智能油烟机的设计

智能油烟机的设计 Document number：WTWYT-WYWY-BTGTT-YTTYU-2018GT

目录

设计总说明

Household range hood total control system design 1.绪论

设计的研究背景及意义

油烟机的简介

本章小结

2.方案论证

硬件的选择

本章小结

3.系统电路的设计

检测电路设计

煤气检测

烟雾温度检测及显示

按键输入

系统自动复位电路

主控制电路设计

AT89S52

A/D转换器

对油烟机的开关控制

自动照明控制

报警电路

本章小结

.软件程序设计

主程序的设计

PWM波调速流程图

本章小结

4.结论

5.参考文献

6.附录

7.致谢

家用吸油烟机控制系统

设计总说明

随着科技的不断发展，在我们日常生活中抽油烟机扮演着很重要的角色，抽油烟机顾名思义就是要抽走油烟，一个好的抽油烟机可以创造一个好的烹饪环境，提高生活质量，在日常生活中我们见到的油烟机一般的只是实现油烟机的开关和对风速的调节，而本次对于油烟机系统的设计基本包括检测部分和控制部分，设计的任务是：单片机为核心控制抽油烟机，此次设计除了一般的功能外如：基本开关，风速强弱的调节，还要实现烟雾的自动检测，通过检测到的结果，来调节风力大小减少烟雾，最后要实现煤气的检测和报警功能并利用按键实现风速的手动控制。

设计中选用AT89S52单片机作为控制中心来控制抽油烟机系统，选用

AT89S52单片机的原因是因S5x系列的单片机比起C5x系列的单片机来说拥有较低功耗，高性能特点，而且C5x系列单片机上增加了看门狗定时器和在线更新程序的功能。不需要在外部再外加看门狗，降低了单片机外围电路的复杂性。

根据任务书，实现抽油烟机的基本开关功能就是实现手动的启动和关闭功能，启动时抽油烟及通电风扇转动，抽油烟机正常工作，关闭时抽油烟机断电工作停止。

抽油烟机烟雾温度自动检测功能，本次设计中是对烟雾温度进行检测，将检测到的温度通过单片机AT89S52显示在液晶屏上，通过人对液晶屏上数据的显示来手动调节风速的强弱（大小）。抽油烟机中检测烟雾温度的传感器使用的是DS18B20，能够感应并测量到的温度范围适用于日常烹饪时的温度坏境，并且内部有热温上、下限警告的设置，很适合应用在抽油烟机控制系统中。将DS18B20连接到单片机AT89S52的引脚上，通过单片机分析和检测来控制LCD 液晶显示，本设计中液晶显示模块采用的是LCD1602。调节风力大小就是既可以实现人对按钮的手动操作，又可以通过检测油烟温度自动切换风速，通过单片机AT89S52控制来控制电机的转速。

设计中要实现抽油烟机使用的过程中检测煤气并实现报警功能首先要选定检测煤气的传感器，我采用的是SnO2(MQ-2气体传感器)来检测厨房中产生的可燃气体，在厨房中的可燃气体就是煤气，当气敏器件对煤气中可燃气体浓度进

行检测并通过单片机分析和控制，然后做出反应使得蜂鸣器响应并报警，听到报警后按下复位按钮复位。

设计中的报警提示采用的是蜂鸣器，蜂鸣器在工作时会发出很大的响声，有警示的作用。

本设计针对厨房产生的烟雾设计相应的抽油烟机。首先介绍抽油烟机的概念、结构、工作原理等内容，说明了抽油烟机产品在日常生活所起到重要作用。其次对系统总体设计进行了概况阐述，油烟机不仅具备的基本功能，而且还能利用温度传感器进行烟雾温度的自动检测，并根据显示的温度，自动切换油烟机的风力开关，调节风力大小，实现智能化吸油烟功能。依此设计了相应的软硬件，论文的硬件部分主要设计了油烟机的数据采集检测模块、显示模块、电路模块等，对系统做了整体的设计，系统软件部分主要是对各模块的流程做了详细得分析，并且编写了相应的汇编程序来实现相应的功能。有显示子程序、键盘中断扫描程序、软件报警程序。从而实现了抽油烟机自动控制的功能。本次设计的抽油烟机主要靠单片机进行控制，通过软件设计来调节电机的转速，所以相对于普通的抽油烟机来说，灵活性比较好，功耗低，体积小，便于操作；同时可以做到自动检测。

