簡易全自動抽油煙機設(shè)計

1、2012年吉林化工學(xué)院電子設(shè)計競賽 簡易全自動抽油煙機設(shè)計（a題）摘要本設(shè)計不僅具備油煙機基本開關(guān)功能，而且還能根據(jù)廚房在燒菜做飯過程中產(chǎn)生的煙氣溫度高，而泄漏的燃?xì)鉁囟鹊偷奶攸c，采取不同的傳感器件，即對溫度高、污染大的煙氣采用熱敏電阻檢測，而溫度低但危險大的燃?xì)獠捎脷饷魝鞲衅鳈z測，當(dāng)廚房的油煙或可燃有害氣體達(dá)到一定濃度的值時，經(jīng)傳感器進(jìn)入單片機分析，使電機電路自動啟動并發(fā)出聲音報警，啟動風(fēng)扇，吸油煙機迅速將有害氣體抽走,還可以根據(jù)油煙濃度，分檔排煙，而且在數(shù)碼顯示器上能自動顯示排煙檔次。還有是當(dāng)環(huán)境亮度較低時，自動啟動煙機的照明系統(tǒng)。本設(shè)計設(shè)有定時功能，可對抽煙煙機進(jìn)行工作時長的設(shè)定，具有手

2、自動切換功能，具有液化氣泄漏檢測、報警功能。論文的硬件部分主要設(shè)計了油煙機的煙氣、燃?xì)鈾z測模塊，按鍵輸入模塊，定時顯示模塊，執(zhí)行電路模塊等，系統(tǒng)軟件部分主要是對各模塊的流程做了詳細(xì)的的分析，控制主程序、中斷按鍵掃描子程序、顯示子程序，中斷報警服務(wù)程序，以此從而實現(xiàn)抽油煙機自動控制的功能。本次設(shè)計的抽油煙機主要靠單片機進(jìn)行控制，通過軟件設(shè)計來自動控制抽油煙機的開關(guān)，所以相對于普通的抽油煙機來說，根據(jù)其自動檢測功能，具有靈活性比較好，功耗低，便于操作等特點。關(guān)鍵詞：單片機 抽油煙機 檢測 自動控制目錄摘 要- 1 -第一章 系統(tǒng)設(shè)計方案與論證- 3 -1.1 總體方案選擇- 3 -1.2器件的選擇

3、- 3 -1.2.1控制芯片的選擇- 3 -1.2.2顯示器的選擇- 3 -1.2.3溫度傳感器的選擇- 4 -1.2.4排煙風(fēng)機的選擇- 4 -1.2.5光敏傳感器的選擇- 4 -1.2.6煙霧、煤氣傳感器的選擇- 5 -第二章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計- 6 -2.1 單片機小系統(tǒng)的電路設(shè)計- 6 -2.2 顯示電路設(shè)計- 6 -2.3 5v直流電源的電路設(shè)計- 7 -2.4 霍爾傳感器的電路設(shè)計- 8 -2.5 ad590溫度傳感器的電路設(shè)計- 8 -2.6 光敏電阻的電路設(shè)計- 9 -2.7 煙霧、煤氣傳感器的電路設(shè)計- 9 -第三章 測試數(shù)據(jù)及測試結(jié)果分析- 11 -3.1 測試方法- 11

4、 -3.2 測試結(jié)果- 11 -參考文獻(xiàn)- 12 -第一章 系統(tǒng)設(shè)計方案與論證1.1總體方案選擇單片機通過對檢測信號的實時采集，對溫度高、污染大的煙氣采用煙霧傳感器檢測，而溫度低但危險大的燃?xì)獠捎妹簹鈧鞲衅鳈z測，當(dāng)廚房的油煙或可燃有害氣體達(dá)到一定濃度的值時，經(jīng)傳感器進(jìn)入單片機分析，使電機電路自動啟動并發(fā)出聲音報警，抽油煙機根據(jù)濃度分檔將有害氣體抽走，光敏電阻采集環(huán)境亮度，控制煙機的照明系統(tǒng)，本設(shè)計并設(shè)有定時功能，可對抽煙煙機進(jìn)行工作時長的設(shè)定，從而實現(xiàn)智能化吸油煙功能。本設(shè)計同時設(shè)有手動開關(guān)，在手動運行下，其功能和普通油煙機一樣，可人為的要求開啟或關(guān)閉，但當(dāng)煤氣泄漏時，不論在自動還是手動運行情

