基于单片机抽油烟机控制系统设计

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即对温度高、污染大的烟气采用数字温度传感器检测，而温度低但危险较大的天然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，油烟机论文的硬件部分主要设计了油烟机的按键输入模块，对油烟燃气温度、浓度的检测模块，显示模块，执行电路模块，声音报警模块等，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。还分析了饮食业油烟污染的危害和油烟净化设备的现状，还附带了油烟净化系统。油烟净化系统的设计是通过对油烟的流量以及压力的检测，通过压力传感器来检测油烟的进口和出口的浓度，通过检测装置把这个浓度的差反馈给电气控制装置，有电气控制装置来控制风机和油烟净化设备，达到净化的效果。本设计的抽油烟机控制系统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。而本设计的油烟净化系统核心主要靠旋流净化设备产生的高速旋流，使油烟、废气、异味吸排更彻底，油烟净化率更高。关键词：单片机，油烟机，检测，自动控制，油烟净化Thisdesignnotonlyhavethebasicswitchingfunctionofthehoodandkitchenfumesgeneratedintheprocessofcookingtemperatureandhighandthegaspollutionlargefluegasusingadithekitchenfumesorflammableharmfulgasesreachacertainconcentrbythesensorintothesiautomaticallystartandsoundalarm,rangehoodpromptlysiphonedofharmfuhardwarepartofthepaperdesignoftherangehoodofthekeyinputmodule,thelampblack,theconcentrationthemainprogramcontrol,ipressurebythepressuresensortodetecttheconcentrationoffumesfromtheimppurificationequipment,toachievetheeffectcoreofthisrateofsootswirl,sothatthefumes,emissions,odorsuctionismorethorough,higherKeywords:microcontroller,rangehood,detection,automaticcontrol,fume 1.1研究意义 1.2油烟的危害 1.3油烟机的介绍与评定 31.3.1抽油烟机的简介 31.3.2抽油烟机的分类 41.3.3抽油烟机的评定 4 61.4.1抽油烟机国内现状 61.4.2油烟净化技术现状 62油烟净化结构与原理 82.1设计方案与思路 2.2系统的结构与原理设计 93油烟电路设计 3.1油烟温度的检测 3.1.2油烟温度检测电路 3.2油烟和煤气浓度的检测 3.2.1气敏元件的选择 3.2.2油烟和煤气浓度检测电路 3.2.3ADC0832模数转换设计 3.3按键输入 3.3.1按键说明 3.3.2按键接口电路 3.4系统复位电路 河南理工大学毕业设计(论文)说明书4主控制电路设计 4.2显示电路 4.2.1数码显示器的简介 4.2.2数码显示器连接 4.2.3数码显示器显示电路 4.3报警电路 4.4抽油烟机的开关控制 274.4.1SSR固态继电器的简介 4.4.2SSR固态继电器的选型 284.4.3单片机对抽油烟机的控制 4.5自动照明的控制 4.5.1光敏电阻的介绍 4.5.2光敏电阻的选型 4.5.3光敏电阻电路连接原理图 4.6油烟净化系统的设计 4.6.1检测装置的检测 4.6.2油烟净化设备的介绍 5控制系统程序设计 5.1主程序设计流程 5.2中断键盘扫描设计流程 5.3LED显示子程序流程 5.4中断报警服务程序流程 致谢 1随着我国第三产业的发展和城市化进程的加快，饮食服务业在城市经济发展中所占的比重越来越大。餐饮业的飞速发展，繁荣了城市经济，推动了城市发展.但同时也给环境带来了严重污染。未经处理的油烟直接排到室外，对建筑物外墙面和空气造成严重污染。油烟污染不仅影响城市公共环境卫生，对人体健康也有很大危害。饮食油烟含有许多有毒有害成分，不同食品在高温下会产生不同的挥发性物质，其中含有许多突变和致癌性物质。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。以及排出油烟后的油烟净化程度的过滤，来保证排出油烟的质量满足环境标准的净化系统。