自动抽油烟机的控制系统设计

I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IIABSTRACTThis design not only have the hood of basic switching function， but also according to the kitchen to cook in the cooking temperature of gas generated in the process， whereas the leakage of gas temperature and low characteristics of the sensors to different parts， namely， high temperature， pollutionlarge gas detection by thermal resistance， while the temperature is low but the risk of large gas using gas sensors detect when the kitchen harmful fumes or flammable gas reaches a certain concentration value， by the sensor into the single chip analysis， the circuit automatically starts the motorand sound alarm， range hood quickly take away the harmful gases.This design has timing， work can smoke when smoking a long set.The hardware part of the paper the main design of the hood of smoke， gas detection module， key input module， timing display module， the implementation of the circuit module， the system software component is the process of each module to do a detailed analysis of the main program control， break key scan routines， display routines， interrupt service routine alarm， automatic range hood in order to achieve the function.The design of the hood is controlled mainly by SCM， software designed to control the switching range hood， so relative to the normal range hood， according to its automatic detection， better flexibility， power consumptionlow， easy to operate and so on.KEY WORDS: microcontroller，range hood， detection， automatic controlIII目录摘要 .IABSTRACT .II第 1 章 绪论 .11.1 抽油烟机 .11.2 研究意义 .11.3 国内现状 .2第 2 章 系统原理及组成 .3第 3 章 检测电路设计 .43.1 煤气检测 .43.1.1 对气敏元件的选择 .43.1.2 煤气检测电路 .53.2 油烟蒸汽检测 .63.2.1 热敏电阻的选择 .63.2.2 油烟监测电路分析 .73.4 按键输入 .83.4.1 按键说明 .83.4.2 按键接口电路 .93.5 系统自动复位电路 .10第 4 章 主控制电路设计 .124.1 AT89C51 简介 .124.2 对抽油烟机的开关控制 .144.2.1 SSR 固态继电器的介绍 .144.2.2 SSR 系列固态继电器选型 .154.2.3 单片机对抽油烟机的控制 .154.3 自动照明控制 .164.3.1 光敏电阻介绍 .164.3.2 光敏电阻的选型及电路连接图 .164.4 定时显示电路 .18IV4.4.1 LED 数码显示器概述 .184.4.2 LED 数码显示器的接法 .184.4.3 数码管显示电路 .194.5 报警电路 .19第 5 章 程序设计 .215.1 主程序的设计 .215.2 中断键盘扫描 .225.3 LED 显示子程序 .235.4 INT1 中断报警服务程序 .24第 6 章 结论 .25致谢 .26参考文献 .27附录 .281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。对于中国人来说，在食品加工中，煎、炒、烹、炸占有很大的比例，因此2中式厨房中的油烟很大，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。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，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。因此在选择机型时首先就要选择排烟效率高的。 