综上，通过单片机AT89S52控制抽油烟机智能工作，加入气敏传感器（检测煤气），对煤气进行检测并报警，加入温度传感器进行对烟雾温度的检测实现手动和自动调节风速的强弱，最终实现安全，洁净，高效的烹饪环境。

关键词：单片机；控制；传感器；检测

Household range hood total control system design

Along with the development of science and technology in our daily life plays an important role, take lampblack chance take lampblack chance just as its name implies is to take lampblack, a good smoke lampblack machine to create a good environment of cooking, improve the efficiency and quality of life, life lampblack machine we see in our daily life is to realize the switch of lampblack machine and part of the adjustment only control the wind, and the for the design of lampblack machine system including basic testing part and control part, the task of design is: the single chip processor as the core control smoke lampblack machine, the design in addition to general functions such as: the basic switch, the adjustment of the wind speed strength, but also realize the automatic detection of smoke, through the detected results, to adjust the wind size to reduce smog, finally to achieve the function of gas detection and alarm and use the key to realize manual control of wind speed.

Use AT89S52 single chip microcomputer as the control center to control in the design of smoke lampblack machine system, the selection of AT89S52 single chip microcomputer for S5x series single-chip microcomputer is the cause of than C5x series single-chip microcomputer has lower power consumption, high performance characteristics, and increased the watchdog timer C5x series single chip microcomputer and the function of online to update the program. Don't need plus a watchdog to increase again in external microcontroller peripheral circuit complexity.

According to the task of smoke lampblack machine basic switch function is to achieve the function of manual startup and shutdown and startup take lampblack and electric fan rotation, smoke lampblack machine to work properly, power off smoke lampblack machine to stop work.

Smoke lampblack machine smoke temperature automatic detection function, the design was to test the smoke temperature, will be the temperature of the detected by single chip microcomputer AT89S52 devices is displayed in the LCD screen, through the data on the LCD display to manually adjust the strength of the wind speed (size).Smoke lampblack machine in the detection of smoke camber of sensor is used DS18B20, induction and the measured temperature range minus 55 degrees Celsius

one hundred and twenty-five degrees Celsius, and on the internal heat temperature, lower limit warning Settings, very suitable for application in smoke lampblack machine control the DS18B20 to pin on SCM AT89S52, through the analysis of the single chip microcomputer to control the LCD liquid crystal display and detection, the design of liquid crystal display module adopts the the wind size is the manual operation of the button, by single-chip microcomputer AT89S52 control to control the motor speed.

To implement in the design of smoke lampblack machine to use in the process of detecting gas and realize the alarm function to first select the gas sensor, I adopt SnO2 gas sensor (MQ - 2) to detect the combustible gas in the kitchen, combustible gas is gas in the kitchen when the gas sensor to test the concentration of combustible gas in the gas and by single-chip computer analysis and control, then make reflect response and make the buzzer alarm, press the reset button reset after heard the alarm.

In the design of alarm prompt USES a buzzer, buzzer would be made a lot of noise at work, have the effect of the warning, buzzer belongs to a kind of polarity of the electronic components, there are two kinds of models, models are divided into two categories, one kind is active the other kind is passive, active type of passive type buzzer buzzer and different is the internal source of oscillation, as long as the buzzer electricity, will work their warnings, and different type and active, passive type buzzer if use dc signal drive, not singing, must be driven by square wave. In order to facilitate simple, type selection in the design of the active buzzer, when gas sensor to detect the gas concentration is too high, the design of interrupt service routine to pick up by the single chip microcomputer input port one low level, make the buzzer alarm sound, but to the buzzer alarm is in smoke lampblack machine to start.

