油烟机自动控制系统资料

1、 计算机与信息学院 电子信息工程系综合课程设计报告 专 业 班 级 电子信息工程 11-1班 学生姓名及学号 指 导 教 师 课 题 名 称 油烟机自动控制系统 20132014学年第 三 学期 设计课题：油烟机自动控制系统 、课题的基本描述 随着社会的进步，建设生态文明是我国长久的发展之计。目前国内对厨 房油烟净化的研究还处于起步阶段， 人们对油烟危害认识不足以及对其处理 方法缺乏重视。因此，提出油烟治理新技术，已经刻不容缓，且智能、节能 化产品已不断融入生活中。 传统抽油烟机长时间的打开不仅会对电能造成浪 费，而且还会使其工作寿命缩短；设计将针对传统的抽油烟机进行改进，通 过烟雾传感器检测

2、油烟及浓度大小， 控制抽油烟机的电机是否启动及转速大 小；根据光照强度控制照明灯的开启；这样使智能控制抽油烟机具有智能、 环保、节能的特点。 、设计的基本要求 设计要求： 在烹饪的过程中根据有无油烟来控制电机的启停、 根据油烟浓度的大小 自动调节电机的转速，并能根据当前光照强度，决定是否照明。并且，在油 烟机电机关闭的情况下， 照明灯是不会打开的。 使之达到智能、 节能的目的。 、技术方案及关键问题 实现思路： 具体实现采用 TGS2600 传 感器 对油烟进行检测，检测信号过 PCF8591 进行 A/D 转换，然后由单片机根据数值的大小来决定开启哪个 转速挡位，从而实现电机转速的调节。油烟

3、机的电机使用的是用抽头来调 节电机转速的，因而本次设计使用控制多个继电器来启用不同的挡位。抽 油烟机的光照亮度则通过灯泡照明，采用光敏电阻对环境光信号进行采 集。 解决的关键问题： 系统对油烟浓度以及对光强大小的检测。 四、系统设计实现 （一）、硬件设计： 整个硬件设计包括以下模块：电源模块，烟雾检测模块，光强检测模块， 单片机最小系统，继电器组。 硬件模块图： （一）、电源模块： 为整个系统提供电源。整个系统使用的电源有两个，一个是给电机和灯 泡供电，使用的是220V的交流电；另一个是给单片机系统、检测模块和继 电器组模块供电，需要的是5V的直流电。我们的家庭用电使用的就是220V 的交流电

4、，可以直接给电机和灯泡供电。因而需要设计一个电压转换电路， 使220V交流电压转为5V直流电压，为单片机系统、检测系统、显示模块 及继电器组模块供电。 220V转5V电路框图： 图2.电源变换原理框图 220V交流电连一个降压变压器把电压值降到9V左右。然后用桥式整流电 路进行整流，使交流变成直流。变成直流以后，对其进行滤波，减小纹波成分， 提高电压均值，稳定电路输出。后接一个LM7805，对其进行稳压。LM7805可 以使输出稳定在5V，并且其内部还有过热保护电路和短路保护电路。三端稳压 器LM7805后面接一个104的电容，这个电容有滤波和阻尼作用。 电路原理图： （fCT 图3.电源原理

5、图 （二）、检测模块： 检测模块包括两路信号监测，一路是油烟检测，一路是光强检测。 油烟检测：油烟检测使用的是 TGS2600, TGS2600对香烟的烟雾或烹 调臭味有很高的灵敏度。该传感器的电阻随油烟气体浓度的变化而变化，因 而只要检测该传感器的阻值，就可以检测油烟的浓度，在TGS2600传感器 输出端串联一个负载电阻，经计算，为使其输出电压范围变化最大，负载电 阻阻值的大小应为30k左右。该传感器输出的为模拟电压信号，需要对其进 行A/D变换。为了实现阻抗匹配，在其后接一个电压跟随器。电压跟随器 具有高的输入阻抗的，低的输出阻抗特性。 油烟浓度测量输出电压范围：油烟检测电阻的变化范围为1

6、0k到95k, 其两端串联上一个30k的精密电阻，其电压变化范围为 1.2V到3.75V，经 A/D变换，输出的数字值的变化值为61-191,即用这个值来表示油烟的浓度。 由于油烟浓度越大，阻值越小，并依据此变化范围，设置电机的转速。 本次设计将电机转速分为三档，分别是快档、中档、慢档，电机转速分 别是快速、中速、慢速。电机的转速由检测到的油烟浓度进行控制。不同的 油烟浓度对应不同的转速，可以实现节能的效果。 光强检测：光强检测使用光敏电阻，光敏电阻的阻值随光照强度的变化 而变化。光敏检测用来检测当前的光照强度。当检测到油烟以后电机启动， 就会判断当前光强是否达到要求，如果没达到照明要求，则开

