抽油烟机系统设计.docx
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抽油烟机系统设计
江西现代职业技术学院
毕业设计（论文）
题目抽油烟机系统设计
姓名机电一体化
班
级09级成教
学生刘朝凯
指导教师李珺
2011年12月1日
系
摘要.............................................................
第一章绪论.......................................................
1.1油烟的危害...............................................
1.2油烟机、评定及发展......................................
第二章系统结构与原理.............................................
第三章硬件设计与计算.............................................
3.1检测电路设计............................................
3.1.1煤气检测...........................................
3.1.2油烟检测...........................................
3.1.3按键输入...........................................
3.1.4系统自动复位电路...................................
3.2主控制电路设计..........................................
3.2.1AT89C51............................................
3.2.2对油烟机的开关控制.................................
3.2.3自动照明控制.......................................
3.2.4定时显示电路.......................................
3.2.5报警电路...........................................
第四章软件程序设计...............................................
4.1软件设计................................................
4.1.1主程序的设计.......................................
4.1.2中断键盘扫描.......................................
4.1.3LED显示子程序.....................................
4.1.4INTI中断报警服务程序..............................
第五章结论......................................................
参考文献.........................................................
致谢.............................................................
附录.............................................................
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，而泄露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，当厨房的右眼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，可对抽油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
第一章绪论
[摘要]现代厨房一般都离不开煤气灶和抽油烟机（通风设备），一旦使用煤气灶，则一定会产生油烟、水汽与乙烷等影响厨房空气环境的混合气体，为了健康生存的需要，往往用通风设备如抽油烟机来改善充满油烟气的厨房环境．本论文即针对厨房产生的烟雾设计相应的抽油烟机.论文首先介绍抽油烟机的概念、结构、工作原理等方面，对抽油烟机产品在日常生活所起到重要作用。
