机电一体化毕业设计.doc

毕 3 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 油烟对妇女 儿童 老人 家庭都有很大的伤害 最好方法是去除油烟 第 一 安装开放式厨房 但是许多家庭空间不允许 第二 安装抽油烟机 为了节 省电能 所以设计变频的油烟机 本本课题的内容课题的内容要求如下 要求如下 1 了解检测油烟传感器原理及应用 2 抽油烟机的总体设计及其可行性分析 3 熟悉自动控制技术原理和应用 4 检测信号电路部分设计 标明符号及参数的大小 5 控制软件的设计 6 对系统进行性能分析 7 系统总体调试 8 查阅有关文献后 完成一份文字不少于 5000 字的文献综述 9 写出开题报告 10 论文的内容需要写出摘要 中文 致谢 参考文献 11 参考文献不少于 15 篇 毕 3 目目 录录 摘要 5 第一章 绪论 6 1 1 油烟的危害 6 1 2 油烟机 评定及发展 7 第二章 系统结构与原理 13 第三章 硬件设计与计算 14 3 1 检测电路设计 14 3 1 1 煤气检测 14 3 1 2 油烟检测 16 3 1 3 按键输入 19 3 1 4 系统自动复位电路 21 3 2 主控制电路设计 22 3 2 1 AT89C51 22 3 2 2 对油烟机的开关控制 25 3 2 3 自动照明控制 27 3 2 4 定时显示电路 29 3 2 5 报警电路 31 第四章 软件程序设计 32 4 1 软件设计 32 4 1 1 主程序的设计 32 4 1 2 中断键盘扫描 33 4 1 3 LED 显示子程序 34 4 1 4 INTI 中断报警服务程序 35 第五章 结论 36 参考文献 37 附录 38 毕 3 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 毕 3 第一章第一章 绪论绪论 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 1 1 油烟的危害油烟的危害 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 毕 3 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 油烟对人体的伤害 对妇女 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 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 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 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 21 2 油烟机 发展及评定油烟机 发展及评定 抽油烟机简介抽油烟机简介 毕 3 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 毕 3 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 毕 3 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 抽油烟机评定抽油烟机评定 评定油烟机的好坏应有以下四个标准 毕 3 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 毕 3 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 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 毕 3 第二章系统结构与原理第二章系统结构与原理 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 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 按键输入 煤气检测 烟雾检测 看门狗 AT89C51 抽油烟机开 关 声音报警 定时显示 自动照明 毕 3 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 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 毕 3 MQ 2 气敏元件的结构外形及测量电路如图 3 1 所示 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 0V 0 2V AC or DC RL 负载电阻可调 RH 加热电阻 31 3 温室 PH 加热功耗 900mW Rs 敏感体表面电阻 3K 30K 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 阻值是先下降 然后又上升 通电大 毕 3 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 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 INT0 口得到一下将沿 进 入中断服务程序 抽油烟机启动并报警 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 毕 3 高 其电阻温度系数要比金属打 10 100 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 55 315 3 体积小 能够测量 其他温度计无法测量的空隙 腔内及生物体内血管的温度 4 使用方便 电 阻值可在 0 1 100K 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 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 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 电子和空穴 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 100 1000000 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 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 毕 3 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 10K 1 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 RT RP1 R6 R7 上获得的分压 Vr6 Vr7 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 RT RP1 IN IN 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 电极启动后每隔约 120 秒进行一次温度检测 以免继电器频繁通断 毕 3 3 1 33 1 3 按键输入按键输入 1 1 按键说明按键说明 键盘输入采用中断扫描方式 可以节省 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 各键时相互独立的 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 S1S2S3S4S5S6 手动开 关 10 定时 10 自动运行取消报警 毕 3 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 认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气 并作相应的控制 取消报警 取消煤气泄漏报警 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 仅作一个按键输入出路 必须消除抖动干 扰 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 法来消除干扰 硬件方法是通过如滤波电器 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 2 2 按键接口电路按键接口电路 如图 3 4 所示 没有键按下时 P10 P15 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 P10 P15 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 毕 3 3 1 43 1 4 系统自动复位电路系统自动复位电路 DS1232 是一个具有看门狗功能的电源检测芯片 在电源上电 断电 电压瞬 间下降和死机时都会输出一个复位脉冲 十分适合做为单片机的复位信号 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时间间隔可以设置 具有 5 或 10 的两种电源检测精度 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 毕 3 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 150ms 如果不连接 脉冲间隔不得大于 600ms 如果连接到电 源 脉冲间隔不得大于 1 2s OL 引脚 3 选择 5 或 10 的电源检测精度 如果这个引脚连接到地 当 电源下降到 4 75V 时芯片才输出一个复位脉冲 GND 引脚 4 底线 