7、启灯，否则不 必开启。并且在电机没有启动的情况下，灯泡是不会点亮的。 本次设计我们使用的模数转换芯片是 PCF8951，该芯片是低功耗、8-bit CMOS数据获取器件。PCF8591具有4个模拟输入、1个模拟输出和1个串 行I2C总线接口。 图4.油烟检测模块原理图 数模转换及光敏检测: vcc 肪 AZ AZ 3TX2 TX2 VIi 图5.AD变换及光敏采集 （三）、单片机最小系统模块： 使用STC90C516RD+片机，共3个16位定时器/计数器，其中定时器 0还可以当成2个8位定时器使用。外部中断4路，12时钟/机器周期和6 时钟/机器周期可任意选择。该芯片具有很丰富的片上资源。 最

8、小系统版原理图： JI A F.J? p苒 荷 P3.4 5 12 31 t rl _j1_ 11 i H7 r Ju R y s ji 彳 HA 1linj- ALC 】址汇 V K 叫卜M 苗 I 丄 1：h 27 rs.ij rL )5 n % ,I r. l 14 N 1.4 jr 24 审 13- 2J 比二 11 J1 sn ID T IT j* 图6.单片机最小系统板 （四）、继电器组模块： 继电器实现了用低压控制高压，单片机输出高电平，就可使继电器闭合， 从而使电机转动。在其旁接上一个 LED灯用来指示油烟机的工作状态，普通 二极管的作用是用来保护继电器，防止断开对其产生的损害

9、。本次设计使用四 个继电器，其中三个用于控制电机的转速，另外一个控制照明。 原理图： 图7.继电器模块原理图 实物图: （二）、软件设计 软件流程： 图9.程序流程图 二 W 5 r 定时 r 返叵 中斷定时器0 图10.程序图 中断定时器0用于计时，由于A/D转换存在一定的误差，以及电路稳定性 的原因，单片机读到的数据有误差。在系统启动电机后延迟一段时间在对单片 机的读取判断值进行刷新，以防止电机频繁的进行转速转换。 五、测试及分析 系统测试： 电源模块测试：接好电路测试，进行电压、电流测试。 电压测试 5.08V 5.09V 5.07V 5.08V 5.09V 系统整体调试： 为了更好地观

10、测系统的运行状态，在系统里加入了一个显示模块，用以显 示系统检测到的各个参数。显示的内容包括光敏电阻两端的电压（反应光照强 度）、TGS2600的输出电压（反应油烟浓度的大小）。 原理图： LCD 1602- 2官 60CS DI色 C 1 工3 苣 VCC R EJot 1 K 图11cd1602 电路图 实物实验图： 六、设计中的问题及改进方向 （一）、设计过程中的问题： 1 、电路焊接问题，出现了漏焊、错焊、虚焊等问题； 2 、电源的初期设计中未对整个系统的进行考虑，买回的器件无法对整 个系统供电，原因是变压器的输出功率过低，而系统的整体功耗过大导致 的。 （二）、待改进的问题 1、对油

11、烟检测的灵敏度需要提高，设计的系统稳定性还有待提高； 2、电机与继电器组的连接缺乏一个保护电路，系统复位时，电机多个 抽头接通，易烧坏电机。 七、结论： 设计采用了单片机智能控制系统，电机的转速随油烟浓度的变化而变化，当 无油烟时自动关闭，减少了不必要的电能损耗，因而该油烟机具有较强的节能性； 通过对亮度和电机转速的自动调节， 节约了电费的开支，具有较强的经济性；设 计的抽油烟机系统经过了模拟实验，运行效果能基本完成其功能。由于该设计采 用了模块化的设计思路，为该油烟机系统功能的进一步改进和优化创造了条件， 实现了整个系统的设计目的，具有较强的推广应用价值。 本次课程设计利用单片机控制油烟机的

12、启动和关闭。 通过TGS26O0专感器检 测油烟浓度，根据不同的油烟浓度使传感器的阻值产生变化， 从而使其两端的电 压改变，再通过A/D模数转换变成相应的数值来表示油烟浓度。不同的油烟浓度 对应不同的数值，来设置电机转速。通过传感器检测油烟浓度，当数值显示低于 设置的阀值时，继电器发生跳变，电机启动。 在此次课设中，根据不同的油烟浓度来设置不同的电机转速，这是本次课题 的一大亮点，能够很好的解决电能的浪费问题，同时也方便了用户使用。并且， 其中的电源模块使用的是电子变压器，其特点是采用全封闭印刷线路板直接焊接 安装，使用方便，结构紧凑，坚固，抗振，防潮，阻燃，抗电强度高，具有很强 的安全性，能够放心使用。 当然，通过本次的课程设计也得到了相应的锻炼，自身的设计水平、动手能 力、思考能力、以及创新能力都有着很大的提高。特别是查找问题这一块，大家 对分析问题，提出解决方案的能力有很大提高， 思考问题也越来越全面，学会了 将知识应用于实际的设计。一个项目从开始到制作，并不只是对已学知识的应用， 更要学习一些新的知识，并学会使用。在项目的设计过程中，大家需要阅读各个