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，煤烟型氟中毒，砷中毒已成为某些地区居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。由于目前国内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，我国餐饮企业和家庭厨房对油烟净化的效率都远远达不到要求。因此，分析油烟的污染状况，提出油烟治理新技术，已经刻不容缓。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2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油烟是健康、环保的“大敌”,中餐一直以美味著称于世界，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来自厨房的污染物的袭击。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3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。只有尽力去除油烟而且排出的油烟的净化程度更高，才能保卫我们生活安全，建造更加美好的生活环境以及自然环境。抽油烟机又称为吸油烟机，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。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。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4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。一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。二是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对环境污染大。品牌众多。三是欧式烟机，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。1、是否省电并长期保持超强功效3、能否把油和烟分离，让风机得到有效的保护4、清洗是否轻松方便5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，过滤孔有方形、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至成为摆设的根本原因。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。由于没有有效的净化手段，致使风机及机器内腔大量的积油，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。因此，油烟的控制系统和净化系统的研究至关重要，控制系统能够帮助节能省电并长期保持超强功效，把厨房油烟完全抽干净，把油和烟分离，让风机得到有效的保护，净化系统就把所抽的油烟进一步净化，保证排出的油烟符合环境标准，对人们的身体健康也有所帮助。6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。油烟是指食物烹饪和食品生产加工过程中挥发的油脂、有机质及热氧化和热裂解产生的一种混合物，以大气成分为主，但在相当多的时候，油烟中包含了在烹饪过程中所形成的诸如燃料废气(包括一氧化碳、二氧化碳、硫化物及氮滴)、水蒸汽等，成份相当复杂。总而言之，油烟是一种包含了气、固、液三相物质的多相气体状流体。对于家庭油烟污染所采用的净化技术主要有分离法。分离法主要机械式净化法、湿式净化法、静电式净化法、复合式净化法等。机械式油烟净化设备，指用过滤、惯性碰撞、吸附或其他机械分离原理去除油烟的净化设备。湿式油烟净化设各，指用水膜、喷雾、冲击等液体吸收原理去除油烟的净化设备。静电式油烟净化设备，指用静电原理去除油烟的净化设备。最近市场上已有等离子体油烟净化设备投入使用，该技术也是目前国内较为先进的油烟治理技术。其原理是在利用高压静电法的同时，在静电场的前端设置等离子场，利用高能量所激发的大量活性自由基对油雾粒子迸行降解.使其粘7度下降，以利于极板所收集的油污能最大程度地沉降到集油槽中。同时，在产生等离子体的过程中高频放电产生的瞬时高能量，能打开某些有害气体分子的化学键、使其分解成单质原于或无害分子。其油烟去除效率也比较高，净化后的气体无异味。现用于居民厨房的脱排油烟机，通过叶轮的旋转，一方面产生简单的惯性分离，另一方面产生气力输送，通过过滤对油烟起到一定的净化作用。