全自动抽油烟机的控制系统设计解读.docx

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全自动抽油烟机的控制系统设计解读

机电工程系

毕业设计论文

课题：

智能抽油烟机毕业设计 

姓名：

学号:

专业：

班级：

指导教师：

任务书

一、题目

智能抽油烟机毕业设计

二、指导思想和目的要求

利用单片机实现对抽油烟机的控制，利用软件设计实现对其开关控制。

三、主要技术指标

设计检测电路，主控制电路，以及软件设计。

四、进度和要求

第一、二周：

图书馆查相关资料

第三、四周：

编写检测电路

第五、六周：

编写主控制电路及软件设计

第七周：

排版。

五、主要参考书及参考资料

微机控制技术与应用，机械工业出版社。

学生指导教师系主任

摘要

本设计不仅具备油烟机基本开关功能，而且还能根据厨房在烧菜做饭过程中产生的烟气温度高，而泄漏的燃气温度低的特点，采取不同的传感器件，即对温度高、污染大的烟气采用热敏电阻检测，而温度低但危险大的燃气采用气敏传感器检测，当厨房的油烟或可燃有害气体达到一定浓度的值时，经传感器进入单片机分析，使电机电路自动启动并发出声音报警，吸油烟机迅速将有害气体抽走。

本设计设有定时功能，可对抽烟烟机进行工作时长的设定。

论文的硬件部分主要设计了油烟机的烟气、燃气检测模块，按键输入模块，定时显示模块，执行电路模块等，系统软件部分主要是对各模块的流程做了详细的的分析，控制主程序、中断按键扫描子程序、显示子程序，中断报警服务程序，以此从而实现抽油烟机自动控制的功能。

本次设计的抽油烟机主要靠单片机进行控制，通过软件设计来自动控制抽油烟机的开关，所以相对于普通的抽油烟机来说，根据其自动检测功能，具有灵活性比较好，功耗低，便于操作等特点。

关键词：

单片机，抽油烟机，检测，自动控制

第1章绪论

1.1抽油烟机

抽油烟机[1]又称吸油烟机，是一种净化厨房环境的厨房电器，安装在厨房炉灶上方，能将炉灶燃烧的废物和烹饪过程中产生的对人体有害的油烟迅速抽走，排出室外，减少污染，净化空气，同时有防毒、防爆的安全保障作用，抽油烟机已成为现代家庭必不可少的厨房设备。

抽油烟机的结构主要包括机壳，内壳，电机，风扇，琴键开关，照明灯，挡光罩，集油罩，集油盒，电源线。

（1）机壳：

包括侧板、顶板和面罩，采用A3冷轧钢板（有的是不锈钢板）冲压焊接而成，表面一般经磷化喷塑处理，因而防护层光亮坚硬，能防霉，防潮防酸和易于擦洗。

（2）内壳：

在机壳内，ABS塑料注塑而成，内有弧形隔板，形成左右对称的螺旋形内室，其内经刚好与风扇保持一定空隙，当风扇高速转动时，由于离心力的作用，烟油被抽走，将污油甩到螺旋线的最低点，经导油管进入储存在集油盒内。

（3）电机：

分左右电机，是电容起动运转式电动机。

（4）风扇：

是抽油烟机的关键部件，离心式风扇安装在电机转轴上，用合金铝板压铆合成型。

工作原理

接通交流电源后，左右电机带动左右风扇高速转动，风扇中心处形成负压区，油烟进入负压区后，由于离心力的作用，油烟被加速从风扇空隙中排出，再经公共排烟口排出机外。

1.2研究意义

1、理论意义：

节能的重要性

节约1千瓦时电相当于节约0.35千克标准煤，还能保护我们的生态环境。

发1千瓦时电将排放：

1.7克烟尘、935克二氧化碳、6.6克二氧化硫、3.7克氮氧化物

家庭如何多用低谷电

家庭如何多用低谷电？

可在低谷时间使用有定时功能的洗衣机、蓄热式电热水器、消毒柜、烘干机等家电设备。

手机、数码相机、电动剃须刀则可在晚上10点以后充电。

浙江省夏季用电的特点

随着我省经济快速发展和人民生活水平不断提高及办公室环境的改善，夏季空调用电容量增长迅速。

7-8月是浙江省天气最炎热的月份，且学生放假在家，企事业单位和家庭空调用电发生重叠，空调用电快速增长，使7-8月成为我省全年用电较多的月份。

其中每日用电尖峰一般发生在10：

00-11：

00。

节约能源是每个人的责任和义务

人类的生存离不开能源。

工农业产品是改善人类生活品质、迈向舒适生活的必需品，它的生产离不开能源；家用电器是改善人们生活环境必不可少的组成部分，它的运转也离不开能源。

然而地球所储存的能源是有限的，我们不能只考虑当代的需求，更要为子孙后代考虑，增强全社会的资源忧患意识和节约意识，提倡合理用能、节约用能，这就是“可持续发展”的能源消费观。

