一种基于烹饪人员行为监测的智能变风量油烟机
阅读说明：本技术 一种基于烹饪人员行为监测的智能变风量油烟机 (Intelligent variable air volume range hood based on behavior monitoring of cooking personnel ) 是由 高军 吴宇航 吕立鹏 曹昌盛 曾令杰 于 2021-10-20 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种基于烹饪人员行为监测的智能变风量油烟机,包括：通过安装在油烟机前侧的图像识别传感器识别人员移动与烹饪行为,将信号输入控制器进行计算,得到相应的排风量参数,进而改变油烟机运行状态,从而实现在烹饪人员干扰下,油烟机也能够捕集大量油烟,减少油烟逸散。此外,本发明通过在油烟机前侧及左右两侧设置油烟浓度传感器判断油烟是否溢出,来判断现有排风量控制方法是否满足需求。若监测到油烟溢出,控制器将自动优化自身算法,最大限度地减少油烟逸散。(The invention discloses an intelligent variable air volume range hood based on behavior monitoring of cooking personnel, which comprises: the image recognition sensor installed on the front side of the range hood recognizes movement and cooking behaviors of personnel, signals are input into the controller to be calculated, corresponding exhaust volume parameters are obtained, and then the running state of the range hood is changed, so that the range hood can collect a large amount of oil smoke and reduce oil smoke loss under the interference of the cooking personnel. In addition, the invention judges whether the oil smoke overflows or not by arranging the oil smoke concentration sensors at the front side and the left and right sides of the range hood so as to judge whether the existing exhaust air volume control method meets the requirements or not. If the oil smoke overflow is monitored, the controller automatically optimizes the algorithm of the controller, and the oil smoke dissipation is reduced to the maximum extent.)
技术领域
本发明涉及智能家电设备技术领域，特别是涉及一种基于烹饪人员行为监测的智能变风量油烟机。
背景技术
吸油烟机是厨房中的重要局部排风设备，起着排除厨房内烹饪油烟、营造健康舒适的室内居住环境的作用。在以往的吸油烟机设计过程中，往往采用固定参数式的设计方法，即针对不同的吸油烟机排风量设置档位。研究和实践证明，传统油烟机在固定档位下工作时，厨房空间中人员动作产生的干扰气流会破坏油烟热羽流形态，导致油烟溢出，且排风量越小受到的干扰越严重。提高风量有利于减小人员动作带来的干扰，但长时间高风量运行不利于节能。因此，油烟机需要具有识别人员动作，并调整自身运行参数的能力，以应对人员动作带来的干扰，同时在干扰较小的情况下，应能够恢复低风量运行以节约能源。此外，油烟机还应具有学习功能，即当现有控制逻辑无法保证油烟正常捕集时，油烟机应能够进行自主学习，使油烟机在运行过程中不断适应变化的烹饪场景。