这种油烟机主要存在4方面的问题：(1)机型主要是扁方浅型，片面强调美观，不符合空气动力学原理，无法形成高效的负压通道，油烟外溢现象严重，厨房内油烟浓度大大超标；(2)叶轮旋转产生的惯性分离，效果较差，原因是叶轮旋转产生的流场尚未发展成旋流场，油烟在期间的停留时间太短，来不及沉降分离；(3)由于烟油粘附性强，过滤介质很容易被堵塞而失去过滤作用；(4)污染的过滤介质无法循环再用，造成新的污染；叶轮与原油烟接触，使用一段时间后，叶轮上粘满烟油，清洗困难。因此，这种油烟机使用一段时间后，脱排、净化效果恶化，厨房甚至厨房以外的家具物品表面出现厚厚的油垢。其中表1-1是各种油烟净化油烟处理技术性能的比较。表1-1各种油烟处理技术性能比较油烟处理技术油烟去除(%)压力降(Pa)投资运行费用过滤法大较大静电法较大耗电费大运水烟罩大较大活性碳吸附法大较大蜂窝式净化法变化大小大82油烟净化结构与原理基于以上油烟机技术出现的一些问题，以及油烟对环境的危害程度，及基于油烟净化技术及设备的研究现状和存在的问题，参考有关国内外文献资料，对新型油烟净化设备的原理和特点的分析。广泛查阅利用单片机作为核心控制模块的资料，根据本系统的控制要求及应用领域完成对系统的总体方案设计；研究比较各相关元器件的功能与特点，选择合适的元器件；系统硬件设计，系统硬件设计主要包括：单片机最小系统电路，油烟温度采集电路，油烟煤气浓度检测电路，按键设置电路，数码管的显示电路，蜂鸣器报警电路，油烟净化系统等部分；系统软件设计，本课题采用C语言，在Keil编译器下进行编程对系统的各个模块，进行仔细的分析，以及对系统各个部分所选器件分析(1)采用传统的AT89S52作为控制核心。单片机算术运算功能强，软件编程灵活、自由度大，可用软件编程实现各种算法和逻辑控制，并且由于其功耗低、体积小、技术成熟和成本低等优点，使其在各个领域应用广泛。本设计以AT89S52为控制核心通过接口来采集电信号，对于温度浓度一类的非电信号通过温度传感器以及烟雾传感器来采集，并将温度和浓度信息转换为电流或电压，再利用传感器集成的模数(A/D)转换模块将模拟信号转换成数字信号输出。(2)温度模块的选择。采用数字温度芯片DS18B20测量油烟温度，输出DS18B20的最大特点之一采用了单总线的数据传输，由数字温度计DS18B20价格便宜，而且市场采购比较方便，便于使用，使用简单，只需将电路连接好就能对油烟煤气浓度进行检测，输出一个0~5V的模拟信号。从而达到将“气”9转换为“电”的目的。然后再通过ADC0832模数转换，使模拟信号转换为数字信号，使单片机能有效的控制系统。具有轻薄短小、低耗电量、平面直角显示稳定不闪烁等优势，可视面积大，画面效果好，分辨率高，抗干扰能力强等特点。方案二，使用传统的LED数码防火、防高(低)温，对外界环境要求低，易于维护，同时其精度比较高，称重轻，精确可靠，操作简单。数码管的程序编译容易，资源占用较少。根据以上的论述，与方案一相比较，方案二的程序简单，占用资源较少，寿命长，有较强的防干扰能力，且价格较低，更加实用。(5)油烟净化系统。其中核心油烟净化设备的选择至关重要，对油烟净化的效率的高低有很大影响。机械方法中的传统过滤式对气溶胶的去除率可达80%~90%;活性炭吸附气溶胶的效率为40%~70%,对气体的净化有明显的作用；静电方法对气溶胶状态污染物的去除率为80%~90%,不能去除气态污染物；湿式处理法水喷淋(塔式、箱式)效果为40%~75%。通过比较本系统选择的旋流式油烟净化设备，属于机械式油烟净化设备的一种，但又与其同类的常规净化设备的工作原理和运行特性又有所不同，净化效果最好。为了方便人们对设备进行操作，以经济实用为前提，对该设备及其系统的电气控制进行了设计。油烟机控制系统分为检测部分和控制部分(如图2-1),检测部分又分为油单片机、定时显示、声音报警、抽油烟机开关电路和油烟的净化系统五部分组成，其中当抽烟机启动时，自动照明电路才有效，油烟净化系统才能有效的工作。为保证单片机的正常工作，设有看门狗芯片检测电源稳定及程序是否正常河南理工大学毕业设计(论文)说明书油烟温度检测油烟温度检测油烟煤气浓度按键输入抽油烟机开/关自动照明油烟净化系统定时显示声音报警看门狗图2-1系统原理图本设计采用单片机技术结合A/D转换芯片构成对油烟浓度的检测，并对测试油烟环境的温度进行检测，判断油烟环境温度是否达到危险温度，如达到危对温度高、污染大的烟气采用数字温度传感器检测，而温度低但危险较大的天然气采用气敏传感器检测。该系统可以根据油烟的浓度启动电机，单片机根据油烟气敏传感器检测到的信号控制电机的转速，当油烟的浓度小于设定值时，油烟机会自动关闭，转速的可调，经济环保，避免了能源的浪费；当厨房的油烟或可燃有害气体达到一定浓度值时，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，抽油机迅速将有害气体抽走，当油烟的温度高于某一设定值时，迅速启动电机电路，抽走油烟，达到净化环境的效果。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，从而实现智能抽油烟机功能。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，可抽油烟机会立即启动，并伴随声音报警，达到防止煤气中毒的效果。