基于STM32的智能油烟机设计

第2章智能油烟机的设计原理2.1油烟机基本原理油烟机在当代厨房设备中起到了不可替代的作用，其核心功能是高效地去除烹饪时产生的油烟、蒸气和异味，确保厨房的空气始终保持新鲜。接下来，我们将深入探讨油烟机的核心工作原理，这包括利用风力来驱动、形成负压、吸收油烟、旋转气流、分离油烟、积累油脂、排除油脂以及其清洁的便捷性。（1）由风力推动油烟机利用其内部的电机来驱动风力。电机一旦启动，它将驱动风扇进行旋转，从而产生强劲的气流。这样的气流构成了油烟机正常运作的核心，为接下来的步聚动作提供了关键的推动力。（2）形成了负压环境当风扇开始旋转，油烟机的内部会产生一个负压区域。这表明油烟机的内部气压比外部气压要低，进而产生了气流的吸引力。这样的吸引力导致了周围的油烟、蒸气和异味迅速进入油烟机的内部。（3）吸入油烟油烟的吸入油烟，蒸汽，异味从油烟机进风口吸入。进风口一般设计在油烟机上方或者一侧，使烹饪时的污染物能够被最大限度捕捉。（4）气流的旋转吸入油烟，蒸汽及异味通过油烟机内部腔体内风扇转动形成气流转动。该旋转既有利于增加气流和污染物之间的接触区域，又可以增强气流携带污染物的能力。（5）油烟分离当气流旋转时，油烟内油脂及颗粒物受离心力影响与气流逐步分离并沉降至油烟机油杯。从而将洁净空气分离并排放到房间。（6）油脂的累积分离后的油脂及颗粒物堆积于油烟机油杯。油杯一般设计于油烟机底部，便于使用者定时清洗。（7）油脂的排泄本实用新型能够在使用者需要对油杯进行清洗时开启油杯排放口对堆积的油脂以及颗粒物进行倾倒。部分先进油烟机也安装有自动排放系统可对油杯进行自动清洗以减轻用户维修工作量。（8）便于清洗油烟机在设计时，一般都会考虑到使用者清洗的便捷性。比如进风口上可设置可拆卸过滤网便于使用者拆卸清理。另外，有些油烟机还有自清洁功能，可通过向内加热或者喷洒清洁剂来自动清洁内部油脂、污渍等。简而言之，油烟机的工作原理和流程包括风力推动、形成负压、吸入油烟、旋转气流、分离油烟、积累油脂、排放油脂以及简单的清洁等步骤，达到有效控制厨房油烟，蒸汽，异味等问题，为营造健康舒适厨房环境提供重要保证。2.2智能油烟机的工作原理智能油烟机是现代厨房中不可或缺的设备，其设计理念基于智能化、高效化和环保化。智能油烟机的主要工作原理及其功能特点如下所示：（1）智能感应油烟智能油烟机通过内置的高灵敏度传感器，能够实时监测厨房中的油烟浓度。当油烟浓度超过一定阈值时，传感器会立即向控制系统发送信号，触发油烟机启动。这一过程无需手动操作，真正实现智能化管理。（2）高效吸排油烟油烟机内部装有高性能的风机和特制的吸风罩，能够在短时间内迅速吸走厨房中产生的油烟。通过高效的排风系统，油烟被迅速排出室外，保持厨房空气清新。（3）智能噪音控制智能油烟机通过先进的噪音控制技术，使得在工作时产生的噪音降到最低。这不仅提高了用户的使用体验，也减少了对周围环境的干扰。（4）自动清洁功能为了解决油烟机清洁困难的问题，智能油烟机配备了自动清洁功能。用户只需按下清洁按钮，油烟机内部会自动启动清洁程序，通过高速旋转的刷子和水流冲洗，将内部的油污清洗干净。（5）智能调控风速智能油烟机能够根据厨房中的油烟浓度自动调节风速，以达到最佳的排烟效果。当油烟浓度较高时，油烟机会自动增大风速；当油烟浓度较低时，油烟机则会降低风速，既保证了排烟效果，又节省了能源。（6）智能联动功能智能油烟机支持与智能家居系统进行联动，可以通过手机APP或语音助手远程控制油烟机的开关、风速等设置。此外，油烟机还能与其他厨房设备进行联动工作，实现自动化管理。（7）安全保护机制智能油烟机内置多重安全保护机制，如过热保护、防电击保护等。当油烟机内部温度过高或发生异常电流时，安全保护机制会立即启动，切断电源并发出警报，确保用户的安全。智能油烟机通过集成多种智能化技术和功能，不仅提高了排烟效率和减少了安全事故的发生率，还为用户带来了更加便捷、安全和舒适的使用体验。第3章系统总体方案设计3.1系统总体架构智能抽油烟机系统是基于STM32单片机进行设计和实施的。本系统主要由DHT11温湿度传感器、MQ-2烟雾传感度传感器、火焰传感器、ESP8266WiFi模块、继电器、蜂鸣器硬件组成。利用温度检测模块，我们可以检测到用户当前的烹饪环境存在的问题。如果检测到温度超过了预设的最大值，系统会发出声光报警，以提醒用户。如果检测到烟雾浓度超过了预设的阈值，系统会控制风扇转动不同的转速。此外，用户还可以通过按键来控制的系统是自动模式还是手动模式，以及继电器的的开关。通过ESP8266WiFi模块，我们可以将检测到的数据传输到用户的手机上。