智能油烟机的控制基准主要集中在以下几个方面：1.基于灶具状态(烟灶联动)；2.基于气味及油烟传感器测量值；3.基于锅面温度与图像识别到的油烟浓度。厨房中人员移动等动作会对油烟热羽流产生干扰，导致油烟逸散到厨房空间中。现有的油烟机没有考虑到人员动作对吸油烟机捕集效果的影响，无法识别人员动作干扰并执行相应动作以适应动态场景下的油烟捕集，导致厨房环境恶化。且现有的技术中却缺少基于烹饪人员行为监测的智能油烟机，故急需一种方法智能油烟机解决上述问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于烹饪人员行为监测的智能变风量油烟机，以解决上述现有技术存在的问题，该装置可以实现有烹饪人员干扰的动态情况下厨房烹饪油烟的有效控制，具有灵活简便、高效节能等特点。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供一种基于烹饪人员行为监测的智能变风量油烟机，包括：
监测人员行为和油烟浓度，其中所述人员行为包括发生移动和未发生移动；
当发生移动且油烟浓度超出阈值时，计算所需排风量并控制智能变风量油烟机进行排风；
当未发生移动且油烟浓度超出阈值时，排风量调至最高档位。
可选的，监测人员行为和油烟浓度的过程中包括：基于图像识别传感器监测人员行为，通过油烟浓度传感器监控油烟浓度；其中，
所述图像传感器在所述智能变风量油烟机的正前方；
所述油烟浓度传感器数量为三个，分别位于所述智能变风量油烟机的左侧、前侧和右侧。
可选的，当发生移动且油烟浓度超出阈值时，计算所需排风量并控制智能变风量油烟机进行排风的过程中包括：
将所述智能变风量油烟机前侧中心位置作为坐标原点，将所述智能变风量油烟机的长边作为x轴，将所述智能变风量油烟机外侧且垂直于x轴的方向作为y轴；
实时识别人员的位置坐标；
基于位置坐标实时计算人员与所述智能变风量油烟机的距离；
基于实时计算的距离，计算出位置变化量；
基于所述变化量计算人员移动速度；
基于所述人员移动速度、风量调节系数、实时计算的距离和上一时刻的排风量获得油烟机排风量；
基于油烟机排风量进行参数调节，进行排风。
可选的，基于油烟机排风量进行参数调节，进行排风的过程中包括：
根据计算得到的排风量，计算所需电机转速和运行功率，并进行参数调节，进行排风。
可选的，当发生移动且油烟浓度超出阈值时，计算所需排风量并控制智能变风量油烟机进行排风之后，还包括：
当人员移动停止后20s内没有识别到人员移动时，油烟机恢复风量调整前状态。
可选的，油烟超出阈值的判定方法为：当人员移动发生后5s内，油烟机执行以下逻辑：
控制器读取左侧、右侧和前侧三个油烟浓度传感器读数值，并判断油烟浓度是否超过设定阈值，若任一油烟浓度传感器读数值超过设定阈值，则增大风量调节系数。
可选的，当未发生移动且油烟浓度超出阈值时，排风量调至最高档位的过程中包括：
当未发生移动且油烟浓度超出阈值时，判定为强干扰烹饪行为，立刻将排风量调至最高档位，持续20s。
可选的，当未发生移动且油烟浓度超出阈值时，排风量调至最高档位的过程中还包括：
未发生移动且油烟浓度超出阈值时，则所述智能变风量油烟机的控制器将记录当前时刻前5s内图像，作为数据集输入到所述控制器中以训练人员强干扰烹饪行为监测模型。
本发明公开了以下技术效果：
1.本发明提供了一套基于烹饪人员行为监测的智能油烟机控制装置，可以根据厨房内人员的移动和动作，控制油烟机改变排风量，减小油烟逸散。此外，本发明能够通过油烟浓度传感器获取的数据优化排风量控制算法，使油烟机能够有针对性地学习辨识不同用户的强干扰烹饪行为。因此，本发明提出的油烟机是一台可以“自主学习”的油烟机，其能够在安装后适应复杂的动态烹饪场景。
2.本发明提出了基于人员移动及烹饪行为监测的智能调节控制逻辑，明确了在人员移动与动作情况下油烟机排风量“是否调，怎样调”的问题，提供了智能油烟机抵御烹饪人员干扰的控制方向。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中的基于烹饪人员行为监测的智能变风量油烟机示意图，其中1-排风管，2-吸油烟机腔体，3-左侧油烟浓度传感器，4-人动作图像识别传感器，5-风机控制器，6-前侧油烟浓度传感器，7-右侧油烟浓度传感器；
图2为本发明实施例中的厨房空间位置坐标示意图；
图3为本发明实施例中的智能变风量油烟机风机控制逻辑示意图；
图4为本发明实施例中的智能变风量油烟机学习逻辑示意图；
图5为本发明实施例中的厨房中人员移动造成的空间压力变化图；