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。 3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。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。图 2.1 系统原理图框图4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 3.1 MQ-2 气敏元件5MQ-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 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。674LS04MQ-2RP25.1KC447uAT89C51INT012VCC3.2 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 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 Temperature 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；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。图 3.2 煤气检测电路7电阻值和温度变化的关系式为：)TN1-(e RRT ：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 = 2.71828 ） 。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：)TN1-(e RR45=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 Vr6IN-，LM324 由低电平变为高电平，经 74LS04 反向后，单片机 P0.2 口得到低电平，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。8R910KR1010KRP110KOUTIN+IN-LM324NTC-MF5A74LS04P02VCC3.4 按键输入3.4.1 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S1 S2 S3 S4 S5 S6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。图 3.3 油烟检测电路9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.3.4.2 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。74LS04VCCS1S2S3S4S5S612345674LS301K*6INTIP10P11P12P13P14P15AT89C51图 3.4 按键接口电路103.5 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；RST 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，图 3.5 DS1232 封装11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12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 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 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 FIASH 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EA/VP31X119 X218RESET9RD17 WR16INT012 INT113T014 T115P101 P112P123 P134P145 P156P167 P178P00 39P01 38P02 37P03 36P04 35P05 34P06 33P07 32P20 21P21 22P22 23P23 24P24 25P25 26P26 27P27 28PSEN 29ALE/P30TXD 11RXD 10AT89C51图 4.1 AT89C51 引脚图13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 /INT1（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14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: XTAL1 和 XTAL2 分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2 应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。4.2 对抽油烟机的开关控制4.2.1 SSR 固态继电器的介绍单片机控制电机的开关通过 SSR 系列固态继电器，SSR 成功地实现了弱信号(Vsr) 对强电 (输出端负载电压) 的控制。SSR 是利用晶体管或可控硅代替常规继电器的触点开关，而在前级与光电隔离器融为一体，由于光耦合器的应用，使控制信号所需的功率极低(约十余毫瓦就可正常工作)，而且 Vsr 所需的工作电平与 TTL、HTL、CMOS 等常用集成电路兼容，可以实现直接联接。