【《基于传感器和单片机控制的智能化抽油烟机设计》16000字】

基于传感器和单片机控制的智能化抽油烟机设计目录TOC\o"1-3"\h\u24618前言 439151绪论 4297901.1选题研究背景 4198871.2选题的研究目的和意义 5185101.3选题的研究内容 592631.4选题的研究现状 6202301.4.1抽油烟机的研究现状 6281631.4.2烟雾传感器研究现状 15250131.4.3温度检测传感器研究现状 15181921.4.4光敏电阻研究现状 16323462系统设计与方案选择 17267212.1系统的功能要求 17268262.2系统的技术要求 1885782.3总体设计 18105442.4各模块的方案选择 2175782.4.1单片机模块的方案选择 21231632.4.2温度探测模块的方案选择 2169632.4.3显示屏的方案选择 22104932.4.4光敏电阻模块的选择 22293123硬件电路设计 23230833.1单片机最小系统模块 23290783.2电源电路模块电路设计 2446093.3烟雾天然气检测模块 24181543.4光敏电阻模块 26182103.5温度检测模块电路设计 2840023.6输出模块设计 29131053.6.1显示器模块设计 2933323.6.2电扇电路设计 3115423.6.3蜂鸣器电路设计 3326753.7按键电路设计 34208993.8硬件部分整体连接图 35139733.9电路中其他硬件介绍和选择 35143043.9.1电阻的选择与应用 361893.9.2三极管的选择与应用 37310643.9.3各元件的焊接方法 38106604软件设计 40203124.1单片机调试及相应软件开发 40275494.2系统主要功能流程图 4669414.2.1总体流程图 46149454.2.2应用程序 47254034.3仿真模拟 47258345结论 49前言社会在发展进步，人们的烹饪食物方式也在改变。从原来的柴火煤炭逐渐转变成了天然气。燃料燃烧有害物质排放已经得到了一定的控制。可是烹饪过程中还会产生另一种伴生危害，那就是油烟。是每个家庭的厨房里都会存在的问题。由油烟引起的疾病在医学上被称为“油烟综合症”。这些还仅仅只是一小部分。由于油烟对身体各粘膜有很强的刺激性，长期处于油烟环境也会导致角膜炎、咽炎、气管炎等各种粘膜疾病。对广大忙碌在厨房的女性而言皮肤粗糙、皱纹生长、毛孔被油脂堵塞导致的色斑更是让人避之不及。抽油烟机就是在这种大环境出现的新兴家电。逐渐成为了每个家庭都需要的重要家电。在技术上我国的抽油烟机因为本土烹饪方式和外国不同，所以在技术深度和销量上已经远超国外抽油烟机品牌。但传统抽油压机仍然存在着难以清理、噪音大和高电耗等问题。现阶段的抽油烟机应该向更智能结构更简单更省电的方向研究。所以本文通过各种传感器和单片机控制设计了智能化的抽油烟机。1绪论1.1选题研究背景衣食住行对人们的生活至关重要。在厨房做饭会产生对人体非常有害的气体：醛类、脂肪酸和杂环化合物。当人们经常呆在油烟味浓的家里工作时，患各种疾病的几率就会大大增加。相关工作人员认为，油烟是继烟草、酗酒和严重威胁厨师健康的著名高血压之后，最大的健康危害。由于我国家庭主妇做饭的主要方式是煎、炸等，传统抽油烟机的设计流行起来。老式抽油烟机不会单独工作。由于频繁和不及时的开关机，厨房里会产生油烟扩散严重或者开的时间太长浪费了很多电力。传统抽油烟机由于设计限制所带来的不便，使得人们对可以自动调节的抽油烟机有越来越多渴望。基于上述情况，智能油烟机控制技术应运而生。抽油烟机智能控制技术是解决传统抽油烟机在厨房使用不便的有效方法，可以科学合理地提高抽油烟机的实用性。1.2选题的研究目的和意义吃饭是人们生活中不可或缺的一部分，家庭主妇每天至少要在厨房度过2.5个小时，这期间产生的油烟和人们吸入的油烟是显而易见的。传统抽油烟机的设计缺陷造成的油烟扩散，对人们的健康造成严重危害，而这对于普通人来说也是如此。他们经常被他们忽视。很多普通人因为不了解健康知识，或者不注意油烟对人的危害，觉得安装一个传统的厨房抽油烟机可以解决问题，其实不然。每年都有无数人因过度吸入油烟而生病，这个问题迫在眉睫，这就是研究抽油烟机智能控制系统的目的和意义。1.3选题的研究内容可实现通过烟雾检测传感器检测当前厨房油烟浓度。可实现通过油烟浓度控制抽油烟机电机旋转开启或关闭。可实现通过DS18B20检测厨房温度，并设定最大值，超过最大值，会警报可通知房间主人。可实现通过LCD1602显示油烟浓度、环境温度等信息本系统将要实现的任务如下:（1）硬件部分包括各种传感器的选择与显示模块的选择，核心芯片的选择，模块与单片机结合电路的设计，输出信号的变换电路设计，警报处理电路设计。（2）软件部分包括原理图的绘制和程序的仿真以及单片机程序编辑。1.4选题的研究现状1.4.1抽油烟机的研究现状抽油烟机又称抽油烟机，是一种净化厨房环境的厨房电器。它安装在厨房的炉子上。它可以快速清除炉灶燃烧的废气和烹饪过程中产生的有害油烟。并将其排放到露天以减少污染和空气净化，同时具有防病毒和防爆安全保护功能，抽油烟机已成为现代家庭不可或缺的厨房设备。它由外壳、内壳、电机、电扇、按键开关、照明灯、遮光罩、集油罩、集油盒、电源线等组成。