基于msp430f149单片机制作的简易自动抽油烟机的设计

目目 录录 摘要 . 第一章 绪论. 1.1 油烟的危害. 1.2 油烟机、评定 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 3.2.1 AT89C51 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. 4.1.3 LED 显示子程序. 4.1.4 INTI 中断报警服务程序 第五章 结论. 参考文献 第三章第三章 硬件设计与计算硬件设计与计算 3.13.1 检测电路设计检测电路设计 3.1.13.1.1 煤气检测煤气检测 1 1 对气敏元件的选择对气敏元件的选择 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。 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 3.1 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 DC VH 加热电压 5.0V0.2V AC or DC 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：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。 2 2 煤气检测电路煤气检测电路 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，单片机定时器得到一下将沿，进入 中断服务程序启动并报警。 3.1.23.1.2 油烟检测油烟检测 对油烟蒸气的检测选用热敏电阻，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打 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；（3）使用方便，电阻值 可在 0.1100K 间任意选择；（4）稳定性好、过载能力强。 1 1 热敏电阻的选择热敏电阻的选择 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，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、涌电流。 电阻值和温度变化的关系式为： （3-1） 在温度 T（）时的 NTC 热敏电阻阻值。根据国际规定，额定零功率电阻值 时 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（）+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） 。 2 2 油烟检测电路设计油烟检测电路设计 负温热敏电阻选型：NTC-MF5A 其参数为：R25：10K1%，热敏指数：B25/50:39501% 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式，温宿随之升高，NTC-MF5A 电阻率增大，当热 敏电阻的温度超过 45时，RTRP1，IN+IN-，LM324 由低电平变为高电平， 经 74LS04 反向后，单片机输出口得到低电平，然后被单片机检测到，进入相应 的子函数。电极启动后每隔约 120 秒进行一次温度检测。 图 3.3 油烟检测电路设计 3.23.2 主控制电路设计主控制电路设计 3.2.13.2.1 MSP430MSP430 本设计采用的是 MSP430F2274 单片机。MSP430 是德州公司新开发的一类具 有 16 位总线的带 FLASH 的单片机,由于其性价比和集成度高,受到广大技术开发 人员的青睐.它采用 16 位的总线,外设和内存统一编址,寻址范围可达 64K,还可 以外扩展存储器.具有统一的中断管理,具有丰富的片上外围模块,片内有精密硬 件乘法器、两个 16 位定时器、一个 14 路的 12 位的模数转换器、一个看门狗、 4 路 P 口、16 个外部中断、两路 USART 通信端口、一个比较器、一个 DCO 内部 振荡器和两个外部时钟,支持 8M 的时钟.