如何养成节约用电的好习惯

家庭成员要树立自觉的节电意识，在日常工作和生活中养成节约用电的好习惯。

做到：

随手关灯，人走关灭，避免“长明灯”、随手关闭不用的电器开关、家用空调调至适当的温度、家用电器避免长时间处于待机状态。

如何选择高效节能的家用空调

首先，要选用能效比高的空调，能效比是空调制冷量与制冷功率的比值。

其次，要选用变频空调，变频空调压缩机电机转速可变，避免了压缩机的频繁启动，比定速空调节电30%。

要尽量采用直流变速空调，它比交流变频空调节电约10%。

挑选交流变频或直流变速空调时，应注意其制冷（制热）量和使用范围相匹配。

2、现实意义：

油烟对人体的伤害：

对妇女：

油烟中含有致癌物苯并芘，长时间吸入油烟一是人体组织发生病变，长期接触油烟的40-60岁女性患病的比例将增加几倍。

皮肤粗糙有皱纹、掉头发、色斑、发胖油烟颗粒堵塞皮肤毛孔，导致女性皮肤粗糙干燥、出皱纹、色斑，使人更易发胖，油烟可损伤体内免疫系统，有5年下厨经历，便会有不同程度脱发。

对儿童：

对儿童的危害巨大小孩吸入油烟则会引起眼、鼻、呼吸道病变、影响正常的生长发育，少年儿童正处在长身体的阶段，油烟的污染是少年儿童容易患上结膜炎、鼻炎、咽喉炎、气管炎、肺炎等疾病，严重危害孩子的健康成长。

对老人：

更易引发老年病，油烟中的脂肪氧化物会引发心血管、脑血管疾病，尤其是老年人长年累月的油烟熏呛，更易患病。

对家庭：

油烟入侵呼吸道，可引起食欲减退、心烦、精神不振、疲乏无力等症状；医学上称为"油烟综合症"。

油烟主要成分丙烯醛对眼、鼻、咽喉黏膜有强烈的刺激，可引起慢性角膜炎、鼻炎、咽喉炎、气管炎、肺炎等疾病，另外油烟中有74种化学物质，能使细胞发生变化，导致不育成为"家庭杀手"。

厨房被油烟熏的脏兮兮、擦洗厨房成了极大的负担，一身的油烟味难闻死了。

最好方法是去除油烟。

只有尽力去除油烟，才能保卫我们生活安全，建造更加美好的生活环境。

人类将会和谐发展。

1.3国内现状

中国抽油烟机行业经过20多年的发展，已成为一个较成熟的产业。

与其他家电产品相比较，这一产业处于一个相对激烈的竞争环境里，以珠江三角洲和长江三角洲为代表的各大抽油烟机生产企业占据了国内抽油烟机市场上的主要份额。

中国抽油烟机工业在发展的同时，一些问题也日益显露出来。

特别是抽油烟机行业标准不规范，科研开发能力弱，技术提升缓慢，环保能效低，安全问题和污染问题严重等制约了行业的进一步发展和品质的提高。

因此，中国抽油烟机企业必须抓住新的发展形势，加大科技创新，提高技术含量，加强售后服务水平，打造有效推广策略，对抽油烟机行业的国家标准进行统一规划，注重环保要求，这也是行业未来发展的必然选择。

第2章系统结构与原理

系统分为检测部分和控制部分（如图2.1），检测部分为键盘输入、烟雾检测、煤气检测三部分，单片机控制电路由AT89C51单片机、抽油烟机开关电路、声音报警、定时显示四部分组成，其中当抽油烟机启动时，自动照明电路才有效，为保证单片机正常工作，设有看门狗芯片监测电源稳定及程序是否正常执行。

图2.1系统原理图框图

单片机通过对检测信号的实时采集，对温度高、污染大的烟气采用热敏电阻检测，而温度低但危险大的燃气采用气敏传感器检测，当厨房的油烟或可燃有害气体达到一定浓度的值时，经传感器进入单片机分析，使电机电路自动启动并发出声音报警，吸油烟机迅速将有害气体抽走，本设计并设有定时功能，可对抽烟烟机进行工作时长的设定，从而实现智能化吸油烟功能。