其次论文对系统总体设计进行了概况阐述，在厨房不仅具备油烟机的基本功能，而且还能利用气敏传感器进行烟雾的自动检测，并根据检测到油烟大小，自动切换油烟机的风力开关，调节风力大小，实现智能化吸油烟功能．依此设计制作了相应的软硬件，论文的硬件部分主要设计了油烟机的显示部模块，数据采集模块，执行电路模块等，对系统做了整体的设计，系统软件部分主要是对各模块的流程做了详细的的分析，并且编写了响相应的汇编程序来实现相应的功能。
有显示子程序，数据比较子程序，数据采集程序。
从而实现了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，通过软件设计来调节电机的转速，所以相对于普通的抽油烟机来说，灵活性比较好，功耗低，体积小，便于操作；同时可以做到自动检测。
1．1油烟的危害
厨房是家庭中空气污染最严重的空间，其污染来源主要有两方面；一是以煤、煤气、液化气常用炊火中释放出的一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物等有害气体；二是烹饪菜肴时产生的油烟。
现在时尚的厨房装修多采用开放式设计，但制作中餐的进程会产生较大的油烟，开放式的厨房，空气流动范围较大，油烟机不能很好地聚敛排放油烟，这就造成了餐厅和客厅的油烟废气污染。
油烟是健康、环保的"大敌"，中餐一直以美味著称于世，然而厨房油烟成分复杂----含有200-300种有害物质，是家人健康的"大敌"。
我国妇女很少吸烟、酗酒，可是她们却很容易衰老，这是什么原因呢？
医学家发现，这与她们天天在厨房里炒菜时吸入的油烟有关。
通过动物试验发现，厨房的油烟油雾中含有致癌物质，可导致细胞染色体畸变。
这些物质通过口腔进入消化道，或通过呼吸进入肺部，都可引起相应部位的病变。
油烟、醉油加上烯料的污染，可以说，厨房是家庭污染的“重灾区”，也是家庭的“化工厂”。
作为“重灾区”的指挥员、“化工厂厂长”的家庭主妇，不可避免地要遭受到这睦来自厨房的污染物的袭击。
这是家庭主妇容易衰老和多病的原因之一。
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。
1.2油烟机、发展及评定
抽油烟机简介
抽油烟机又称吸油烟机，是一种净化厨房环境的厨房电器。
它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，并有防毒、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。
抽油烟机进入中国普通家庭厨房的时间还不是很长。
早期的家庭厨房排烟工作都是由排风扇来完成的。
排风扇虽然能排除掉厨房中的大部分油烟，但是它却无力解决烹饪中产生的油烟对整个厨房污染。
烹饪中产生的油烟含有很多对人体有害的物质，如果人长期在充满油烟的房间内工作，可导致很多疾病的发生。
对于中国人来说，膳食结构与西方人不同，所以厨房中从厨具的品种、样式到布置，都与西方国家都有很大的不同。
中国是一个讲究美食的国度，在食品加工中，煎、炒、烹、炸占有很大的比例，因此中式厨房中的油烟很大，容易使厨房环境变得油腻而不好清洗，所以抽油烟机就成了改变厨房环境的一个“有力武器”。
它改变了厨房的大环境，减少油烟对厨房环境和人体健康造成伤害。
抽油烟机可谓是厨房的“肺”。
抽油烟机历史
中国第一台抽油烟机是我国商务部在德国慕尼黑商品博览会上引进由帅康生产，当时引进的是技术和产品的外观。
但没有结合中国人的自己的烹饪方式生产。
外国家庭烹饪主要强调保持蔬菜的营养和原汁原味，基本采用蒸煮煎炸烹饪技巧不会产生多大的油烟。
而中国人强调的猛火爆炒会产生大量的油烟。
抽烟烟机是利用热气上升的原理设计。
通过油网过滤但不达到100%过滤油烟。
一、我国吸油烟机发展的历史沿革
在二十世纪七十年代末期，我国五金行业内的科技情报工作者根据掌握的国外信息就提出了在我国开发吸油烟机的建议。
限于当时各方面条件的制约，国内无一厂家开发这种产品。
直到1984年7月，上海桅灯厂根据掌握的实物情报（台湾产吸油烟机样机）试制成功了我国第一台外排式吸油烟机，同年12月投入生产，当年产量为629台。
上海成为我国最早开发和生产吸油烟机的地区。
杭州铰链厂也曾在1984年开始试制吸油烟机，但当年未投入生产，也是最早开发和生产吸油烟机的厂家之一。
1985年，深圳沙头角粤海家电五金总厂、上海航海仪器厂、哈尔滨不锈钢制品厂、哈尔滨市炬光制灯厂、广州五金工具厂、武汉日用五金研究所等单位也开始试制吸油烟，但只有哈尔滨不锈钢制品厂当年投产。
这样，1985年正式投产的有上海桅灯厂、杭州铰链厂、哈尔滨不锈钢制品厂，共计生产15900台，应该说是我国吸油烟机开始投入批量生产的第一年。
1986年，杭州余杭红星五金厂（即现在的老板牌吸油机的诞生地），北京厨房设备厂、大连电风扇厂、上海新峰家用五金厂、东海微电机厂、广州洗衣机厂、广东开平三埠家用电器一厂等厂家也争相加入到开发吸油烟机的行列，但当年未投入批量生产。
