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文檔簡介
遼東學(xué)院本科畢業(yè)論文〔設(shè)計〕基于單片機家用智能抽油煙機電控板設(shè)計Singlechiphouseholdintelligentlampblackelectromechanicalcontrolpaneldesignbasedon學(xué)生姓名:學(xué)院:專業(yè):班級:學(xué)號:指導(dǎo)教師:審閱教師:完成日期:遼東學(xué)院EasternLiaoningUniversity獨創(chuàng)性說明作者鄭重聲明:本畢業(yè)論文〔設(shè)計〕是我個人在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下進行的研究工作及取得研究成果。盡我所知,除了文中特別加以標注和致謝的地方外,畢業(yè)論文〔設(shè)計〕中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫的研究成果,也不包含為獲得遼東學(xué)院或其他單位的學(xué)位或證書所使用過的材料。與我一同工作的同志對本研究所做的奉獻均已在論文中做了明確的說明并表示了謝意。作者簽名:___________日期:____摘要本設(shè)計是基于51單片機的智能油煙機的設(shè)計與實現(xiàn),不僅具備油煙機根本開關(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,而泄露的燃氣溫度低的特點,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氣采用氣敏傳感器檢測,當(dāng)廚房的右眼或可燃有害氣體到達一定濃度的值時,經(jīng)傳感器進入單片機分析,使電機電路自動啟動并發(fā)出聲音報警,吸油煙機迅速將有害氣體抽走。論文的硬件局部主要設(shè)計了油煙機的煙氣、燃氣檢測模塊,按鍵輸入模塊,定時顯示模塊,執(zhí)行電路模塊等,系統(tǒng)軟件局部主要是對各模塊的流程做了詳細的分析,控制主程序、中斷按鍵掃描子程序、顯示子程序,中斷報警效勞程序,以此從而實現(xiàn)抽油煙機自動控制功能。本次設(shè)計的抽油煙機主要靠單片機進行控制,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,具有靈活性比擬好,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3一、緒論6〔一〕油煙的危害6〔二〕油煙機、及評定抽油煙機簡介7〔三〕抽油煙機分類7〔四〕抽油煙機評定8二、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)確立9三、硬件電路選擇與設(shè)計11〔一〕單片機系統(tǒng)設(shè)計11〔二〕檢測電路設(shè)計18〔三〕按鍵輸入22〔四〕對閥的開關(guān)控制24〔五〕自動照明控制24四、軟件程序設(shè)計31〔一〕主程序的設(shè)計31〔二〕函數(shù)介紹32結(jié)論36附錄A硬件電路圖38附錄B程序源代碼39一、緒論現(xiàn)代廚房一般都離不開煤氣灶和抽油煙機(通風(fēng)設(shè)備),一旦使用煤氣灶,那么一定會產(chǎn)生油煙、水汽與乙烷等影響廚房空氣環(huán)境的混合氣體,為了健康生存的需要,往往用通風(fēng)設(shè)備如抽油煙機來改善充滿油煙氣的廚房環(huán)境.本論文即針對廚房產(chǎn)生的煙霧設(shè)計相應(yīng)的抽油煙機.論文首先介紹抽油煙機的概念、結(jié)構(gòu)、工作原理等方面,對抽油煙機產(chǎn)品在日常生活所起到重要作用。其次論文對系統(tǒng)總體設(shè)計進行了概況闡述,在廚房不僅具備油煙機的根本功能,而且還能利用氣敏傳感器進行煙霧的自動檢測,并根據(jù)檢測到油煙大小,自動切換油煙機的風(fēng)力開關(guān),調(diào)節(jié)風(fēng)力大小,實現(xiàn)智能化吸油煙功能.依此設(shè)計制作了相應(yīng)的軟硬件,論文的硬件局部主要設(shè)計了油煙機的顯示部模塊,數(shù)據(jù)采集模塊,執(zhí)行電路模塊等,對系統(tǒng)做了整體的設(shè)計,系統(tǒng)軟件局部主要是對各模塊的流程做了詳細的的分析,并且編寫了響相應(yīng)的匯編程序來實現(xiàn)相應(yīng)的功能。有顯示子程序,數(shù)據(jù)比擬子程序,數(shù)據(jù)采集程序。從而實現(xiàn)了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行控制,通過軟件設(shè)計來調(diào)節(jié)電機的轉(zhuǎn)速,所以相對于普通的抽油煙機來說,靈活性比擬好,功耗低,體積小,便于操作;同時可以做到自動檢測。〔一〕油煙的危害廚房是家庭中空氣污染最嚴重的空間,其污染來源主要有兩方面;一是以煤、煤氣、液化氣常用炊火中釋放出的一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物等有害氣體;二是烹飪菜肴時產(chǎn)生的油煙?,F(xiàn)在時尚的廚房裝修多采用開放式設(shè)計,但制作中餐的進程會產(chǎn)生較大的油煙,開放式的廚房,空氣流動范圍較大,油煙機不能很好地聚斂排放油煙,這就造成了餐廳和客廳的油煙廢氣污染。油煙是健康、環(huán)保的"大敵",中餐一直以美味著稱于世,然而廚房油煙成分復(fù)雜含有200-300種有害物質(zhì),是家人健康的"大敵"。我國婦女很少吸煙、酗酒,可是她們卻很容易衰老,這是什么原因呢?