本设计同时设有手动开关，在手动运行下，其功能和普通油烟机一样，可人为的要求开启或关闭，但当煤气泄漏时，不论在自动还是手动运行情况下，抽油烟机会立即启动，并伴随声音报警。

第3章检测电路设计

3.1煤气检测

3.1.1对气敏元件的选择

对煤气检测选用气敏电阻[2]，气敏电阻是一种半导体敏感器件，它是利用气体的吸附而使半导体本身的电导率发生变化这一机理来进行检测的。

目前国产的气敏元件有2种。

一种是直热式，加热丝和测量电极一同烧结在金属氧化物半导体管芯内；另一种是旁热式，这种气敏元件以陶瓷管为基底，管内穿加热丝，管外侧有两个测量极，测量极之间为金属氧化物气敏材料，经高温烧结而成。

另外半导体气敏元件有N型和P型之分。

N型在检测时阻值随气体浓度的增大而减小；P型阻值随气体浓度的增大而增大。

本设计用SnO2（MQ-2气体传感器）气敏元件，它是由0.1--10um的晶体集合而成，这种晶体是作为N型半导体而工作的。

在正常情况下，是处于氧离子缺位的状态。

当遇到离解能较小且易于失去电子的可燃性气体分子时，电子从气体分子向半导体迁移，半导体的载流子浓度增加，因此电导率增加。

而对于P型半导体来说，它的晶格是阳离子缺位状态，当遇到可燃性气体时其电导率则减小。

SnO2在室温下虽能吸附气体，但其电导率变化不大。

但当温度增加后，电导率就发生较大的变化，因此气敏元件在使用时需要加温。

封装好的气敏元件有6只针状管脚，其中4个用于信号取出，2个用于提供加热电流。

MQ-2气敏元件的结构外形及测量电路如图3.1所示：

图3.1MQ-2气敏元件

MQ-2气体传感器标准工作条件:

Vc回路电压≤15VACorDC

VH加热电压5.0V±0.2VACorDC

RL负载电阻可调

RH加热电阻31Ω±3Ω室温

PH加热功耗≤900mW

Rs敏感体表面电阻3KΩ-30KΩ（1000ppm异丁烷）

探测浓度范围:

100ppm-10000ppm液化气和丙烷

300ppm-5000ppm丁烷

5000ppm-20000ppm甲烷

300ppm-5000ppm氢气

标准工作条件温度：

20℃±2℃Vc:

5.0V±0.1V

相对湿度：

65%±5%Vh：

5.0V±0.1V

响应时间约为10秒，恢复时间约为30秒～60秒。

MQ-2放置一段时间后，再通电使用时，阻值是先下降，然后又上升，通电大约10分钟后（叫初期稳定时间），才能稳定到与气氛状态相应的阻值。

为了避免通电开始时的误报动作，本设计在单片机内部特别设置十几分钟的延迟电路。

3.1.2煤气检测电路

MQ-2型气敏元件对不同种类、不同浓度的气体有不同的电阻值，因此，在使用此类型气敏元件时，灵敏度的调整是很重要的。

本设计中RP2为灵敏度调整电阻。

本设计煤气检测原理图（图3.2）：

当空气中不含有煤气或煤气含量低于设定值时，MQ-2电阻值很大，使得RP2上的分压很小，进入74LS04的电压为低电平，因此单片机中断入口的输入信号一直保持为高电平，不能触发单片机中断服务程序。

当空气中煤气含量超过预警值时，MQ-2电阻减小，负载RP2上分压变大，74LS04输入由低电平变为高电平，经反向后，单片机INT0口得到一下降沿，进入中断服务程序，抽油烟机启动并报警。

图3.2煤气检测电路

3.2油烟蒸汽检测

对油烟蒸汽的检测选用热敏电阻[3]，热敏电阻的主要特点是：

（1）灵敏度较高，其电阻温度系数要比金属大10～100倍以上，能检测出10-6℃的温度变化；

（2）工作温度范围宽，常温器件适用于-55℃～315℃，高温器件适用温度高于315℃（目前最高可达到2000℃），低温器件适用于-273℃～55℃；（3）体积小，能够测量其他温度计无法测量的空隙、腔体及生物体内血管的温度；（4）使用方便，电阻值可在0.1～100kΩ间任意选择；（5）易加工成复杂的形状，可大批量生产；（6）稳定