这使 SSR在数控和自控设备等方面得到广泛应用。交流型 SSR 由于采用过零触发技术，因而可以使 SSR 安全地用在计算机输出接口上，不必为在接口上采用 MER 而产生的一系列对计算机的干扰而烦恼。此外，SSR 还有能承受在数值上可达额定电流十倍左右的浪涌电流的特点 9。固态继电器是具有隔离功能的无触点电子开关，在开关过程中无机械接触部件，因此固态继电器除具有与电 磁 继 电 器 一样的功能外，还具有逻辑电路兼容，耐振耐机械冲击，安装位置无限制，具有良好的防潮防霉防腐蚀性能，在防爆和防止臭氧污染方面的性能也极佳，输入功率小，灵敏度高，控制功率小，电磁兼容性好，噪声低和工作频率高等特点。固态继电器有三部分组成:输入电路，隔离(耦合)和输出电路。按输入电压的不同类别，输入电路可分为直流输入电路，交流输入电路和交直流输入电路15三种。有些输入控制电路还具有与 TTL/CMOS 兼容，正负逻辑控制和反相等功能。固态继电器的输入与输出电路的隔离和耦合方式有光电耦合和变压器耦合两种。固态继电器的输出电路也可分为直流输出电路，交流输出电路和交直流输出电路等形式。交流输出时，通常使用两个可控硅或一个双向可控硅，直流输出时可使用双极性器件或功率场效应管。4.2.2 SSR 系列固态继电器选型品牌: FUCHS/ 福斯 10 货号: SSR-10DA（1）、产品特点：、双向可控硅输出，零电压开启，零电流关断；、输入回路与输出回路之间光隔离；、输入端-输出端之间隔离耐压 2500V；、 100%负载电流老化试验，通过欧共体 CE 认证，国际 ISO9000 认证，国内3C 认证。（2）、 SSR-10DA 技术参数（如表 4.1）：表 4.1SSR-10DA 技术参数及内部结构图控制方式 直流控交流(DC-AC)负载电流 10A负载电压 24-380VAC、控制电压 3-32VDC控制电流 DC:3-25mA通态漏电流 2mA通态降压 1.5VAC断态时间 10mS介质耐压 2500VAC绝缘电阻 500M/500VDC环境温度 -30-+75安装方式 螺栓固定工作指示 LED164.2.3 单片机对抽油烟机的控制单片机对电机控制如图 4.2 所示，单片机通过 PO.O 外接一反相器控制固态继电器发光二极管的闭合，控制电机的启动与关闭。当 PO.O 输出低电平时，固态继电器 SSR-10DA 内部的发光二极管通电变亮，触发导通右侧的光控晶闸管，形成电机启动的闭合回路，抽油烟机启动。当 PO.O 输出为高电平时，发光二极管不发光，固态继电器 SSR-10DA 不能触发导通，无法形成电机启动的闭合回路，抽油烟机关闭。F1MMOTOR AC220AV1234SSR-10DA 74LS04AT89C51P0.04.3 自动照明控制4.3.1 光敏电阻介绍光敏电阻又称光导管，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。常用的制作材料为硫化镉，另外还有硒、硫化铝、硫化铅和硫化铋等材料。这些制作材料具有在特定波长的光照射下，其阻值迅速减小的特性。这是由于光照产生的载流子都参与导电，在外加电场的作用下作漂移运动，电子奔向电源的正极，空穴奔向电源的负极，从而使光敏电阻器的阻值迅速下降。因此入射光强，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） 。常用的光敏电阻器硫化镉光敏电阻器，它是由半导体材料制成的。光敏电阻器的阻值随入射光线（可见光）的强弱变化而变化，在黑暗条件下，它的阻值（暗阻）可达 110M 欧，在强光条件（ 100LX）下，它阻值（亮阻）仅有几百至数千欧姆。光敏电阻器对光的敏感性（即光谱特性）与人眼对可见光（0.40.76）m 的响应很接近，只要人眼可感受的光，都会引起它的阻值变化。图 4.2 电机控制电路174.3.2 光敏电阻的选型及电路连接图本设计选用硫化镉光敏电阻 MG45型号：MG45-3功率(mW)：200亮阻(k ) ： 210暗阻(M)：110环境温度()：-40+70时间常数(ms)：20工作电压(V) ：150电路中单向可控硅选用 MCR100-811，主要参数：通态电流 IT(AV) = 0.6A浪涌电流 ITSM = 15A正向耐压 VDRM 600V反向耐压 VRRM 600V触发电流 IGT 200uA(微触发 )通态压降 VTM 1.7V(ITM=2A)结温 = 125（ ） 封装形式 = TO-92光敏电阻对照明的自动控制如图 4.3 所示，只有当抽油烟机启动的时候，光控电路外接电压，光敏电阻 MG45-3 才起到控制作用，当光照强度变弱时，暗阻变大，流入 MCR100-8 单向可控硅的电流变大，大到一预定值时，触发导通 MCR100-8，电灯形成闭合回路 ，电灯通电变亮。当光照强度变强时，电阻变小，触发电流变小，而当交流电压变为零时，触发电流不能再次触发导通MCR100-8，电灯回路断开，灯灭。18F1LAMPR810MVD1-VD4IN4007MG45-3RPMCR100-8 RP34.7MMMOTOR AC220AV1234 SSR-10DA 4.4 定时显示电路系统中需要显示定时时长及定时剩余时间，本设计用数码显示管来显示。4.4.1 LED 数码显示器概述LED 是一类可以直接将电能转化成可见光和辐射能的发光器件。LED 发光数码管是单片机系统采用的廉价输出设备，作为系统的显示器件。本设计中采用 7 段码 LED 显示。通常在显示上我们采用的方法一般包括两种：一种是静态显示，另一种是动态显示。其中静态显示的特点是显示稳定不闪烁，程序编写简单，可以有效节省 CPU 的很多时间，占用端口资源多；动态显示的特点是显示稳定性没静态好，程序编写复杂，相对静态显示而言占用端口资源少。