醫(yī)學(xué)家發(fā)現(xiàn),這與她們天天在廚房里炒菜時吸入的油煙有關(guān)。通過動物試驗發(fā)現(xiàn),廚房的油煙油霧中含有致癌物質(zhì),可導(dǎo)致細胞染色體畸變。這些物質(zhì)通過口腔進入消化道,或通過呼吸進入肺部,都可引起相應(yīng)部位的病變。油煙、醉油加上烯料的污染,可以說,廚房是家庭污染的“重災(zāi)區(qū)〞,也是家庭的“化工廠〞。作為“重災(zāi)區(qū)〞的指揮員、“化工廠廠長〞的家庭主婦,不可防止地要遭受到這睦來自廚房的污染物的襲擊。這是家庭主婦容易衰老和多病的原因之一?!捕秤蜔煓C、及評定抽油煙機簡介抽油煙機又稱吸油煙機,是一種凈化廚房環(huán)境的廚房電器。它安裝在廚房爐灶上方,能將爐灶燃燒的廢物和烹飪過程中產(chǎn)生的對人體有害的油煙迅速抽走,排出室外,減少污染,凈化空氣,并有防毒、防爆的平安保障作用。抽油煙機已成為現(xiàn)代家庭必不可少的廚房設(shè)備。抽油煙機進入中國普通家庭廚房的時間還不是很長。早期的家庭廚房排煙工作都是由排風(fēng)扇來完成的。排風(fēng)扇雖然能排除掉廚房中的大局部油煙,但是它卻無力解決烹飪中產(chǎn)生的油煙對整個廚房污染。烹飪中產(chǎn)生的油煙含有很多對人體有害的物質(zhì),如果人長期在充滿油煙的房間內(nèi)工作,可導(dǎo)致很多疾病的發(fā)生。對于中國人來說,膳食結(jié)構(gòu)與西方人不同,所以廚房中從廚具的品種、樣式到布置,都與西方國家都有很大的不同。中國是一個講究美食的國度,在食品加工中,煎、炒、烹、炸占有很大的比例,因此中式廚房中的油煙很大,容易使廚房環(huán)境變得油膩而不好清洗,所以抽油煙機就成了改變廚房環(huán)境的一個“有力武器〞。它改變了廚房的大環(huán)境,減少油煙對廚房環(huán)境和人體健康造成傷害。抽油煙機可謂是廚房的“肺〞?!踩吵橛蜔煓C分類分為三種:一是中式煙機,二是歐式煙機,三是側(cè)吸式。中式煙機主要分為老式淺深吸式抽油煙機,尤其是淺吸式為主要淘汰的對象。就是普通排氣扇,是直接把油煙排到室外。深吸式煙機最大的問題是占用空間,噪音大,容易碰頭,滴油油煙抽不干凈,使用壽命短,清洗不方便,對環(huán)境污染大。品牌眾多二種是歐式煙機,利用多層油網(wǎng)過濾{5-7層},增加電機功率以到達最正確效果,一般功率都在300瓦以上。特點是:外觀漂亮,價格昂貴,費電。油網(wǎng)清洗不方便,容易碰頭,滴油。以老板方太為代表三是側(cè)吸式油煙凈化器。利用空氣動力學(xué)和流體力學(xué)設(shè)計,先利用外表的油煙別離板把油煙別離再排出干凈空氣的原理。它的特點是抽油煙效果好抽油煙效果都在99%以上。不滴油不碰頭,隱藏在櫥柜里與櫥柜融為一體,不占空間。電機不粘油使用壽命長,清洗方便。省電一般在160瓦。油煙不通過呼吸區(qū)保證主婦的身體健康。排出干凈空氣不污染環(huán)境?!菜摹吵橛蜔煓C評定評定油煙機的好壞應(yīng)有以下四個標準:1、能否把廚房油煙完全抽干凈2、能否把油和煙別離,讓風(fēng)機得到有效的保護3、清洗是否輕松方便4、是否省電并長期保持超強成效用上面四個標準來審視傳統(tǒng)抽油煙機自然就知道了這么多年來抽油煙機行業(yè)無法讓人滿意的原因了。二、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)確立設(shè)計基于51單片機的智能油煙機的設(shè)計與實現(xiàn),系統(tǒng)的大體結(jié)構(gòu)主要包括,單片機控制單元、有害氣體檢測單元、煙霧檢測單元、光照檢測單元、以及對應(yīng)的有害氣體閥的控制單元、排風(fēng)扇的控制單元、照明單元和報警燈、以及人機接口單元〔鍵盤和顯示〕。單片機控制電路由51單片機構(gòu)成、排風(fēng)扇調(diào)速電路使用晶體管控制、聲音報警采用蜂鳴器、顯示單元采用1602液晶顯示信息,照明燈控制使用了按鍵控制但有人進入是按下按鍵才使用照明設(shè)備設(shè)備根據(jù)環(huán)境的光線控制是否開啟照明設(shè)備,為保證單片機正常工作。如圖2.1給出系統(tǒng)整個結(jié)構(gòu)圖:按鍵輸入1602按鍵輸入1602顯示煤氣檢測自動照明煤氣檢測自動照明煙霧檢測單片機煙霧檢測單片機光照檢測抽油煙機控制光照檢測抽油煙機控制聲音報警聲音報警圖2.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖單片機控制核心通過對外界環(huán)境的信號進行實時采集,對溫度高、污染大的煙氣設(shè)計中采用熱敏電阻進行檢測,對于溫度較低但是危險健康的煤氣那么采用氣敏傳感器監(jiān)測,當(dāng)廚房的油煙或可燃有害氣體到達一定濃度的值時,經(jīng)傳感器進入單片機系統(tǒng)進行分析,使電機電路自動啟動并發(fā)出聲音報警,吸油煙機迅速將有害氣體抽走,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,可認為的要求開啟或關(guān)閉,擔(dān)當(dāng)煤氣泄漏時,不管在自動還是手動運行情況下,抽油煙時機立即啟動,并伴隨聲音報警。三、硬件電路選擇與設(shè)計單片機系統(tǒng)設(shè)計本設(shè)計中要求單片機的頻率必須要快,要不然將會明顯的看出刷屏現(xiàn)象。所以經(jīng)過比照試驗確定選用STC公司的STC12C5A60S2系列單片機這款單片機是單時鐘/機器周期(1T)的單片機,具有高速、低功耗、超強抗干擾等特點是新一代8051單片機,指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051,但速度比普通的單片機快8-12倍。