全自动抽油烟机的控制系统设计.docx

1、全自动抽油烟机的控制系统设计 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

2、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

3、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

4、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

5、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

6、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

7、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、

8、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

9、，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

10、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

11、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

12、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

13、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3.1 MQ-2 气敏元件MQ-2 气体传感器标准工作条件:Vc 回路电压15V AC or DCVH 加热电压5.0V0.2 V AC or DCRL 负载电阻可调RH 加热电阻313 室温PH 加热功耗

14、900mWRs 敏感体表面电阻3K-30K (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： 202 Vc:5.0V0.1V相对湿度： 65%5% Vh： 5.0V0.1V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

15、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

16、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10100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-55315，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-27355；（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0.1100k间任意选择；（5）易加工成复杂的形状，可大批量生产；（6）稳定性好、过载能力强。3.2.1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（Positive Tem

17、perature Coeff1Cient），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（Negative Temperature Coeff1Cient），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（CritiCal Temperature Resistor），具有很大的负温度系数。本设计选用NTC负温度系数热敏电阻，它是以锰、钴、镍和铜等金属氧化物为主要材料，采用陶瓷工艺制造而成的。这些金属氧化物材料都具有半导体性质，因为在导电方式上完全类似锗、硅等半导体材料。温度低时，这些氧化物材料的载流子（电子和孔穴）数目少，所以其电阻值较高；

18、随着温度的升高，载流子数目增加，所以电阻值降低。NTC热敏电阻器在室温下的变化范围在1001000000欧姆，温度系数-2%-6.5%。NTC热敏电阻器可广泛应用于温度测量、温度补偿、抑制浪涌电流等场合。电阻值和温度变化的关系式为： RT ：在温度 T （ K ）时的 NTC 热敏电阻阻值。根据国标规定，额定零功率电阻值是 NTC 热敏电阻在基准温度 25 时测得的电阻值 R25.RN ：在额定温度 TN （ K ）时的 NTC 热敏电阻阻值。T ：为 t(C)+273.15，规定温度（ K ）。B ： NTC 热敏电阻的材料常数，又叫热敏指数。exp ：以自然数 e 为底的指数（ e = 2

19、.71828 ）。3.2.2油烟监测电路设计负温热敏电阻选型4： NTC-MF5A 其参数为：R25：10K1%，热敏指数： B25/50:3950 1%设45为抽油烟机的最低启动温度，由 进行计算：R45=4.35K调节RP1的电阻值为4.35K，当空气中油烟蒸汽含量较低时，空气温度偏低，热敏电阻RTRP1，R6、R7上获得的分压Vr6Vr7，因此IN+IN-，电压比较器LM324输出低电平，热敏电阻阻值较大。当空气中含有大量油烟蒸汽时，温度随之升高，NTC-MF5A 电阻率增大，当热敏电阻的温度超过45时，RTIN-，LM324由低电平变为高电平，经74LS04反向后，单片机P0.2口得到

20、低电平，然后被单片机检测到，进入相应的子函数。电机启动后每隔约120秒进行一次温度检测，以免继电器频繁通断。图3.3 油烟检测电路 3.3 按键输入3.31 按键说明键盘输入采用中断扫描方式5，可以节省节省CPU大量时间，这种办法的实质是，当没有键入操作时，CPU不对键盘进行扫描，以节省大量的时间对系统进行监控和数据处理。一旦键盘输入，即可向CPU申请中断，CPU响应中断后，立刻转到中断服务程序，对键盘进行扫描，判别键盘上闭合键的键号，并作相应的处理。该系统键盘采用开关式键盘，也称线性键盘，各键是相互独立的，当某个键按下时，该键所对应的口线的电位就有高电平变为低电平，CPU访问并查询所有接键口

21、线，即可识别是哪一个键按下。各功能键设置如表3.1：表3.1 功能键说明S1S2S3S4S5S6手动开/关 +10定时-10自动运行取消报警各功能键介绍： 定时：键入此键，单片机开启定时功能默认定时时间为40分钟。+10/-10:定时辅助键，通过加减10分钟确定自己要定的时长。手动开/关：人为的对抽油烟机开动或关闭。自动运行：系统自动检测煤气和烟汽，并作相应的控制。取消报警：取消煤气泄露报警。另外设S7为系统复位键。按键都是利用机械触点的合、断作用来实现信息输入的。当按键开关的触点自合或断开到其稳定状态，会产生一个短暂的抖动和弹跳，这是机械式开关的一个共同性问题，抖动时间的长短，与开关的机械特