由于为 FLASH 型,则可以在线对单片机 进行调试和下载,且 JTAG 口直接和 FET(FLASH EMULATION TOOL)的相连,不须另 外的仿真工具,方便实用,而且,可以在超低功耗模式下工作,对环境和人体的辐射 小,测量结果为 100mw 左右的功耗(电流为 14mA 左右),可靠性能好,加强电干扰 运行不受影响。 在软件方面，MSP430 单片机适合 C 语言开发，具有如下优点：1、可以大大 提高软件开发的工作效率；2、可以提高所设计的程序代码的可靠性、可读性和 可移植性；3、设计者可以将注意力更多地集中在充分发挥 MSP430 的功能上。 图 3.7 MSP430 最小系统示意图 （1） 特征： 、处理能力强 MSP430 系列单片机是一个 16 位的单片机，采用了精简指令集（RISC）结构， 具有丰富的寻址方式（7 种源操作数寻址、4 种目的操作数寻址） 、简洁的 27 条内核指令以及大量的模拟指令；大量的寄存器以及片内数据存储器都可参加多 种运算；还有高效的查表处理指令。这些特点保证了可编制出高效率的源程序。 、运算速度快 MSP430 系列单片机能在 25MHz 晶体的驱动下，实现 40ns 的指令周期。16 位 的数据宽度、40ns 的指令周期以及多功能的硬件乘法器（能实现乘加运算）相配 合，能实现数字信号处理的某些算法（如 FFT 等） 。 、超低功耗 MSP430 单片机之所以有超低的功耗，是因为其在降低芯片的电源电压和灵 活而可控的运行时钟方面都有其独到之处。 首先，MSP430 系列单片机的电源电压采用的是 1.8-3.6V 电压。因而可使其 在 1MHz 的时钟条件下运行时，芯片的电流最低会在 165A 左右，RAM 保持模式 下的最低功耗只有 0.1A。 其次，独特的时钟系统设计。在 MSP430 系列中有两个不同的时钟系统：基 本时钟系统、锁频环（FLL 和 FLL+）时钟系统和 DCO 数字振荡器时钟系统。可以 只使用一个晶体振荡器（32768Hz） ，也可以使用两个晶体振荡器。由系统时钟系 统产生 CPU 和各功能所需的时钟。并且这些时钟可以在指令的控制下，打开和 关闭，从而实现对总体功耗的控制。 由于系统运行时开启的功能模块不同，即采用不同的工作模式，芯片的功耗 有着显著的不同。在系统中共有一种活动模式（AM）和五种低功耗模式 （LPM0LPM4） 。在实时时钟模式下，可达 2.5A ，在 RAM 保持模式下，最低可 达 0.1A 。 、片内资源丰富 MSP430 系列单片机的各系列都集成了较丰富的片内外设。它们分别是看门 狗（WDT） 、模拟比较器 A、定时器 A0（Timer_A0） 、定时器 A1（Timer_A1） 、定时 器 B0（Timer_B0） 、UART、SPI、I2C、硬件乘法器、液晶驱动器、10 位/12 位 ADC、16 位 - ADC、DMA、I/O 端口、基本定时器（Basic Timer） 、实时时钟 （RTC）和 USB 控制器等若干外围模块的不同组合。其中，看门狗可以使程序失 控时迅速复位；模拟比较器进行模拟电压的比较，配合定时器，可设计出 A/D 转 换器；16 位定时器（Timer_A 和 Timer_B）具有捕获/比较功能，大量的捕获/ 比较寄存器，可用于事件计数、时序发生、 PWM 等；有的器件更具有可实现异 步、同步及多址访问串行通信接口可方便的实现多机通信等应用；具有较多的 I/O 端口，P0、P1、P2 端口能够接收外部上升沿或下降沿的中断输入；10/12 位 硬件 A/D 转换器有较高的转换速率，最高可达 200kbps ，能够满足大多数数据 采集应用；能直接驱动液晶多达 160 段；实现两路的 12 位 D/A 转换；硬件 I2C 串行总线接口实现存储器串行扩展；以及为了增加数据传输速度，而采用的 DMA 模块。MSP430 系列单片机的这些片内外设为系统的单片解决方案提供了极大 的方便。 另外，MSP430 系列单片机的中断源较多，并且可以任意嵌套，使用时灵活 方便。当系统处于省电的低功耗状态时，中断唤醒只需 5s。 （2）管脚（图 3.7）说明： 引 脚 名 称序 号 I/O说 明 AVcc64模拟电源正端，只为ADC和DAC模拟部分供电 AVss62模拟电源负端，只为ADC和DAC模拟部分供电 DVcc1数字电源正端，为所有数字部分供电 DVss63数字电源负端，为所有数字部分供电 P1.0/TACLK12I/O通用数字I/O引脚/定时器A时钟信号TACLK输入端 P1.1/TA013I/O 通用数字I/O引脚/定时器A捕获：CCI0A输入，比 较：OUT输出，BSL发送 P1.2/TA114I/O 通用数字I/O引脚/定时器A捕获：CCI1A输入，比 较：OUT1输出 P1.3/TA015I/O 通用数字I/O引脚/定时器A捕获：CCI2A输入，比 较：OUT2输出 P1.4/SMCLK16I/O通用数字I/O引脚/SMCLK信号输出 P1.5/TA017I/O通用数字I/O引脚/定时器A，比较：OUT0输出 P1.6/TA118I/O通用数字I/O引脚/定时器A，比较：OUT1输出 P1.7/TA219I/O通用数字I/O引脚/定时器A，比较：OUT2输出 P2.0/ACLK20I/O通用数字I/O引脚/ACLK输出 P2.1/TAINCLK21I/O通用数字I/O引脚/定时器A，INCLK上的时钟信号 P2.2/CAOUT/TA022I/O 通用数字I/O引脚/定时器A捕获：CCI0B输入/比 较器输出 P2.3/CA0/TA123I/O 通用数字I/O引脚/定时器A，比较：OUT1输出/ 比较器A输入 P2.4/CA1/TA224I/O 通用数字I/O引脚/定时器A，比较：OUT2输出/ 比较器A输入 P2.5/ROSC25I/O 通用数字I/O引脚/定义DCO标称频率的外部电阻 输入 P2.6/ADC12CLK/DMAE 0 26I/O 通用数字I/O引脚/转换时钟12位ADC，DMA通 道0外部触发器 P2.7/TA027I/O通用数字I/O引脚/定时器A，比较：OUT0输出 P3.0/STE028I/O 通用数字I/O引脚，USART0/SPI模式从设备传输 使能端 P3.1/SIMO0/DSDA29I/O通用数字I/O引脚，USART0/SPI模式的从输入/主 输出，I2C数据 P3.2/SOMI030I/O 通用数字I/O引脚，USART0/SPI模式的从输出/主 输入 P3.3/UCLK0/SCL31I/O 通用数字I/O引脚，USART0/SPI模式的外部时钟 输入，I2C时钟输出 引 脚 名 称序 号 I/O说 明 P3.4/UTXD032I/O 通用数字I/O引脚，USART0/SPI模式的传输数据 输出 P3.5/URXD033I/O 通用数字I/O引脚，USART0/SPI模式的接收数据 输入 P3.634I/O通用数字I/O引脚，USI1/UART模式接收数据输入 P3.735I/O通用数字I/O引脚，USI1/UART模式发送数据输出 P4.0/TB036I/O 通用数字I/O引脚，捕获I/P或者PWM输出端口- -定时器B7 CCR0 P4.1/TB137I/O 通用数字I/O引脚，捕获I/P或者PWM输出端口- -定时器B7 CCR1 P4.2/TB238I/O 通用数字I/O引脚，捕获I/P或者PWM输出端口- -定时器B7 CCR2 P4.339I/O 通用数字I/O引脚，捕获I/P或者PWM输出端口- -定时器B7 CCR3 P4.440I/O 通用数字I/O引脚，捕获I/P或者PWM输出端口- -定时器B7 CCR4 P4.541I/O 通用数字I/O引脚，捕获I/P或者PWM输出端口- -定时器B7 CCR5 P4.642I/O 通用数字I/O引脚，捕获I/P或者PWM输出端口- -定时器B7 CCR6 P4.7/TBCLK43I/O通用数字I/O引脚，输入时钟TBCLK定时器B7 P5.044I/O 通用数字I/O引脚，USART1/SPI模式从设备传输 使能端 P5.145I/O 通用数字I/O引脚，USART1/SPI模式的从输入/主 输出 P5.246I/O 通用数字I/O引脚，USART1/SPI模式的从输出/主 输入 P5.347I/O 通用数字I/O引脚，USART1/SPI模式的外部时钟 输入， USART0/SPI模式的时钟输入 P5.4/MCLK48I/O通用数字I/O引脚，主系统时钟输入 P5.5/SMCLK49I/O通用数字I/O引脚，子系统时钟输出 