簡(jiǎn)易全自動(dòng)抽油煙機(jī)設(shè)計(jì)

1、2012年吉林化工學(xué)院電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽 簡(jiǎn)易全自動(dòng)抽油煙機(jī)設(shè)計(jì)（A題）摘要本設(shè)計(jì)不僅具備油煙機(jī)基本開(kāi)關(guān)功能，而且還能根據(jù)廚房在燒菜做飯過(guò)程中產(chǎn)生的煙氣溫度高，而泄漏的燃?xì)鉁囟鹊偷奶攸c(diǎn)，采取不同的傳感器件，即對(duì)溫度高、污染大的煙氣采用熱敏電阻檢測(cè)，而溫度低但危險(xiǎn)大的燃?xì)獠捎脷饷魝鞲衅鳈z測(cè)，當(dāng)廚房的油煙或可燃有害氣體達(dá)到一定濃度的值時(shí)，經(jīng)傳感器進(jìn)入單片機(jī)分析，使電機(jī)電路自動(dòng)啟動(dòng)并發(fā)出聲音報(bào)警，啟動(dòng)風(fēng)扇，吸油煙機(jī)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(dòng)顯示排煙檔次。還有是當(dāng)環(huán)境亮度較低時(shí)，自動(dòng)啟動(dòng)煙機(jī)的照明系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)設(shè)有定時(shí)功能，可對(duì)抽煙煙機(jī)進(jìn)行工作時(shí)長(zhǎng)的設(shè)定，具有手

2、自動(dòng)切換功能，具有液化氣泄漏檢測(cè)、報(bào)警功能。論文的硬件部分主要設(shè)計(jì)了油煙機(jī)的煙氣、燃?xì)鈾z測(cè)模塊，按鍵輸入模塊，定時(shí)顯示模塊，執(zhí)行電路模塊等，系統(tǒng)軟件部分主要是對(duì)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(bào)警服務(wù)程序，以此從而實(shí)現(xiàn)抽油煙機(jī)自動(dòng)控制的功能。本次設(shè)計(jì)的抽油煙機(jī)主要靠單片機(jī)進(jìn)行控制，通過(guò)軟件設(shè)計(jì)來(lái)自動(dòng)控制抽油煙機(jī)的開(kāi)關(guān)，所以相對(duì)于普通的抽油煙機(jī)來(lái)說(shuō)，根據(jù)其自動(dòng)檢測(cè)功能，具有靈活性比較好，功耗低，便于操作等特點(diǎn)。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī) 抽油煙機(jī) 檢測(cè) 自動(dòng)控制目錄摘 要- 1 -第一章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(jī)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(jì)- 6 -2.1 單片機(jī)小系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)- 6 -2.2 顯示電路設(shè)計(jì)- 6 -2.3 5V直流電源的電路設(shè)計(jì)- 7 -2.4 霍爾傳感器的電路設(shè)計(jì)- 8 -2.5 AD590溫度傳感器的電路設(shè)計(jì)- 8 -2.6 光敏電阻的電路設(shè)計(jì)- 9 -2.7 煙霧、煤氣傳感器的電路設(shè)計(jì)- 9 -第三章 測(cè)試數(shù)據(jù)及測(cè)試結(jié)果分析- 11 -3.1 測(cè)試方法- 11

4、 -3.2 測(cè)試結(jié)果- 11 -參考文獻(xiàn)- 12 -第一章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案與論證1.1總體方案選擇單片機(jī)通過(guò)對(duì)檢測(cè)信號(hào)的實(shí)時(shí)采集，對(duì)溫度高、污染大的煙氣采用煙霧傳感器檢測(cè)，而溫度低但危險(xiǎn)大的燃?xì)獠捎妹簹鈧鞲衅鳈z測(cè)，當(dāng)廚房的油煙或可燃有害氣體達(dá)到一定濃度的值時(shí)，經(jīng)傳感器進(jìn)入單片機(jī)分析，使電機(jī)電路自動(dòng)啟動(dòng)并發(fā)出聲音報(bào)警，抽油煙機(jī)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(jī)的照明系統(tǒng)，本設(shè)計(jì)并設(shè)有定時(shí)功能，可對(duì)抽煙煙機(jī)進(jìn)行工作時(shí)長(zhǎng)的設(shè)定，從而實(shí)現(xiàn)智能化吸油煙功能。本設(shè)計(jì)同時(shí)設(shè)有手動(dòng)開(kāi)關(guān)，在手動(dòng)運(yùn)行下，其功能和普通油煙機(jī)一樣，可人為的要求開(kāi)啟或關(guān)閉，但當(dāng)煤氣泄漏時(shí)，不論在自動(dòng)還是手動(dòng)運(yùn)行情

