吸油烟机电路设计毕业论文.doc

目录摘要：1第一章 抽油烟机的方案设计3§1.1 吸油烟机的两种设计方案3§1.2 方案比较4§1.3 方案概述4第二章 各检测电路设计6§2.1电源电路6§2.2 煤气检测6§2.3 油烟蒸汽检测7§2.4 按键输入8 §2.4.1 按键说明8 §2.4.2 按键接口电路9§2.5 系统自动复位电路10第三章 主控制电路设计11§3.1 单片机最小系统11§3.2 抽油烟机的开关控制电路11§3.3 自动照明控制12§3.4 定时显示电路13§3.5 报警电路14第四章 程序设计15§4.1 主程序的设计15§4.2 中断键盘扫描16§4.3 显示子程序17§4.4 INTI中断报警服务程序17参考文献18智能油烟机控制电路摘要：智能油烟机控制电路不仅具有油烟机基本的开关功能，而且还能根据厨房在烧菜做饭的过程中产生的油烟温度高，而泄漏的燃气温度低的特点，采取不同的传感器件进行检测。当厨房的油烟或可燃有害气体达到一定浓度的值时，经传感器进入单片机的分析，使电机电路自动启动并发出声音报警，吸油烟机迅速将有害气体抽走。本设计还设有定时功能，可对抽油烟机进行时长的设定。论文的硬件部分主要设计了油烟机的烟气、燃气检测模块，按键输入模块，显示模块，执行电路模块等。智能油烟机控制电路主要靠单片机进行控制，通过软件设计来自动控制油烟机的开关，所以具有自动检测和智能控制的功能。关键词：AT89C51 MQ-5 DS1232Intelligent Hood Control CircuitAbstract: Intelligent Hood Control Circuit not only has lampblack machine basic switch function, and still can according to the kitchen is in the process of cooking oil produced in high temperature, the gas leak of low temperature characteristic, take different sensors detect thing. When the kitchen lampblack or flammable harmful gas reaches a certain concentration of value, the sensor into SCM analysis, make motor circuit automatically start and sound alarms, oil absorption rapidly take the harmful gas siphoned off. This design also is equipped with timing function, may to the smoke lampblack machine when carried out long setting. The paper mainly designed hardware components of smoke lampblack machine, gas detection module, key input module, timing display module, executive circuit module, etc. Intelligent Hood Control Circuit controlled mainly by MCU, through software designed to automatic control lampblack machine switches, so has the automatic detection and intelligent control function. Key Words：AT89C51，MQ-5，DS1232第一章 抽油烟机的方案设计在现代电子技术领域中，实现抽油烟机的控制电路的方法多种多样，可以通过纯硬件电路来实现，也可以采用硬件和软件结合的电路来完成。以下列举了几种比较常用可行的方案，通过对比从中选择一种比较好的方案。§1.1 吸油烟机的两种设计方案方案一：给予分立元件的吸油烟机控制电路基于分立元件的吸油烟机的控制系统主要由控制电路、键盘模块、指示灯模块以及电机驱动电路组成。其原理方框图如图1.1所示。