油烟机自动控制系统.docx
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油烟机自动控制系统
计算机与信息学院
电子信息工程系综合课程设计报告
专业班级
电子信息工程11-1班
学生姓名及学号
指导教师
课题名称油烟机自动控制系统
2013〜2014学年第三学期
设计课题：
油烟机自动控制系统
、课题的基本描述随着社会的进步，建设生态文明是我国长久的发展之计。
目前国内对厨房油烟净化的研究还处于起步阶段，人们对油烟危害认识不足以及对其处理方法缺乏重视。
因此，提出油烟治理新技术，已经刻不容缓，且智能、节能化产品已不断融入生活中。
传统抽油烟机长时间的打开不仅会对电能造成浪费，而且还会使其工作寿命缩短；设计将针对传统的抽油烟机进行改进，通过烟雾传感器检测油烟及浓度大小，控制抽油烟机的电机是否启动及转速大小；根据光照强度控制照明灯的开启；这样使智能控制抽油烟机具有智能、环保、节能的特点。
、设计的基本要求
设计要求：
在烹饪的过程中根据有无油烟来控制电机的启停、根据油烟浓度的大小自动调节电机的转速，并能根据当前光照强度，决定是否照明。
并且，在油烟机电机关闭的情况下，照明灯是不会打开的。
使之达到智能、节能的目的。
、技术方案及关键问题
实现思路：
具体实现采用TGS2600传感器对油烟进行检测，检测信号过PCF8591进行A/D转换，然后由单片机根据数值的大小来决定开启哪个转速挡位，从而实现电机转速的调节。
油烟机的电机使用的是用抽头来调节电机转速的，因而本次设计使用控制多个继电器来启用不同的挡位。
抽油烟机的光照亮度则通过灯泡照明，采用光敏电阻对环境光信号进行采集。
解决的关键问题：
系统对油烟浓度以及对光强大小的检测。
四、系统设计实现
（一）、硬件设计：
整个硬件设计包括以下模块：
电源模块，烟雾检测模块，光强检测模块，单片机最小系统，继电器组。
硬件模块图：
（一）、电源模块：
为整个系统提供电源。
整个系统使用的电源有两个，一个是给电机和灯泡供电，使用的是220V的交流电；另一个是给单片机系统、检测模块和继电器组模块供电，需要的是5V的直流电。
我们的家庭用电使用的就是220V的交流电，可以直接给电机和灯泡供电。
因而需要设计一个电压转换电路，使220V交流电压转为5V直流电压，为单片机系统、检测系统、显示模块及继电器组模块供电。
220V转5V电路框图：
图2.电源变换原理框图
220V交流电连一个降压变压器把电压值降到9V左右。
然后用桥式整流电
路进行整流，使交流变成直流。
变成直流以后，对其进行滤波，减小纹波成分，提高电压均值，稳定电路输出。
后接一个LM7805，对其进行稳压。
LM7805可以使输出稳定在5V，并且其内部还有过热保护电路和短路保护电路。
三端稳压器LM7805后面接一个104的电容，这个电容有滤波和阻尼作用。
电路原理图：
图3.电源原理图
（二）、检测模块：
检测模块包括两路信号监测，一路是油烟检测，一路是光强检测。
油烟检测：
油烟检测使用的是TGS2600,TGS2600对香烟的烟雾或烹调臭味有很高的灵敏度。
该传感器的电阻随油烟气体浓度的变化而变化，因
而只要检测该传感器的阻值，就可以检测油烟的浓度，在TGS2600传感器
输出端串联一个负载电阻，经计算，为使其输出电压范围变化最大，负载电阻阻值的大小应为30k左右。
该传感器输出的为模拟电压信号，需要对其进行A/D变换。
为了实现阻抗匹配，在其后接一个电压跟随器。
电压跟随器具有高的输入阻抗的，低的输出阻抗特性。
油烟浓度测量输出电压范围：
油烟检测电阻的变化范围为10k到95k,
其两端串联上一个30k的精密电阻，其电压变化范围为1.2V到3.75V，经A/D变换，输出的数字值的变化值为61-191,即用这个值来表示油烟的浓度。
由于油烟浓度越大，阻值越小，并依据此变化范围，设置电机的转速。
本次设计将电机转速分为三档，分别是快档、中档、慢档，电机转速分别是快速、中速、慢速。
电机的转速由检测到的油烟浓度进行控制。
不同的油烟浓度对应不同的转速，可以实现节能的效果。
光强检测：
光强检测使用光敏电阻，光敏电阻的阻值随光照强度的变化而变化。
光敏检测用来检测当前的光照强度。
当检测到油烟以后电机启动，就会判断当前光强是否达到要求，如果没达到照明要求，则开启灯，否则不必开启。
并且在电机没有启动的情况下，灯泡是不会点亮的。
本次设计我们使用的模数转换芯片是PCF8951，该芯片是低功耗、8-bitCMOS数据获取器件。