用户可以通过手机APP发送指令到设备，以控制设备的运行和设置参数。系统整体架构如图3.1所示。图3.1系统框架图3.2主要元器件的选择3.2.1微处理器的选择本设计选择了STM32系列的单片机。STM32单片机的程序是模块化的，工作速度远超过C51单片机，而且还配备了大量的资源。STM32为单片机的用户提供了一个创新的开发平台，也提供了许多软硬件支持工具。STM32单片机具有高性能、实时响应、数字信号处理、低能耗和低电压的优点，同时也有高度集成和易于开发的属性。STM32单片机拥有业界领先的产品线，配备了行业标准的处理器和众多的软硬件开发工具，这使得它成为众多中小型项目和全面平台解决方案的首选，产品可以根据其内核结构被分类为不同的系列。在这次的设计过程中，我们选择了STM32f103C8T6单片机作为核心设备。STM32F103C8T6是一款以ARECortex-M3为核心的32位微控制器，是STM32系列的一部分，而ST公司还进一步推出了SPC5X系列的微控制器。这个程序的存储容量中，FLASH的容量高达64KB，而RAM的容量则是20KB。该设备配备了四个定时器，分别是2*1IG、2*SPI、3*USART、1*CAN和2个ADC。总共提供了12个通道，但外部通道的范围仅限于PA0到PA7、PB0到PB1，而不是18个通道。此外，它有37个通用I/0口，包括PA0-PA15、PB0-PB15、PC13-PC15和PD0-PD1。它的工作电压范围是2V-3.6V，工作温度为-40Co,-85Co，而系统时钟的最高频率可以达到72MHz。芯片引脚图和实物图如图3.2.1，3.2.2所示。图3.2.1芯片引脚图图3.2.2芯片实物图STM32F103C8T6单片机是基于LQFP48的封装方式设计的，整个芯片共导出了44个引器脚和三个串行端口。在这些引脚中，A口配备了A0-A15共16个引脚，而B口则配备了B0-B15共16个引脚,C口配备了C13-C15的三个引脚，而D口则配备了D0-D1的两个引脚。3.2.2显示模块的选择本设计选择了TFT显示屏是考虑到了与传统CRT显示器相比，在其色彩鲜艳，画面清晰流畅。TFT显示屏更加节能环保，体积更小更轻便。其高分辨率和广视角性能，使得用户在观看影像或者处理文字图像时都能得到更为舒适的体验。此外，TFT还具备快速响应速度和长寿命的特点，能够满足日常使用的各种需求。引脚图很实物图如图3.2.3，3.2.4所示。引脚图3.2.3实物图本章小结本小节给出了智能油烟机设计的系统结构框图，选择了用STM32f103C8T6单片机作为主控器件，并且采用THT液晶显示屏进行显示。第4章系统硬件设计4.1单片机最小系统模块STM32单片机芯片作为单片机最小模块的核心，与电源电路、复位电路和晶振电路一同构建了整个系统。在这个设计中，我们使用了STM32F103C8T6型号的芯片，并采用5V直流电源进行供电。芯片的主要功能是对外部信号进行分析处理，然后控制相关的输出模块。64K字节的Flash存储设备、20K字节的SRAM存储设备以及32位的输入输出端口。程序的烧录和输出控制模块是通过读写控制端口来实现的。紧接着，我们将针对单片机的最小系统进行详细设计，STM32F103C8T6最小系统原理图如图4.1所示。图4.14.2温湿度传感器模块本设计采用的是DHT11温湿度传感器，这种传感器可以同时检测温度和湿度，是一种复合型传感器。该传感器结合了数字采集技术和温湿度检测技术，保障了检测精度并提供了较长的使用寿命。传感器内部包含感湿元件和测温元件，通过配合实现对温湿度的监测。该传感器价格低、功耗低，传输距离可达20m，因此经常用于需要对温湿度进行检测的系统中。传感器与单片机总结使用单总线通信方式，温湿度模块的VCC接单片机3.3V，GND接单片机的GND，信号引脚输出接单片机的PB14，引脚说明表如表4.2.1所示，原理图和实物图如图4.2.2，4.2.3所示。表4.2.1模块引脚MCU引脚通信方式VCCVCC+3.3V单总线通信GNDGNDOUTPB14图4.2.2图烟雾传感器模块MQ系列传感器在气体检测领域的应用主要集中于监测烟雾和一氧化碳的浓度，这对于保障家庭厨房空气质量和人体安全至关重要。市场上的气体检测设备大多只能测定一种气体，例如专门的甲醛或氨气检测器，而要检测不同气体则需更换对应的传感器。在本文介绍的设计方案中，通过采用MQ系列传感器，尤其是MQ-2烟雾传感器，可以有效进行烟雾和一氧化碳浓度的检测。通过将气体化为光或电的信号，经转化处理后获得特定数值，实现了对气体含量的准确测量。