当油烟机工作时，油烟机所抽走的有害油烟，进入到油烟净化系统，经过系统的有效净化使排出的气体达到正常的标准，不污染环境。3油烟电路设计对油烟温度的检测一般选用热敏电阻，热敏电阻的主要特点：(1)工作温度范围宽，常温器件适用于-55℃~315℃,高温器件适用于温度高于315℃(目前最高可达到2000℃),低温器件适用于-273℃~55℃;(2)灵敏度较高，其电阻温度系数要比金属大10~100部以上，能检测出6℃~10℃的温度变化；(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0.1~100kΩ间任意选择；(5)易加工成复杂的形状，可为了提高系统对油烟环境温度检测的精确性，灵敏度，易于向AT89S52单片机传送有效数据，和精确的控制电机的启动，本设计选用数字温度传感器DS18B20对油烟环境温度的检测。DS18B20数字温度传感器接线方便，封装成后可应用于多种场合，如管道等等。主要根据应用场合的不同而改变其外观。全部传感元件及转换电路集成松地组建传感器网络，为测量系统的构建引入全新概念。现在，新一代的(1)适应电压范围更宽，电压范围：3.0~5.5V,在寄生电源方式下可由数据线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯；(3)DS18B20支持多点的组网功在使用中不需要任何外围元件，全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内；(5)温范围-55℃~+125℃,在-10~+85℃时精度为±0.5℃;(6)可编程的分辨率为9~12位，对应的可分辨温度分别为0.5℃、0.25℃、0.125℃和0.0625℃,可实现高精度测温；(7)在9位分辨率时最多在93.75ms内把温度转换为数字，12位分辨率时最多在750ms内把温度值转换为数字，速度更快；(8)测量结果直接输出数字温度信号，以“一线总线”串行传送给CPU,同时可传送CRC校验码，具有极强的抗干扰纠错能力；(9)负压特性：电源极性接反时，芯片不会因发热而烧毁，但不能正常工作。DS18B20内部结构主要由四部分组成：64位光刻ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。DS18B20的封装图如图3-1所示以及其所有引脚的定义。GND——引脚1,为电源地；I/O——引脚2,为数字信号输入/输出端；VDD——引脚3,为外接供电电源输入端(在寄生电源接线方式时接地)。图3-1DS18B20的封装图设30℃为油烟机的最低的启动温度，所选用的电阻大小为4.7KΩ,当空气中油烟蒸汽含量较低时，空气温度偏低，低于所设定的值30℃,信号被单片机检测到，进入相应的子函数，单片机P3.0口输出高电平，经74LSO4反向后，河南理工大学毕业设计(论文)说明书变为低电平输出，不能触发电机启动。当空气中含有大量油烟蒸汽时，空气温度随之升高，当温度高于设定置30℃时，DS18B20输出信号给单片机，然后被单片机检测到，进入相应的子函数，单片机P3.0口输出低位电平，经74LS04进行一次温度检测，以免继电器频繁通断，以免影响系统的正常运行。本设计油烟温度检测基于DS18B20的温度检测电路图如图3-2所示。图3-2基于DS18B20的温度检测电路图3.2油烟和煤气浓度的检测对油烟气体和煤气浓度检测选用气敏电阻，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两种。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，两个测量极之间为金属氧化物气敏材料，经高温烧结而成；另一种是直热式，加热丝和测量电极一同烧结在金属氧化物半导体管芯内。另外半导体气敏元件有N型和P型之分。N型在检测本设计用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，当遇到可燃气体时其导电率则减小。SnO2在室温下虽能吸附气体，但其电导率变化不大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。MQ-2气敏元件的结构外形及测量电路如图3-3所示(结构AorB),由微型AL2O3陶瓷管、SnO2敏感层，测量电极和加热器构成的敏感元件固定在朔料或不锈钢制成的腔体内，加热器为气敏元件提供了必要的工作条件。封装好的气敏元件有6只针状管脚，其中2个用于提供加热电流，4个用于信号取出。MQ-2气体传感器标准工作条件：VC回路电压≤15VACorDC;VH加热电压5.0V±0.2VACorDC;RH加热电阻31Ω±3Ω室温；Rs敏感体表面电阻3KQ~30KQ(1000ppm丁烷氢气液化气和丙烷响应时间约为10s,恢复时间约为30s~60s。