【《基于单片机控制的智能油烟机系统设计》8100字】

第1章引言1.1选题背景及意义现如今，人们的生活一步一步的踏进智能生活，智能家电可以说是随处可见，比如智能扫地机器人、智能空调等一系列家用电器。作为厨房中的打军师，油烟机也不甘示弱，它也走上了智能化之路。以往，家里的厨房只要做饭就会产生许多油烟，屋里被搞得乌烟瘴气，而且厨房的墙面也被熏黑了，家庭妇女们都被油烟呛的一直咳嗽。随后，排风扇的诞生为广大妇女们解决了这一难题，它能将厨房中的大部分油烟排出去，但是它不能解决墙面的问题，对厨房的污染不可逆转。21世纪抽油烟机成为厨房内必不可少的电器，抽油烟机走向主流。尤其是对于我们中国人来讲，我们中国的饮食结构与西方的基本上完全不同，厨房中的各类厨具的品种以及用到厨具的样式，都和西方存在很大的差别。中国人对美食上非常讲究，我们的做饭方式有很多种，其中包括各种油炸、油煎的食品就会产生大量的油烟。还有我们的炒菜更是会产生大量的油烟。所以在我们中国人的厨房中会存在很大的油烟，而这些有很容易地让厨房变得油腻而且还会很难清洗，因此抽油烟机就成为了我们厨房出必不可少的东西。

厨房会产生大量的油烟，所以它是家庭环境中空气污染最严重的地方。它的污染来源主要是液化气、天然气等各种常用的厨房用火燃烧不完全，从而产生了各种各样对人体有害的气体。油烟中含有很多致癌物，长时间的吸入也会导致我们人体的免疫系统受到破坏，造成一定程度的损伤，从而发生病变，使得家里做饭的人容易出现慢性疾病。厨房的油烟还会导致出现皮肤粗糙、有皱纹及色斑等问题，让做饭的人的容貌显得比同龄人较为年长一些，一些爱美的妇女就会觉得备受打击。重中之重的是它对儿童的危害非常大，小孩吸入油烟会引起眼、鼻、呼吸道病变，影响正常的生长发育。厨房中的油烟污染还会更容易引发老年病，油烟中所含有的脂肪氧化物会诱发心血管以及脑血管等疾病，老年人如果长期的吸入油烟，发病的机率将会很大的提高。抽烟烟机不仅改变了厨房的大环境，而且还减少了油烟对厨房环境以及对人体健康造成的伤害。它的出现，很大程度的改善了厨房的空气环境，让厨房中对人体有害的气体统统消失，还给用户一个清爽卫生的厨房环境。1.2国内外现状及发展趋势现在时尚的厨房装修大多采用开放式设计，但是制作中餐的进程中会产生较大的油烟，而开放式的厨房空气流动范围较大，油烟机如果不能很好的聚敛和排放油烟，这就会造成餐厅和客厅的油烟污染。油烟机面临着巨大的挑战。以前中国人民使用的都是那种老式的浅深吸式抽油烟机，这种浅吸式抽油烟其实就是最普通排风扇，它的工作方式是直接将厨房中的各类油烟抽到厨房外，这种就会存在抽取烟气的效率极低的问题，使厨房的环境依旧无法改善，所以浅吸式的抽油烟机是最开始被人们淘汰的老式油烟机。而深吸式烟机也存在着很多的问题，由于体积很大，因此在厨房中占用了很大的空间，并且它还存在很大的噪音、由于它还不够完善，因此会存在滴油容易碰到用户的头的问题，给用户带来了很多的安全隐患问题。在国内开放的市场环境下，许多国外品牌抓住机会纷纷涌入国内市场，消费者对产品的有了更多的选择。由于国外高档家用电器的造型美观、典雅，从而受到消费者的欢迎，欧式烟机得到人们的喜爱。它的过滤部分用到了多层油网以此来达到过过滤厨房的油烟，因其要增大抽烟的效率所以还增加了电机的功率，它的功率大部分都在300W以上，因此会很费电。随着我国这些年厨卫电器发的展，在技术上的更新变代也是十分的明显。我国现在生产的油烟机的，其功能以及外观上也日益趋于人性化。现在的油烟机都利用到了空气动力学的原理和流体力学的原理进行设计从而产生了如今的侧吸式油烟机。它具有高效率的抽烟效果甚至可以达到99%的抽油烟率。它的设计不会往下滴油也不会存在碰头等安全隐患，它隐藏在橱柜里与橱柜融为一体，不占空间。而且它的电机不会粘连油烟，对其清洗也很方便，也非常的省电，它的功率一般在160瓦左右，开启它可以保证油烟不会进入到呼吸区进而来保障用户的身体健康。1.3研究内容本油烟系统的设计主要利用了传感器进行检测然后传输到单片机进行处理，处理完成后来控制各个外设进行相应的操作。