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 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 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列死机 是非常有用的 图 3 6 时 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 毕 3 3 23 2 主控制电路设计主控制电路设计 3 2 13 2 1 AT89C51AT89C51 AT89C51 是一种带 4K 字节闪存可编程可擦除只读存储器 FPEROM Flash 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 3 7 所示 毕 3 图 3 7 AT89C51 引脚图 1 特征 与 MCS 51 兼容 1 4K 字节可编程闪烁存储器 2 寿命 1000 写 擦循环 3 数据保留时间 10 年 4 三级程序存储器锁定 5 128 8 位内部 RAM 6 32 可编程 I O 线 7 两个 16 位定时器 计数器 8 5 个中断源 9 可编程串行通道 10 低功耗的闲置和掉电模式 11 片内振荡器和时钟电路 12 全静态工作 0Hz 24MHz 13 2 管脚 图 3 7 说明 VCC 供电电压 GND 接地 P0 口 P0 为一个 8 位漏极开路双向 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 P1 能够用于外部程序数存储器 它可以被定义为数据 地址的第八位 在 FLASH 编程中 P0 口作为原码输入口 毕 3 当 FLASH 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 口是一个内部提供上拉电阻的 8 位双向 I O 口 P2 口缓冲器能接 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 口的管脚被尾部拉低 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 口输出四肢的高八位 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 口管脚时 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 他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 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 PSEN 外部程序存储器的宣统信号 在由外部程序存储器取指期间 每隔 机器周期两次 PSEN 有效 但在访问外部数据存储器时 这两侧有效地 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 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 毕 3 3 振荡器特点 XTAL1 和 XTAL2 分别为反向放大器的输入 输出 3 2 23 2 2 对油烟机的开关控制对油烟机的开关控制 1 1 SSRSSR 固态继电器的介绍固态继电器的介绍 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 对强点的控制 第一种方法 在固态继电器的控制输入端增加一级积分电路或者增加一个定时器 对控制 信号进行延时 选择的固态继电器是应该选择 DC DC 型的 220 伏交流电先经过 整流 滤波电路得到所需的直流电 实际应该没有那么大 可能还需要升压电路 供给固态继电器 这样在通电后 需要经过设定的延时时间后 才能在负载上得 到所需要的电压 在延时过程中 负载上的电压为零 第二种方法 用同样的固态继电器 不过在积分电路与固态继电器之间增加放大电路 经 积分过程中的电压转化为门极控制信号的导通角 从而控制输出的电压 此种情 况下 从延时开始到延时结束 输出电压从 0 增加到 320 伏 固态继电器因为没有机械触点以及其他机械部件 因此它的可靠性非常高 寿命长 在通与断的瞬间不会产生电火花 更没有噪声 其开关速度相当快 工 作频率也相当高 又因该种继电器的输入与输出间采用光耦合器 因此又具有良 好的抗干扰性能 固态继电器另一个特点是驱动电压 电流很小 也就是给输入端一个很小的 信号 就能完成对系统的控制 因此可由 TTL CMOS 等数字电路直接驱动 所以 被广泛应用于数字程控装置 数据处理系统的终端装置 以及其他各种自动控制 系统 固态继电器另一个特点是驱动电压 电流很小 也就是给输入端一个很小的 信号 就能完成对系统的控制 因此可由 TTL CMOS 等数字电路直接驱动 所以 被广泛应用于数字程控装置 数据处理系统的终端装置 以及其他各种自动控制 毕 3 系统 2 固态继电器的类型 按其所控制的负载电源进行区分有交流固态继电器 AC SSR 和百流田态继电器 DC SSR 交流固态继电器能够控制交流负载电源 的接通与断开 其输出开关器件多为双向晶闸管 直流固态继电器能够控制直流 负载电源的接通与断开 其输出开关器件多为大功率晶闸管 2 2 SSRSSR 系列固态继电器选型系列固态继电器选型 品牌 FUCHS 福斯 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 1 输入回路与输出回路之间光隔离 2 输入端 输出端之间隔离耐压 2500V 3 100 负载电流老化试验 通过欧共体 CE 认证 国际 ISO9000 认证 国内 3C 4 认证 SSR 10DA 技术参数 如表 3 2 表 3 2 SSR 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 LED 毕 3 3 3 单片机对抽油烟机的控制单片机对抽油烟机的控制 单片机对点击控制如图 3 8 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 控制点击的启动与关闭 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 图 3 8 电机控制电路 3 2 33 2 3 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 毕 3 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 1 10M 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 4 0 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 2 10 暗阻 兆欧 1 10 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 VDRM 600V 反向耐压 VRRM 600V 触发电流 IGT 200 us 通态压降 VTM 1 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 只有当抽油烟机启动时 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 达到一定峰值时 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 毕 3 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 图 3 9 光控电路 3 2 43 2 4 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 本设计计数数码显示管显示 1 1 LEDLED 数码显示概述数码显示概述 Led 是一类可以直接将电能转换成光能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 本设计采用 7 段码 led 显示 通常在显示我们采用的方法包括 一种是静态显示 一种是动态显示 本设计中采用静态显示 2 2 ledled 数码显示器接法数码显示器接法 Led 数码显示器有两种连接方法 如图 3 10 共阴极接法 把发光二极管的阴极连接在一起为公共阴极 每个二极管使用 时阳极通过电阻与输入端相连 共阳极接法 把发光二极管阳极连在一起作为公共阳极 使用时阳极接 5v 每个管子阴极通过电阻与输入端相连 本设计采用共阴极 毕 3 图 3 10 数码管连接方法 3 3 数码显示电路数码显示电路 本设计中由单片机 P2 口输出显示码 P0 口输出位选码 由于发光二极管通常 需要 10 到 40 毫安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 到底让哪个锁存器选通 主要取决于 P05 P06 P0 三个输出口的状态 如图 毕 3 3 2 53 2 5 报警电路报警电路 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 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 如下图 声音报警电路图 毕 3 运行状态位 f 1 开始 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 延时 120 秒 返回 第四章第四章 软件程序设计软件程序设计 4 4 1 1 软件程序设计软件程序设计 4 1 14 1 1 主程序的设计主程序的设计 运行状态 f 1 时 系统自动检测运行 f 0 时 系统受手动开关的控制 Y N Y N Y N 毕 3 中断扫描程序 调用显示程序 延时 10ms