PCF8591具有4个模拟输入、1个模拟输出和1个串行I2C总线接口。
油烟检测电路：
图4.油烟检测模块原理图
数模转换及光敏检测:
\:
vc
图5.AD变换及光敏采集
（三）、单片机最小系统模块：
使用STC90C516RD+片机，共3个16位定时器/计数器，其中定时器0还可以当成2个8位定时器使用。
外部中断4路，12时钟/机器周期和6时钟/机器周期可任意选择。
该芯片具有很丰富的片上资源。
最小系统版原理图：
图6.单片机最小系统板
（四）、继电器组模块：
继电器实现了用低压控制高压，单片机输出高电平，就可使继电器闭合，
从而使电机转动。
在其旁接上一个LED灯用来指示油烟机的工作状态，普通二极管的作用是用来保护继电器，防止断开对其产生的损害。
本次设计使用四个继电器，其中三个用于控制电机的转速，另外一个控制照明。
原理图：
（二）、软件设计
软件流程：
图9.程序流程图
1
r
定时
［返回］
中断定时齣
图10.程序图
中断定时器0用于计时，由于A/D转换存在一定的误差，以及电路稳定性的原因，单片机读到的数据有误差。
在系统启动电机后延迟一段时间在对单片机的读取判断值进行刷新，以防止电机频繁的进行转速转换。
五、测试及分析
系统测试：
电源模块测试：
接好电路测试，进行电压、电流测试
电压测试
5.08V
5.09V
5.07V
5.08V
5.09V
系统整体调试：
为了更好地观测系统的运行状态，在系统里加入了一个显示模块，用以显示系统检测到的各个参数。
显示的内容包括光敏电阻两端的电压（反应光照强度）、TGS2600的输出电压（反应油烟浓度的大小）。
原理图：
LCD1602-
VCX1
RPol1K
图11」cd1602电路图
实物实验图：
六、设计中的问题及改进方向
（一）、设计过程中的问题：
1、电路焊接问题，出现了漏焊、错焊、虚焊等问题；
2、电源的初期设计中未对整个系统的进行考虑，买回的器件无法对整个系统供电，原因是变压器的输出功率过低，而系统的整体功耗过大导致的。
（二）、待改进的问题
1、对油烟检测的灵敏度需要提高，设计的系统稳定性还有待提高；
2、电机与继电器组的连接缺乏一个保护电路，系统复位时，电机多个
抽头接通，易烧坏电机。
七、结论：
设计采用了单片机智能控制系统，电机的转速随油烟浓度的变化而变化，当无油烟时自动关闭，减少了不必要的电能损耗，因而该油烟机具有较强的节能性；通过对亮度和电机转速的自动调节，节约了电费的开支，具有较强的经济性；设计的抽油烟机系统经过了模拟实验，运行效果能基本完成其功能。
由于该设计采用了模块化的设计思路，为该油烟机系统功能的进一步改进和优化创造了条件，实现了整个系统的设计目的，具有较强的推广应用价值。
本次课程设计利用单片机控制油烟机的启动和关闭。
通过TGS26O0专感器检测油烟浓度，根据不同的油烟浓度使传感器的阻值产生变化，从而使其两端的电压改变，再通过A/D模数转换变成相应的数值来表示油烟浓度。
不同的油烟浓度对应不同的数值，来设置电机转速。
通过传感器检测油烟浓度，当数值显示低于设置的阀值时，继电器发生跳变，电机启动。
在此次课设中，根据不同的油烟浓度来设置不同的电机转速，这是本次课题
的一大亮点，能够很好的解决电能的浪费问题，同时也方便了用户使用。
并且，其中的电源模块使用的是电子变压器，其特点是采用全封闭印刷线路板直接焊接安装，使用方便，结构紧凑，坚固，抗振，防潮，阻燃，抗电强度高，具有很强的安全性，能够放心使用。
当然，通过本次的课程设计也得到了相应的锻炼，自身的设计水平、动手能力、思考能力、以及创新能力都有着很大的提高。
特别是查找问题这一块，大家对分析问题，提出解决方案的能力有很大提高，思考问题也越来越全面，学会了将知识应用于实际的设计。
一个项目从开始到制作，并不只是对已学知识的应用，更要学习一些新的知识，并学会使用。
在项目的设计过程中，大家需要阅读各个芯片的数据手册，这锻炼了自己的专业英语水平。
另外，设计过程中需要查阅相关资料，通过这个项目，大家的这个能力得到了锻炼，以前只会使用搜索引擎去索搜，对学校图书馆的资源没有好好利用，图书馆有许多的数据库，数据库的文献更专业，数据更可靠。
通过对该项目的设计，给我们提供了一次很好的锻炼，为以后的项目设计提供了经验。
指导教师评语及成绩
评语（学生工作评价）:
成绩：
指导教师签字:
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