在本设计中为节省机时，采用的是静态显示方法。4.4.2 LED 数码显示器的接法LED 数码管显示器有两种连接方法如图 4.4：共阴极接法：把发光二极管的阴极连在一起构成公共阴极，使用时公共阴极接地。每个发光二极管的阳极通过电阻与输入端相连。共阳极接法：把发光二极管的阳极连在一起构成公共阳极，使用时公共阳极接+5V ，每个发光二极管的阴极通过电阻与输入端相连。本设计采用的是共阴极接法。 图 4.3 光控电路194.4.3 数码管显示电路本设计中由单片机 P2 输出显示码， P0 口输出位选码 12。由于发光二极管通常需要十几到几十毫安的驱动电流才能正常发光，发出的显示控制信号经过74HC573 锁存器来驱动数码管正常工作，到底让哪一个锁存器选通，主要取决于 P05、P06、P07 三个输出口的状态。 （如图 4.5）图 4.4LED 数码管连接方法20EA/VP31X119 X218RESET9RD17 WR16INT012 INT113T014 T115P101 P112P123 P134P145 P156P167 P178P00 39P01 38P02 37P03 36P04 35P05 34P06 33P07 32P20 21P21 22P22 23P23 24P24 25P25 26P26 27P27 28PSEN 29ALE/P30TXD 11RXD 10U?AT89C51OC1 C111D2 2D33D4 4D55D6 6D77D8 8D91Q 192Q 183Q 174Q 165Q 156Q 147Q 138Q 1274HC573(2)OC1 C111D2 2D33D4 4D55D6 6D77D8 8D91Q 192Q 183Q 174Q 165Q 156Q 147Q 138Q 1274HC573(1)OC1 C111D2 2D33D4 4D55D6 6D77D8 8D91Q 192Q 183Q 174Q 165Q 156Q 147Q 138Q 1274HC573(3)abfcgdeDPY1234567abcdefg8 dp dpCOM1COM29 10DS3abfcgdeDPY1234567abcdefg8 dp dpCOM1COM29 10DS2abfcgdeDPY1234567abcdefg8 dp dpCOM1COM29 10DS1123C1C2C31D2D3D4D5D6D8D7DP20P21P22P23P24P25P26P27P20P21P22P23P24P25P26P27P20P21P22P23P24P25P26P27P05P06P074.5 报警电路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，触发蜂鸣器声音报警。 （此时伴随抽油烟机启动）蜂鸣器选用 YMD12065，5V 有源蜂鸣器。BELL74LS04 AT89C51P0.1图 4.5 显示电路图 4.6 声音报警电路21第 5 章 程序设计5.1 主程序的设计运行状态位 f=1 时，系统自动检测运行，f=0 时，系统受手动开关的控制。开始运行状态位 f=1？P0.2 口为低电平？ 手动开/关位 s=0 ?P0.0=0(电机启动 ) P0.0=1(电机关闭 ) P0.0=0(电机启动 ) P0.0=1(电机关闭 )YY YNNN返回延时 120 秒225.2 中断键盘扫描中断扫描程序调用显示程序延时 10ms有键按下吗？调用查找功能键程序读 P1 口键值键值（BUFF）关中断NY235.3 LED 显示子程序三位数显示完了吗？静态显示子程序获取要显示的数据求待显示数据的显示码从 P2 口送出段选码从 P05P07 送出位选码延时 10ms返回YN245.4 INT1 中断报警服务程序中断服务程序启动抽油烟机关中断声音报警25第 6 章 结论毕业设计(论文) 工作是实现人才培养目标的综合性实践教学环节，是本科学生开始从事科学研究和工程设计的初步尝试，是培养学生运用所学的基本理论、基本知识和基本技能解决实际问题能力、独立工作能力和创新能力的重要途径，是学生将所学知识深化和升华的重要过程，也是对学生四年的学习成果、创新能力和综合素质的全面检验。一个系统的正常稳定的运行需要各部分密切协调的运行，系统的设计要考虑到功能的要求、运行的稳定性、反映的灵敏度，还有准确性，在本系统设计中选 89C51 为核心芯片，然后根据设计任务、系统的功能要求设计了外围电路。当空气中泄漏的可燃气体浓度超过检测电路的设定值时，气敏传感器阻值下降，并给单片机中断一下降沿，单片机控制电机、报警电路工作，抽油烟机排气并报警；在烧饭做菜时，蒸汽、油烟以及燃烧废气等烟气的温度使热敏电阻阻值下降，给单片机 P0.0 输入低电平，抽油烟机运转进行排烟，当室内烟气排净后，抽油烟机自动停止运转，重新进入检测状态；当室内烟气或燃气超标使抽油烟机运转时，如果室内光线充足，照明灯仍不亮，只有夜晚室内光线足够暗时，照明灯才会亮；为使显示倒计时时间，准确直观，采用 74HC573 驱动数码管的显示；采用中断扫描键阵对定时和开/关进行适时操作使系统准确运行；为了使系统更加准确、稳定地工作，不受干扰的影响，又加入了声光报警器提醒操作人及时对煤气泄漏故障进行修理；看门狗电路提高了系统工作的稳定性。通过上述步骤，从而顺利地完成了整个系统的设计，达到了设计的目的。 通过本次设计，我深刻的体会到独立思考、设计以及创新实践的重要性，通过理论和时间相结合，巩固了所学理论知识，达到了学以致用的目的。 26致谢本文是在曾 xx 老师的悉心指导下完成的，非常感谢我的导师曾老师。她为人随和热情，治学严谨细心。在闲聊中她总是能像知心朋友一样鼓励你，在论文的写作和措辞等方面她也总会以