机柜一般包括侧板、顶板和面罩，均采用A3冷轧钢板（部分不锈钢板）冲压焊接而成。表面通常经过磷化和喷塑处理，因此保护涂层光亮坚硬，防霉、防潮、防酸，并且易于擦洗。内壳位于外壳内，外壳一般由注塑ABS塑料制成。内部有弧形隔板，形成对称的螺旋内室。内壁只与电扇保持一定的空间。风机高速旋转时，由于离心力的作用，抽吸出烟油，将脏油甩到螺旋线的最低点，通过油进入并储存在集油箱中。导管。电机部分分为左右电机，分别为电容运行和启动电机。电扇是抽油烟机的关键部件，离心电扇安装在电机轴上，铆接有铝合金板。下图1-1为普通抽油烟机的.结构图。图1-1抽油烟机结构图（Fig.1-1structurediagramofrangehood）根据CN10/CNPP数据研究，十大品牌网联合推出的十大油烟机品牌排行榜，2021年的十大抽油烟机品牌按从高到低按顺序分别是：老板电器ROBAM、方太Fotile、华帝Vatti、帅康sacon、SIEMENS西门子家电、美的Midea、万和Vanward、海尔Haier、万家乐、樱花SAKURA。其中前五名中前四名为国产品牌，有相对成立较早的老板ROBAM和帅康sacon。也有90年代成立年轻品牌方太Fotile和华帝Vatti。五强中仅有一个国外品牌就是成立时间已久的SIEMENS西门子家电。西门子家电始于1926年德国，深耕家用电器领域，享誉全球的家电生产商，2015年西门子家电成为博世集团旗下品牌，突破性技术和精美外观的代名词。多家企业能在这个领域超过世界驰名的西门子家电。也说明了我国在抽油烟机领域不管是在销量还是在设计实用性上都已经达到了世界水平。需要强调的是榜单的后五名也全部都是中国品牌。这也是根据中国人烹饪的特点，应运而生的科技力量。以上十个品牌可分为两个梯队，前五名为第一梯队。在质量和售后方面远超其他品牌。后五名也是业界翘楚只是各方面确实相比于前五名有各自的不足。下面介绍各品牌抽油烟机的特点：老板电器ROBAM的抽油烟机拥有专利系统为双劲芯风机、A++滤油网，彻底过滤油烟。传承保持着360度螺旋式进风，将油烟一网打尽。优良的精钢材质，乱发丝工艺，质感细腻、高档，更易清洁。价格普遍在四千元到六千元之间，旗舰款都在六千元以上。最近也推出了平民款，占据低端市场。图1-2老板抽油烟机实物图Fig.1-2physicaldrawingofboss'srangehood方太Fotile的抽油烟机使用人群非常多，方太是一家制造高端厨房电器的高科技技术企业，特别注重自主研发，不断创新，生产的抽油烟机的质量是非常不错的。使用方面抽力强，噪音很小。方太油烟机拥有自主研发的吸油烟技术，使用自己的核心技术生产，生产的油烟机的品质是非常不错的，拥有一流的高效静音吸油烟技术，抽油烟机的噪音是特别低，不会对人产生噪音影响，对消费者生活质量影响很小。方太抽油烟机设计特别人性化，有着独创的外观，它能够产生温度高达110℃高压热蒸汽对机器进行全面冲刷，能够对污渍进行强力清除，故障率也很低，保证运行安全。价格比较平均普遍在三千到四千区间。图1-2方太抽油烟机实物图Fig.1-2physicaldiagramofFOTILErangehood华帝Vatti在抽油烟机构造方面集欧式的美观与中式的实用于一身，采用了全新的结构，彻底解决了油烟难以清除的难题，同时实现了更加出色的油烟抽净效果，全面提升油烟去除率及油烟净化率。而且这种全新的结构也更加符合人体工程学原理，避免了使用中意外碰伤头部的尴尬，这一点相当贴心。价格方面相对与前两个品牌便宜一些，普遍价格在三千元以下。图1-3华帝抽油烟机实物图Fig.1-3physicaldiagramofrangeVattihood帅康从吸油烟机开始，主打欧式吸油烟机。近年来，市场上也推出了侧吸式抽油烟机，定位于中高端家庭。帅康拥有技术团队和精良的生产线，拥有多项抽油烟机技术发明专利。图1-4帅康抽油烟机实物图Fig.1-4physicaldiagramofSaconrangehood西门子天工系列自洁式抽油烟机运行时风量可达19m3/min，400Pa的强风压可吸收任何烹饪方式产生的油烟。在质量过硬的同时价格也比较亲民。图1-5西门子抽油烟机实物图Fig.1-5physicaldiagramofSiemensrangehood6）美的的抽油烟机产民关于材质，一般有钢墨、铁墨和玻璃墨。它们都是非常耐用的产品。抽油烟机面板一般是玻璃的。有很多颜色，它们看起来很漂亮。欧式抽油烟机主要由彩钢和玻璃制成。和家庭厨房的装修风格为考量。材质来说都很好清洗。价格亲民普遍两千左右。图1-6美的抽油烟机实物图Fig.1-6physicaldiagramofMidearangehood万和抽油烟机配置了高转速电机配合大直径风轮，运行时制造出超强负压区，令气流上升运动更快、更激烈，超高排风量，形成强大吸力，令油烟无处可逃。千元左右的价格也是万和的优势所在。图1-7万和抽油烟机实物图Fig.1-7physicaldiagramofWanherangehood海尔抽油烟机采用优质的过滤网，吸力非常强劲，可以把油烟全方位的吸走，保证了厨房是无油烟的环境。海尔抽油烟机具有自动清洗功能，免拆洗，再也不需要人工拆装进行清洗，只需要按一下清洗功能的按钮，即可自动进行清洗，省时又省力。