MQ系列传感器在检测烟雾、酒精、甲烷、乙烷等多种气体时展现出高度灵敏性，它们的测量范围广泛，从10-10000PPM不等，保证了对上述气体的精确监测。此外，这些传感器以其小巧的体积、轻便的重量、低能耗、长寿命、高稳定性和强大的抗干扰能力，在多种场合中表现出色。它们利用二氧化碳半导体气敏材料作检测元件，这一工作原理确保了它们的工作性能既稳定又可靠，且具有较快的响应速度，适合在不同环境中应用。当探测到外界气体浓度有所变化时，传感器的电导率将随之变化。气体浓度增高导致电导率提升，进而使得输出电阻减少。这种变化会使得输出的模拟信号增强，输出电压的范围通常在0-5V。通过连接传感器与单片机，单片机便能控制继电器的开合和蜂鸣器的报警功能。依据检测到的电压值，单片机能够判定气体浓度的高低。将烟雾传感器的VCC引脚连接至单片机的3.3V电源，GND引脚接地。其信号输出引脚连接到单片机的PA1上，AO表示模拟输出。利用PA1引脚执行ADC转换，通过ADC采集将电压信号转换成数字信号，从而获取精确的数值，故信号输出引脚需连接至单片机的PA1引脚。引脚说明图如表4.3.1所示，原理图和实物图4.3.2和4.3.3所示。表4.3.1模块引脚MCU引脚通信方式VCCVCC+3.3VADC转换GNDAOPA1图4.3.2图火焰传感器模块智能油烟机的火焰传感器主要用于感知火焰，以防止火灾的发生。它通过检测周围环境中的火焰光源来判断是否发生火灾。在家庭中，火焰传感器能够及时侦测到火源并触发警报，从而有效保护人们的生命财产安全。它还能与智能家居系统连接，达到更智能的家庭管理。技术的发展使得火焰传感器的使用场景不断增多。在技术细节上，火焰传感器模块的VCC端连接至单片机的3.3V，GND端接地，而其信号输出端连接到单片机的PB8。DO端口的数字输出基于高低电平原理，通过设定阈值来输出高电平或低电平，从而指出火焰强度是高于还是低于设定的阈值。如果火焰强度超过了阈值，DO会输出低电平；否则，输出高电平。引脚说明表如表4.4.1所示，原理图和电路图如图所示4.3.2和4.3.3所示。表4.4.1模块引脚MCU引脚通信方式VCCVCC+3.3V高低电平原理GNDDOPB8图4.4.2图WiFi模块WiFi现如今为大众所熟悉，它经常被看作是WirelessFidelity的简称。这是因为WiFi联能也频繁地使用WirelessFidelity。但实际上，WiFi并没有真正的含义，也没有一个明确的英文完整名称。它指的是由一组相互独立又相互连接在一起的电路构成的网络，其功能类似于计算机内部的网络拓扑结构和通信协议。在我们的日常生活里，WiFi是我们所称的无线网络。它与一般人所说的无线网不同，因为它可以同时提供语音和数据等服务。如今，市场上普遍使用的路由器数量已经超过千兆，并且随着WIf6标准的出台，无线网络的传输速度也逐渐加快。因此本设计将以一个简单的无线局域网为例进行介绍。WiFi通信在无线通信方面有几个明显的优势：首先，它的覆盖范围非常广泛，通常情况下，一台WiFi路由器的覆盖半径可以达到大约100米，但是如果存在墙体的隔档，可能会有轻微的影响。因此对于一些有特殊需求的场合来说，还是要选择其他类型的无线设备作为补充。其次，尽管WiFi在数据传输和安全性方面并不如蓝牙那么安全，但它的传输速度却出奇地快，这在某些特定应用场景中表现得尤为出色。第三点，由于使用和市场进入的门槛都相对较低，目前无论是在哪里，甚至是大街上，打开手机的WLAN都能接收到大量的WiFi信号。另外，由于不需要额外增加成本，所以该技术非常适合大规模部署。第四点，采用这种技术可以避免网线的配置，从而简化了设备的迁移过程。WiFi模块使用的是串口通信方式，WiFi模块的VCC接单片机3.3V，GND接地，信号引脚输出接单片机的PB10，引脚说明图如图4.5.1所示，原理图和实物图如4.5.2和4.5.3所示。表4.5.1模块引脚MCU引脚通信方式TXDPB10串口通信VCCVCC+3.3VRXDPB11图4.5.2图电机模块和风扇模块本设计采用H桥驱动风机工作，H桥电路采用4个三极管构成，通过对角导通控制原理实现风机正反转工作。风机抽风控制采用正转驱动原理设计，为了防止H桥上四个三极管同时导通，瞬时工作电流过大，导致三极管烧毁，在三极管两端分别增加门电路进行设计，常用的直流电机驱动芯片L298N，单片机通过控制该芯片的IN1和IN2管脚输出PWM占空比来实现风扇转速控制，实现烟机档位调节。直流电机的VCC连接单片机的5V，GND接地,信号引脚输出接单片机的PB5，引脚说明表如表4.6.1，原理图和实物图如表4.6.1、4.6.2、4.6.3所示。