This paper aims at the kitchen smoke design corresponding smoke lampblack machine. Paper first introduces the concept, structure, working principle of smoke lampblack machine, etc., to smoke lampblack machine product play an important role in our daily life. Second paper profile for the overall design of the system, not only has the basic function of lampblack machine in the kitchen, and still can use gas

sensors to smoke the automatic detection, and according to the test to lampblack size, automatic switching lampblack machine wind switch, adjust the wind size to realize intelligent absorb lampblack function. The corresponding hardware and software in this design, the thesis mainly design the hardware part of the display of lampblack machine module, data acquisition module, implement the circuit module, the system do the overall design, system software part mainly is the process of every module has made the detailed analysis, and write the ring corresponding assembler to realize the corresponding function. Display subroutine, data comparison subroutines, data collection as to realize the function of the smoke lampblack machine automatic control. The design of the smoke lampblack machine is mainly controlled by single chip microcomputer, through the software design to adjust the speed of the motor, so relative to ordinary smoke lampblack machine, better flexibility, low power consumption, small size, easy operation; At the same time can achieve automatic detection.

According to the above, through the single-chip microcomputer AT89S52 control can work take lampblack wit and join the gas sensor , the gas detection and alarm, joining temperature sensor for detection of smoke temperature manual adjusting the strength of the wind speed, finally realizes the safe, clean, efficient cooking environment.

Keywords : Single-chip microcomputer; control; sensors

1.绪论

设计的研究背景及意义

二十一世纪的厨房基本上是不能够没有煤气灶和抽油烟机这些设备的，只要使用煤气灶就会有煤气泄漏的危险和油烟的产生，除此以外还伴有一些混合气体，气体内含有很多的水汽和乙烷，这样就会影响厨房的空气环境，为了人的健康和安全着想，就要安装抽油烟机来吸走这些有害气体，营造一个安全舒

适的烹饪环境。我们日常生活中的一切都在发生着翻天覆的变化，就连厨房设施也在不断的更新中，作为烹饪中必不可少的设备油烟机扮演着很重要的角色。抽油烟机顾名思义就是要抽走油烟，一个好的抽油烟机可以创造一个好的烹饪环境，提高生活效率和生活质量。如今的厨房，人们对它除了基本要求以外，在美观度和时尚度方面也有了一定的要求，厨房更讲究安全、健康、舒适、智能。抽油烟机作为现代厨房必不可少的一种装置直接影响到厨房的卫生环境，安全问题及人们的健康需求。有关的组织对普通住户家中经常烹饪食物所产生的油烟进行取样收集，再将这些样品进行处理和分析，大约200多种化学物质被检测出，其中主要包括的有烃、酯、内酯、醇、醛、酮、脂肪酸、杂环化合物等。烹调油烟中一些化学致癌物也被发现了。

一种叫丙烯醛的物质，会在油温接近或达到150℃时产生，这种物质有味道刺鼻，会刺激到人的眼睛、鼻子及黏膜；当油温达到更高的温度时，就很容易产生一些有毒的化学物质，并且会产生凝聚体，使我们的身体受到伤害，甚至会有得癌症的风险。

家用的油烟机不但可以将灶台上燃烧时产生的废渣和烧焦的物质，烹饪时产生的油烟特别是有害烟雾快速抽走，排向室外，减少室内污染物，净化室内的环境，而且家用抽油烟机还可以防止爆炸的发生、防止人员中毒的安全保障的作用，一般在日常烹调中产生的油烟可以通过安装的家用抽油烟机抽出，减少人们室内的有毒物质，提高生活环境的空气质量，减少油烟中产生的有毒物质，减弱这些有毒物质对人体的伤害。

所以抽油烟机在人们的日常生活中有着重要的意义，人们的身体健康、空气环境都离不开抽油烟机。

在日常生活中我们见到的油烟机一般的只是实现油烟机的开关和对风速的调节只有控制部分。而本次对于油烟机的设计系统基本包括检测部分和控制部分，设计的任务是：单片机为核心控制抽油烟机，此次设计除了一般的功能外如：基本开关，风速强弱的调节，还要实现烟雾的自动检测，通过检测到的结果，来调节风力大小减少烟雾，最后要实现煤气的检测和报警功能并利用按键实现风速的手动控制。

通过单片机AT89S52控制抽油烟机智能工作，加入气敏传感器（检测煤气），对煤气进行检测并报警，加入温度传感器进行对烟雾温度的检测实现手动调节风速的强弱，最终实现安全、洁净、高效的烹饪环境。