造型设计，每一款海尔抽油烟机的造型设计可以称为经典，独特而又个性的造型所表现出来的视觉效果让人惊讶，面板采用全不锈钢设计，并且采用无缝焊接技术，既保证了美观度，又保证了油烟不会泄露。作为国民品牌，群众基础好，价格亲民。图1-8美的抽油烟机实物图Fig.1-8physicaldiagramofHaierrangehood目前国内油烟机主要有分为四种：分为中式油烟机、欧式油烟机、侧吸式油烟机、多媒体智能油烟机四种中国油烟机主要分为老式的浅吸式和深吸式油烟机，尤其是浅吸式油烟机作为主要拆除对象。它是一种普通的抽气机，将油蒸气直接排出体外。深吸式吸油烟机最大的问题是占用空间，噪音大，容易找，滴油烟不干净，寿命短，清洗不方便，对环境污染大。有很多品牌。现在市场上已经很少见了。中式抽油烟机通常配备大而深的抽油烟机、大型涡轮机和大功率电机。如下图1-9：图1-9中式抽油烟机Fig.1-9Chineserangehood

欧式烟机针对欧式的烹饪和饮食习惯而设计的。欧式抽油烟机的吸力普遍偏小。一5-7层油网过滤器，增加发动机功率，达到最佳效果，功率300W以上。主要特点是外形美观、价格高、耗电大。不足就是清洗油网不便，容易摸到滴油。它由埃米特代表。价格方面欧式抽油烟机生产工艺复杂，材料成本也比较高，所以价格高于中式抽油烟机。下图1-10为常见的欧式抽油烟机：图1-10常见欧式抽油烟机Fig.1-10CommonEuropeanrangehood侧吸式油烟机是利用空气动力学和流体力学设计，技术发展尚未成熟。侧吸式油烟机的款式有限、集烟内腔平常不能到达一体成型，清洗时较麻烦事情、使用噪音大。这主要是由于款式侧吸式油烟机发展时间短，技术还不够成熟。由于侧吸烟机离灶具很近，清洗相对麻烦事情，需要常常清洗。第二点是会损失热能。虽然侧吸式抽油烟机具有吸净率高、使用便利等优点，但也可能在烹饪时，使用户损失热能。侧吸烟机工作面和烹饪区靠得很近，过近的抽吸可能使得局部氧气供应淡薄，造成天然气或天然气燃烧不充分，增多用户的用气量。常见的侧吸式抽油烟机如下图1-11：图1-11常见的侧吸式抽油烟机Fig.1-11Commonsidesuctionrangehood

最后一种是多媒体智能抽油烟机，抽油烟机具有自动开合结构，让抽油烟机的“隐形”梦想成真。现代工业自动控制技术、互联网技术和多媒体视频技术的完美结合，为现代智能厨房提供了典范，将现代厨房带入了一个充满活力的娱乐享受时代。代表产品是可伸缩的翼形抽油烟机。如下图1-12：图1-12翼型抽油烟机Fig.1-12Spreadwingrangehood1.4.2烟雾传感器研究现状烟雾传感器主要用于通过控制烟雾浓度来防止火灾。烟雾报警器的内部使用了电离烟雾传感器。离子烟雾传感器技术先进，传感器稳定可靠。实现火灾防范。当烟雾传感器的当探头检测到烟雾中的可燃颗粒或气体中的某些特定成分时，烟雾探头的内阻会发生连锁反应，产生一个模拟值，然后根据模拟值发出指令。气体传感器由不同性质的材料制成。根据其性能和组成，可分为湿式传感器和干式传感器。对于不同类型的气体，有许多不同的检测方法。半导体检测法（俗称电法）；电化学方法（其应用原理是电解液和电极作为检测方法）；光学方法（其应用原理是光在不同气体和不同气体浓度下的折射率或光吸收等特殊反应）。不同的气体传感器有不同的检测原理，根据其自身特点可分为以下几种：基于氧化物电导率变化的半导体传感器，基于导热元件特性变化的热导传感器采用基于强磁场吸引的磁氧传感器、基于电化学活性的电化学气体传感器、基于光电检测原理的光电传感器、基于催化燃烧的传感器.白色电阻定律发生变化。根据被测对象的不同、所要要获得灵敏度值、线性范围等因素，请有目的地选择传感器。对于所有家庭来说，安全是最重要的问题。我们需要对所有可能发生的燃气泄漏事故采取预防措施。但是，烟气的理化成分差异很大，单一功能的监测系统已不能满足现实生活中各种混合烟气的需要。基于氧化物的半导体烟雾传感器只能检测各种还原性烟雾的变化，导致市场上的探测器种类很多，但功能独特且有限。1.4.3温度检测传感器研究现状中国自改革开放以来在“发展高科技，实现产业化”、“努力加强各种传感器的研制发展和在国民经济中的占比”等一些大环境导向和政府政策支持下，在蓬勃发展的中国电子信息产业的市场趋势下，传感器早已有了可观的产业地基，并在技术研发、自主创新、研究结果转化和竞争力等方面有了长足进步,使我国国民经济的发展得到了进步。但由于我国的半导体产业发展时期偏后，基础设施和技术相对较少，对各种传感器件的研制才处于起步阶段，技术层面与国际相比还存在比较大的差距。因为这样，所以我国于传感器有关的企业及其部门正努力迈着大步向更宏伟的的目标迈进，也做出了很多的探索和尝试，例如有由中国电子器材总公司举办的、由中国电子元件行业协会等企业一起参与组织的“中国热敏电阻及温度传感器展览会”，此次展览会是中国最棒的热敏电阻及温度传感器展，代表了中国技术和中国大国工匠的精神。是共同研究讨论我国“热敏电阻及温度传感器”的发展时机，因发展较晚使得行业深度不深。正因如此，在集成数字温度传感器这一领域，中国仍有很大的发展空间。国际发展方面，全世界现有50余个国家在传感器的生产和研制时期。研发、生产单位不计其数。在市场上，温度传感器种类较多，在有高可靠性、高精度需求的场合中美国DALLAS(达拉斯)有限责任公司生产的DS18B20温度传感器是领头羊一般的存在。