表4.6.1模块引脚（电机）MCU引脚通信方式VCCVCC+5VIO通信IN1PB5IN2PB9GND图4.6.2图4.6.3图继电器模块在这个设计中，我们使用了一个继电器来模仿燃气灶的炉子，而继电器的开关和闭合操作是由单片机来完成的除了连接PNP型三极管的基极控制外，还额外连接了一个5V的电源，形成了一个完整的闭环系统。继电器连接单片机的5VV供电，采用高低电平原理，低电平触发，信号输出引脚是PA11，原理图和实物图如4.7.1和4.7.2所示。图4.7.1图按键模块在这个设计中，我们使用了四个独立的按键，它们的主要功能是依次调整继电器的开关、切换工作模式（无论是手动还是自动）以及风扇的转速。每个按键有两个引脚，分别对应不同类型的继电器，通过检测该引脚来控制相应继电器动作。当你按下s1键时，继电器会被打开；而按S2键则是切换到工作模式；同时，按S3和S4键则是用来调整风扇速度的。每个按键都有其对应的电压值。当按下按钮时，它会产生一个较低的电平；而如果没有按下，会产生一个较高的电平，此时单片机会发出相应的输入信号。图4.8第5章系统的软件设计5.1编译软件介绍在本设计中，我们选择了Keil作为编程环境，这是因为与其他软件开发环境相比，Keil展现出了更出色的性能和性能，因此赢得了众多嵌入式软件开发者的青睐。Keil兼容多个芯片，如51单片机、STM32、HC32、NXP等，它生成的HEX文件可以直接通过烧录器烧录到单片机上，操作非常简单。此外，Kei门提供了三种编译方式：单编、部分编译和全部编译，这为开发者提供了更广泛的选择空间。编译后的结果会在界面底部展示，方便开发者查找并纠正错误。单片机在实现电路功能时，主要依赖于程序的连续执行。在编程过程中，C语言和汇编语言被广泛采用，因此C语言的使用范围更为广大。如果最小系统的配置有任何缺陷，那么无论程序编写的准确性如何，单片机都将无法正常运行，与之相连的电路也将无法正常工作开始执行任务。图5.15.2主程序设计本文所设计的厨房智能油烟机系统首先进入端口和液晶屏初始化状态，其次是WiFi模块初始化，然后建立网络连接，若网络连接成功则重复下一步操作，反之重复上一步操作，连接成功后读取环境温度和读取A/D数据，计算烟雾浓度，液晶显示屏显示测量的温度，然后通过WiFi发送测量数据到云平台和手机APP，然后在把燃气灶的按键按下，继电器打开，之后判断火焰传感器是否为低是的话风扇慢速转动，反之重复上一步操作，下一步判断系统是否是自动模式，若是自动模式，风扇根据烟雾浓度控制转速，若不是风扇通过按键控制转速，最后结束，流程图如5.2所示。图5.25.3温湿度采集程序设计本设计的温度采集模块的通信方式为单总线通信方式，单总线是一种串行传输方式，它只有一个信道用来传输数据信号，单总线的总的通讯过程，在这里我们是通过总线上高电平的时间判断是数据0还是数据1，总的通讯过程如图5.3.1所示。图5.3.1当起始信号由高拉低时，产生一个下降沿。在保持低电平18ms以上，再释放总线。等待DHT11响应,如果DHT11响应，则会拉低数据线80us作为一个响应信号，然后释放总线。延时20-40us之后就可以读取DHT11的响应数据。如图5.3.2所示。图5.3.2当DHT11将总线拉低50us时,表示数据开始传输，DHT11开始发送数据信息。如果是数据‘0’数据线将会被拉高26-28us，这一位数据传输结束。下一位数据传输开始，继续拉低50us表示数据开始传输，直到一次完整的数据（40bit）被传输完成。如图5.3.3所示。图5.3.3当DHT11将总线拉低50us,表示数据开始传输。DHT11开始发送数据信息。如果是数据'1',则会把总线拉高70us，这一位数据传输结束。如图5.3.4所示。图5.3.4对于温度采集模块的程序设计首先进行端口初始化，之后STM32发送复位命令，判断应答是否完成，若应答没完成重复上一步操作，若应答完成，温度采集模块开始读取数据，之后开始校验和判断读取的数据是否正确，若校验不正确重复上一步操作，若校验正确，转换温湿度数据，在显示屏上显示测量的数据。流程图如图5.3.5所示。图烟雾采集模块设计本设计的烟雾采集模块与单片机的通信原理通过是ADC采集，单片机内部的ADC,是将模拟信号转换为数字信号的电子设备。内部ADC的优点在于编程容易且可靠性较好，通常通过设置片内寄存器即可实现，但可能在精度和应用范围上有所局限。内部ADC使用的是12位的采样精度，转换公式为ADC采样精度=ADC基准电压/(2^采样位数），每个数据下的采样精度如表5.4.1所示。