其中用到了MQ-5气体传感器来对厨房中的有害气体进行检测，当检测到有害气体时，声光报警会立刻启动来提醒用户厨房中存在煤气泄漏等危险问题，还可以根据检测到的气体浓度，自动开启风扇来达到将厨房中的有害气体排出厨房的目的。厨房中温湿度的检测则用到的是DHT11温湿度传感器，用它来检测厨房中的温湿度并且将数值显示在LCD1602上。还用到了热释电传感器来进行人体检测来完成自动开启灯光的功能。本系统还具有时钟显示的功能，利用DS1302时钟芯片在LCD1602上显示时钟，并且配合纽扣电池可以达到掉电时钟信息不丢失的目的。还有五个独立按键，来分别控制时钟时间的调节、切换手动和自动以及完成LCD1602显示信息翻页的功能。第2章系统硬件设计2.1系统组成框图智能油烟机控制系统主要由STC89C52RC单片机、MQ-2气体传感器和ADC数模转化、DHT11温度传感器、声光报警模块以及风扇系统所组成。本系统的原理框图如图2-1所示。图2-1系统组成框图2.2STC89C52RC单片机系统微处理器采用的是宏晶科技公司开发的SCT89C52RC芯片。本芯片是新一代的具有超强抗干扰性的高速、低功耗的单片机，它还是一款进行了增强的8051单片机，但是它的指令码可以与传统的8051单片机进行完全的兼容。它具有4×8个通用的准双向IO口。本系统的最小系统电路还有晶振电路以及系统的复位电路。其单片机的最小系统的电路图如图2-2所示：图2-2单片机的最小系统的电路图2.3温湿度传感器DHT11温湿度传感器负责将温度的物理量转换成可读的数字量，该传感器具有校准后的数字信号输出的温湿度复合传感器。本传感器可以检测温湿度并且输出全部校准后的数字量。由于本传感器由NTC温度测量元件以及电阻式湿度传感元件所构成的，所以该传感器具有响应快的优点，而且它还可以抵抗外界存在干扰，它的性价比高。而且本传感器还常被应用在空调测试、气象站中的检测以及与温度相关的各类家电当中。DHT11应用电路图如图2-3所示。图2-3DHT11的应用典型电路温湿度传感器DHT11，共有四个引脚，1引脚为5V电源，接入到总电源5V处。引脚2是传感器采集信号的输出引脚，与单片机的P3^7端口相连。3引脚为NC端，不使用，挂起。引脚4是传感器的电源接地针脚，与公共接地端子相连。DHT11型温湿度传感器的电路连接图如图2-4所示。图2-4温湿度传感器电路连接图2.4可燃气体采集处理模块2.4.1气体传感器MQ-5MQ-5可燃气体传感器是用来进行厨房环境的监测，该传感器可以对厨房内存在的天然气燃烧不充分所产生的甲烷、丙烷、丁烷等有害气体的识别灵敏度极高，可以对泄露的可燃气体进行快速反应。本传感器具有监测浓度范围广的优点，而且它的造价很低低并且使用的寿命也很长。本传感器可监测到浓度范围为300到10000ppm的气体浓度，加热功耗不超过950mW。MQ-5可燃气体传感器的测试电路图如图2-5所示。图2-5可燃气体传感器的测试电路2.4.2AD模数转化模块AD0832模数转化芯片可以将传感器所采集到的模拟信号量转化为单片机可以看懂的数字信号量。ADC0832模拟数字转换芯片具有8位的转化器，他与单片机的接线方式为三线接口式，其因功耗低的优点被广泛应用与各种智能仪器中。它具有独立的使能端口进行输入可以很方便的控制多个连接的器件和处理器。以下为芯片引脚的介绍：引脚1（CS）作为片选的使能端来使用，此引脚与单片机的P3^6口进行连接，当单片机输出为低电平才有效。引脚2（CH0）为第一模拟信号输入端口与MQ-2传感器相连，当传感器接收到模拟信号之后发送到此引脚进行模拟量与数字量之间的转换。引脚3（CH1）作为芯片的第二个模拟信号输入端口，与引脚2的功能相同，也是作为芯片的使能端来使用。引脚4（GND）为芯片的电源地引脚。引脚5（DI）与引脚6（DO）作为数据的信号输入端口和数据转化输出端口与单片机的P3^5口相连。作为芯片的数据转化接口的输入端。引脚7（CLK）作为了此芯片的时钟输入端口来使用。