內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路,擁有2路PWM,8路高速10位的A/D轉(zhuǎn)換(頻率250K/S),適合對電機控制,抗干擾場合。單片機的實物圖如圖3.1所示:圖3.1單片機實物圖STC12C5A60S2根本的特性介紹如下:1.內(nèi)部集成增強型8051CPU,1T,單時鐘、機器周期,指令代碼完全與8051兼容2.工作電壓:STC12C5A60S2 系列工作電壓:5.5V-3.5V〔5V單片機〕STC12LE5A60S2系列工作電壓:3.6V-2.2V〔3V單片機〕3.工作頻率范圍:0~35MHz,相當(dāng)于普通8051的0~420MHz4.用戶應(yīng)用程序空間8K/16K/20K/32K/40K/48K/52K/60K/62K字節(jié)5.片上集成1280字節(jié)RAM6.通用I/O口〔36/40/44個〕,復(fù)位后為:準雙向口/弱上拉〔普通8051I/O口〕可設(shè)置成四種模式:準雙向口/弱上拉,推挽/上拉,僅為輸入/高阻,開漏每個I/O口驅(qū)動能力均可到達20mA,但整個芯片最大不要超過120mA7.ISP〔在系統(tǒng)可編程〕/IAP〔在應(yīng)用可編程〕,無需專用編程器,無需專用仿真器可通過串口〔P3.0/P3.1〕直接下載用戶程序,數(shù)?即可完成一片8.有EEPROM功能(STC12C5A62S2/AD/PWM無內(nèi)部EEPROM)9.看門狗10.內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路〔外部晶體12M以下時,復(fù)位腳可直接1K電阻到地〕11.外部掉電檢測電路:在P4.6口有一個低壓門檻比擬器5V單片機為1.33V,誤差為±5%,3.3V單片機為1.31V,誤差為±3%12.時鐘源:外部高精度晶體/時鐘,內(nèi)部R/C振蕩器(溫漂為±5%到±10%以內(nèi))用戶在下載用戶程序時,可選擇是使用內(nèi)部R/C振蕩器還是外部晶體/時鐘常溫下內(nèi)部R/C振蕩器頻率為:5.0V單片機為:11MHz~17MHz;3.3V單片機為:8MHz~12MHz精度要求不高時,可選擇使用內(nèi)部時鐘,但因為有制造誤差和溫漂,以實際測試為準13.共4個16位定時器兩個與傳統(tǒng)8051兼容的定時器/計數(shù)器,16位定時器T0和T1,沒有定時器2,但有獨立波特率發(fā)生器做串行通訊的波特率發(fā)生器,再上2路PCA模塊可再實現(xiàn)2個16位定時器14.3個時鐘輸出口,可由T0的溢出在P3.4/T0輸出時鐘,可由T1的溢出在P3.5/T1輸出時鐘,獨立波特率發(fā)生器可以在P1.0口輸出時鐘15.外部中斷I/O口7路,傳統(tǒng)的下降沿中斷或低電平觸發(fā)中斷,并新增支持上升沿中斷的PCA模塊,PowerDown模式可由外部中斷喚醒,INT0/P3.2,INT1/P3.3,T0/P3.4,T1/P3.5,RxD/P3.0,CCP0/P1.3,CCP1/P1.416.PWM(2路〕/PCA〔可編程計數(shù)器陣列,2路〕也可用來當(dāng)2路D/A使用也可用來再實現(xiàn)2個定時器也可用來再實現(xiàn)2個外部中斷(上升沿中斷/下降沿中斷均可分別或同時支持)17.A/D轉(zhuǎn)換,10位精度ADC,共8路,轉(zhuǎn)換速度可達250K/S(每秒鐘250次)18.通用全雙工異步串行口(UART),由于STC12系列是高速的8051,可再用定時器或PCA軟件實現(xiàn)多串口19.STC12C5A60S2系列有雙串口,后綴有S2標志的才有雙串口,RxD2/P1.2(可通過存放器設(shè)置到P4.2),TxD2/P1.3(可通過存放器設(shè)置到P4.3)20.工作溫度范圍:-40~+85℃(工業(yè)級)/0~75℃(商業(yè)級)21.封裝:LQFP-48,LQFP-44,PDIP-40,PLCC-44,QFN-40I/O口不夠時,可用2到3根普通I/O口線外接74HC164/165/595〔均可級聯(lián)〕來擴展I/O口,還可用A/D做按鍵掃描來節(jié)省I/O口,或用雙CPU,三線通信,還多了串口。1、單片機引腳介紹STC12C5A60S2單片機外部引腳圖如圖3.2所示,與89c51單片機的外部引腳圖完全相同只不過功能方面有所提高。圖3.2單片機外部引腳圖管腳說明:VCC:供電電壓;GND:接地;P0口:P0為一個8位漏極開路雙向I/O口,每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時,被定義為高阻輸入。P1能夠用于外部程序數(shù)存儲器,它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FLASH編程中,P0口作為原碼輸入口,當(dāng)FLASH進行校驗時,P0輸出原碼,此時P0外部必須被拉高。P1口:P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口,P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后,被內(nèi)部上拉為高,可用作輸入,P1口被外部下拉為低電平時,將輸出電流,這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時,P1口作為第八位地址接收。