简易全自动抽油烟机设计.doc

2012年吉林化工学院电子设计竞赛 简易全自动抽油烟机设计（a题）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，启动风扇，吸油烟机迅速将有害气体抽走,还可以根据油烟浓度，分档排烟，而且在数码显示器上能自动显示排烟档次。还有是当环境亮度较低时，自动启动烟机的照明系统。本设计设有定时功能，可对抽烟烟机进行工作时长的设定，具有手自动切换功能，具有液化气泄漏检测、报警功能。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 自动控制目录摘 要- 1 -第一章 系统设计方案与论证- 3 -1.1 总体方案选择- 3 -1.2器件的选择- 3 -1.2.1控制芯片的选择- 3 -1.2.2显示器的选择- 3 -1.2.3温度传感器的选择- 4 -1.2.4排烟风机的选择- 4 -1.2.5光敏传感器的选择- 4 -1.2.6烟雾、煤气传感器的选择- 5 -第二章 系统硬件电路设计- 6 -2.1 单片机小系统的电路设计- 6 -2.2 显示电路设计- 6 -2.3 5v直流电源的电路设计- 7 -2.4 霍尔传感器的电路设计- 8 -2.5 ad590温度传感器的电路设计- 8 -2.6 光敏电阻的电路设计- 9 -2.7 烟雾、煤气传感器的电路设计- 9 -第三章 测试数据及测试结果分析- 11 -3.1 测试方法- 11 -3.2 测试结果- 11 -参考文献- 12 -第一章 系统设计方案与论证1.1总体方案选择单片机通过对检测信号的实时采集，对温度高、污染大的烟气采用烟雾传感器检测，而温度低但危险大的燃气采用煤气传感器检测，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，抽油烟机根据浓度分档将有害气体抽走，光敏电阻采集环境亮度，控制烟机的照明系统，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。1.2器件的选择1.2.1控制芯片的选择方案一：采用目前比较通用的51系列单片机。此单片机的运算能力强,软件编程灵活,自由度大。虽然该系统采用单片机为核心,能够实现对外围电路的智能控制,但在产生方波时,外围电路必须加上d/a芯片,这就使得整个系统硬件电路变得复杂,而且d/a器件价格较高,使得系统的性价比偏低。方案二：采用msp430f169单片机。此单片机功能较强，性价比高、集成度高、易扩展、可靠性高、功耗小及具有较高的数据处理和运算能力。由于msp430f169单片机内部集成了d/a转换器,不需外加d/a。种方案既能实现智能化的特点,简化硬件电路,提高测量精度,这给调试、维护和功能的扩展、性能的提高,带来了极大的方便。鉴于上面考虑,我们采用方案二。1.2.2显示器的选择方案一：采用led显示，把测量所得到的高度通过数码管显示。数码管亮度高，体积小，重量轻。但是动态显示要求单片机定时地对显示器件扫描，如不调用显示程序，就会立即停止显示，而且显示信息简单、有限，在本题目中应用受到很大的限制。 方案二： 采用1602字符液晶显示器，能够同时显示1602即32个字符。1602液晶驱动简单，性价比相对较高，但能够显示的信息有限。方案三：采用12864lcm点阵显示器，点阵显示界面友好，显示信息量丰富，接口电路简单，可以和单片机直接相连。考虑到本题显示信息较多，需要显示输出的波形，信号频率及幅值，我们决定选择lm12864点阵显示器作为本系统的显示模块。1.2.3温度传感器的选择方案一：采用18b20温度传感器，信息经过单线接口送入ds1820或从ds1820送出，因此从中央处理器到ds1820仅需连接一条线（和地）。读写和完成温度变换所需的电源可以由数据线本身提供，而不需要外部电源。电路简单，成本低，但编程复杂，转换速度慢。方案二：采用ad590温度传感器，是电流输出型两端温度传感器，利用pn结构正向电流与温度的关系制成的，将温度转化为电流，而电流与热力学温度成正比，由a/d转换模式输入单片机，由单片机读出。此温度传感器转换速度快，精度高，编程简单。综合以上考虑，我们选择方案二。1.2.4排烟风机的选择方案一：5v的直流小型风扇，电流小，风扇转速慢，而且工作不稳定。方案二：220v交流风扇，用固态继电器控制风机运行，安全性高，而且风扇转速快，而且工作稳定。考虑到排烟效果明显，安全等问题，我们选择方案二。1.2.5光敏传感器的选择方案一：光敏三极管，当具有光敏特性的pn 结受到光辐射时，形成光电流，由此产生的光生电流由基极进入发射极，从而在集电极回路中得到一个放大了相当于倍的信号电流，但是它的转换线性差，在低照度或高照度时，光电流放大系数值变小，影响工作的稳定性。方案二：光敏电阻器，又称光导管，特性是在特定光的照射下，其阻值迅速减小，可用于检测可见光。 光敏电阻器是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器；入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大。光敏电阻器一般用于光的测量、光的控制和光电转换（将光的变化转换为电的变化），稳定性相对较好。综合考虑，我们选用光敏电阻。1.2.6烟雾、煤气传感器的选择方案一：nis-09离子传感器，内部使用了微量的放射性物质镅241。但传感器本身被金属制电极所覆盖,放射能决不会泄露。