油烟机的简介

抽油烟机的外形如图1-1所示

图1-1 普通抽油烟机外形

如今的厨房是离不开抽油烟机了，它在我们生活中起到很重要的作用，是其它一些家电无法替代的。就在我们平时烹饪的时候会产生很多油烟，这些油烟里含有着许多对人体有害的物质，如果长时间待在这样的环境中而且不通风，油烟很多的情况下，会很容易患病。作为一个物产丰富，地大物博的国家，一般在中国人的饮食习惯中烹饪的方式很多样，中国人喜欢以炒、烹、煎、炸的方式做饭和烹饪。所以在中国老百姓的厨房里油烟很是常见，而且厨房的环境往往都处于油腻情况下而且要借助除油渍的洗涤剂来清洗，很麻烦。这些烹饪时产生的油烟对人的健康也会有害处，改变厨房环境需要一个重要的装置—抽油烟机。油烟机，可以抽走大部分的油烟，改善厨房空气，改善烹饪环境，减少油烟对人身体的伤害，可以说是油烟的“天敌”。如图1-1所示普通抽油烟机的外形。

下面就介绍一下平常我们所见到的抽油烟机的结构。

抽油烟机结构由除了能够直接看到的照明装置，电源的开关，电源线路、机壳以及看不到的风道、风机、止回阀、集排油装置等构成。

照明装置，顾名思义就是提供烹饪时所需光照，照明装置全封闭防止油烟进入。

电源开关，在日常生活中我们常见的为机械式开关，除此以外还有触摸式开关。

机壳，有壳体和面板两部分构成，壳体一般采用一定技术使外形光洁，美观而不易生锈，方便清洗使用时间长。内壳里一般为弧形对称的空间，内壁和

风扇之间会有一定间隙，当风扇高速旋转，由于离心力的作用，油烟被抽出来，污油扔到螺旋线的最低点，经过导油管进入集油盒内。

风道，顾名思义也就是排除油烟的通道，材料与油烟机的机壳相同，风道的结构如果设计的合理那么抽油烟机的排风效果就比较好，工作时也不会有很大的噪音影响烹饪环境。

风机，在抽油烟机工作时风机是抽油烟机系统的核心，一般使用全封闭的单相电容运转式异步电动机作为抽油烟机的工作风机。

风轮，采用离心式风轮。材质为硅合金铝片，不变形，耐用，动平衡性能好。

止回阀，防止烟气倒灌。

排烟装置是由4部分组成，分别是收集烹饪时产生的油渍的集油盒，排烟管道，集油杯，以及导油环。

抽油烟机的工作原理：抽油烟机放在炉子上方，当要使用抽油烟机时就接通电源，电机开始工作，安装在电机上的风轮高速旋转，在炉灶的上面会因为风轮高速的旋转而产生负气压，这样的负气压就会使抽油烟机吸走烹饪时产生的油烟，烹饪时产生的油烟被抽油烟机吸走后会通过油烟机风道中设定的过滤网，然后对油烟进行第一次分离和净化，分离和净化后再进入油烟机的风道系统，这样就经历了第二次油烟的分离，烹饪时产生的油烟经过叶轮的旋转进行分离，油烟因为叶轮的旋转就会产生一定的离心力，离心力会促使油雾的凝聚，凝聚的油雾再经过油路收集到集油杯，最后过滤所剩的油烟通过固定的排烟系统排除。

本章小结

本章主要内容是对抽油烟机控制系统的设计意义及背景做了详细的阐述，阐明了油烟机在烹饪环境中的主要作用，同时对一般家庭油烟机的结构和工作原理做了大致的介绍，对油烟机有一个基本的认识和了解。

本文主要完成的任务是:

第一章绪论，本章主要介绍抽油烟机的设计研究背景及现实意义，其次介绍抽油烟机的主要组成和功能，并阐述其发展史。

第二章方案论证，根据设计任务要求，选择相应的元器件设计硬，使设计的系统能够完整顺利的运行。

第三章系统电路的设计，首先展示整个设计的总电路图，然后分别介绍检测电路中每个检测模块，如：煤气检测模块、烟雾温度检测模块等。紧接着介绍以S52单片机为核心的控制电路部分，分别有：模数转换电路、自动照明电路、报警电路等。最后构建程序的运行流程图。