表5.4.1基准电压ADC采样位数ADC采样精度2.5V12位610uv3V12位737uv3.3V12位805uv对于烟雾采集模块的具体步骤如下，首先进行A/D初始化，随后系统读取A/D转换的数据，计算烟雾浓度，在显示屏上显示测量的数据，然后下一步判断烟雾浓度是否高于设定的阀值，若超过设定的阀值，系统自动切换风机档位或者手动切换。若没有高于设定的阀值，风机档位正常。流程图如5.4.2所示。图火焰检测模块程序设计本设计的火焰检测模块主要采用的是高低电平原理，低电平触发，火焰检测模块的设计首先是进行端口初始化，然后判断火焰传感器是否为低电平若不是低电平，重复上一步操作。若是液晶显示屏显示为开火状态。流程图如图5.5所示。图5.55.6液晶显示屏程序设计本设计的液晶显示屏所使用的SPI通信方式是一种高速的全双工同步通信总线，而SPI则是一种广泛应用于各种设备的通用通信协议。它通过将不同种类和格式的数据信号转换为数字信号后再传送给计算机进行处理，从而实现了数据传输速度快、可靠性高、抗干扰性强等优点。它的一个显著特点是能够无缝传输数据，能够连续发送或接收任意数量的位，在SPI设备中，设备被分为主机和从机两个系统。主机扮演着控制设备的角色，并从主机处接收命令。因此，当主机发出命令给从机之后，从机就能按照自己的方式工作，这使得整个通信过程变得非常简单快捷。SP1遵循主从控制模式，通常由一个主模块和一个或多个从模块组成（不支持多主机）。来自主机或从机的数据在CLK的上升或下降边缘同步，通常使用四条线进行SCLK、CS、MOSI、MIS0的通信。每个通道都包含两个独立的开关管，其中一条为上行通路，另一条为下行通路。在存在初始信号的情况下，NSS信号线的高度会逐渐降低。当NSS信号从低逐渐升高时，它代表了SPL通信的终止信号。由于没有中断，因此可以通过增加总线个数来减少系统功耗。SP1采用MOSI和MIS0信号线进行数据传输，并利用SCK信号线来实现数据的同步处理。在SCK的每一个时钟周期中，MOSI和MISO数据线传输一位数据高位在前低位在后，并且数据的输入和输出是同步进行的。因此，在发送时先将所有位数据编码成比特序列并传送给接收端。在SPI的数据传输中，每一次的传输单位可以是8位或16位，并且每次的传输单位数量是没有上限的。如图5.6.1展示的SPI协议通信的基本原理。图5.6.1图5.6.2图5.6.3在上述图5.6.2和图5.6.3中我们可知SPI有四种通信模式：当CPHA为0，是SCK时钟线为奇数边沿采样（1）CPOL=0，空闲状态是时钟为低电平（2）CPOL=1，空闲状态是时钟为高电平当CPHA为1，是SCK时钟线为偶数边沿采样（1）CPOL=0，空闲状态是时钟为低电平（2）CPOL=1，空闲状态是时钟为高电平对于液晶显示屏的程序设计，先进行端口初始化，之后是液晶显示屏初始化，初始化之后读取测量的数据，最后在液晶显示屏上显示测量所得的数据。流程图如图5.6.4所示。图WIFI传输程序设计本设计的WIFI传输模块采用的串口通信的模式，串口通信的控制简单，传输线少、成本低、而且设备简单、便宜普及率高。ESP8266内置了TCP/IP协议栈，支持三个不同的网络架构：AP、

STA以及AP+STA。AP模式下，该模块充当WIFI的热点，等待其他设备的接入，并在局域网中进行通讯。STA模块：它作为客户端，通过路由器与外部网络建立连接，并与服务器进行沟通。混合模式：允许两种模式同时存在，用户可以随意更换该模块，该模块由AT指令集集成，只需发送MCU和模块发达T指令，便可轻松实现操作，操作过程既简单又快捷。常用的AT指令如图5.7.1所示。图5.7.1其中AT+CWMODE=modemode=1STA模式（做客户端，连接其他热点）mode=2AP模式（做服务器，自己作为热点给别人连）mode=3混合模式在本设计中选择的是STA模式，因为我们要连接手机的WiFi热点来远程控制继电器的开关和设置浓度。在WiFi程序设计开始先进行串口初始化，初始化以后与手机建立网络连接，然后判断手机网络是否与平台连接成功，若没连接成功继续重复上一步操作。若连接成功进行下一步读取温湿度和烟雾浓度以及火焰状态，之后由WIFI发送测量数据给系统，系统接受控制指令若未接收成功继续重复上一步操作。若接收成功解析命令控制燃气灶的开关很烟雾的阀值，最后用云平台显示测量的数据。流程图如图5.7所示。图5.75.8继电器控制模块程序设计本设计继电器模块采用的是高低电平原理，低电平触发，继电器控制程序设计首先进行端口初始化，然后将开燃气罩的按键按下，STM32单片机输出低电平，控制设备工作。流程图如图5.9所示。