DS18B20是美国DALLAS半导体制造公司的一种创新智能热敏传感器。和热敏电阻作对比的话，它可以直接显示被测温度且可根据情况要求通过程序实现9-12位的数字值读出方式。在极短时间内内完成9位和12位的数字显示量，并且读写DS18B20的信息仅需要一根I/O口线读写，数据总线负责温度转换功率的提供，也可提供电源，就不需要其他的电源。因次在使用时DS18B20呈现出系统结构更为简单，稳定性较高的特点，而其小巧的定位，极小的硬件老化，数据精准，抗干扰能力好，可添加附加功能使DS18B20广受欢迎。对于一般在线学生来说，DS18B20是开发相关测温产品和认知微控制器的首选。DS18B20的主要特点时:全数字的温度转换及输出;领先的单总线数据传输;最高12位分辨率，其精准度能到±0.5摄氏度;并且含有产品序列号，可以多机连接;多种的封装形式，用来参与到不同硬件设计系统的使用中。1.4.4光敏电阻研究现状光敏电阻一般是用对隔进行硫化或硒化而制成的半导体材料组成，在其表面有一层防潮树脂，也同样可以产生光电导效应。其工作原理是在于内部的光电效应，这样可以加强灵敏度，将其装在方面光照开有透明窗的管壳里就组成了光敏电阻。半导体材料导带内载流子数目的多少决定了半导体材料的导电能力。当有光照向光敏电阻时，价带中的电子吸收能量后跃迁到导带，成为了自由电子，此时此刻电阻有了空穴，电子和空穴对的出现会导致电阻率降低。光照强度越强，光生电子—空穴对就会增多，阻值就越来越低低。当光敏电阻两端加上电压后，光照越强电流就越大。当光源消失，电子和空穴对就会慢慢回归，电阻也慢慢恢复到初始水平，电流变小。

光敏电阻对光源强度变化十分敏感，其在黑暗状态时，呈最高电阻状态，暗电阻普遍能够达到1.5MΩ。被测环境产生光照时，材料中会产生空穴和自由电子，它的电阻值变小，伴随着光线变亮，电流会迅速增大，亮电阻值最小可以到1KΩ以下甚至以下。光敏电阻器的光照特性一般不是线性的，仅仅会在极小的范围内呈现出线性变化，光敏电阻器的电阻值变化呈无规律的大范围变化。光敏电阻器的灵敏度是指光敏电阻器未受到光照时的电阻值和受到光照时电阻值产生的相对变化值。光敏电阻的未收到光照时和光照时阻值之比大概为1500：1，黑暗时阻值越大越好，MG型光敏电阻器可以用于大部分肉眼可见光。其使用方式有用于各种自动控制电路还有电光计数电路、电光跟踪电路和光敏元件控电灯、彩色电视机的亮度控制电路以及照相机的暴光等场合。2系统设计与方案选择本系统的设计原理主要是实现抽油烟机的智能控制。这里的控制包括温度检测功能、油烟检测功能和气体检测功能。2.1系统的功能要求传统的抽油烟机必须手动开启和关闭，并且必须调整抽油烟机电扇的快慢。本文中的系统设计将使抽油烟机变得智能。本系统的开发主要包括以下功能:1）油烟检测功能:为了有效地检测油蒸气的浓度，本文系统选用对空气污染气体具有高灵敏度的传感器作为传感装置。2）天然气检测功能：天然气等可燃气体的泄露是来自厨房的主要危害，本文的设计也考虑到了天然气泄露检测与警报。3）温度检测功能:除了厨房油烟对人体有危害之外，火灾也会对人们的生命安全产生威胁，所以本文设计的系统需要实现检厨房温度的功能，在意外发生火灾时可以提示人们以免造成不可弥补的危害。4）自动调节电扇转速功能:本系统与传统油烟机的区别在于其智能化，所以系统需要通过油烟浓度自动调节油烟机电扇的档位。5）温度以及天气然超过合理阈值时的警报功能:为了在温度超过门限值时系统能提示房间主人小心，本系统设计了声音警报，提醒房间内的主人及时处理2.2系统的技术要求在明确系统功能之后，本系统选择采用STC89C52单片机。STC89C52微控制器是一款低功耗、高性能的8位CMOS微控制器，在8K系统中具有可编程闪存。STC89C52在单芯片上，具有8位智能CPU和系统可编程Flash，为众多嵌入式控制应用系统提供了高度灵活和超高效的解决方案。它具有以下标准功能：8k字节的Flash、512字节的RAM、32位I/O口线、看门狗定时器、内置4KBEEPROM、MAX810复位电路、三个16位定时器/计数器和一个2-电平向量中断，全双工串口。2.3总体设计依据本次设计的相关要求，最终本文首先确定了符合设计要求的方案原理框图。本设计主要由烟雾天然气探测电路，温度探测电路，光敏传感器，电源电路，显示模块，单片机模块，蜂鸣警报模块等组成。框架原理图如下图2-1：图2-1基于单片机控制的智能抽油烟系统框架图Fig.2-1Framediagramofintelligentlampblacksystembasedonsinglechipmicrocomputercontrol1）烟感天然气检测传感器烟雾传感器本文选择MQ-2，MQ-2可使用于不同场合的气体浓度检测或泄露检测，可用于对苯、液化气、乙醇、烷、烟雾、氢等的检测。所以,MQ-2准确来说是一个可以测试多种气体的气体探测器。MQ-2的探测广。它具有以下优点:灵敏度好、响应迅速、稳定性高、耐用、驱动电路不复杂。MQ-2烟雾传感器利用的气敏材料为二氧化锡原料，是N型半导体。种类为表面离子形式。工作原理是当环境温度在200℃-300℃摄氏度的时候，二氧化锡会吸收氧离子，形成对氧气的负离子吸附，这样使半导体中的电子变少，反之其电阻值则会增大。当表面与烟雾相接时，晶粒间界处的势垒会产生变化，就会引起材料导电率发生改变。