P2口:P2口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口,P2口緩沖器能接收輸出4個TTL門電流,當(dāng)P2口被寫“1”時,其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高,且作為輸入,并因此作為輸入時,P2口的管腳被尾部拉低,將輸出電流,這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時,P2口輸出四肢的高八位。在給出地址“1P3口:P3口管腳時8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口,可接收輸出4個TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”RST:復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時,要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。ALE/PROG:當(dāng)訪問外部存儲器時,地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。/PSEN:外部程序存儲器的宣統(tǒng)信號。在由外部程序存儲器取指期間,每隔機器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時,這兩側(cè)有效地/PSEN信號將不出現(xiàn)。/EA/VPP:當(dāng)/EA保持低電平時,那么在此期間外部程序存儲器(0000H-FFFFH),不管是否有內(nèi)部程序存儲器。XTAL1:反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。XTAL2:來自反向振蕩器的輸出。(3)振蕩器特點:XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入、輸出。2、復(fù)位電路設(shè)計復(fù)位電路的根本功能是:可以使單片機初始化,也可以是死機狀態(tài)下的單片機重新啟動。系統(tǒng)上電時提供復(fù)位信號,直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后,撤銷復(fù)位信號。為可靠起見,電源穩(wěn)定后還要經(jīng)一定的延時才撤銷復(fù)位信號,以防電源開關(guān)或電源插頭分-合過程中引起的抖動而影響復(fù)位。復(fù)位電路分為上電復(fù)位和手動復(fù)位兩種:不管哪種復(fù)位只要在RESET引腳有持續(xù)兩個機械周期以上的高電平就可以是單片機復(fù)位。圖3.3上電復(fù)位這種上電復(fù)位功能是利用電容器充電來實現(xiàn)的,當(dāng)加電時,電容C充電,電路中有電流流過,構(gòu)成回路,在電阻R上產(chǎn)生壓降,RESET引腳上為高電平;當(dāng)電容C充滿電后,電路相當(dāng)于斷開,RESET的電位與地相同,復(fù)位結(jié)束??梢姀?fù)位的時間與充電的時間有關(guān),充電時間越長復(fù)位的時間越長,增大電容或電阻都可以增加復(fù)位時間。圖3.4按鍵電平復(fù)位按鍵式復(fù)位電路與上電復(fù)位電路的原理相同,但是它還可以通過按鍵實現(xiàn)復(fù)位,按下按鍵后,通過R1和R2形成回路,是RESET引腳產(chǎn)生高電平。按鍵時間決定了復(fù)位的時間。圖3.5按鍵脈沖復(fù)位按鍵脈沖式復(fù)位電路是利用RC微分電路在RESET端產(chǎn)生正脈沖來實現(xiàn)復(fù)位的。綜合本設(shè)計的要求,最終方案選取的是按鍵復(fù)位電路。2.時鐘電路設(shè)計時鐘電路是單片機的心臟,它控制著單片機的工作節(jié)奏。單片機工作的時候,是在統(tǒng)一的時鐘脈沖控制下一拍一拍地進行的,這個脈沖的來源是單片機控制中的時序電路發(fā)出的,這種時鐘信號可以有兩種方式產(chǎn)生:內(nèi)部時鐘方式和外部時鐘方式。內(nèi)部時鐘方式:單片機內(nèi)部有一個高增益反相放大器,用于構(gòu)成內(nèi)振蕩器,引腳XTAL1和XTAL2分別是放大器的輸入端和輸出端。在XTAL1和XTAL2兩端跨接晶體或陶瓷振蕩器,就構(gòu)成了穩(wěn)定的自激振蕩器,其發(fā)出的脈沖直接送入內(nèi)部時鐘發(fā)生器。本設(shè)計總C1和C2選擇30pF,晶振為12MHz。根本原理如圖3.6所示:圖3.6振蕩電路〔二〕檢測電路設(shè)計1、氣敏元件選擇本設(shè)計用SnO2(MQ-2氣體傳感器)氣敏元件,它是由0.1-10um的晶體集合而成,這種晶體是作為N型半導(dǎo)體而工作的。在正常情況下,是出于氧離子缺位的狀態(tài)。當(dāng)遇到離解能較小且易于失去電子的可燃性氣體分子時,電子從氣體分子向半導(dǎo)體遷移,半導(dǎo)體的載流子濃度增加,因此電導(dǎo)率增加。而對于P型半導(dǎo)體來說,它的品格是陽離子缺位狀態(tài),當(dāng)遇到可燃性氣體時其電導(dǎo)率那么減小。SnO2在溫室下雖能吸附氣體,但其電導(dǎo)率變化不大。但當(dāng)溫度增加后,電導(dǎo)率就發(fā)生較大的變化,因此氣敏元件在使用時需要加溫。實物如圖3.7所示圖3.7MQ-2氣體傳感器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。