图5.95.9风扇控制模块程序设计本设计的风扇控制模块设计首先进行端口初始化，初始化结束后系统判断当前是否是慢速档位，若是定时器输出30%的占空比，显示慢速档位。若不是的情况输出100%的占空比，显示高速档位。智能油烟机设计主要采用风扇对油烟进行抽风设计，自动模式下，检测油烟低于阈值值，档位为慢档，高于阈值时，档位为高速。手动模式下，通过两个按键实现慢速和高速档位切换。风扇控制采用L298N驱动，单片机通过控制L298N驱动管脚IN1和IN2来实现风扇转速，STM32单片机通过PWM占空比输出管脚输出不同频率占空比控制L298N芯片输出不同电压来控制风扇转动，实现风扇转速控制。流程图如图5.10所示。图5.105.10手机APP设计因为本设计中需要用到手机APP远程控制，所以需要设计一个简单的手机控制APP,确保它与整套系统建立通讯联系。这款手机app主要采用了Android移动应用的开发技术。Android是Google公司基于Linux开发的开源移动设备操作系统。正因为选择了Linux作为其设计系统，所以安卓系统可以被划分为应用程序层、应用程序框架层、系统运行库层以及Linux内核层。保存并开始编辑任何个人和机构均可对安卓系统进行自定义设置[10]。在本文设计中也涉及到了安卓应用软件的开发，安卓应用的开发大多都是以JAVA语言为基础，通过不同的接口和协议的设置可以演化出多种通信方式，本设计安卓的开发软件选择AndroidStudio进行设计。手机APP界面如图5.10所示。图5.10第6章系统集成与测试6.1系统的集成本设计的原理图主要是通过Altium

Designer软件的原理图编辑器来绘制和编辑的。其核心目标是创建电路图。在使用Altium

Designer软件完成电路原理图的设计后，我们可以根据这一原理图直接对设计中的实体进行焊接，利用电烙铁和焊锡丝将各个部件焊接到电路板上，从而实现系统的完整集成。由于本电路设计了多个功能模块，因此可以根据实际需要对这些模块分别进行不同功能的设置，以便于后续的调试工作。此设计包括电路的基本原理图和实际焊接的流程图如图6.1.1和6.1.2所示。图6.1.1图实物系统测试本研究中，我们设计了一个基于单片机的智能油烟机，并选择STM32作为该系统的核心控制芯片。该系统主要负责测量厨房内的温度、湿度、烟雾浓度以及火焰状况，并将这些测量数据与预设的阀值进行比对。如果数据超过了设定的阀值，系统将会执行相应的通风或报警操作。这些实时数据可以通过手机app进行远程查看，还可通过手机app对系统功能进行控制。整个系统硬件实物图如图6.2。1所示，手机app界面图如图6.2.2所示。图6.2.1图6.2.2下面开始对本设计的功能进行演示，首先对系统进行通电，如图6.2.3所示，之后将系统连接手机热点，如图6.2.4所示，从图6.2.4中可以看到连接成功后STM32F103C8T6单片机芯片上的绿灯会亮，将系统与手机热点成功连接以后，显示屏上会显示厨房里面的温湿度，以及火焰状态、烟雾浓度、电器的开关、烟雾设定的最大值、系统是手动还是自动的模式等，按下S1将继电器打开，打开之后继电器上的红灯会亮如图6.2.5所示，继电器打开后首先对火焰传感器进行检测，拿一个打火机在火焰传感器旁边点火，此时显示屏上面会显示有火，如图6.2.6所示。图6.2.3图6.2.4图6.2.5图6.2.5在检测完火焰传感器后再检测烟雾模块，拿一个打火机在烟雾传感器旁边放出气体，不用点火，此时显示屏上会显示烟雾的浓度，烟雾浓度为999，最大值为200，此时风扇的速度为高速转动，多组测试数据如表6.2.6所示，如图6.2.7所示。表6.2.6测试数据设定数据风扇转速999200高速456200高速199200低速150200低速图6.2.7之后按下按键S2，系统会从当前的自动模式切换成手动模式，如图6.2.8和6.2.9所示。图6.2.8图6.2.9当按下S4风扇的速度会从高速变为低速，如图6.2.10所示。图6.2.10之后关闭继电器，在烟雾传感器旁边拿个打火机放气体，烟雾浓度超过设定的最大值，蜂鸣器会响，起到预防火灾的作用。如图6.2.11所示。图6.2.11操作完上述步骤后打开手机APP远程查开烟雾浓度以及温湿度状态和火焰状态，也可以远程设置烟雾浓度的最大值和远程打开电器。打开手机APP可以看到当前的烟雾浓度最大值为200，如图6.2.12所示，我们可以远程设置烟雾浓度的最大值为500，多组测试数据表如表6.2.13所示，如图6.2.14所示。