引脚8（VCC/REF）作为芯片电源的接口还作为了基准电压输入端口。ADC0832模数转化芯片的引脚示意图如图2-6所示。图2-6ADC0803引脚示意图2.4.3气体传感器与AD转化模块电路设计MQ系列传感器中的4引脚为传感器的模拟信号输出端，此引脚与AD转化芯片的模拟信号输入端口2引脚相连接，然后经过AD0803芯片将传感器收集到的模拟信号转化为单片机可识别的数字信号，然后经AD0803的引脚6数字信号输出端口连接至单片机的P35IO口。此模块还用到了AD0803芯片的内置时钟，由此芯片的第7引脚接入到单片机中进行控制。如图2-7所示为气体传感器与AD转化模块电路连接图。 图2-7体传感器与AD转化芯片电路连接图 2.5时钟芯片DS1302DS1302时钟芯片是一款高性能、低功耗带RAM实时时钟的芯片备受开发者的喜爱。该芯片具有实时时钟功能，可以用闰年数时、分、秒、日、周、月、年。它具有缓慢充电的功能，不会损失掉掉电时间，非常省电。它可以在很低的功耗下工作，功耗小于1微瓦，因此可以保存数据和时钟信息。DS1302时钟芯片的引脚图如图2-8所示图2-8ADC0803引脚示意图传感器所是基于红外线设计的。此传感器具备默认15S的延时开关效果，还可选择是否为连续或非连续的出发方式。如图2-9所示为热释电传感器的电路连接图。图2-9热电传感器电路连接图2.6液晶显示屏LCD1602LCD1602液晶显示屏的显示字符群是由若干个5×11的点阵模块组成，一个字符位就一个点阵块，每个字符见的行距以及间距都是固定的一个点的宽度的大小。其控制器内部带有80×8位的RAM缓冲区，使用LCD1602时需要先进行初始化操作，其控制器内部还设有了一个数据的地址指针，其内部的全部的80字节的RAM都可由数据的地址指针来访问。其8051系列总线连接方式如图2-10所示：图2-10ACD1602与8051单片机的总线连接方式LCD1602液晶显示屏具有16个引脚。LCD1602液晶显示屏与单片机串口之间串联了一个1K的排阻。引脚3作为液晶显示屏驱动电源，它的引脚4作为了寄存器的选择接口使用，此引脚与单片机的P25口相连接，引脚5作为读/写操作的选择接口端，与单片机的P26口相连接，引脚6作为显示屏的输入使能信号端，与单片机的P27口相连接。引脚7~14为液晶显示屏的8位双向数据线，与单片机的P00~P07口相连接。其中引脚1引脚2之间连接的10KΩ的可调电位器的为了调节显示屏的背光度。如图2-11所示为LCD1602液晶显示屏的电路连接。图2-11LD1602液晶显示屏电路连接图2.7声光报警系统本设计的油烟机的声光报警系统利用到了蜂鸣器和贴片LED灯，由于蜂鸣器的内部没有震荡源，所以直接接通直流信号不能使其发出警报，所以用到了S9015三极管来驱动它使其发出警报。本系统中的蜂鸣器利用的是S9015三极管大功率进行驱动的方法，并串联一个100Ω的上拉电阻。蜂鸣器与单片机的P20口相连接进行控制。如图2-12所示为声光报警模块的电路图。图2-12声光报警模块电路连接图2.8风扇系统本设计中的风扇系统使用了一个直流风扇。利用S8050三极管大功率直接驱动的方式来驱动电机。电机串口与单片机的P3^3口相连接。如图2-13所示为风扇模块电路连接图。图2-13风扇电路连接图2.9独立按键设计本设计拥有独立按键模块。当按键按下时，按键内部的金属弹片受到压力的作用与底座上的弹片相连接。当按键未按下时为高电平，按键按下则变为低电平。四个独立按键分别与单片机的P1^0口、P1^1口、P1^2口、P1^3口相连接。如图2-14所示为独立按键电路连接图。图2-14独立按键2.10电源电路设计本设计利用直流的5V电源作为总电源，直接通过USB接口连接电脑来输入5V的直流电。电路中有一个电源的总开关来控制电源的通断，还串联了一个贴片LED指示灯指示系统中电源的通断状态。如图2-15所示为电源电路连接图图2-15总电源电路连接图第3章系统软件的设计3.1主程序设计本油烟机系统的软件部分的编写用到了Keil5软件进行的编写。