5、況下，抽油煙機(jī)會(huì)立即啟動(dòng)，并伴隨聲音報(bào)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(jī)。此單片機(jī)的運(yùn)算能力強(qiáng),軟件編程靈活,自由度大。雖然該系統(tǒng)采用單片機(jī)為核心,能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)外圍電路的智能控制,但在產(chǎn)生方波時(shí),外圍電路必須加上D/A芯片,這就使得整個(gè)系統(tǒng)硬件電路變得復(fù)雜,而且D/A器件價(jià)格較高,使得系統(tǒng)的性?xún)r(jià)比偏低。方案二：采用MSP430F169單片機(jī)。此單片機(jī)功能較強(qiáng)，性?xún)r(jià)比高、集成度高、易擴(kuò)展、可靠性高、功耗小及具有較高的數(shù)據(jù)處理和運(yùn)算能力。由于MSP430F169單片機(jī)內(nèi)部集成了D/A轉(zhuǎn)換器,不需外加D/A。種方案既能實(shí)現(xiàn)智能化的特點(diǎn),簡(jiǎn)化硬件電路,提

6、高測(cè)量精度,這給調(diào)試、維護(hù)和功能的擴(kuò)展、性能的提高,帶來(lái)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(cè)量所得到的高度通過(guò)數(shù)碼管顯示。數(shù)碼管亮度高，體積小，重量輕。但是動(dòng)態(tài)顯示要求單片機(jī)定時(shí)地對(duì)顯示器件掃描，如不調(diào)用顯示程序，就會(huì)立即停止顯示，而且顯示信息簡(jiǎn)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(shí)顯示1602即32個(gè)字符。1602液晶驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)單，性?xún)r(jià)比相對(duì)較高，但能夠顯示的信息有限。方案三：采用12864LCM點(diǎn)陣顯示器，點(diǎn)陣顯示界面友好，顯示信息量豐富，接口電路簡(jiǎn)單，可以和單片機(jī)直接相連?？紤]到本題顯

7、示信息較多，需要顯示輸出的波形，信號(hào)頻率及幅值，我們決定選擇LM12864點(diǎn)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(guò)單線(xiàn)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(xiàn)（和地）。讀寫(xiě)和完成溫度變換所需的電源可以由數(shù)據(jù)線(xiàn)本身提供，而不需要外部電源。電路簡(jiǎn)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(jī)，由單片機(jī)讀出。此溫度傳感器轉(zhuǎn)換速度快，精度

8、高，編程簡(jiǎn)單。綜合以上考慮，我們選擇方案二。1.2.4排煙風(fēng)機(jī)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(jī)運(yùn)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(wèn)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(shí)，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(gè)放大了相當(dāng)于倍的信號(hào)電流，但是它的轉(zhuǎn)換線(xiàn)性差，在低照度或高照度時(shí)，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(chēng)光導(dǎo)管，特性是在特定光的照射下，其阻值迅

9、速減小，可用于檢測(cè)可見(jiàn)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(qiáng)弱而改變的電阻器；入射光強(qiáng)，電阻減小，入射光弱，電阻增大。光敏電阻器一般用于光的測(cè)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(duì)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(huì)泄露。工作電壓最大為24V，適用各種高靈敏度煙霧探測(cè)器、火災(zāi)報(bào)警器等，主要用于報(bào)警系統(tǒng)中。方案二：MQ-2煙霧傳感器，對(duì)不同種類(lèi)、不同濃度的氣體有不同的電阻值，適宜于液化氣、丁烷、丙烷、甲烷