图6.2.12表6.2.13测试数据设定数据显示数据500200500320200320400200400666200666图6.2.14最后我们还可以远程控制电器的开关，如图6.2.15和6.2.16所示。图6.2.15图6.2.16以上就是本设计在预期目标中所要实现的所有功能，通过系统的测试结果，本设计均达到了设计的要求。第7章总结和展望7.1总结随着社会进步和人们生活水平的持续提高，人们对于家庭生活的安全性和智能化体验的需求也在逐渐增长，同时，抽油烟机的需求也变得越来越多样化。为了满足人们对家庭生活环境舒适化以及便捷化的需求，本文针对目前市面上常见的家用抽油烟机进行研究分析并提出一种基于物联网技术的抽油烟机控制系统设计方案。为了确保本设计的系统能够稳定且正常地运行，各部分之间的紧密结合和连接是至关重要的。设计出的系统需要满足特定的功能需求，运行稳定，并具有快速的反馈机制。在此设计中，我们选择了SIM32f103C8T6作为核心控制芯片，并根据任务需求和功能实现来设计相关的硬件和软件。通过使用传感器模块对环境温湿度进行实时监测，并在温度低于设定范围时，控制风机开始启动。当电器启动并释放到厨房的烟雾浓度达到预定的检测高峰时，智能油烟机会会自动激活排风系统，并根据烟雾浓度自动调整风扇的旋转速度。如果电器在关闭状态下，厨房中逸出的烟雾浓度达到了预定的检测峰值，那么蜂鸣器将会发出声音，这将极大地提醒人们并有助于预防火灾的发生。当烟雾浓度达到一定程度后会报警，同时通过语音模块将声音传递给人。人们还有能力通过远程方式查看烟雾的浓度，从而有效地控制电器开关，大大降低了火灾的可能性。通过对油烟数据的分析计算，得出最佳通风量，从而使得风机在最佳工作状态下运行。得益于上述措施的实施，整个系统得以成功地设计出来，从而实现了预定的设计目标。通过对传统油烟机进行改进，使得其具备了良好的智能化性能。与传统的油烟机相比，这一设计具有自动排烟的优势，但这次的设计也有其局限性，特别是在油烟浓度和温度的采集数据与实际数据之间存在差异。因此在未来的设计中要尽量采用先进技术来解决这些问题。在接下来的设计阶段，我们可以思考如何进一步完善相关的检测功能。通过增加摄像头对室内进行实时监控，并根据需要添加红外探测模块以达到智能化的效果。此外，用户还可以调整按键为触摸式，以增强其操作的体验感。总的来说，本研究利用单片机技术对智能厨房油烟机系统进行了全面设计，并成功实现了预定的所有功能。然而，这一设计仅专注于功能的设计，并没有考虑到实际应用中可能出现的各种情况。这一技术为智能厨房油烟机系统未来的发展和研究方向提供了有用的参考信息，指出该系统的未来发展仍有很长的路要走。7.2展望以物联网技术为基础的油烟机系统是一个相当复杂的系统性工程。随着技术进步，这一系统的概念也在不断地拓展和完善。然而，该系统仅关注了应用场景的基础情况，并没有进行更为深入的研究。因此，该系统还存在许多待解决的新问题，这些问题需要在实际应用场景中持续积累和优化，同时也需要进一步的研发和开发工作。参考文献[1]朱东梅.厨房电器的智能更强化体验感[J].现代家电，2019(08):52-54.[2]汪听宇，付俊英，王蕴琪，高爽，龚永罡，基于阿里IOT云平台的智能厨房油烟机控制系统设计与实现[J].电脑与电信，2017(10):68-70.[3]SpringAirSystemsInc.,;"DamperForKitchenExhaustHood"inPatentApplicationApprovalProcess(USPTO20200292178)[J].Politics&GovermmentWeeck,2020.[4]SamanthaDiLoreto,FabioSerpilli,ValterLori,StefanoSquartini.Soundqualityevaluationofkitchenhoods[J].AppliedAcoustics,2020,168(C).[5]煽情智能吸油烟机，技术发展一直在路上[J].互联网周刊，2017(10):58-59.[6]打造智能、无烟的中国式厨房-西门子LC45SK950w吸油烟机体验[J].家用电器，2013(10):80-81.[7]\o"科技赋能厨房,开启智慧新篇章"\t"/kcms2/article/_blank"科技赋能厨房,开启智慧新篇章[J].李志刚.\o"电器"\t"/kcms2/article/_blank"电器,\o"2019(05)"\t"/kcms2/article/_blank"2019(05)[8]\o"论智能化技术对吸油烟机噪声的改善"\t"/kcms2/author/_blank"论智能化技术对吸油烟机噪声的改善.