根本參數(shù)如下:MQ-2氣體傳感器標準工作條件:Vc回路電壓≤15VACorDCVH加熱電壓5.0V±0.2VACorDCRL負載電阻可調(diào)RH加熱電阻31Ω±3Ω溫室PH加熱功耗≤900mWRs敏感體外表電阻3KΩ-30KΩ〔1000ppm異丁烷〕探測濃度范圍:100ppm-1000ppm液化氣和丙烷300ppm-5000ppm丁烷5000ppm-20000ppm甲烷300ppm-5000ppm氫氣標準工作條件溫度:20℃±2℃Vc:5.0V±0.1V相對濕度:65%±5%Vh:5.0V±0.1V響應(yīng)時間約為10秒,恢復(fù)時間約為30秒~60秒。MQ-2放置一段時間后,再通電使用時,阻值是先下降,然后又上升,通電大約10分鐘后〔叫初期穩(wěn)定時間〕,才能穩(wěn)定到與氣氛狀態(tài)相應(yīng)的阻值。為了防止通電開始時的誤報動作,本設(shè)計在單片機內(nèi)部特別設(shè)置十幾分鐘的延遲電路。MQ-2型氣敏元件對不同種類、不同濃度的氣體有不同的電阻值,因此,在使用此類型氣敏元件時,靈敏度的調(diào)整是很重要的。本設(shè)計中RP2為靈敏度調(diào)整電阻。2、油煙檢測對油煙蒸氣的檢測選用熱敏電阻,熱敏電阻的主要特點是:〔1〕靈敏度較高,其電阻溫度系數(shù)要比金屬打10~100倍以上,能檢測出10-6℃的溫度變化;〔2〕工作溫度范圍寬,常溫器件適用于-55℃~315℃;〔3〕體積小,能夠測量其他溫度計無法測量的空隙、腔內(nèi)及生物體內(nèi)血管的溫度;〔4〕使用方便,電阻值可在0.1~100KΩ間任意選擇;〔5〕易加工成復(fù)雜的形狀,可大批量生產(chǎn);〔6〕穩(wěn)定性好、過載能力強。1、熱敏電阻的選擇熱敏電阻分三類:在某一溫度下電阻急劇增加、具有正溫度系數(shù)的熱敏電阻PTC〔PositiveTemperatureCoeff1Cient〕,隨溫度上升電阻呈指數(shù)關(guān)系減小、具有負溫度系數(shù)的熱敏電阻NTC〔NegativeTemperatureCoeff1Cient〕,具有負電阻突變特性,在某一溫度下,電阻值隨溫度的增加激劇減小的臨界溫度熱敏電阻CTR〔CriticalTemperatureResistor〕,具有很大的負溫度系數(shù)。本設(shè)計選用NTC負溫度系數(shù)熱敏電阻,它是以錳、鈷、鎳和銅等金屬氧化物為主要材料,采用陶瓷工藝制造而成的。這些金屬氧化物材料都具有半導(dǎo)體性質(zhì),因為在導(dǎo)電方式上完全類似鍺、硅等半導(dǎo)體材料。溫度低時,這些氧化物材料的載流子〔電子和空穴〕數(shù)目少,所以其電阻值較高;隨著溫度的升高,載流子數(shù)目增加,所以電阻值降低,NTC熱敏電阻器在室溫下的變化范圍在100~1000000歐姆,溫度系數(shù)-2%~-6.5%。NTC熱敏電阻器可廣泛應(yīng)用于溫度測量、溫度補償、抑制浪涌電流等場合。電阻值和溫度變化的關(guān)系式為:〔3-1〕在溫度T〔K〕時的NTC熱敏電阻阻值。根據(jù)國際規(guī)定,額定零功率電阻值時NTC熱敏電阻在基準溫度25℃時測得的電阻值R25。RN:在額定溫度TN〔K〕時的NTC熱敏電阻阻值。T:為t〔℃〕+273.15,規(guī)定溫度〔K〕。B:NTC熱敏電阻的材料常數(shù),又叫熱敏指數(shù)。Exp:以自然數(shù)e為底的指數(shù)〔e=2.71828…〕。2、油煙檢測電路設(shè)計負溫?zé)崦綦娮柽x型:NTC-MF5A其參數(shù)為:R25℃:10K±1%,熱敏指數(shù):B25/50:3950±1%設(shè)45℃為抽油煙機的最低啟動溫度,由進行計算:R45℃=4.35K調(diào)節(jié)PORT2的電阻值,當(dāng)空氣中油煙蒸汽含量較低時,空氣溫度偏低,熱敏電阻R8較大,P1.0口采集的電壓較小。當(dāng)空氣中含有大量油煙蒸汽式,溫宿隨之升高,NTC-MF5A電阻率增大,當(dāng)熱敏電阻的溫度超過45℃時,RT減小,單片機P1.0口得到電壓升高,然后被單片機檢測到,進入相應(yīng)的子函數(shù)。如圖3.8檢測電路。圖3.8油煙檢測電路設(shè)計〔三〕按鍵輸入1、按鍵說明鍵盤輸入采用中斷掃描方式,可以節(jié)省CPU大量時間,這種方法的實質(zhì)是,當(dāng)沒有鍵入操作時,CPU不對鍵盤進行掃描,以節(jié)省大量的時間對系統(tǒng)進行監(jiān)控和數(shù)據(jù)處理,一旦鍵盤輸入,即可向CPU申請中斷,CPU響應(yīng)中斷后,立刻轉(zhuǎn)到中斷效勞程序,對鍵盤進行掃描,判別鍵盤上閉合鍵的鍵號,并作相應(yīng)的處理。該系統(tǒng)鍵盤采用開關(guān)式鍵盤,也稱獨立鍵盤,各鍵時相互獨立的,當(dāng)某個鍵按下時,該鍵所對應(yīng)的口線的電位就有高電平變?yōu)榈碗娖?,CPU訪問并查詢所有接鍵口線,即可識別是哪一個鍵按下。各功能鍵設(shè)置如表3-1:表3-1功能鍵說明S1S2S3S4手動開/關(guān)風(fēng)扇手動開/關(guān)煤氣閥手動開/照明燈自動模式按鍵都是利用機械觸點的合、斷作用來實現(xiàn)信息輸入的。當(dāng)按鍵開關(guān)的觸點自合或斷開到其穩(wěn)定狀態(tài),會產(chǎn)生一個短暫的抖動和彈跳,這是機械式開關(guān)的一個共同性問題,抖動時間的長短,與開關(guān)的機械特性有關(guān),一般為5-20ms,為了防止單片機屢次處理按鍵的一次閉合,僅作一個按鍵輸入出路,必須消除抖動干擾。有鍵按下通常去抖動干擾可以采用硬件方法,也可采用軟件延時的方法。通常在按鍵較少的情況下采用硬件方法,當(dāng)按鍵數(shù)目較多時那么常采用軟件延時的方法來消除干擾。硬件方法是通過如濾波電器、雙穩(wěn)態(tài)電路等實現(xiàn)。軟件方法是在檢測到有鍵按下時,執(zhí)行一個10ms的延時程序后再確認該鍵電平是否仍保持閉合狀態(tài)電平,如保持閉合狀態(tài)電平那么確認為真正鍵按下狀態(tài),從而消除了抖動干擾。