超过正常量程范围一半的情况。由于烟量模块是放在烟道当中，在使用的过程当中可能会有油污或者水渍的影响，从而导致采样数据偏大的情况。在出现这样情况时本模块会进行长达5s的持续判断，当发现在这段时间内采样数据保持同一特性时，会进行一次软件自校准，以减少外部环境因素的干扰，同时会将5s的采样数据抛弃。

四、档位调节部分

档位调节部分会对得到的采样结果进行档位阈值上的预判，并可以在运行的过程中适当的调整各个档位阈值，使得电机更有效率的工作。如图4所示为档位调节的流程示意图，其具体步骤如下：

步骤601，数据处理计算部分从获取烟量数据；

步骤602，判断烟量数据是否在总档位阈值内，若否，执行步骤603；则若是，则执行步骤604；

步骤603，根据当前烟量数据重新设定每个档位烟量阈值，执行步骤602；

步骤604，根据烟量数据确定油烟机的需调档位；

步骤605，比较需调档位和实际工作档位，若档位相同，则执行步骤606；若需调档位高于实际工作档位，则执行步骤607；若需调档位低于实际工作档位，则执行步骤608；

步骤606，维持档位；

步骤607，执行升档操作；

步骤608，执行降档操作。

执行升档或降档操作前，需要进行一段时间的多次需调档位和实际工作档位比较，若一段时间需调档位和实际工作档位的比较结果相同，则确定执行升档或降档操作。

在确定档位调节前，会提前采集水雾、菜油、水油混合的情况下的烟量数据，并根据烟量数据提前做好档位的划分，保存在红外传感器模块当中。当红外传感器模块监测到烟量数据在预设的档位当中时，会做出升档或者降档等相应的处理流程。但当出现当前的烟量数据超出了提前预设的档位阈值，会在预设档位的阈值上进行一定的偏移，以保证整个档位调节是合理有效，重新设定的档位阈值区间大小为当前烟量数据除以档位的个数。

档位调节部分会对升档和降档的进行不同的处理流程。从图5和图6的波形数据对比来看，图6在某一段的时间内的波形是比较明显的，但在其它的时间段内的波形基本上和图5的采样波形相差不大。这是由于油烟在外部环境干扰下存在不确定性，所以在档位调节时不能一比较需调档位和实际档位不同就执行档位调节。当发现比较结果在某一高档位而现处于低档时，会连续等待多次油烟数据来判断当前数据是否稳定，同时为了保证档位调节的及时有效，升档确认需要3s的波形变化。而当遇到降档的需求，会连续等待油烟数据达到5s后再做出反应。原因在于一旦外部干扰大，可能会导致一段时间内无法采集到真实有效的数据，所以会在降档的反应时间拉长，以确保档位调整不会误判。

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。

Claims (10)

1.一种油烟机感烟自动调节档位的方法，所述的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，其特征在于，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。

2.根据权利要求1所述的一种油烟机感烟自动调节档位的方法，其特征在于，所述的检测周期为4ms。

3.根据权利要求1所述的一种油烟机感烟自动调节档位的方法，其特征在于，所述自校准的步骤包括：

a1.控制红外发射管发射一个发射量的初始值，此时红外接收管接收的红外量记为发射值；

a2.控制红外补偿管发射一个补偿量的初始值，此时红外接收管接收的红外量记为补偿值；

a3.判断补偿值是否等于发射值，若是，则执行步骤a5；若否，则执行步骤a4；

a4.判断补偿值是否小于发射值，若是，则增加红外补偿管发射的补偿量，得到新的补偿值，然后执行步骤a3；若否，则增加红外发射管发射的发射量，得到新的发射值，然后执行步骤a2；

a5.保存当前的发射量、补偿量和补偿值，分别记为测试发射量、测试补偿量和测试补偿值，完成自校准。

4.根据权利要求3所述的一种油烟机感烟自动调节档位的方法，其特征在于，若步骤a2到步骤a4执行一定次数后补偿值和发射值仍不相同，则保存当前的发射量、补偿量和补偿值，分别记为测试发射量、测试补偿量和测试补偿值，结束自校准，同时红外传感器模块给出一个自校准失败信号，所述的一定次数为大于20次。

5.根据权利要求3或4所述的一种油烟机感烟自动调节档位的方法，其特征在于，对油烟进行检测采集时，红外发射管发射一个监控发射量，该监控发射量大于测试发射量，此时接收管接收的红外量记为监控发射值，将监控发射值减去测试补偿值得到采样数据。

6.根据权利要求1所述的一种油烟机感烟自动调节档位的方法，其特征在于，步骤c中，采样数据发生偏移变化后，需要进行一段时间的持续数据采集，若一段时间内采样数据均和变化后的特性相同，则判断为采样数据发生突变，红外传感器模块进行自校准。

7.根据权利要求1所述的一种油烟机感烟自动调节档位的方法，其特征在于，所述的对采样数据进行处理计算具体步骤包括：

d1.对采样数据进行采样阈值预判，舍弃超过采样阈值范围的数据；

d2.进行数字低通滤波，去除采样数据的高频因素的干扰；

d3.对多次采集到的采样数据进行加权平均得到采样值；

d4.将采样值进行处理得到到加权平均值、均方差、最大最小变化率，计算烟量数据y，其计算公式为：

y＝a*x₁+b*x₂+c*x₃

其中，x₁代表加权平均值，x₂代表均方差值，x₃代表最大最小变化率值，a、b、c分别为三者的系数，且保证a+b+c＝1。

8.根据权利要求1所述的一种油烟机感烟自动调节档位的方法，其特征在于，所述的比较烟量数据和各档位阈值的具体步骤包括：

e1.判断烟量数据是否在总档位阈值内，若否，则根据当前烟量数据重新设定每个档位烟量阈值，执行步骤e1；若是，则执行步骤e2；

e2.根据烟量数据确定油烟机的需调档位；

e3.比较需调档位和实际工作档位，若档位相同，则维持档位；若需调档位高于实际工作档位，则执行升档操作；若需调档位低于实际工作档位，则执行降档操作。

9.根据权利要求8所述的一种油烟机感烟自动调节档位的方法，其特征在于，执行升档或降档操作前，需要进行一段时间的多次需调档位和实际工作档位比较，若一段时间需调档位和实际工作档位的比较结果相同，则确定执行升档或降档操作。

10.根据权利要求8所述的一种油烟机感烟自动调节档位的方法，其特征在于，步骤e1中，重新设定的档位阈值区间大小为当前烟量数据除以档位的个数。