键盘电路指示灯电路控制电路电源驱动电路风扇电机图1.1 基于分立元件的吸油烟机的原理方框图方案二：基于AT89C51微处理器的吸油烟机控制电路系统分为检测部分和控制部分，检测部分为键盘输入、烟雾检测、煤气检测三部分，单片机控制电路由AT89C51单片机、油烟机开关电路、声音报警、定时显示四部分组成，其中当抽油烟机启动时，自动照明电路才有效，为保证单片机正常工作，设有看门狗芯片监测电源稳定及程序是否正常执行。如图1.2所示。按键输入煤气检测烟雾检测看门狗油烟机开/关声音报警定时显示自动照明AT89C51图1.2 基于AT89C51微处理器的系统原理图单片机通过对检测信号的实时采集，对温度高，污染大的烟气采用热敏电阻检测，而温度低但危险大的燃气采用气敏传感器检测，当厨房的油烟或可燃有害气体达到一定浓度的值时，经传感器进入单片机分析，使电机电路自动启动并发出声音警报，吸油烟机迅速将有害气体抽走，本设计并设有定时功能，可对抽油烟机进行工作时长的设定，从而实现智能化吸油烟机的功能。本设计同时设有手动开关，在手动运行下，其功能和普通油烟机一样，可以人为的要求开启或关闭，但当煤气泄露时，不论在自动还是手动运行情况下，抽油烟机会立即启动，并伴随声音报警。§1.2 方案比较设计过程中，方案的选择必须与实际情形联系起来，从各方面考虑设计的可行性，即不仅要考虑其先进性也要考虑其实现的可能性，综合寻求最佳方案。基于分立元件的吸油烟机采用纯硬件实现控制，故而电路结构复杂，所应用的集成IC较多，功能实现起来比较麻烦，而且电路稳定性不高。基于微处理器AT89C51的吸油烟机采用硬件和软件相结合的方式实现控制，电路简单，功能完善，所应用的集成IC较少，稳定性较高。经过上述方案的比较，结合各种因数综合考虑后，本设计采用方案二。§1.3 方案概述一个系统的正常稳定的运行需要各部分密切协调的运行，系统的设计要考虑到功能的要求、运行的稳定性、反映的灵敏度，还有准确性。在本系统中选AT89C51为核心芯片，然后根据设计任务、系统的功能要求设计了外围电路。当空气中泄露的可燃气体浓度超过检测电路的设定值时，气敏传感器阻值下降，并给单片中断一下降沿，单片机控制电机、报警电路工作，抽油烟机排气并报警；在烧饭做菜时，蒸汽、油烟以及燃烧废气等烟气的温度使热敏电阻值下降，给单片机P0.0输入低电平，抽油烟机运转进行排烟，当室内烟气排净后，抽油烟机自动停止运转，重新进入检测状态；当室内烟气或燃气超标使抽油烟机运转时，如果室内光线充足，照明灯仍不亮，只有夜晚室内光线足够暗时，照明灯才会亮；为使显示器倒计时时间，准确直观，采用74HC573驱动数码管的显示；采用中断扫描键阵对定时和开/关进行实时操作时系统准确运行；为了使系统更加准确、稳定的工作，不受干扰的影响，又加入了声光报警器提醒操作人及时对煤气泄漏故障进行修理；看门狗电路提高了系统工作的稳定性。通过上述步骤，从而顺利的完成了整个系统的设计，达到了设计的目的。系统原理图如图1.3所示。图1.3 系统原理图第二章 各检测电路设计§2.1电源电路采用简单的串联直流稳压电源，220V市电经过变压器降压成为12V交流电，再经过桥堆整流，经过电容滤波后供给7805，得到稳定的5V电压，此电压用以供给单片机及整个电路稳定的直流工作电压。如图2.1所示。图 2.1 电源电路§2.2 煤气检测MQ-2型气敏元件对不同种类、不同浓度的气体有不同的电阻值，因此，在使用此类型气敏元件时，灵敏度的调整是很重要的。本设计中R5为灵敏度调整电阻。本设计煤气检测原理图（图2.2）：当空气中不含有煤气或煤气含量低于设定值时，MQ-2电阻值很大，使得单片机中断入口的输入信号一直保持为高电平，不能触发单片机中断服务程序。当空气中煤气含量超过预警值时，MQ-2电阻很小，单片机INT0口得到一下降沿，进入中断服务程序，抽油烟机启动并报警。图2.2 煤气检测电路本设计用SnO2（MQ-2 气体传感器）气敏元件，它是由0.1-10um的晶体集合而成，这种晶体是作为N型半导体而工作的。在正常情况下，是处于氧离子缺位的状态。当遇到离解能较小且易于失去电子的可燃性气体分子时，电子从气体分子向半导体迁移，半导体的载流子浓度增加，因此电导率增加。而对于P型半导体来说，它的晶格是阳离子缺位状态，当遇到可燃性气体时其电导率减小。SnO2在室温下虽能吸附气体，但其电导率变化不大。但当温度增加后，电导率就发生较大的变化，因此气敏元件在使用时需要加热。MQ-2放置一段时间后，再通电使用时，阻值是先下降，然后又上升，通电大约10分钟后（叫初期稳定时间），才能稳定到与气氛状态相应的阻值。为了避免通电开始时的误报动作，本设计在单片机内部特别设置十几分钟的延时电路。