利用这个原理就可以得到这种烟雾的各种信息，随着烟雾的浓度升高，导电率紧跟着变大，输出电阻随后降低，最终导致输出的模拟信号变大。同时MQ-2具有以下几种特性：MQ-2气敏传感器在对石油气、液化天然气等烟雾时有超高的敏感度，尤其对各种烷类燃烧产生的烟气更为灵敏，具有优秀的抗干扰性，能够准确排除大部分有刺激性非可燃性烟气的干扰因素。经过测试，此传感器对烷类的感应程度要比纸张木材燃烧产生的烟气要更准确，输出电压可以更快上升。MQ-2型传感器可多次循环使用并且寿命较长。回复稳定，响应快，长时间工作状态下稳定性高。需要留意的是:传感器在使用之前需要高温加热一段时间，要不然会导致它的测量数据不精准。该传感器可用与检测100ppm~10000ppm范围内的烟雾和可燃气体。（ppm是气体的体积浓度。lppm=l立方厘米/1立方米)允许电路设计的电压范围很广，24V以下都可以，加热电压的范围是5±0.2V。需要注意:加热电压，不能过高，加入电压太高，可能会使器件内部的信号线断开，导致器件报废。2）温度检测模块这个模块本文设计使用了对温度灵敏度的DS18B20温度传感器做感应器件，通过设计电路当温度高于门限值时系统警报。3）光敏传感器模块这个模块本文设计使用了GL5506光敏电阻用做感应器件，在电扇旋转时如果厨房等张照明不足，自动开启照明。4）单片机MCU单片机MCU的部分本系统选用STC89C52系列单片机，送入单片机的数据通过自己编写的程序进行处理，进行电扇自动调节，油烟检测，温度检测，温度过高情况下警报和液晶显示等功能。5）电源模块电源模块通过整流电路将日常使用的220V交流电转换为直流给系统使用。系统所需电源的思路是让家庭中的电压先通过220V转化成双12V的变压器，然后使用H整流电桥，经过滤波网络然后经过稳压网络得到系统需要的直流电源。6）液晶显示模块系统显示部分采用本文中的LCD1602屏幕，价格低廉，可显示数字和英文。满足一般显示要求，可同时显示两行共32个字符。系统转换信号后，在LCD1602屏幕上显示与设计相关的参数。随着油烟浓度的级别数，风机转速快慢等等。2.4各模块的方案选择2.4.1单片机模块的方案选择方案选择1:选用AT89S51这款单片机AT89S51是一款功耗极低、损耗极低、性能极强的芯片，采用贵公司高密度非易失性存储技术生产，可同时支持8051指令和引脚。同时也使用3级加密的ROM，有三十二个被用来交换数据的I/0口，定时(计数)器有2个，并且两个都是16位的，(RAM)是128×8个字节。但是由于其不能AD转换，所以必须外接ADC0832等进行转换，如果使用本设计会使原理图及PCB变得更难。方案选择2:选用STC89C52这款单片机STC89C52单片微型计算机具有一般现在市场上51单片机的特征，不同的是他拥有定时器。在内存方面，51单片机的ROM为4k,而52单片机的ROM则为8k,不仅如此，51单片机的RAM为128Byte，而52单片机的RAM则为256Byte，（1字节Byte=8bit）而且52单片机能够兼容51单片机，但.52单片机里的程序不一定能用在51单片机上。通过对比本系统选择方案二。2.4.2温度探测模块的方案选择温度探测模块选择的是DS18B20温度探测器。DS18B20温度检测器。DS18B20是DALAS公司生产的一款单线数字温度传感器，采用小型3引脚封装；测温范围上下限分别为+125摄氏度和-55摄氏度，A/D转换精度912位可编程，测温分辨率可达0.0625摄氏度，测温串行广播由带信号扩展的16位数字量组成；其工作电源可远程输入或由寄生能量产生；多个DS18B20可以并联3或2条线，CPU只用一根端口线就可以和多台DS18E20通信，占用微处理器，设备端口更小，可以节省大量的电缆和逻辑电路。以上特点使DS18B20非常适用于远距离多点温度传感系统。2.4.3显示屏的方案选择本设计的显示器选择为LCD1602液晶显示器。因此，液晶屏图像质量高，不闪烁。显示质量更高。因为LCD显示器都是数字的，所以与微控制器系统的接口更简单、更可行。信任，操作更方便。液晶显示器体积更小、重量更轻，达到了通过显示屏上的电极来监控液晶分子状态的目的。它比具有相同观看面积的传统屏幕轻得多。与其他显示器相比，液晶显示器的功耗主要由其内部电极和驱动IC消耗，因此功耗远低于其他显示器。图2-2LCD1602实物图Figure2-2LCD1602physicaldrawing2.4.4光敏电阻模块的选择本文使用的是可见光光敏电阻器。以下是常见的光敏电阻参数如表2-1：表2-1常见光敏电阻参数图Table2-1Commonparameterdiagramofphotosensitiveresistance型号最大电压

（VDC）最大公率(mv)环境温度(℃)光谱峰值（nm）亮电阻

（千欧）暗电阻（兆欧）响应时间（ms）