2、按鍵電路如圖3.9所示,沒有鍵按下時,P3.4~P3.7口輸入均為1,一旦有鍵按下,那么低電平通過按鍵輸入到P3.4~P3.7的某一口,向51申請中斷,51響應(yīng)后,立即轉(zhuǎn)至中斷效勞程序,查出鍵號,進一步做相應(yīng)處理。這樣可以節(jié)省大量的空間掃描時間,進而提高計算機的工作效率。圖3.9按鍵電路〔四〕對閥的開關(guān)控制單片機對點擊控制如圖3.10所示,單片機通過P1.1控制繼電器的閉合,控制點擊的啟動與關(guān)閉。當(dāng)P1.1輸出高電平時繼電器吸和閥動作,形成電機啟動的閉合回路,閥電機啟動,當(dāng)P1.1輸出為第電平時,三極管不導(dǎo)通,無法形成電機啟動的閉合回路,閥不動作。圖3.10閥控制電路〔五〕自動照明控制1光敏電阻介紹光敏電阻又稱光導(dǎo)管,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。常用的制作材料為硫化鎘,另外還有硫化鋁、硫化鉛等材料。這些制作材料具有在特定波長的光照射下,其阻值迅速減小的特性,這是由于光照產(chǎn)生的載流子都參與導(dǎo)電,在外加電場的作用下作飄逸運動,電子奔向嗲遠的正極,空穴奔向電源的負極,從而使光敏電阻的阻值迅速下降。因此入射光強,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〕。常用的光敏電阻器硫化鎘光敏電阻器,他是由半導(dǎo)體材料制成的。光敏電阻器的阻值隨入射光線〔可見光〕的強弱變化而變化,在黑暗條件下,他的阻值〔暗阻〕可達1~10M歐,在強光條件下,他的阻值〔亮阻〕僅有幾百至數(shù)千歐姆。光敏電阻器對光的敏感性〔即光譜特征〕與人眼可見光〔0.4~0.76〕um的響應(yīng)很接近,只要人眼可感受的光,都會引起他的阻值變化。2光敏電阻的選型及電路連接圖本設(shè)計選用硫化鎘光敏電阻MG45型號:MG45-3功率〔MW〕:200亮阻〔千歐〕:≤2~10暗阻〔兆歐〕:1~10環(huán)境溫度〔攝氏〕:-40℃~+70℃時間常數(shù)〔ms〕:≤20工作電壓〔v〕:150電路中單向可控硅選用MCR100-8,主要參數(shù):通態(tài)電流IT〔AV〕=0.6A浪涌電流ITSM=15A正向耐壓VDRM>600V反向耐壓VRRM>600V觸發(fā)電流IGT<200(us)通態(tài)壓降VTM<1.7V結(jié)溫=1205〔℃〕封裝形式=TO-92光敏電阻對照明的自動控制如圖3.11所示,圖3.11光控電路〔六〕定時顯示電路在日常生活中,我們對液晶顯示器并不陌生。液晶顯示模塊已作為很多電子產(chǎn)品的通過器件,如在計算器、萬用表、電子表及很多家用電子產(chǎn)品中都可以看到,顯示的主要是數(shù)字、專用符號和圖形。在單片機的人機交流界面中,一般的輸出方式有以下幾種:發(fā)光管、LED數(shù)碼管、液晶顯示器。發(fā)光管和LED數(shù)碼管比擬常用,軟硬件都比擬簡單,在前面章節(jié)已經(jīng)介紹過,在此不作介紹,本章重點介紹字符型液晶顯示器的應(yīng)用。在單片機系統(tǒng)中應(yīng)用晶液顯示器作為輸出器件有以下幾個優(yōu)點:顯示質(zhì)量高:由于液晶顯示器每一個點在收到信號后就一直保持那種色彩和亮度,恒定發(fā)光,而不像陰極射線管顯示器〔CRT〕那樣需要不斷刷新新亮點。因此,液晶顯示器畫質(zhì)高且不會閃爍。數(shù)字式接口:液晶顯示器都是數(shù)字式的,和單片機系統(tǒng)的接口更加簡單可靠,操作更加方便。體積小、重量輕:液晶顯示器通過顯示屏上的電極控制液晶分子狀態(tài)來到達顯示的目的,在重量上比相同顯示面積的傳統(tǒng)顯示器要輕得多。功耗低:相對而言,液晶顯示器的功耗主要消耗在其內(nèi)部的電極和驅(qū)動IC上,因而耗電量比其它顯示器要少得多。圖3.12顯示1602實物圖1602液晶模塊的讀寫操作、屏幕和光標的操作都是通過指令編程來實現(xiàn)的。〔說明:1為高電平、0為低電平〕指令1:清顯示,指令碼01H,光標復(fù)位到地址00H位置。指令2:光標復(fù)位,光標返回到地址00H。指令3:光標和顯示模式設(shè)置I/D:光標移動方向,高電平右移,低電平左移S:屏幕上所有文字是否左移或者右移。高電平表示有效,低電平那么無效。指令4:顯示開關(guān)控制。D:控制整體顯示的開與關(guān),高電平表示開顯示,低電平表示關(guān)顯示C:控制光標的開與關(guān),高電平表示有光標,低電平表示無光標B:控制光標是否閃爍,高電平閃爍,低電平不閃爍。指令5:光標或顯示移位S/C:高電平時移動顯示的文字,低電平時移動光標。指令6:功能設(shè)置命令DL:高電平時為4位總線,低電平時為8位總線N:低電平時為單行顯示,高電平時雙行顯示F:低電平時顯示5x7的點陣字符,高電平時顯示5x10的點陣字符。指令7:字符發(fā)生器RAM地址設(shè)置。指令8:DDRAM地址設(shè)置。指令9:讀忙信號和光標地址BF:為忙標志位,高電平表示忙,此時模塊不能接收命令或者數(shù)據(jù),如果為低電平表示不忙。指令10:寫數(shù)據(jù)。指令11:讀數(shù)據(jù)。圖3.13寫操作時序圖3.14讀操作時序表3-3:根本操作時序表讀狀態(tài)輸入RS=L,R/W=H,E=H輸出D0—D7=狀態(tài)字寫指令輸入RS=L,R/W=L,D0—D7=指令碼,E=高脈沖輸出無讀數(shù)據(jù)輸入RS=H,R/W=H,E=H輸出D0—D7=數(shù)據(jù)寫數(shù)據(jù)輸入RS=H,R/W=L,D0—D7=數(shù)據(jù),E=高脈沖輸出無液晶屏的電路接線圖如圖:圖3.151602接線圖3.2.5報警電路當(dāng)氣敏電阻檢測到有煤氣泄漏時,中斷效勞程序會給P2.2口一低電平,出發(fā)蜂鳴器聲音報警?!泊藭r伴隨抽油煙機啟動〕。蜂鳴器選用YMD12065,5V有源峰鳴器。