§2.3 油烟蒸汽检测对油烟蒸汽的检测选用热敏电阻，热敏电阻的主要特点是：（1）灵敏度较高，其电阻温度系数要比金属大10100倍以上，能检测出10-6的温度变化；（2）工作温度范围宽，常温器件适用于-55315，高温器件适用温度高于315（目前最高可达到2000），低温器件适用于-27355；（3）体积小，能够测量其他温度计无法测量的空隙、腔体及生物体内血管的温度；（4）使用方便，电阻值可在0.1100K间任意选择；（5）容易加工成复杂的形状，可大批量生产；（6）稳定性好、过载能力强。调节RP1的电阻值为4.35K，当空气中油烟蒸汽含量较低时，空气温度偏低，热敏电阻RT>RP1，R6，R7上获得分压V6<V7,因此IN+<IN-,电压比较器LM324输出低电平，热敏电阻阻值较大。当空气中含有大量油烟蒸汽时，温度随之升高，NTC-MF5电阻率增大，当热敏电阻的温度超过45时，RT<RP1, IN+>IN-.LM324由低电平变为高电平，经74LS04反向后，单片机P0.2口得到低电平，然后被单片机检测到，进入相应的子函数。电机启动后每隔约120秒进行一次温度检测，以免继电器频繁通断。如图2.3所示。图2.3 油烟检测电路本设计采用负温度热敏电阻选型：NTC-MF5A其参数为：R25：10K±1%，热敏指数：B25/50：3950±1%设45为油烟机的最低的启动温度，由上面的公式进行计算：R45=4.35K§2.4 按键输入§2.4.1 按键说明键盘输入采用中断扫描方式，可以节省CPU大量时间，这种办法的实质是，当没有键入操作时，CPU不对键盘进行扫描，以节省大量时间对系统进行监控和数据处理。一旦键盘输入，即可向CPU申请中断，CPU相应中断后，立刻转到中断服务程序，对键盘进行扫描，判别键盘上闭合键的键号，并作相应的处理。该系统键盘采用开关式键盘，也称线性键盘，各键是相互独立的，当某个键按下时，该键所对应的口线的电位就由高电平变为低电平，CPU访问并查询所有接键口线，即可识别是哪一个键按下。各功能键设置如表2.1：表2.1 功能键说明S1S2S3S4S5S6手动开/关+10定时-10自动运行取消报警各功能键介绍：S3：键入此键，单片机开启定时功能默认定时时间为40分钟。S2/-S4：定时辅助键，通过加减10分钟确定自己要定的时长。S1：人为的对抽油烟机开动或关闭。S5：系统自动检测煤气或烟气，并作相应的控制。S6：取消煤气泄漏报警。另外设S7为系统复位键。按键都是利用机械触点的合、断作用来实现信息输入的。当按键开关的触点自合或断开到其稳定状态，会产生一个短暂的抖动和弹跳，这是机械式开关的一个共同性问题，抖动时间的长短，与开关的机械特性有关，一般为5-20ms，为了避免单片机多次处理按键的一次闭合，仅作一个按键输入处理，必须消除抖动干扰。有键按下通常去抖动干扰可以采用硬件方法，也可采用软件延时方法。通常在按键较少的情况下采用硬件方法，按键数目较多时则常采用软件延时的方法来消除抖动干扰。硬件方法是通过如滤波电路、双稳态电路等实现。软件方法是检测到有键按下时，执行一个10ms的延时程序后再确认该键电平是否仍保持闭合状态电平，如保持闭合状态电平则确认为真正键按下状态，从而消除了抖动干扰。§2.4.2 按键接口电路如图2.4所示，没有键按下时，P10P15口输入均为1，同时经八输入与非门（74LS30本设计只用六个口）及反相器，输出一高电平到AT89C51单片机的INT1引脚，此时不申请中断。一旦有键按下，则低电平通过按键输入到P10P15的某一口，同时经八输入与非门输入到INT1引脚，从而使INT1有效，向AT89C51申请中断，AT89C51响应后，立即转至中断服务程序，查出键号，进一步做相应处理。这样可以节省大量的空间扫描时间，进而提高计算机的工作效率。图2.4 按键接口电路§2.5 系统自动复位电路DS1232是一个具有看门狗功能的电源监测芯片，在电源上电、断电、电压瞬态下降和死机时都会输入一个复位脉冲，十分适合作为单片机的复位电路。芯片DS1232在系统工作时，必须不间断的给引脚7输入一个脉冲系列，这个脉冲的时间间隔由引脚2设定，如果脉冲间隔大于引脚2的设定值，芯片将输出一个复位脉冲使单片机复位。一般将这个功能称为看门狗，将输入给看门狗的一系列脉冲称为“喂狗”。这个功能可以防止单片机系统死机。是非常有用的。图2.5是DS1232与单片机链接的原理图，其中TD连接到5V电源，因此输入给看门狗的脉冲间隔不可以超过1.2秒；TOL连接到地，因此电源电压下降到4.75V时就会引起DS1232输出复位脉冲；图中使用一个复位键；把单片机的P1.1引脚连接到 ，因此在程序中必须从P1.1引脚输出一个脉冲系列，否则将引起系统复位。