图6为本发明实施例中的厨房中人员移动过程中周围流场示意图；
图7为本发明实施例中的人员移动时，不同排风量下热羽流形态示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一套能够识别人员行为并做出响应的智能变风量油烟机。其通过安装在油烟机前侧的图像识别传感器识别人员移动与烹饪行为，将信号输入控制器进行计算，得到相应的排风量参数，进而改变油烟机运行状态，从而实现在烹饪人员干扰下，油烟机也能够捕集大量油烟，减少油烟逸散。此外，本发明通过在油烟机前侧及左右两侧设置油烟浓度传感器判断油烟是否溢出，来判断现有排风量控制方法是否满足需求。若监测到油烟溢出，控制器将自动优化自身算法，最大限度地减少油烟逸散。
本发明的智能变风量油烟机简图如下图1所示，其中1-排风管；2-吸油烟机腔体；3-左侧油烟浓度传感器；4-人动作图像识别传感器；5-风机控制器；6-前侧油烟浓度传感器；7-右侧油烟浓度传感器。
为了解决前述人员动作造成的烹饪油烟逸散问题，本发明设计如图1所示的装置。装置在传统吸油烟机的前端加装图像识别传感器，该传感器用于记录目标空间图像并将数据传输至控制器，控制器对图像进行分析以确定风机动作方式，来减小烹饪人员造成的干扰。为使油烟机适应更加复杂的动态烹饪环境，在油烟机前侧和两侧加装油烟浓度传感器，以判断现有控制逻辑能否满足油烟控制需求，当识别到油烟溢出时，控制器通过调整相关参数来进行算法优化。
现就控制逻辑进行详细阐述。控制器写入两种烹饪人员行为监测模型：人员移动监测模型与强干扰烹饪行为监测模型。以下对两种监测模型控制逻辑进行分别阐述。
(1)人员移动监测模型
排风量控制逻辑：
以下分步骤详细叙述人员移动监测模型对应的排风量控制逻辑。
步骤1，识别人员当前时刻位置坐标(x1,y1)，坐标原点o位于油烟机前侧中心位置，如图2所示。
步骤2，计算人员与油烟机距离
步骤3，与人员上一时刻位置坐标(xo,yo)对比，求出位置变化量
步骤4，计算人员移动速度其中Δt为油烟机两次识别人员位置坐标的时间间隔。
步骤5，计算油烟机排风量其中c为风量调节系数(默认值设置为1)，Q0为油烟机上一时刻排风量。
步骤6，根据计算得到的排风量Q,计算所需电机转速n和运行功率N，并进行参数调节(在油烟机设计阶段，使用钳式电功能表、转速测试仪、微压计和毕托管等仪器，测得油烟机所选取的电机的转速、运行功率和油烟机排风量的关系Q＝f(n,N)，并将其写入控制器中)。
步骤7，当人员移动停止后20s内没有识别到人员移动时，油烟机恢复风量调整前状态。
智能学习逻辑：
当人员移动发生后5s内，油烟机执行以下逻辑：控制器读取左、右和前侧三个油烟浓度传感器读数值，并判断油烟浓度是否超过设定阈值，若某一油烟浓度传感器读数值超过设定阈值，则增大风量调节系数c。
(2)强干扰烹饪行为监测模型
排风量控制逻辑：
控制器内设人员强干扰烹饪行为监测模型，当识别到的图像被监测模型判断存在强干扰烹饪行为时，系统立刻将风机调节至最高档位(维持20s)，以预防油烟受到较强干扰而大幅逸散。
智能学习逻辑：
若某一时刻，某一油烟浓度传感器读数值超过了设定阈值，且没有识别到人员位置发生变化，则控制器将记录当前时刻前5s内图像，作为数据集输入到控制器中以训练人员强干扰烹饪行为监测模型。
系统整体变风量控制逻辑示意图如图3所示，系统整体变风量学习逻辑示意图如图4所示。
以下将通过计算机模拟的手段，解释为何人员移动会对吸油烟机捕集效果产生影响，并证明增大排风量有利于抵御人员移动干扰。图5为人员移动过程产生的压力场，从图中可以看出，在人行走的过程中，人的身后会出现两个负压区，且负压区的影响距离随着行走距离的增加而扩大，当负压区经过油烟机正前方时，尾流所在的负压区会对热羽流附近的压力场产生影响，引起热羽流形态的变化。图6所示的速度矢量图也可以更好地解释这一点：在人移动过程中，背后会产生尾涡，尾涡随着人的移动而移动，并在接近灶台时将油烟卷吸到厨房空间中，导致油烟大量逸散。
为了探究增大排风量对于抵御人员移动干扰的作用，本发明进行了不同排风量下油烟热羽流受到人员移动干扰的情况，结果如图7所示。从图中可以看出，随着风量的增大，油烟热羽流(此处用六氟化硫浓度场来表征其形态)在干扰下的偏转越小，油烟机捕集效果越好。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
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