5、況下，抽油煙機會立即啟動，并伴隨聲音報警。1.2器件的選擇1.2.1控制芯片的選擇方案一：采用目前比較通用的51系列單片機。此單片機的運算能力強,軟件編程靈活,自由度大。雖然該系統(tǒng)采用單片機為核心,能夠?qū)崿F(xiàn)對外圍電路的智能控制,但在產(chǎn)生方波時,外圍電路必須加上d/a芯片,這就使得整個系統(tǒng)硬件電路變得復(fù)雜,而且d/a器件價格較高,使得系統(tǒng)的性價比偏低。方案二：采用msp430f169單片機。此單片機功能較強，性價比高、集成度高、易擴展、可靠性高、功耗小及具有較高的數(shù)據(jù)處理和運算能力。由于msp430f169單片機內(nèi)部集成了d/a轉(zhuǎn)換器,不需外加d/a。種方案既能實現(xiàn)智能化的特點,簡化硬件電路,提

6、高測量精度,這給調(diào)試、維護和功能的擴展、性能的提高,帶來了極大的方便。鑒于上面考慮,我們采用方案二。1.2.2顯示器的選擇方案一：采用led顯示，把測量所得到的高度通過數(shù)碼管顯示。數(shù)碼管亮度高，體積小，重量輕。但是動態(tài)顯示要求單片機定時地對顯示器件掃描，如不調(diào)用顯示程序，就會立即停止顯示，而且顯示信息簡單、有限，在本題目中應(yīng)用受到很大的限制。 方案二： 采用1602字符液晶顯示器，能夠同時顯示16×02即32個字符。1602液晶驅(qū)動簡單，性價比相對較高，但能夠顯示的信息有限。方案三：采用12864lcm點陣顯示器，點陣顯示界面友好，顯示信息量豐富，接口電路簡單，可以和單片機直接相連。

7、考慮到本題顯示信息較多，需要顯示輸出的波形，信號頻率及幅值，我們決定選擇lm12864點陣顯示器作為本系統(tǒng)的顯示模塊。1.2.3溫度傳感器的選擇方案一：采用18b20溫度傳感器，信息經(jīng)過單線接口送入ds1820或從ds1820送出，因此從中央處理器到ds1820僅需連接一條線（和地）。讀寫和完成溫度變換所需的電源可以由數(shù)據(jù)線本身提供，而不需要外部電源。電路簡單，成本低，但編程復(fù)雜，轉(zhuǎn)換速度慢。方案二：采用ad590溫度傳感器，是電流輸出型兩端溫度傳感器，利用pn結(jié)構(gòu)正向電流與溫度的關(guān)系制成的，將溫度轉(zhuǎn)化為電流，而電流與熱力學(xué)溫度成正比，由a/d轉(zhuǎn)換模式輸入單片機，由單片機讀出。此溫度傳感器轉(zhuǎn)換