10、、酒精、氫氣、煙霧等的探測(cè)。方案三：MQ-5煤氣傳感器，在較寬的濃度范圍內(nèi)對(duì)可燃?xì)怏w有良好的靈敏度 ，家庭用氣體泄漏報(bào)警器對(duì)丁烷、丙烷、甲烷的靈敏度較高 ，特別是對(duì)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(shí)，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(jiǎn)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(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)而且長(zhǎng)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(jì)本設(shè)計(jì)采用MSP430F169單片機(jī)作為系統(tǒng)控制單元，系統(tǒng)分為檢測(cè)部分和控制部分，檢測(cè)部分為鍵盤(pán)輸入、煙霧檢測(cè)、煤氣檢測(cè)，溫度檢測(cè)，煤氣檢測(cè)五部分，單片機(jī)控制電路由MSP430F169單片機(jī)、抽油煙

11、機(jī)開(kāi)關(guān)電路、聲音報(bào)警、定時(shí)顯示、發(fā)光二級(jí)管、排風(fēng)扇電機(jī)等部分組成，為保證單片機(jī)正常工作，設(shè)有看門(mén)狗芯片監(jiān)測(cè)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(jī)小系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)采用MSP430F169單片機(jī)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(jī)小系統(tǒng)，MSP430F169單片機(jī)小系統(tǒng)電路如圖2-2所示。2.2 顯示電路設(shè)計(jì)LCM12864液晶顯示模塊與單片機(jī)連接電路如圖2-3 所示。圖2-2 單片機(jī)系統(tǒng)電路圖2-3 LCM12864液晶顯示模塊與單片機(jī)連接電路2.3 5V直流電源的電路

12、設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)在非磁性材料的圓盤(pán)邊上粘一塊磁鋼，霍爾傳感器放在靠近圓盤(pán)邊緣處，圓盤(pán)旋轉(zhuǎn)一周，霍爾傳感器就輸出一個(gè)脈沖，脈沖再經(jīng)過(guò)施密特反相器和D觸發(fā)器消除干擾，送入單片機(jī)，從而可測(cè)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(jì)AD590溫度傳感器電路是由串聯(lián)一個(gè)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5K1A=5mV。所以在50到150的溫度變化內(nèi)，輸出電壓在1.115V到2.115V改變?？?/p>

13、將此電壓直接送到單片機(jī)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(jì)光敏電阻電路是由一個(gè)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(shí)，光敏電阻阻值變大，因此分壓情況改變，單片機(jī)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(jì)封裝好的氣敏元件有6只針狀管腳，其中4個(gè)用于信號(hào)取出，2個(gè)用于提供加熱電流。MQ-2/MQ-5放置一段時(shí)間后，再通電使用時(shí)，阻值是先下降，然后又上升，通電一段時(shí)間后（叫初期穩(wěn)定時(shí)間），才能穩(wěn)定到與氣氛狀態(tài)相應(yīng)的阻值

14、。為了避免通電開(kāi)始時(shí)的誤報(bào)動(dòng)作，本設(shè)計(jì)在單片機(jī)開(kāi)始工作時(shí)特意設(shè)定了20秒的預(yù)熱時(shí)間。圖2-8 煙霧、煤氣傳感器電路第三章 測(cè)試數(shù)據(jù)及測(cè)試結(jié)果分析3.1 測(cè)試方法用煙霧，煤氣，打火機(jī)，手分別測(cè)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(cè)試結(jié)果檢測(cè)項(xiàng)目測(cè)試結(jié)果能否自動(dòng)檢測(cè)油煙，啟動(dòng)風(fēng)機(jī)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(qiáng)、中、弱三個(gè)檔當(dāng)環(huán)境亮度較低時(shí)，能否自動(dòng)啟動(dòng)煙機(jī)的照明燈能是否具有定時(shí)關(guān)閉排煙功能，定時(shí)時(shí)間為1分鐘以上有是否具有手自動(dòng)無(wú)擾切換功能，并具有手自動(dòng)工作狀態(tài)指示功能有是否具有液化泄漏檢測(cè)、報(bào)警功能有是否具有溫度顯示功能有是否具有測(cè)

15、量風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速功能有參考文獻(xiàn)1李亮. 抽油煙機(jī). 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(jī)械工業(yè)出版社，2003.8. 45493張毅.自動(dòng)檢測(cè)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(jī)在溫度控制系統(tǒng)中的應(yīng)用.江漢大學(xué)學(xué)報(bào)，1996.6. 47545潘新民，王燕芳.微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù).北京:電子工業(yè)出版社，2008. 67756夏繼強(qiáng).單片機(jī)實(shí)驗(yàn)與實(shí)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. B.: Optimum

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