P5.6/ACLK50I/O通用数字I/O引脚，辅助时钟输出 P5.7/TBOUTH/SVSOUT51I/O 通用数字I/O引脚，将所有PWM数字输出端口为 高阻态-定时器B7，SVS比较输出 P6.0/A059I/O通用数字I/O引脚，模拟输入A0-12位ADC P6.1/A160I/O通用数字I/O引脚，模拟输入A1-12位ADC P6.2/A261I/O通用数字I/O引脚，模拟输入A2-12位ADC P6.3/A32I/O通用数字I/O引脚，模拟输入A3-12位ADC P6.4/A43I/O通用数字I/O引脚，模拟输入A4-12位ADC 引 脚 名 称序 号 I/O说 明 P6.5/A54I/O通用数字I/O引脚，模拟输入A5-12位ADC P6.6/A6/DAC05I/O 通用数字I/O引脚，模拟输入A5-12位 ADC，DAC0输出 P6.7/A7/DAC16I/O 通用数字I/O引脚，模拟输入A5-12位 ADC，DAC1输出，SVS输入 /NIM58I 复位输入，非屏蔽中断输入或者Bootstrap Loader启动（BSL方式） TCK57I 测试时钟，TCK使芯片编程测试和Bootstrap Loader启动的时钟输入端口 TDI/TCLK55I 测试数据输入，TDI用作数据输入端口或者测试 时钟的输入端口 TDO/TDI54I/O 测试数据输出，TDO/TDI数据输入或者编程数据 输出引脚 TMS56I 测试模式选择，TMS用作芯片编程和测试的输入 端口 VeREF+10I外部参考电压输入 VREF+7O内部参考电压的正输出引脚 VREF- /VeREF-11O外部参考电压或者内部参考电压的负引脚 XIN8I晶振XT1的输入端口 XOUT9I/O晶振XT1的输出端口 XT2IN53I晶振XT2的输入 XT2OUT52O晶振XT2输出 3.2.23.2.2 自动照明控制自动照明控制 1 1 光敏电阻介绍光敏电阻介绍 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，另外还有硫化铝、硫化铅等 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飘逸运动，电子奔向 嗲远的正极，空穴奔向电源的负极，从而使光敏电阻的阻值迅速下降。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，他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，他的 阻值（暗阻）可达 110M 欧，在强光条件下，他的阻值（亮阻）仅有几百至数千 欧姆。光敏电阻器对光的敏感性（即光谱特征）与人眼可见光（0.40.76）um 的响应很接近，只要人眼可感受的光，都会引起他的阻值变化。 2 2 光敏电阻的选型及电路连接图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（千欧）：210 暗阻（兆欧）：110 环境温度（摄氏）：-40+70 时间常数（ms）：20 工作电压（v）：150 电路中单向可控硅选用 MCR100-8,主要参数： 通态电流 IT（AV）=0.6A 浪涌电流 ITSM=15A 正向耐压 VDRM600V 反向耐压 VRRM600V 触发电流 IGT200(us) 通态压降 VTM1.7V 结温=1205（） 封装形式=TO-92 光敏电阻对照明的自动控制如图 3.9 所示，当给该照明系统接通电源时，当 外部光线变暗时，通过电路的自动调节，使 LED 小灯点亮，达到照明的效果。当 亮度正常时，电路自动调节，LED 小灯灭。 图 3.9 光控电路 3.2.33.2.3 定时显示电路定时显示电路 系统中需要显示定时时长及定时剩余时间，本设计 1602LCD 液晶屏显示。 1 1 16021602 液晶显示概述液晶显示概述 1602 液晶也叫 1602 字符型液晶，它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的 点阵型液晶模块。它由若干个 5X7 或者 5X11 等点阵字符位组成，每个点阵字符 位都可以显示一个字符，每位之间有一个点距的间隔，每行之间也有间隔，起到 了字符间距和行间