8、速度快，精度高，編程簡單。綜合以上考慮，我們選擇方案二。1.2.4排煙風(fēng)機的選擇方案一：5v的直流小型風(fēng)扇，電流小，風(fēng)扇轉(zhuǎn)速慢，而且工作不穩(wěn)定。方案二：220v交流風(fēng)扇，用固態(tài)繼電器控制風(fēng)機運行，安全性高，而且風(fēng)扇轉(zhuǎn)速快，而且工作穩(wěn)定?？紤]到排煙效果明顯，安全等問題，我們選擇方案二。1.2.5光敏傳感器的選擇方案一：光敏三極管，當(dāng)具有光敏特性的pn 結(jié)受到光輻射時，形成光電流，由此產(chǎn)生的光生電流由基極進(jìn)入發(fā)射極，從而在集電極回路中得到一個放大了相當(dāng)于倍的信號電流，但是它的轉(zhuǎn)換線性差，在低照度或高照度時，光電流放大系數(shù)值變小，影響工作的穩(wěn)定性。方案二：光敏電阻器，又稱光導(dǎo)管，特性是在特定光的照射

9、下，其阻值迅速減小，可用于檢測可見光。 光敏電阻器是利用半導(dǎo)體的光電效應(yīng)制成的一種電阻值隨入射光的強弱而改變的電阻器；入射光強，電阻減小，入射光弱，電阻增大。光敏電阻器一般用于光的測量、光的控制和光電轉(zhuǎn)換（將光的變化轉(zhuǎn)換為電的變化），穩(wěn)定性相對較好。綜合考慮，我們選用光敏電阻。1.2.6煙霧、煤氣傳感器的選擇方案一：nis-09離子傳感器，內(nèi)部使用了微量的放射性物質(zhì)镅241。但傳感器本身被金屬制電極所覆蓋,放射能決不會泄露。工作電壓最大為24v，適用各種高靈敏度煙霧探測器、火災(zāi)報警器等，主要用于報警系統(tǒng)中。方案二：mq-2煙霧傳感器，對不同種類、不同濃度的氣體有不同的電阻值，適宜于液化氣、丁烷

10、、丙烷、甲烷、酒精、氫氣、煙霧等的探測。方案三：mq-5煤氣傳感器，在較寬的濃度范圍內(nèi)對可燃?xì)怏w有良好的靈敏度 ，家庭用氣體泄漏報警器對丁烷、丙烷、甲烷的靈敏度較高 ，特別是對煤氣的感應(yīng)，當(dāng)傳感器所處環(huán)境中存在可燃?xì)怏w時，傳感器的電導(dǎo)率隨空氣中可燃?xì)怏w濃度的增加而增大。使用簡單的電路即可將電導(dǎo)率的變化轉(zhuǎn)換為與該氣體濃度相對應(yīng)的輸出信號而且長壽命、低成本。 鑒于此，我們選用方案二和方案三。第二章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計本設(shè)計采用msp430f169單片機作為系統(tǒng)控制單元，系統(tǒng)分為檢測部分和控制部分，檢測部分為鍵盤輸入、煙霧檢測、煤氣檢測，溫度檢測，煤氣檢測五部分，單片機控制電路由msp430f169單

11、片機、抽油煙機開關(guān)電路、聲音報警、定時顯示、發(fā)光二級管、排風(fēng)扇電機等部分組成，為保證單片機正常工作，設(shè)有看門狗芯片監(jiān)測電源穩(wěn)定及程序是否正常執(zhí)行。系統(tǒng)框圖如圖2-1所示。圖2-1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖2.1 單片機小系統(tǒng)的電路設(shè)計采用msp430f169單片機作為系統(tǒng)控制單元，外配4mhz主晶振和32768hz的輔助晶振、復(fù)位電路、按鍵電路、lm12864顯示器構(gòu)成單片機小系統(tǒng)，msp430f169單片機小系統(tǒng)電路如圖2-2所示。2.2 顯示電路設(shè)計lcm12864液晶顯示模塊與單片機連接電路如圖2-3 所示。圖2-2 單片機系統(tǒng)電路圖2-3 lcm12864液晶顯示模塊與單片機連接電路2.3 5v直