实际上，1986年只有6家企业批量生产，总计年产量为10.26万台，但发展势头之猛可见一斑。
1987年，我国吸油烟机生产企业一跃发展到52家，年产量也增加到37.4万台。
其中，广东省产量比1986年增长7倍，上海产量比1986年增长10.3倍，哈尔滨产量增长1.9倍。
1988年，我国吸油烟生产企业发展到76家，年产量达134.81万台。
1989年，仅上半年我国吸油烟机产量就达到86.1万台。
但六月份之后，受国家经济形势的影响，吸油烟机的生产销售出现了突然下滑的局面。
但是，吸油烟机的发展并未因此因而止步，重点生产企业转而调整产品结构，改进产品质量，从而促进了吸油烟机产品质量和功能的完善和提高。
1990年，据对31个主要生产吸油烟机厂家的统计，年产量为152.2万台，据称，全国吸油烟机在1990年的产量约为400万台。
1991年，仅据重点吸油烟机生产企业计划产量统计，为302万台，实际产量应该突破400万台大关。
选择抽油烟机
首先要选择排烟率高的。
厨房油烟对人体的呼吸系统会产生伤害，有资料显示，我国因呼吸系统疾病而死亡者占各类死亡原因的首位，煤烟型氟中毒，砷中毒已成为某些地区居民的地方病。
安装抽油烟机的目的就是为了在烹饪中抽走油烟，减少室内污染，因此在选择机型时首先就要选择排烟效率高的。
其次，要选择负压大的。
因为抽油烟机的负压越大，吸烟能力越强。
如您所述，目前市场上的抽油烟机分为平板式、半深型、深型和柜式等类型，它们因结构的不同产生的“负压区”也不同，大多数深型抽油烟机的负压区域约为0.14立方米，其排烟效率为60％左右，柜式抽油烟机的负压区域约为0.32立方米，排烟效率大于95％。
但由于柜式油烟机采用了三面封闭的形式，所以在外观上没有吊挂式显得豪华。
要选择各项技术指标符合国家标准的。
目前全国生产抽油烟机的厂家400余家，其中有些是十几个人组成的小作坊式的生产厂，一些产品没有经过国家权威部门认证。
因此消费者在选择时一定要注意选择产品质量有保证的产品。
抽油烟机分类
分为三种：
一是中式烟机，二是欧式烟机，三是侧吸式。
中式烟机主要分为老式浅深吸式抽油烟机，尤其是浅吸式为主要淘汰的对象。
就是普通排气扇，是直接把油烟排到室外。
深吸式烟机最大的问题是占用空间，噪音大，容易碰头，滴油油烟抽不干净，使用寿命短，清洗不方便，对环境污染大。
品牌众多
二种是欧式烟机，利用多层油网过滤{5-7层}，增加电机功率以达到最佳效果，一般功率都在300瓦以上。
特点是：
外观漂亮，价格昂贵，费电。
油网清洗不方便，容易碰头，滴油。
以老板方太为代表
三是侧吸式油烟净化器。
利用空气动力学和流体力学设计，先利用表面的油烟分离板把油烟分离再排出干净空气的原理。
它的特点是抽油烟效果好抽油烟效果都在99%以上。
不滴油不碰头，隐藏在橱柜里与橱柜融为一体，不占空间。
电机不粘油使用寿命长，清洗方便。
省电一般在160瓦。
油烟不通过呼吸区保证主妇的身体健康。
排出干净空气不污染环境。
抽油烟机评定
评定油烟机的好坏应有以下四个标准：
1、能否把厨房油烟完全抽干净
2、能否把油和烟分离，让风机得到有效的保护
3、清洗是否轻松方便
4、是否省电并长期保持超强功效
用上面四个标准来审视传统抽油烟机自然就知道了这么多年来抽油烟机行业无法让人满意的原因了。
第一，传统抽油烟机都是吊顶设计，安装高度一般在700mm左右，而其主流机型的风机功率大都在200~250W之间，故其有效抽吸半径大致在400mm左右，因而锅面完全在它的风机抽吸范围之外，这样油烟从锅面一产生自然就会四处漫延。
要想抽干净，从空气功力学的原理上讲，它只有把高度降下来，让其抽吸的有效半径将锅面覆盖住，自然也可实现99%的抽吸效果，但这显然又无法炒菜了，仔细剖析后不难发现，这种吊顶式设计就是传统烟机抽不干净的根本原因。
第二，传统油烟机在油烟过滤方面，都是采用滤油网方式。
有一层、二层或多层，滤孔有方形、菱形、圆形等，目的是寄希望通过滤网把油烟挡住，但从这么多年的使用情况来看，这种解决方案的效果非常差，有一著名品牌宣传资料就坦诚告之：
滤网即便小到0.01平方厘米时，仍有37%的油烟挡不住，而现在市面多数烟机的滤网孔均在0.04平方厘米左右，因而几乎就是直接排放了，其结果就是污染烟机内壁，造成风机叶轮大量不均匀积油，风机转动失去动平衡，故而抽吸效果自然就越来越差，其机械噪音也就越来越大。
总之没有有效的净化功能是传统烟机功效快速下降直第三：
由于其吊顶设计的缺陷及欠缺有效的净化手段，为保证短期内的抽吸效果，其功率一般都较高（主流机型均在200W~250W之间），显然非常耗电。
第三，由于没有有效的净化手段，致使风机及机器内腔大量积油，清洗非常困难，一般需要专业人员才能完成，有时清洗后效果反而更差，费时又费力。