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10min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了十几分钟的延迟电路。在使用此类型气敏元件时，灵敏度的调整是很重要的。本设计中选R10为10K作为灵敏度的调整，本设计选用MQ-2型烟雾传感器，这种型号的传感器具备一般半导体烟雾传感器灵敏度高、响应快、抗干扰能力强、寿命长等优点。它将可燃性气体在空气中的含量(即浓度)转化成电压或者电流信号，通过A/D转换电路将模拟量转换成数字量后送到单片机，进而由单片机完成数据处理、浓度处理及报警控制等工作。MQ-2型油烟煤气检测模块电路图如图3-4所示。河南理工大学毕业设计(论文)说明书图3-4油烟煤气检测模块电路ADC0832是美国国家半导体公司生产的一种8位分辨率、双通道A/D转换芯片。由于它体积小，兼容性，性价比高而深受单片机爱好者及企业欢迎，其目前已经有很高的普及率。学习并使用ADC0832可是使我们了解A/D转换器的原理，有助于我们单片机技术水平的提高。ADC0832为8位分辨率A/D转换芯片，其最高分辨可达256级，可以适应一般的模拟量转换要求。其内部电源输入与参考电压的复用，使得芯片的模拟电压输入在0~5V之间。芯片转换时间仅为32μS,据有双数据输出可作为数据校验，以减少数据误差，转换速度快且稳定性能强。独立的芯片使能输入，使多器件挂接和处理器控制变的更加方便。通过DI数据输入端，可以轻易的实现通道功能的选择。在本设计中我们只采用一个通道。ADC0832的引脚图如图3-5所示，与各引脚的定义如下：CS——引脚1,片选使能，低电平芯片使能；CH0——引脚2,模拟输入通道0,或作为IN+/-使用；CH1——引脚3,模拟输入通道1,或作为IN+/-使用；GND——引脚4,芯片参考0电位(地);DI——引脚5,数据信号输入，选择通道控制；DO——引脚6,数据信号输出，转换数据输出；CLK——引脚7,芯片时钟输入；VCC——引脚8,电源输入及参考电压输入(复用);当空气中不含有煤气或煤气含量低于设定值时，MQ-2烟雾传感器检测到，MQ-2电阻值很大，它将有害气体在空气中的含量(即浓度)转化成电压或者电流信号，输出微弱的电压模拟信号，再经过ADC0832的转换，变为单片机能采MQ-2电阻减小，输出较强的电压模拟信号，再经过ADCO832的转换，变为单片机能采集到的数字信号，进入单片机的中断服务，抽油烟机启动并报警。本设计的ADC0832应用电路图如图3-6所示。图3-6ADC0832应用电路图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，该按键所对应的端口线的电位就由高电平变为低电平，CPU访问并查询所有按键端口线，即可识别是哪一个按键按下。各功能按键设置如表3-1表3-1功能按键说明手动开/关显示温度S1:人为的对抽油烟机启动或关闭。S2:定时辅助键，加1min确定要定的时长。系统默认时长为40min。S3:定时辅助键，减1min确定要定的时长。S4:按下此键，把温度传感器检测到的温度从数码管上显示出来。按键都是利用机械触点的闭合、断开作用来实现信息输入的。当按键开关的触点闭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5~10ms,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，必须消除抖动干扰。有按键按下时，通常消除抖动干扰可以采用硬件方法，也可采用软件延时的方法来消除抖动干扰。硬件方法是通过滤波电路、双稳态电路等实现。软件方法是在检测到有按键按下时，执行一个10ms的延时程序再确认该键电平是否仍保持该按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按键按下状态，从而消除了抖动干扰。本设计采用软件消除抖动干扰，来实现各功能键的作用。当没有按键按下时，P10~P13口输入均为1,同时经八输入与非门(74LS30本设计只用四个口)及反相器，输出一高电平到AT89S52单片机的INT1引脚，此时不申请中断。一旦有按键按下，则低电平通过按键输入到P10~P13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AT89S52申请中断，AT89S52响应后，立即转至中断服务程序，查出按键号，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AT89S52单片机的工作效率。本设计的按键接口电路如图3-7所示。DS1232是一个具有看门狗的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3-8);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3-8所示。