编程的过程中使用到了模块化编程的思想。将DHT11传感器的接收进行模块化到DHT11.c文件夹中，将LCD1602显示也模块化到LCD1602.c中，DS1302以及ADC0832也进行了模块化，然后在主函数中进行调用即可。这样可以使主函数步骤变得简介更容易理清思路。如图3-1所示为主函数运行的流程图图3-1程序流程图3.2main.c主函数主函数中首先对定时器0、LCD1602以及蜂鸣器进行初始化操作。然后开始进入while主循环进行MQ-5数值的转化，将模数转化后的数字量赋值给mq5_x，然后与设定的阈值进行比较，如果大于阈值则进行换算操作，小于阈值会等于300，将MQ-5设置一个初值。接着初始化温湿度传感器进行，将温湿度传感器检测到的数值转化为BCD码显示在显示屏上。最后开始调用显示子函数、独立按键子函数以及声光报警子函数。以下为主函数的代码：/*************主函数*********************/voidmain(){ InitTimer0(); Lcd1602_Init(); feng=0; while(1) { mq5_x=get_adc0832(1); if(mq5_x>mq5_flag) { mq5=(mq5_x-mq5_flag)*38.04+300; } else { mq5=300; } get_ds1302(); hour=((DS1302_Time[2]/16)*10+(DS1302_Time[2]&0x0f)); min=((DS1302_Time[1]/16)*10+(DS1302_Time[1]&0x0f)); sec=((DS1302_Time[0]/16)*10+(DS1302_Time[0]&0x0f)); get_dht11(); display(); key(); warn(); delay10ms(10); }}3.3HT11.C温湿度传感器模块DHT11的通信过程中在主机发开始信号时首先应将主机拉低一段时间然后将主机拉高延时一段时间。然后将主机设为输入模式，然后开始判断从机是否有低电平的应答，如果有应答则继续向下执行。继续判断从机是否发出80us的高电平信号，如果发出高电平信号则开始接收数据。voidget_dht11(void){//主机拉低18msDHT11=0;Delay(180);DHT11=1;//总线由上拉电阻拉高主机延时20usDelay_10us();Delay_10us();Delay_10us();Delay_10us();//主机设为输入判断从机响应信号DHT11=1;//判断从机是否有低电平响应信号如不响应则跳出，响应则向下运行 if(!DHT11) //T! {U8FLAG=2;//判断从机是否发出80us的低电平响应信号是否结束 while((!DHT11)&&U8FLAG++);U8FLAG=2;//判断从机是否发出80us的高电平，如发出则进入数据接收状态while((DHT11)&&U8FLAG++);3.4DS1302.c时钟模块DS1302时钟初始化2013年1月1日星期二12点00分00秒。存储顺序是秒分时日月周年,存储格式是用BCD码。首先进行写寄存器的操作，将保护寄存器的最高位置0开始允许数据写入寄存器，置1时禁止数据写入。时钟开始，将秒寄存器的第七位置0时，时钟开始。以下为函数的初始化操作。voidDs1302Init(){ ucharn; Ds1302Write(0x8E,0X00); //禁止写保护，就是关闭写保护功能 for(n=0;n<7;n++)//写入7个字节的时钟信号：分秒时日月周年 { Ds1302Write(WRITE_RTC_ADDR[n],DS1302_Time[n]); } Ds1302Write(0x8E,0x80); //打开写保护功能}3.5LCD1602.c模块此部分为LCD1602的初始化操作部分，设置写模式以及显示和清屏操作。