反观火能环保抽油烟机（油烟净化机），由于采用了专利的弧形简约外观设计及旋流技术，侧面进风，低位安装，巧妙地在不占用用户炒菜操作空间的前提下，将进风口大大降低，只抽油烟，不抽火苗，经广州日用电器检测所抽样签定，实现了99%的抽吸效果，同时专利的线型双面旋流分离器经二次油烟分离实现了90.5%的净化效果，从而风机得到有效保护，整机寿命自然大大延长（一般是传统烟机的两倍），高效节能，整机功耗大大降低，最大功率为180W（弱档只有120W）比传统烟机省电20--30%，为此已获得“中国节能产品认证证书”。
并且机器内壁及风机无需拆洗，左右分离器可方便的取下，清洗工作普通家庭人员都可胜任，方方便便，轻松自如
中国抽油烟机行业
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。
2006年1-12月全国抽油烟机累计产量为10,898,703台，与2005年同期相比增长了45.74%。
2007年1-12月中国抽油烟机企业继续保持稳定的增长势头，2007年1-12月全国抽油烟机累计产量为10,898,703台，与2006年同期相比增长了45.74%。
2008年上半年，尽管受到雪灾、地震、洪涝等自然灾害影响，但我国抽油烟机市场仍然出现了价格、销量双双上涨的形势。
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。
而在全球金融危机和经济增速放缓的背景下，小家电却在整体增速下滑的国内家电业中独树一帜。
08年国内从事小家电的企业前三季度销售额均出现大幅增长。
第二章系统结构与原理
抽油烟机的结构包括，内壳，电机，风扇，琴键开关，照明灯，挡光灯，集油罩，集油杯，电源线。
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。
AT89C51
按键输入
自动照明
抽油烟机开/关
声音报警
煤气检测
烟雾检测
定时显示
看门狗
图2.1系统原理图
单片机通过对监测信号的实时采集，对温度高、污染大的烟气采用热敏电阻监测，而温度低但危险大的燃气采用气敏传感器监测，当厨房的右眼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，可对抽油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，可认为的要求开启或关闭，担当煤气泄漏时，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。
1对气敏元件的选择
对煤气检测选用气敏电阻，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，是出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，它的品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在温室下虽能吸附气体，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。
2热敏电阻的选择
热敏电阻分三类：
在某一温度下电阻急剧增加、具有正温度系数的热敏电阻PTC（PositiveTemperatureCoeff1Cient），随温度上升电阻呈指数关系减小、具有负温度系数的热敏电阻NTC（NegativeTemperatureCoeff1Cient），具有负电阻突变特性，在某一温度下，电阻值随温度的增加激剧减小的临界温度热敏电阻CTR（CriticalTemperatureResistor）,具有很大的负温度系数。
3当气敏电阻检测到有煤气泄漏时：
中断服务程序会给P0.1口一低电平，出发蜂鸣器声音报警。
（此时伴随抽油烟机启动）。
蜂鸣器选用YMD12065,5V有源峰鸣器。
第三章硬件设计与计算
3.1检测电路设计
3.1.1煤气检测
1对气敏元件的选择
对煤气检测选用气敏电阻，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，是出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，它的品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在温室下虽能吸附气体，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温室
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-1000ppm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
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