22、性有关，一般为5-20ms，为了避免单片机多次处理按键的一次闭合，仅作一个按键输入处理，必须消除抖动千扰6。有键按下通常去抖动干扰可以采用硬件方法，也可采用软件延时的方法。通常在按键较少的情况下采用硬件方法，当按键数目较多时则常采用软件延时的方法来消除抖动干扰。硬件方法是通过如滤波电路、双稳态电路等实现。软件方法是在检测到有键按下时，执行一个10ms的延时程序后再确认该键电平是否仍保持闭合状态电平，如保持闭合状态电平则确认为真正键按下状态，从而消除了抖动干扰.3.3.2 按键接口电路如图3.4所示，没有键按下时，P10P15口输入均为1，同时经八输入与非门（74LS30本设计只用六个口）及反相

23、器，输出一高电平到51单片机的/INT1引脚，此时不申请中断。一旦有键按下，则低电平通过按键输入到P10P15的某一口，同时经八输入与非门输入到/INT1引脚，从而使/INT1有效，向51申请中断，51响应后，立即转至中断服务程序，查出键号，进一步做相应处理。这样可以节省大量的空间扫描时间，进而提高计算机的工作效率。图3.4 按键接口电路3.4 系统自动复位电路DS1232是一个具有看门狗功能的电源监测芯片，在电源上电、断电、电压瞬态下降和死机时都会输出一个复位脉冲，十分适合作为单片机的复位电路。主要有以下特点：具有看门狗功能，可以防止单片机系统死机；贴片式8脚封装（如图3.5）；输入给看门狗

24、的脉冲的时间间隔可以设置；具有5%或10%的两种电源监测精度。芯片内含温度补偿电路，DS1232的引脚逻辑如图所示。对所有引脚定义如下：/PBRST-引脚1，复位键连接引脚，直接连接复位键；TD引脚2，看门狗定时器延时设置。如果连接到地，输入给看门狗的脉冲间隔不得大于150毫秒；如果不连接，脉冲间隔不得大于600毫秒；如果连接到电源，脉冲间隔不得大于1.2秒；OL引脚3，选择5%或10%的电源监测精度。如果这个引脚连接到地，当电源下降到4.75V时芯片将输出一个复位脉冲；如果这个引脚连接到5V，只图3.5 DS1232封装有当电源下降到4.5V时芯片才输出一个复位脉冲；GND 引脚4，地线；R

25、ST引脚5，复位高脉冲输出引脚；/RST引脚6，复位低脉冲输出引脚；/ST引脚7，看门狗脉冲输入，低脉冲有效；VCC引脚8，5V电源。 芯片DS1232在系统工作时，必须不间断的给引脚7输入一个脉冲系列，这个脉冲的时间间隔由引脚2设定，如果脉冲间隔大于引脚2的设定值，芯片将输出一个复位脉冲使单片机复位。一般将这个功能称为看门狗，将输入给看门狗的一系列脉冲称为“喂狗”。这个功能可以防止单片机系统死机。是非常有用的。图3.6是DS1232与单片机连接的原理图，其中TD连接到5V电源，因此输入给看门狗的脉冲间隔不可以超过1.2秒；TOL连接到地，因此电源电压下降到4.75V时就会引起DS1232输出

26、复位脉冲；把51单片机的P0.3引脚连接到DS1232的/ST ，程序中必须从P0.3引脚输出一个脉冲系列到/ST，否则将引起系统复位。图3.6 DS1232与单片机连接图第4章 主控制电路设计4.1 AT89C51简介AT89C51是一种带4K字节闪存可编程可擦除只读存储器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，外形及引脚排列如图4.1所示。（1）主要特性7：与MCS-51

27、 兼容 4K字节可编程闪烁存储器寿命：1000写/擦循环 数据保留时间：10年 全静态工作：0Hz-24MHz 三级程序存储器锁定 1288位内部RAM 32可编程I/O线 两个16位定时器/计数器 5个中断源 图4.1 AT89C51引脚图可编程串行通道 低功耗的闲置和掉电模式 片内振荡器和时钟电路 （2）管脚（图4.1）说明：VCC：供电电压。 GND：接地。 P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当F

28、IASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。 P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。 P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存

29、储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。 P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口8： P3.0 RXD（串行输入口） P3.1 TXD（串行输出口） P3.2 /INT0（外部中断0） P3.3 /IN

30、T1（外部中断1） P3.4 T0（记时器0外部输入） P3.5 T1（记时器1外部输入） P3.6 /WR（外部数据存储器写选通） P3.7 /RD（外部数据存储器读选通） P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。 RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。 ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将

31、跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。 /PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。 /EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。 XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 XTAL2：来自反向振荡器的输出。 （3）振荡器特性: XTA