第四章总结与展望，主要工作是完成对本次设计的不足的总结，以及对这些问题所引发的思考。

2.方案论证

任务要求是要基于单片机AT89S52来设计一个家用抽油烟机控制系统，那么这次抽油烟机系统的设计就被分为了两部分：检测部分和控制部分，检测部分包括两个：可燃性气体的检测，烟雾温度的检测。控制部分就是以单片机为主要核心控制整个系统，实现自动和手动切换风速，蜂鸣器报警，自动照明等

功能（自动照明电路只有在抽油烟机启动时工作）。如图2-1为本此设计的系

统结构图。

任务书要求，对烟雾的检测我选用DS18B20温度检测模块，对烟雾的温度检

测，间接的实现对烟雾的检测。选用它的理由是因为可以简化外围电路，不需要就加入A/D转换器。如图

图2-2 温度检测器DS18B20

DS18B20安装在油烟机机壳内部，只有在油烟机启动工作吸取油烟时，DS18B20才会开始工作，对烹饪时的油烟温度进行检测。如图2-2为温度检测器BS18B20 温度检测后会选用相应的显示器，显示温度检测器DS18B20所检测到的温度，实现手动或自动切换油烟机风速的大小。显示器选择LCD1602，液晶显示器LCD被发明出来到现在，因为它功耗很低、占用空间不大、重量小、厚度极小的优点广泛应用于微型计算机控制系统和智能化仪表中，超越了很多显示器达到

了一个新的高度。除此之外，LCD在它的外观上无论是大小还是形状都有优于其他的显示器，而且接口简单易于使用和掌握，显示屏上不但可以显示数字、字符，图形和汉字也可以显示，所以在很多日常生活用品中都可以看到它，比如

笔记本电脑、手机、显示器、分析仪器等等。LCD已经成为了现在产品主要的使

用对象。许多公司和工厂为了提高产品的质量和档次都选用LCD为显示装置。如图2-3所示。

图2-3 LCD1602显示模块

图2-4 煤气浓度检测传感器

如图2-4所示为煤气浓度检测传感器。设计中对煤气的浓度检测需用的是MQ-2型气敏原件。MQ-2型气敏元件属于N型半导体，它的制作原材料以金属氧化物SnO2为主要成分，当还原性气体接触元件的时候，气敏原件的电导率会因为检测气体浓度的上升而迅速地变高。其特点为：可以用在可燃气体的检测（甲烷、正丁烷、氢气等），响应的速度很快，灵敏度也很高，输出信号大，使用的寿命长，有很可靠的工作性能。传感器接入单片机要进行AD的转换，这次的设计中采用的PCF8591A/D转换器进行转换。

图2-5 A/D转换模块

系统中对油烟机的控制由按键来完成，键盘选用的是2个独立的按键，功能依次为开关及复位。如图2-6所示。调节电动机转速的按钮选择滑动变阻器代替。

图2-6 按键模块

系统中选用的光敏电阻模块如图2-7所示。

图2-7 光敏电阻模块

要实现煤气检测的报警，就要选择相应的报警器，我选用的报警器为蜂鸣报警器，它线路简单，报警时鸣叫声大，很容易引起人们的注意，警示人们有险情发生。如图2-8所示为这次设计选用的报警模块。

图2-8蜂鸣器报警模块

电动机和风扇可以说是抽油烟机的核心部件，抽油烟机的主要功能都是通过电机带动风扇的运转而实现的，本次设计中选用的电机也很常见如图2- 所示。为了方便单片机的控制，系统的合理运行，采用直流电动机来带动风扇的旋转。

图2-9 直流电动机

本章小结

为了使设计的油烟机系统能够符合生活实际，结合设计任务书，本章选用了符合系统的相应元器件，如MQ-2型气敏传感器，DS18B20温度检测器，LCD1602显示屏，蜂鸣报警器，光敏电阻，直流电机等，通过任务要求选用不同型号的硬件来组成硬件电路图，是为了让系统更好的运行，更符合实际操作需求。3.系统电路的设计