对所有引脚定图3-8DS1232引脚图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;TOL——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时芯片才输出一个复位脉冲；GND——引脚4,地线；RST——引脚5,复位的高脉冲输出引脚；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有引脚2设定，如果脉冲时间间隔大于引脚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。如图3-9所示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1.2s;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AT89S52单片机的P3.2引脚连接到DS1232的ST,程序中必须从P3.2引脚输出一个脉冲系列到ST,否则——4主控制电路设计AT89S52是一种带8K字节FLASH存储器(FPEROM—FlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory)的低电压，高性能CMOS8位处理器，俗称单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash,使得AT89S52在众多嵌入式控制应用系统中得到广泛应用。引脚排列如图4-1所示。与MCS-51单片机产品兼容；8K字节可编程FLASH存储器；寿命：1000写/擦循环；数据保留时间：10年；256×8位内部RAM;32可编程I/O线；六个中断源；三个16位定时器/计数器；片内振荡器和时钟电路；全双工UART串行通道；低功耗的闲置和掉电模式；AT89S52提供以下标准功能：8KB的ROM,256B内部RAM,4个8位I/O端口(P0、P1、P2、P3),三个16位定时器/计数器TO、T1和T2,一个5AT89S52可降至OHz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM,定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。(3)管脚(图4-1)功能说明：VCC:供电电压。PO口：PO口是一个8位漏极开路的双向I/O口。作为输出口，每位能驱动不具有内部上拉电阻。在flash编程时，PO口也用来接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节。程序校验时，需要外部上拉电阻。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，器能驱动4个TTL逻辑电平。对P2端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流(IL)。在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部上拉发送1。在使用8位地址访问外部数据存储器时，P2口输出P2锁存器的内容。在flash编程和校验时，P2口接收的高8位地址字节和一些控制信号。器能驱动4个TTL逻辑电平。对P3端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部P3.0——RXD(串行输入口);P3.1——TXD(串行输出口);P3.2——INTO(外部中断0);P3.3——INT1(外部中断1);P3.4——TO(定时器0外部输入);P3.5——T1(定时器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。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和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令期间，每EA/VPP:当EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储(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输入端接高电平时，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)XTAL2:振荡器反相放大器的输出端。本设计用七段LED数码显示器显示定时的时长，定时的剩余时间以及温度。LED数码管实际上是由七个发光管组成8字形构成的，加上小数点就是8个。这些段分别由字母a,b,c,d,e,f,g,dp来表示。当数码管特定的段加上电压后，这些特定的段就会发亮，以形成我们眼睛看到的字样了。一般情况下，单个发光二极管的管压降为1.8V左右，电流不超过30mA。