工作电压最大为24v，适用各种高灵敏度烟雾探测器、火灾报警器等，主要用于报警系统中。方案二：mq-2烟雾传感器，对不同种类、不同浓度的气体有不同的电阻值，适宜于液化气、丁烷、丙烷、甲烷、酒精、氢气、烟雾等的探测。方案三：mq-5煤气传感器，在较宽的浓度范围内对可燃气体有良好的灵敏度 ，家庭用气体泄漏报警器对丁烷、丙烷、甲烷的灵敏度较高 ，特别是对煤气的感应，当传感器所处环境中存在可燃气体时，传感器的电导率随空气中可燃气体浓度的增加而增大。使用简单的电路即可将电导率的变化转换为与该气体浓度相对应的输出信号而且长寿命、低成本。 鉴于此，我们选用方案二和方案三。第二章 系统硬件电路设计本设计采用msp430f169单片机作为系统控制单元，系统分为检测部分和控制部分，检测部分为键盘输入、烟雾检测、煤气检测，温度检测，煤气检测五部分，单片机控制电路由msp430f169单片机、抽油烟机开关电路、声音报警、定时显示、发光二级管、排风扇电机等部分组成，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。系统框图如图2-1所示。图2-1 系统结构框图2.1 单片机小系统的电路设计采用msp430f169单片机作为系统控制单元，外配4mhz主晶振和32768hz的辅助晶振、复位电路、按键电路、lm12864显示器构成单片机小系统，msp430f169单片机小系统电路如图2-2所示。2.2 显示电路设计lcm12864液晶显示模块与单片机连接电路如图2-3 所示。图2-2 单片机系统电路图2-3 lcm12864液晶显示模块与单片机连接电路2.3 5v直流电源的电路设计5v直流稳压电源包括单相桥式整流电路，滤波电路和稳压电路。电路设计如图2-4所示。图2-4 5v直流稳压电源电路2.4 霍尔传感器的电路设计在非磁性材料的圆盘边上粘一块磁钢，霍尔传感器放在靠近圆盘边缘处，圆盘旋转一周，霍尔传感器就输出一个脉冲，脉冲再经过施密特反相器和d触发器消除干扰，送入单片机，从而可测出转数。电路图如图2-5所示。图2-5 霍尔传感器电路2.5 ad590温度传感器的电路设计ad590温度传感器电路是由串联一个5k电阻构成，由于其灵敏度为1a/，所以温度每改变一度，输出电压改变5k1a=5mv。所以在50到150的温度变化内，输出电压在1.115v到2.115v改变。可将此电压直接送到单片机进行a/d 转换，而不需要分压等操作。如图2-6所示。图2-6 ad590的外形及应用电路2.6 光敏电阻的电路设计光敏电阻电路是由一个阻值与光敏电阻在黑暗环境中阻值相同的电阻与光敏电阻串接而成。当环境亮度变暗时，光敏电阻阻值变大，因此分压情况改变，单片机接收电压数据进行判断环境亮度变化。电路如图2-7所示。图2-7光敏电阻电路2.7 烟雾、煤气传感器的电路设计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/mq-5放置一段时间后，再通电使用时，阻值是先下降，然后又上升，通电一段时间后（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，本设计在单片机开始工作时特意设定了20秒的预热时间。图2-8 烟雾、煤气传感器电路第三章 测试数据及测试结果分析3.1 测试方法用烟雾，煤气，打火机，手分别测试烟雾传感器、煤气传感器、热敏电阻、光敏电阻是否灵敏。3.2 测试结果检测项目测试结果能否自动检测油烟，启动风机排烟能能否根据油烟浓度情况，分档排烟，数码显示排烟档次能排烟档次分为强、中、弱三个档当环境亮度较低时，能否自动启动烟机的照明灯能是否具有定时关闭排烟功能，定时时间为1分钟以上有是否具有手自动无扰切换功能，并具有手自动工作状态指示功能有是否具有液化泄漏检测、报警功能有是否具有温度显示功能有是否具有测量风机转速功能有参考文献1李亮. 抽油烟机. 广东: 广东科技出版社， 2007. 87922刘笃仁，韩保君.传感器原理及应用技术.北京:机械工业出版社，2003.8. 45493张毅.自动检测技术及仪表控制系统.北京:化学工业出版社，2008. 37484李建民.单片机在温度控制系统中的应用.江汉大学学报，1996.6. 47545潘新民，王燕芳.微型计算机控制技术.北京:电子工业出版社，2008. 67756夏继强.单片机实验与实践教程. 北京:北京航空航天大学出版社， 2001. 68767yang. y.， yi. j.， woo， y.y.， and kim. b.: optimum design for linearityand efficiency of microwave doherty amplifier using a new loadmatching technique， microw. j.， 2001， 44， (12)， pp. 20368胡汉才.单片机原理及其接口技术. 北京:清华大学出版社，2008. 49669潘新民，王燕芳.微型计算机控制技术.北京: 电子工业出版社，2008. 10811010vizimuller， p.: rf design guide-systems， circuits， and equations (artechhouse， boston， ma， 1995)6r. dye， “visual object-orientated programming，” dr. dobbs macintoshjournal， sept. 1st ( 1991). 768011王兆安，黄俊.电力电子技术.北京:机