引言

此次设计的任务是要抽油烟机能够检测到空气中的可燃气体并发出报警声，抽油烟机的工作过程为,煤气泄漏的时候由于浓度的不断升高，达到气敏传感器所检测的浓度范围。气敏传感器的中的电阻阻值就会相应的减小，然后就会向单片机发出一个信号，然后单片机就会控制油烟机的电机和报警电路以及抽油烟机排气并报警；另外一项任务是对烟雾的检测，我选用的是DS18B20测量烟雾的温度，并通过单片机分析和检测将温度显示在LCD屏上，当显示温度高时，采取手动操作控制油烟机风速的强弱。如果烹饪时抽油烟机系统正常运行，室内的有较强的可见光，自动照明系统就不会工作，LED灯就不会发亮，只有在夜晚时可见光的亮度逐渐变暗，自动照明电路中的光敏电阻阻值减小，LED 灯发光；为了能让这次设计的系统能够更稳定和更加安全地工作，不受到其他

环境和因素的影响及干扰，蜂鸣器加入系统中的作用就是随时提醒使用人员要按时对煤气泄漏故障进行修理保证烹饪中人员的健康和安全。

设计总电路图

图3-1 设计总电路图

检测电路设计

AT89S52单片机作为这次设计中油烟机控制系统中心来控制抽油烟机系统，选用这一种单片机的原因是作为S5x系列的单片机比起C5x系列的单片机来说拥有较低的功耗，性能高特点，而且C5x系列单片机上增加了看门狗定时器和在线更新程序的功能。不需要在外部再外加看门狗，降低单片机外围电路的复杂性。

根据任务可知抽油烟机的基本开关功能就是实现手动的启动和关闭功能，启动时抽油烟及通电风扇转动，抽油烟机正常工作，关闭时抽油烟机断电工作停止。

抽油烟机烟雾温度自动检测功能，本次设计中是对烟雾温度进行检测，将检测到的温度通过单片机AT89S52显示在液晶屏上，通过人对液晶屏上数据的显示来手动调节风速的强弱（大小）。抽油烟机中检测烟雾弯度的传感器使用的是DS18B20，能够感应并测量到的温度范围适合用于烹饪的环境，并且内部有热温上、下限告警的设置，很适合应用在抽油烟机控制系统中。把温度传感器DS18B20连接到单片机AT89S52所设计的引脚上，通过单片机分析和检测来控制LCD液晶显示所测得的温度，本设计中液晶显示模块采用的是LCD1602。

调节风力大小就是人对按钮的手动操作，经过程序编程再通过单片机AT89S52控制来控制电机的转速。

煤气检测

本次设计中的任务之一就要让抽油烟机要能够检测烹饪时产生的煤气浓度，当煤气浓度达到一定检测值时，通过单片机触发报警器报警。本小节介绍煤气传感器和煤气传感器检测原理。如图3-2为煤气检测模块MQ-2硬件图。

图3-2 煤气检测模块

煤气的检测一般使用的是半导体气敏原件，它的工作原理是半导体气敏传感器表面的金属氧化物与检测的气体接触以后会发生反应，通过对反应后的物理性质变化检测气体。半导体气敏原件通过加热达到稳定状态, 被检测的气体接触到气敏原件并被吸附, 被测气体自由扩散在吸附的表面上,运动能量丧失, 中间的一部分分子会蒸发, 没有蒸发的分子会热分解吸附在原件的表面，这时，我们假设吸附分子的电子亲和力大于元器件的功率函数, 吸附分子就会将元器件的电子夺取之后变为负离子。氧气和氮气是具有负离子吸附能力的气体。如果吸附分子的离解能小于气敏元器件的功函数, 吸附分子释放电子给元器件,元器件表面就会形成正离子吸附。当氧化性气体吸附N 型半导体时, 还原性气体吸附P 型半导体时, 就会使载流子的数量减小, 元器件的阻值就会增大；反过来说, N 型半导体被还原性气体吸附时,P 型半导体被氧化性气体吸附时, 载流子的数量就会逐渐增多,使电阻阻值减小。氧成分在空气中基本上是固定不变的, 所以元器件对氧气的吸附量也是固定不变的, 气敏原件的阻值也就基本没有什么变化。在这样的环境中，元器件的阻值会随着检测气体的浓度的变化而发生变化，分析浓度与阻值的变化关系就可以知道检测的气体浓度