一下为LCD1602初始化代码voidLcd1602_Init(){ LCD1602_EN=0; LCD1602_RW=0; //设置为写状态 Lcd1602_Com(0x38); //显示模式设定 Lcd1602_Com(0x0c); //开关显示、光标有无设置、光标闪烁设置 Lcd1602_Com(0x06); //写一个字符后指针加一 Lcd1602_Com(0x01); //清屏指令} //写指令//****************************************************voidLcd1602_Com(unsignedcharcom){ LCD1602_RS=0; LCD1602_delay_ms(1); LCD1602_EN=1; LCD1602_PORT=com; LCD1602_delay_ms(1); LCD1602_EN=0;}第4章系统调试在组装实物前我首先对照原理图进行了器件的选择，然后利用AltiumDesigner20软件进行了PCB板图的绘制，在嘉立创公司进行下板。在网上进行了器件的选型与购买。器件到手后通过查阅各种资料以及对照原理图进行了器件的焊接工作。4.1系统PCB板绘制本系统用到的是AltiumDesignser20软件来进行整个油烟机系统的PCB板图的绘制。首先在软件新建了一个油烟机的工程，然后在软件中新建一个原理图用来绘制油烟机系统的原理图。然后继续在原理图库中绘制每个设备的模型，并将其放入原理图中以连接电路。然后创建PCB组件库来放置每个设备的封装模型。然后创建PCB板图，在PCB板图上将各个器件摆放规整进行布线以及打孔、铺铜等工作。布线时电源线要尽量的加粗，来增大地线面积。电源线、地线、数据线走向最好一致这样可以增强抗干扰能力。双面板导线应该相互垂直、斜交或弯曲走线，以此避免平行来减小耦合。本系统的PCB板图和3D图如图4-1所示：图4-1系统PCB板图和3D图4.2实物功能展示焊接完成后，我首先进行了器件的检查，观察是否有器件虚焊、漏焊等问题。然后用万用表进行测量是否焊接完好，直到检查无任何问题之后才进行上电工作。利用TTL下载器进行软件部分的下载，然后对各个功能进行调试修改工作。软件部分是最为重要的，在主函数之中要将各个模块的函数包含到主函数之中，每一个.c文件都是非常重要的，还要注意主函数中的各个子函数。在调试的过程中产生了许许多多的问题，我对各个问题进行了一一的修改。最终实物可以正常的运行。实物图如图4-2所示。图4-2实物图首先按第六个独立按键可以进行显示页面的切换，切换至时钟和定时界面。然后按下第一个独立按键可以进行时间的调整，第二个按键是对时间进行加，第三个按键将数字进行减，第五个按键对位数进行切换，切换到每一位时数字下都有一个横线进行提示，当切换至最后星期位时再按一次，时间开始。如图4-3所示为时间界面和定时界面以及时间的调整。图4-3时间界面及调整按下第二个独立按键进入定时模式，右上方时间为开启时间，右下方时间为关闭时间，其设置的流程与设置时间的流程一样。如图4-4所示为到定时时间时风扇开始转动，到截至时间停止。图4-4定时设置按键3可以进行手动模式和自动模式的切换，显示屏上显示A为自动模式，显示S为手动模式，手动模式下可以按第4个独立按键进行打开风扇，共分为三个档速，其档速在显示屏上进行显示，第5个按键可以进行减速操作。如图4-5所示为手动模式下风扇在3档速度下转动。图4-5手动风扇3档转速将油烟机切换至自动模式后，烟雾传感器检测到烟雾时会进行报警，然后根据烟雾的浓度开启风扇。如图4-6所示为检测到烟雾后油烟机开始报警以及开启风扇。图4-6检测到烟雾进行报警及开启风扇

总结该系统现在已经做到智能化的第一步乃至最重要的一步，我将用户的人身安全放在了第一位，如果出现天然气泄漏会第一时间报警，并且会自动开启风扇，将有害气体抽出，有效的保障了用户的生命财产安全；此外还有红外线感应，当用户出现在油烟机面前的一定范围内，它会自动地开启照明；也会根据油烟的浓度自动地调整风扇的转速，为广大用户营造一个安全健康