上升下降5506150100255402-50.220305516150100255405-100.5203055281501002554010-201203055371501002554020-30220305537-21501002554030-503203055391501002554030-405203055491501002554040-120102030GL5506光敏电阻已经符合本次设计的要求，不需要更高的精度就可以轻易探测出日常白天和黑夜的区别。3硬件电路设计3.1单片机最小系统模块单片机模块是一个系统最核心的部分，本文选用STC89C52作为核心芯片。这个芯片。该芯片拥有8K字节可擦写Flash闪存，1000个可擦除周期，0Hz-24MHz全静态操作，三级加密程序存储器。256×8字节内部RAM，32个可编程I/O口线，3个16位定时/计数器，8个中断源，可编程串行UART通道。最小系统模块组成如下图3-1：图3-1单片机最小系统模块Fig.3-1Minimumsystemmoduleofsinglechipmicrocomputer系统处理器电路的关键部分由CPU、复位、晶振电路组成。也可以说时钟电路就是一个振荡器。时钟电路控制单片机指令的执行。时钟电路控制单片机能否正常启动。单片机的高增益反相放大器组成的振荡电路和时钟电路共同构成了单片机的时钟模式。时钟速度决定了系统的速度，系统时钟电路由晶体振荡器提供。使用软件设计硬件电路时，晶振电路应尽量靠近单片机，晶振电路地与时钟芯片在同一位置。当晶体频率暂停时，当系统需要它时，应选择低频晶体振荡器，这样可以减少通过的功耗。晶振采用11.0592M，常用于串行通信和红外遥控电路，因为在12m和11.0592频率计算的串行通信中很难达到标准波特率。因此，有单片机通讯接口，一般选择11.0592M。3.2电源电路模块电路设计具体的设计过程如下3-2图：图3-2电源电路Fig.3-2Powercircuit如图3-2,首先本文设计先将交流电变为较为稳定的直流电，所以使用变压器。电源插座，通过开关（一个6针的开关，按下打开2、3和4、5），然后两个电容滤波，104陶瓷电容滤波高频,100uF电解电容过滤低频稳压，电容值越高稳压效果越好，得到系统电源+5V，后面接LED指示灯和限流电阻作为电源指示灯.当开关打开时，它通过电流。然后LED二极管亮起。3.3烟雾天然气检测模块根据系统的设计要求，油烟检测模块需要检测室内烟雾的浓淡程度，天然气浓度将庄华伟电压数值被单片机接收分析，由于本设计需要通过电压高低决定是否打开电电扇。以及天然气浓度是否超标，若超标开启警报。所以如何检测油烟浓淡程度是本文整个监测系统的重点。最终选择了MQ-2传感器作为抽油烟机的检测装置。MQ系列烟雾传感器基本上是都一样。一共有六个引脚分为两组，没有正负极。其中一组三个引脚相接，另外一组引脚两段相接，中间的引脚独立。实物如下图3-3：图3-3MQ-2传感器实物图Fig.3-3physicaldiagramofMQ-2sensor其传感器的基本测试电路及内部大体结构可以通过图3-4了解:图3-4MQ-2基本测试及内部结构图Fig.3-4Mq-2Basictestandinternalstructurediagram由图3-4可以清楚的知道传感器内部的结构和测试基本电路，该传感器需要施加两个电压。分别是加热电压VH和测试电压VC。其中VH用于为传感器提供特定的工作温度，可用直流电源或交流电源。VRL是传感器串联的负载电阻RL上的电压。VC图3-5油烟探测模块及与单片机连接电路图Fig.3-5Oilsmokedetectionmoduleanditscircuitdiagramwithsinglechipmicrocomputer因为MQ-2同时对多种气体敏感，所以本文选用同时也可测油烟的的MQ-2传感器来做天然气检测的感应器。3.4光敏电阻模块这里系统需要通过使用GL5506元件来感受室内光。本模块是使用光敏传感器的自动控制的模块，GL5506是由电极与陶瓷基板相接外层包覆一层树脂胶，电极两侧伸出两根导线穿过陶瓷基板和树脂胶实物如下图3-8:图3-8GL5506实物图Fig.3-8Gl5506physicaldrawing设计这个模块的目的时，当室内烟气或燃气超标使抽油烟机（电扇）转动时，光敏元件是检测屋内光感的，如果室内明亮，照明灯则熄灭，只有夜晚室内光线黑暗，照明灯才会亮。为了在光线不足厨房昏暗时也方便主人操作。做出佳肴由于检测的是室内自然光主要看光敏元件的暗电阻数值来决定是否开启灯光所以白天正常天气下不会开启。光敏电阻应该安装在面板上按键开关旁。确保可以感受到厨房的自然光线。元件通过LM393与单片机相连，具体连接方式如下图3-9：图3-9光敏元件与单片机的连接方式和灯光输出Fig.3-9TheconnectionmodeandlightoutputofphotosensitiveelementandsinglechipmicrocomputerLED灯，也就是二极管在实物连接时要注意要严格按照原理图的正负极相连接。否则会导致没有响应。发光二级管实物图3-10如下：3-10发光二级光实物图Fig.3-10PhysicalpictureofLED长脚接正极，短脚接负极。3.5温度检测模块电路设计新型DS18B20数字温度传感器具有体积更小、精度更高、适用电压范围更广、单线总线可联网等优点，在实际应用中取得了良好的测温效果。DS18B20有三个引脚分比为DQ、GND和VDD。DQ是数字信号输入/输出端、GND为电源端和VDD为外接供电电源输入端（在寄生电源接线方式时接地）。