如下列圖:圖3.16聲音報警電路圖四、軟件程序設(shè)計〔一〕主程序的設(shè)計開始程序初始化液晶顯示初始化等待按鍵開始程序初始化液晶顯示初始化等待按鍵采集環(huán)境信息讀取鍵值超標判斷報警啟動控制返回YN1.延時函數(shù):voidDelayUs2x(unsignedchart){while(--t);}/*mS延時函數(shù),含有輸入?yún)?shù)unsignedchart,無返回值unsignedchar是定義無符號字符變量,其值的范圍是0~255這里使用晶振12M,精確延時請使用匯編*/voidDelayMs(unsignedchart){while(t--){//大致延時1mSDelayUs2x(245); DelayUs2x(245);}}。2.AD轉(zhuǎn)換程序voidAD_initiate()//初始化函數(shù){ES=0;TMOD=0x21;//定時計數(shù)器方式控制存放器,"自動重裝,16位計數(shù)器".SCON=0x50;//串行控制存放器,方便在串口助手那觀察TH1=0xfa;TL1=0xfa;TR1=1;}3.液晶屏初始化函數(shù):判忙函數(shù)bitLCD_Check_Busy(void){DataPort=0xFF;RS_CLR;RW_SET;EN_CLR;_nop_();EN_SET;return(bit)(DataPort&0x80);}/*寫入命令函數(shù)*/voidLCD_Write_Com(unsignedcharcom){while(LCD_Check_Busy());//忙那么等待RS_CLR;RW_CLR;EN_SET;DataPort=com;_nop_();EN_CLR;}/*寫入數(shù)據(jù)函數(shù)*/voidLCD_Write_Data(unsignedcharData){while(LCD_Check_Busy());//忙那么等待RS_SET;RW_CLR;EN_SET;DataPort=Data;_nop_();EN_CLR;}4.信息采集函數(shù)://溫度采樣程序voidcaiyangP10()//{P1M0|=0x01;//設(shè)P1_0為開漏模式如:P1_0=#00000000BP1M1|=0x01;ADC_CONTR=0xe0;//設(shè)置P1.0為輸入AD轉(zhuǎn)換口delay(2);get_ad_result();//取轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)Wendu=ad_average_result;}//煤氣采樣程序voidcaiyangP11()//{P1M0|=0x01;//設(shè)P1_0為開漏模式如:P1_0=#00000000BP1M1|=0x01;ADC_CONTR=0xe1;//設(shè)置P1.1為輸入AD轉(zhuǎn)換口delay(2);get_ad_result();//取轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)Meiqi=ad_average_result;}//SBUF=Temp;//把接收到的值再發(fā)回電腦端
a++;
}5.主程序voidmain(void){LCD_Init();//初始化液晶DelayMs(20);//延時有助于穩(wěn)定LCD_Clear();//清屏Init_Timer0();Lcd_User_Chr();//寫入自定義字符LCD_Write_String(0,0,"Welcome");for(i=0;i<10;i++)DelayMs(200);LCD_Clear();//清屏結(jié)論一個系統(tǒng)的正常穩(wěn)定的運行需要各局部密切協(xié)調(diào)的運行,系統(tǒng)的設(shè)計要考慮到功能的要求,運行的穩(wěn)定性、反響的靈敏度,還有準確性,在本系統(tǒng)設(shè)計中選51為核心芯片,然后根據(jù)設(shè)計任務(wù)、系統(tǒng)的功能要求設(shè)計了外圍電路。當(dāng)空氣中泄露的可燃氣體濃度超過檢測電路的設(shè)定值時,氣敏傳感器阻值下降,并給單片機中斷一下將沿,單片機控制電機、報警電路工作,抽油煙機排氣并報警;在燒飯做菜是,蒸汽、油煙以及燃燒廢氣等煙氣的溫度使熱敏電阻阻值下降,給單片機輸入低電平,抽油煙機運轉(zhuǎn)進行排煙,當(dāng)室內(nèi)煙氣排凈后,抽油煙機自動停止運轉(zhuǎn),重新進入檢測狀態(tài);當(dāng)室內(nèi)煙氣或燃氣超標使抽油煙機運轉(zhuǎn)時,如果室內(nèi)光線充足,照明燈仍不亮,只有夜晚室內(nèi)光線足夠暗時,照明燈才會亮;為使顯示倒計時時間,準確直觀,采用1602顯示;采用中斷掃描鍵陣對定時和開/關(guān)進行適時操作使系統(tǒng)準確運行;為了使系統(tǒng)更嬌準確、穩(wěn)定地工作,不受干擾的影響,又參加了聲光報警器提醒操作人及時對煤氣泄漏故障進行修理;看門狗電路提高了系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性。通過上述步驟,從而順利地完成了整個系統(tǒng)的設(shè)計,到達了設(shè)計的目的。通過本次設(shè)計,我深刻的體會到獨立思考、設(shè)計以及創(chuàng)新時間的重要性,通過理論和時間相結(jié)合,穩(wěn)固了所學(xué)理論知識,到達了學(xué)以致用的目的。參考文獻[1]李亮.