常用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。在本设计中为节省端口，采用的是动态显示方法。根据内部发光二极管的连接形式不同，LED数码显示器有共阴极和共阳极两种。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,每个发光二河南理工大学毕业设计(论文)说明书(3)共阳极图4-2LED数码显示器结构及连接图4.2.3数码显示器显示电路号经过74HC573锁存器来驱动数码管的正常工作，单片机的P04、P05、P06、口，哪个输出低位电平，哪个数码管就选通。如图4-3所示显示电路原理图。图4-3显示电路原理图当油烟温度过高或MQ-2检测到有煤气泄漏时，中断服务程序会给P3.1端口一低电平，触发蜂鸣器声音报警，此时伴随抽油烟机的启动。由于蜂鸣器的工作电流一般比较大，然而单片机的I/O口是无法直接驱动的，所以要利用放大电路来驱动，本设计使用三极管来放大电流就可以了，本设计的蜂鸣器选用YMD12065,5V有源蜂鸣器。声音报警电路原理图如图4-4所示。固态继电器(SolidStateRelay,缩写SSR),是由微电子电路，分立电子器件，电力电子功率器件组成的无触点开关。用隔离器件实现了控制端与负载端的隔离。固态继电器的输入端用微小的控制信号，达到直接驱动大电流负载。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，耐振动耐机械冲击，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。固态继电器专用的固态继电器可以具有短路保护，过载保护和过热保护功能，与组合逻辑固化封装就可以实现用户需要的智能模块，直接用于控制系统中。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。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10mW就可正常工作),而且VSR所需的工作电1)双向可控硅输出，零电压开启，零电流关断；2)输入回路与输出回路之间光隔离；3)输入端-输出端之间隔离耐压2500V;4)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所示：表4-1SSR-10DA技术参数及内部结构图控制方式直流控制交流(DC-AC)负载电流负载电压控制电压控制电流通态漏电流 通态降压断态时间介质耐压绝缘电阻环境温度工作指示单片机对电机控制原理图如图4-5所示，单片机通过P3.0外接反相器来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P3.0输出低位电平时，固态继电器SSR-10DA内部的发光二级管通电发亮，触发导通右侧的光控晶闸管，形成电机启动的闭合电路，抽油烟机启动。当P3.0输出为高电平时，发光二级管不发光，固态继电器SSR-10DA不能触发导通，无法形成电机启动的闭合，抽油烟机关闭。图4-5电机控制原理图光敏电阻又称光导管，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。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)。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1~10M,在强光条件(100LX)下，它阻值仅有几百至数千欧姆。光敏电阻器对光的敏感性与人眼对可见光(0.4~0.76)UM的响应很接近，只要人眼可感受的光，都会引起它的阻值变化。本设计选用硫化镉光敏电阻MG45。亮阻(kΩ):≤2～10;暗阻(MΩ):1～10;环境温度(℃):-40～+70;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;正向耐压VDRM>600V;反向耐压VRRM>600V;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4-6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单向可控硅，电路回路断开，灯熄灭。当光照强度变弱时，电阻变大，流入MCR100-8单向可控硅的电流变大，当达到一定预定值时，触发导通MCR100-8,电灯形成闭合回路，电灯通电变亮。河南理工大学毕业设计(论文)说明书图4-6光控电路原理图油烟净化系统主要有油烟初级发生器、油烟净化设备、风机和风量调节阀等四部分组成。其中电气控制装置包括对油烟净化设备和检测装置传过来的电信号对风机的控制。为了系统的需要设置了采样点，净化系统的核心装置是油烟净化设备，不同的油烟或有害气体经过油烟净化设备，油烟的出口质量远远大于进口的质量，达到净化的目的，对油烟净化设备的研究至关重要。通过对风机的