图2.5 DS1232与单片机连接图第三章 主控制电路设计§3.1 单片机最小系统单片机的最小系统是由：单片机时钟电路、单片机复位电路组成。单片机时钟电路：由晶振电容构成的简单的石英晶体自激振荡电路，用于提供单片机工作时候使用到的内部时钟信号。51单片机最小系统晶振的振荡频率直接影响单片机的处理速度，频率越大处理速度越快，为了方便的计算机器周期，此最小系统使用了12Mhz的晶振。单片机复位电路：使RES（9脚）加上持续2个机器周期的高电平，既可以是单片机整体复位。复位电路的极性电容的大小直接影响单片机的复位时间，一般采用10到30uF的容值，51单片机最小系统容值越大需要的复位时间越短，此最小系统使用了22uF的极性电容。如图3.1所示。图3.1 单片机最小系统§3.2 抽油烟机的开关控制电路单片机对电机控制如图3.2所示，单片机通过P0.0外接一反相器控制固态继电器发光二极管的闭合，控制电机的启动和关闭。当P0.0输出低电平时，固态继电器SSR-10DA内部的发光二极管通电变亮，触发导通右侧的光控晶闸管，形成电机启动的闭合回路，抽油烟机启动。当P0.0输出为高电平时，发光二极管不发光，固态继电器SSR-10DA不能触发导通，无法形成电机启动的闭合回路，抽油烟机关闭。图3.2 电机控制电路本设计固态继电器选用SSR-10DA，产品特点：1.双向可控硅输出，零电压开启，零电流关断；2.输入回路与输出回路之间光隔离；3.输入端-输出端之间隔离耐压2500V；§3.3 自动照明控制光敏电阻对照明的自动控制电路如图3.3所示，只有当抽油烟机启动的时候，光控电路外接电压，光敏电阻MG45-3才起到控制作用，当光照强弱变弱时，暗阻变大，流入MCR100-8单向可控硅的电流变大，大到预定值时，触发导通MCR100-8，电灯形成闭合回路，电灯通电变亮。当光照强度变强时，电阻变小，触发电流变小，而当交流电压变为零时，触发电流不能再次触发导通MCR100-8，电灯回路断开，灯灭。图3.3 光控电路本设计选用硫化镉光敏电阻 MG45，主要参数：功率（mW）：200亮阻（K）：<=210暗阻（M）：110待添加的隐藏文字内容2环境温度（）：-40+70时间常数（ms）：<=20工作电压（V）：150本电路中单向可控硅选用MCR100-8，主要参数：通态电流IT（AV）=0.6A浪涌电流ITSM=15A正向耐压VDRM>600V反向耐压VRRM>600V触发电流IGT<200uA通态压降VTM<1.7V结温=125封装形式:TO-92§3.4 显示电路系统中需要显示定时时长及定时剩余时间，本设计用数码显示管来显示。本设计中由单片机P2输出显示码，P0口输出位选码。由于发光二极管通常需要十几到几十毫安的驱动电流才能正常发光，发出的显示控制信号经过74HC573锁存器驱动数码管正常工作，到底让哪一个锁存器选通，主要取决于P05、P06、P07三个输出口的状态。如图3.4所示。图3.4 显示电路§3.5 报警电路当气敏电阻检测到有煤气泄漏时，中断服务程序会给P0.1口一个低电平，触发蜂鸣器声音报警。如图4.7所示（此时伴随抽油烟机启动）。蜂鸣器选用YMD12065,5V有源蜂鸣器。图3.5 声音报警电路第四章 程序设计§4.1 主程序的设计运行状态位f=1时，系统自动检测运行，f=0时，系统受手动开关的控制。开始运行状态位f=1？P02口为低电平？手动开/关位s=0？P0.0=0(电机启动)P0.0=1(电机关闭)P0.0=0(电机启动)P0.0=1(电机关闭)延时120秒返回YYYNNN图4.1 主程序流程图§4.2 中断键盘扫描调用查找功能键程序中断扫描程序调用显示程序延时10ms有键按下吗？读P1口键值键值为BUFF关中断NY图4.2 中断流程图§4.3 显示子程序三位数显示完了吗？静态显示子程序获取要显示的数据求待显示数据的显示码从P2口送出段选码从P05P07送出位选码延时10ms返回NY图4.3 显示流程图§4.4 INTI中断报警服务程序中断服务程序启动抽油烟机声音报警关中断图4.4 中断报警流程图参考文献1李亮，抽油烟机，广东：广东科技出版社，2007，89922张毅，自动电测技术及仪表控制系统，北京:化学工业出版社，2008，37483韩保军，传感器原理及应用技术，北京，机械工业出版社，2003，45494李建民，单片机在温度控制系统中的应用，江汉大学学报,1996,47545潘新民，微型计算机控制技术，北京，电子工业出版社，2008，67756夏继强，单片机实践教程，北京，北京航空航天大学出版社，2001，6876。