抽油煙機.廣東:廣東科技出版社,2007.87~92[2]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.[3]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,2023.3748[4]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,1996.6.4754[5]潘新民,王艷芳.微型計算機控制技術(shù).北京:電子工業(yè)出版社,2023.6775[6]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,2001.6876[7][8]胡漢才.單片機原理及其接口技術(shù).北京:清華大學(xué)出版社,2023.4966[9]潘新民,王艷芳.微型計算機控制技術(shù).北京:電子工業(yè)出版社,2023.108110[10][11]王兆安,黃俊.電力電子技術(shù).北京:機械工業(yè)出版社,2023.1721[12]張明,謝列敏.計算機測控技術(shù).北京:國防工業(yè)出版社,2007.8996[13]陳瑜.機電一體化系統(tǒng)設(shè)計指南[M].北京:機械工業(yè)出版社,2000.60[14]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,1996.6.6054[15]潘新民,王艷芳.微型計算機控制技術(shù).北京:電子工業(yè)出版社,2023.7475[16]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,2001.7276附錄A硬件電路圖附錄B程序源代碼#include<STC12C5A60S2.H>#include<stdio.h>#include"1602.h"#include"delay.h"sbitFire=P3^2;sbitWind=P3^3;sbitGuang=P3^4;sbitG=P3^5;sbitS1=P1^4;sbitS2=P1^5;sbitS3=P1^6;intWendu_set=10,Wendu=10,Meiqi_set=10,Meiqi=10;charFlag=0;chardisplaytemp1[8],displaytemp2[8];//定義顯示區(qū)域臨時存儲數(shù)組unsignedcharad_average_result,tp;/*******************************************************AD轉(zhuǎn)換程序*******************************************************/voidAD_initiate()//初始化函數(shù){ES=0;TMOD=0x21;//定時計數(shù)器方式控制存放器,"自動重裝,16位計數(shù)器".SCON=0x50;//串行控制存放器,方便在串口助手那觀察TH1=0xfa;TL1=0xfa;TR1=1;}voidADC_Power_On()//AD轉(zhuǎn)換電{ADC_CONTR|=0x80;delay(5);//必要的延時}voidget_ad_result()//取AD結(jié)果函數(shù),它是十位AD轉(zhuǎn)換,每十次平均,最后取低八位作為AD采樣數(shù)據(jù){uinti,q=0;for(i=0;i<10;i++){tp=0;ADC_RES=0;//高八位數(shù)據(jù)清零,STC12C5A60S2AD數(shù)據(jù)存放名與STC12C54××系列不同ADC_RESL=0;//低兩位清零ADC_CONTR|=0x08;//啟動AD轉(zhuǎn)換while(!tp)//判斷AD轉(zhuǎn)換是否完成{tp=0x10;tp&=ADC_CONTR;}ADC_CONTR&=0xe7;ad_average_result=ADC_RES;q=q+ad_average_result;}ad_average_result=q/10;}/************************AD轉(zhuǎn)換結(jié)束***********************///溫度采樣程序voidcaiyangP10()//{P1M0|=0x01;//設(shè)P1_0為開漏模式如:P1_0=#00000000BP1M1|=0x01;ADC_CONTR=0xe0;//設(shè)置P1.0為輸入AD轉(zhuǎn)換口delay(2);get_ad_result();//取轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)Wendu=ad_average_result;}//煤氣采樣程序voidcaiyangP11()//{P1M0|=0x01;//設(shè)P1_0為開漏模式如:P1_0=#00000000BP1M1|=0x01;ADC_CONTR=0xe1;//設(shè)置P1.1為輸入AD轉(zhuǎn)換口delay(2);get_ad_result();//取轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)Meiqi=ad_average_result;}/*主函數(shù)*/voidmain(void){LCD_Init();//初始化液晶DelayMs(20);//延時有助于穩(wěn)定LCD_Clear();//清屏Init_Timer0();Lcd_User_Ch
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