DS18B20的内部结构图如下图3-11：图3-11DS18B20内部结构图Fig.3-11DS18B20internalstructurediagram测温元件与单片机通过DQ端与单片机相连外接5V电压和一个电阻防止电压过大。单片机通过单总线协议，读取DS18B20发送的数据并进行计算，最终得到温度值。R11是上拉电阻，这里的作用是提高抗干扰如下图3-12所示：图3-12DS18B20与单片机的连接图Fig.3-12ConnectiondiagrambetweenDS18B20andMCU3.6输出模块设计3.6.1显示器模块设计市场上液晶显示模块种类繁多LCD1602是一款工业字符显示模块，可以显示2行16列32个字符。LCD模块的每一点在接收到相应的信号后，都会一直保持那个颜色和亮度，恒亮，图像质量非常高，不闪烁。以下是其显示原理：用LCD显示一个字符比较复杂，因为一个字符是由一个6×8或8×8的点阵组成的，需要在显示器上找到某个位置对应的显示RAM区的8个字节screen，并使每个字段的不同位为“1”，其他为“0”，为“1”的为开，为“0”的为不开。这样就形成了某种性格。但是，对于带有字符发生器的控制器，字符的显示相对简单。您可以在文本模式下运行控制器，并根据LCD上显示的行数和列数以及每行的列数找出相应的显示RAM。放置光标，然后在此处提交字符的代码。本设计的LCD1602连接电路图如图3-13所示:3-13LCD1602的连接电路Fig.3-13connectioncircuitofLCD1602本设计中LCD160显示器的第四引脚到第六引脚与STC89C52单片机的P1口的P1.0到P1.2相连。第七引脚到第十四引脚连接P0口的P0.0到P0.7。各个重要管脚的用法:1602LCD采用标准的14脚（无背光）或16脚（带背光）接口，各引脚接口说明如表3-1所示:表3-1LCD1602引脚接口说明表Table3-1descriptionofLCD1602pininterface编号符号引脚说明编号符号引脚说明1VSS电源地9D2数据2VDD电源正极10D3数据3VL液晶显示偏压11D4数据4RS数据/命令选择12D5数据5R/W读/写选择13D6数据6E使能信号14D7数据7D0数据15BLA背光源正极8D1数据16BLK背光源负极第一脚:电源负极;第二脚:电源正极，用来通5V的电;第三脚:液晶显示的对比度上下调试管脚，当让它接正电源的时侯对比度是最差的,接地时的时侯对比度最好，当对比度太高的时侯就会出现“花屏”，所以接一个10K的滑动变阻器这样用来调试它的对比度。第四脚:寄存器的选定脚;第五脚:读写信号的端口，当高电平时LCD1602就会读取指令，当为低电平时就会输出指令。进行显示地址或者写指令或的时候就是让R/W第五和RS第四管脚为低电平。当要进行写数据命令时就让RS第四管脚为高R/W第五管脚为低。这里写LCD程序时选择让瞭R/W口1接地，即相当于一直是低电平。第六脚:为使能端，当它由高变低时，模块将执行设置命令;第七到十四脚:是发送待显示数据的端口，接单片微型计算机的I/0端口。第十五脚:为背景光源的正向，用来与电源端连接;第十六脚:叫做背景光源的反向，接地;3.6.2电扇电路设计电扇是抽油烟机的重要组成部分也是其中相对简单的部分对于总体的仿真系统来说可以直接通过USB外界电扇即可如下图3-14：图3-14通过USB接口可连接的外设Fig.3-14PeripheralsthatcanbeconnectedthroughUSBinterfaceJ1为USB口，可接电扇、水泵、USB灯等负载，FAN输出低电平，R13限流后三极管Q2导通，晶体管的集电极连接到J1的+极，即2直接接+5V电源。此时J1的负载通电，负载开始工作。反之，如果FAN为高电平，则三极管Q2截止，J1不接电源，切不可给负载上电停止。C2为稳压,使电源+5V更稳定,C5滤波，抑制负载产生的干扰。由此电路外接电扇可使电扇在烟和天然气超过一定数值时由单片机传输信号开启，在烟雾和天然气浓度降低时关闭。在硬件的实际连接当中电扇有三根线，一般红色的是电源线，黑色的是接地线。中间白色或黄色的不接。下面是电扇实际图如下3-15：图3-15电扇实物图Fig.3-15realfan3.6.3蜂鸣器电路设计设计蜂鸣器警报系统，通过声音提醒主人及时关注厨房火电安全，蜂鸣器与单片机的连接如下图3-16：图3-16蜂鸣器与单片机的连接图Fig.3-16Connectiondiagramofbuzzerandsinglechipmicrocomputer其完成警报原理为单片机控制BEEP脚上传来的是高电平还是低电平来控制报警器,Q3为三极管,NPN型,这时如果BEEP传来的是“1”，三极管通路,警报器接地就会响,情况为“0”时,三极管不通电,警报器不响。R16被称为上拉电阻,让IO口的电流在“1”时变大,足以让警报器通电，R18做限制电流的作用,保护Q3。Q3集电极通过电阻R15连接一个发光二极管，发光二级光另一侧连接+5V电源。在接通时LED发光二极管亮。和声音一起期提示屋主。蜂鸣器结构简单，只有两个引脚。连接时长脚为正极，短脚为负极。实物如下图3-17：图3-17蜂鸣器实物图Fig.3-17Pictureofbuzzer3.7按键电路设计按键电路通过手动的方式来开启关闭电扇，还可通过菜单、加、减确认键来修改温度阈值和警报时间。