胡亚欣;李红伟;焦利敏;姚青梅;赵鸿斌.\o"家电科技"\t"/kcms2/author/_blank"家电科技,\o"2023(S1)"\t"/kcms2/author/_blank"2023(S1)[9]董倩.厨房油烟机油烟高效捕集技术优化研究[D].天津大学，2018.[10]郭泳军.高压静电分离油烟技术在家用吸油烟机中的应用[J]科技与创新，2020(16):160-161.附录/硬件初始化/voidHardware_Init(void){ s.mq2_somke_max_value=300;delay_init();NVIC_Configuration(); TIM2_Int_Init(9999,7199); TIM3_Int_Init(9999,7199);//定时器3，用于定时发送数据Usart1_Init(115200);//初始化串口1 Usart2_Init(9600);//初始化串口2 Usart3_Init(115200);//初始化串口3，WiFi模块初始化 LED_Init(); //初始化LED灯 BEEP_Init();//蜂鸣器初始化 Relay_Init();//继电器初始化 T_Adc_Init(); //ADC初始化 EXTIX_Init();//按键初始化 DHT11_Init(); //初始化DHT11 Fire_Init();//火焰传感器初始化 LCD_Init();ESP8266_Init();while(OneNet_DevLink()); //接入OneNET TIM_Cmd(TIM2,ENABLE); LED_White_ON();}intmain(void){Hardware_Init();while(1){ GET_Cmd(); key_set_data_show_task(); lcd_data_show_task(); main_send_data_show_task();}}/主函数数据发送/voidmain_send_data_show_task(void){ if(printf_flag) { DHT11_Read_Data(&s.temp,&s.hum); //读取温度值 mq2_data_show_task(); UsartPrintf(USART_DEBUG,"温度:%d湿度：%d烟雾：%d 初始电压：%.1f 电压：%.1f\r\n",s.temp,s.hum,s.mq2_somke,s.vol_mq2_initl,s.vol_mq2); printf_flag=0; } if(SENG_FLAG) //放送间隔 { OneNet_SendData(); //发送数据 ESP8266_Clear(); SENG_FLAG=0; }}/按键启动、超阀值报警/voidkey_set_data_show_task(void){ if(k.k4_flag&&k.k4_state==false)//按键开启继电器 { Reay_ON(); s.open_reay_flag=1; k.k4_state=true; } elseif(k.k4_flag==0&&k.k4_state==true) { Reay_OFF(); s.open_reay_flag=0; s.fire_state=0; k.k4_state=false; } if(((s.open_reay_flag==1&&Fire_State==0)||s.mq2_somke>s.mq2_somke_max_value)&&s.fan_state==false)//判断是否开启继电器烟雾是否超出阀值 { Fan_ON(); if(s.open_reay_flag==1&&Fire_State==0) { s.fire_state=1; UsartPrintf(USART_DEBUG,“检测有火焰\r\n"); } s.fan_state=true; }elseif(s.open_reay_flag==0&&Fire_State==1&&s.mq2_somke<=s.mq2_somke_max_value&&s.fan_state==true) { Fan_OFF(); s.fan_state=false; }// if(Fire_State==1)// {// s.fire_state=0;// } if(s.mq2_somke>s.mq2_somke_max_value)//烟雾超阀值报警 { BEEP=0; s.alarm_state=1; } else { s.alarm_sta