12、流電源的電路設(shè)計5v直流穩(wěn)壓電源包括單相橋式整流電路，濾波電路和穩(wěn)壓電路。電路設(shè)計如圖2-4所示。圖2-4 5v直流穩(wěn)壓電源電路2.4 霍爾傳感器的電路設(shè)計在非磁性材料的圓盤邊上粘一塊磁鋼，霍爾傳感器放在靠近圓盤邊緣處，圓盤旋轉(zhuǎn)一周，霍爾傳感器就輸出一個脈沖，脈沖再經(jīng)過施密特反相器和d觸發(fā)器消除干擾，送入單片機，從而可測出轉(zhuǎn)數(shù)。電路圖如圖2-5所示。圖2-5 霍爾傳感器電路2.5 ad590溫度傳感器的電路設(shè)計ad590溫度傳感器電路是由串聯(lián)一個5k電阻構(gòu)成，由于其靈敏度為1a/，所以溫度每改變一度，輸出電壓改變5k×1a=5mv。所以在50到150的溫度變化內(nèi)，輸出電壓在1.115

13、v到2.115v改變?？蓪⒋穗妷褐苯铀偷絾纹瑱C進(jìn)行a/d 轉(zhuǎn)換，而不需要分壓等操作。如圖2-6所示。圖2-6 ad590的外形及應(yīng)用電路2.6 光敏電阻的電路設(shè)計光敏電阻電路是由一個阻值與光敏電阻在黑暗環(huán)境中阻值相同的電阻與光敏電阻串接而成。當(dāng)環(huán)境亮度變暗時，光敏電阻阻值變大，因此分壓情況改變，單片機接收電壓數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷環(huán)境亮度變化。電路如圖2-7所示。圖2-7光敏電阻電路2.7 煙霧、煤氣傳感器的電路設(shè)計封裝好的氣敏元件有6只針狀管腳，其中4個用于信號取出，2個用于提供加熱電流。mq-2/mq-5放置一段時間后，再通電使用時，阻值是先下降，然后又上升，通電一段時間后（叫初期穩(wěn)定時間），才能穩(wěn)

14、定到與氣氛狀態(tài)相應(yīng)的阻值。為了避免通電開始時的誤報動作，本設(shè)計在單片機開始工作時特意設(shè)定了20秒的預(yù)熱時間。圖2-8 煙霧、煤氣傳感器電路第三章 測試數(shù)據(jù)及測試結(jié)果分析3.1 測試方法用煙霧，煤氣，打火機，手分別測試煙霧傳感器、煤氣傳感器、熱敏電阻、光敏電阻是否靈敏。3.2 測試結(jié)果檢測項目測試結(jié)果能否自動檢測油煙，啟動風(fēng)機排煙能能否根據(jù)油煙濃度情況，分檔排煙，數(shù)碼顯示排煙檔次能排煙檔次分為強、中、弱三個檔當(dāng)環(huán)境亮度較低時，能否自動啟動煙機的照明燈能是否具有定時關(guān)閉排煙功能，定時時間為1分鐘以上有是否具有手自動無擾切換功能，并具有手自動工作狀態(tài)指示功能有是否具有液化泄漏檢測、報警功能有是否具有

15、溫度顯示功能有是否具有測量風(fēng)機轉(zhuǎn)速功能有參考文獻(xiàn)1李亮. 抽油煙機. 廣東: 廣東科技出版社， 2007. 87922劉篤仁，韓保君.傳感器原理及應(yīng)用技術(shù).北京:機械工業(yè)出版社，2003.8. 45493張毅.自動檢測技術(shù)及儀表控制系統(tǒng).北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2008. 37484李建民.單片機在溫度控制系統(tǒng)中的應(yīng)用.江漢大學(xué)學(xué)報，1996.6. 47545潘新民，王燕芳.微型計算機控制技術(shù).北京:電子工業(yè)出版社，2008. 67756夏繼強.單片機實驗與實踐教程. 北京:北京航空航天大學(xué)出版社， 2001. 68767yang. y.， yi. j.， woo， y.y.， and kim.

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