房间主人可通过按键自主控制抽油烟机。下图3-18为按键系统的设计图：图3-18按键系统连接图Fig.3-18Keysystemconnectiondiagram按键S1到S6分别和单片机的P1.4到P0.7以及RXD和TXD以实现按键功能。六个按钮的设定功能分别是菜单、确认、加、减、电机开机和灯光打开。按键电路,按键按下通电,单片机通过判断端口为“0”来知道按键是否被按。3.8硬件部分整体连接图通过上面各个元件以及连接方式方法的介绍，把所有的元件部分和单片机连接起来形成了整个的只能抽油烟机仿真模拟电路如下图3-19：图3-19硬件部分连接图Fig.3-19Hardwareconnectiondiagram3.9电路中其他硬件介绍和选择以上大部分模块都已经介绍完毕。但是这些大的模块并不是在设计中全部。还有很多小型原件比如电阻、自锁开关和三极管等等并没有具体说明。接下来介绍这些组成原件和实物的操作方法。3.9.1电阻的选择与应用电阻是设计电路中不可或缺的一部分，根据不同的作用和设计的要求，每个部分都要使用不同的电阻。每个电阻会显示不同的阻值，代表这个元件拦截电流的能力。用符号“Ω”表示。挑选电阻阻止一般是看电阻上的色环颜色。色环电阻分四环和五环，一般情况下四环就够用了，需要更高精度时使用五环。四色环电阻就是指用四条色环表示阻值的电阻，从左向右数，一道色环表示阻值的最大一位数字；第二个彩色圆圈代表电阻值的第二个数字：第三个彩色圆圈代表数字：乘以电阻值。第四个彩色圆圈代表电阻值的允许偏差。四环读数数值如下表4-1：表3-1四环电阻认读表Table3-1fourringresistancereadingtable颜色第一环第二环第三环乘数第四环误差黑色0.01棕色1.1.10..±1%红色2.2.100..±2%橙色3.3.1K.黄色4.4.10K.绿色5.5.100K..±0.5%蓝色6.6.1M..±0.25%紫.色7.7.10M..±0.1%灰色8.8..±0.05%白色9.9.金色.±5%银色.±10%无.±20%五色环电阻就是指用五道彩色圆环表示电阻数的电阻，顺序是由左道右，。第一道色环表示阻值的最大一位数字；第二道色环表示电阻数的第位；第三个彩色圆环表示电阻数的第三位；第四道彩色圆环表示电阻数的乘数；第五道色彩色圆环示误差上下。五环更精准，和四环的差别就是第三环也做阻值读取，五环读数表如下表4-2：表3-2五环电阻认读表Table3-2fiveringresistancereadingtable颜色第一环第二环第三环第四环乘数第五环误差黑色0001棕色11110±1%红色222100±2%橙色3331K黄色44410K绿色555100K±0.5%蓝色6661M±0.25%紫色77710M±0.1%灰色888±0.05%白色999金色±5%银色±10%无±20%以上就是对电阻选择介绍。3.9.2三极管的选择与应用单片机应用电路中三极管一般做开关。三极管中9012与8550为pnp组成的型号，。三极管中9013与8050为npn组成的型号，。下图分别为pnp型和npn型三极管的电路符号。我们可以根据箭头方向判断具体型号和具体作用。如下图3-20、3-21所示：图3-20npn型三极管符号Fig.3-20NPNTransistorsymbol3-21pnp型三极管符号Fig.3-21PNPtransistorsymbol三极管具有单向导电性，设计中我们也多次运用了这个特性让不同的极接通就可以控制是否通路。3.9.3各元件的焊接方法想要完成设计，各元件需按照原理图排兵布阵。在实际操作中就是把各元件焊接在PCB板上。不同的原件有不同的焊接方式。大部分都是对齐PCB板用焊枪融化焊锡直接焊接即可。部分原件的焊接方式也有一些区别，需要额外的焊接手段。1）在LCD1602的连接时需要用到一个滑动变阻器其焊接方式就和其他的原件焊接方式不同。首先应该将下面的两个引脚折弯，然后焊接到板子上如下图3-22：图3-22Fig.3-22再拿一个废旧电阻引脚从中间折弯，挂在上面的引脚上，并将引脚的另一端插在板子上并焊接上。这样就可以避免原件损坏。如下图3-23：图3-23可调电阻焊接图Fig.3-23weldsforadjustableresistance2）如果使用到贴片电阻，我们也需要不同的焊接方式。先将贴片电阻放在，固定好的原件座，两个引脚中间如下图3-24。直接焊接贴片电阻两个脚。具体如下图3-25：图3-24Fig.3-24图3-25Fig.3-244软件设计4.1单片机调试及相应软件开发首先要介绍的是\o"AltiumDesigner"AltiumDesigner软件。下面结合图文详细介绍一下\o"AltiumDesigner"AltiumDesigner软件的使用方法。使用\o"AltiumDesigner"AltiumDesigner软件首先要打开软件。建立一个新的工程。单机“文件”选择“新建”。在新的菜单中选择“Project”（工程），在选择“Pcb工程”。这样就完成了一个新工程的创建。如下图4-1：图4-1在AltiumDesigne软件中建立新工程Figure4-1BuildinganewprojectinAltiumdesignsoftware在新工程中根据不同的需求可还建立其他工程文件，有Pcb文件，原理图文件，Pcb库文件和原理图