油烟机自动控制系统

计算机与信息学院

电子信息工程系综合课程设计报告

专业班级

电子信息工程11-1班

学生姓名及学号

指导教师

课题名称

油烟机自动控制系统

2013~2014 学年第三学期

设计课题：油烟机自动控制系统

一、课题的基本描述

随着社会的进步，建设生态文明是我国长久的发展之计。目前国内对厨房油烟净化的研究还处于起步阶段，人们对油烟危害认识不足以及对其处理方法缺乏重视。因此，提出油烟治理新技术，已经刻不容缓，且智能、节能化产品已不断融入生活中。传统抽油烟机长时间的打开不仅会对电能造成浪费，而且还会使其工作寿命缩短；设计将针对传统的抽油烟机进行改进，通过烟雾传感器检测油烟及浓度大小，控制抽油烟机的电机是否启动及转速大小；根据光照强度控制照明灯的开启；这样使智能控制抽油烟机具有智能、环保、节能的特点。

二、设计的基本要求

设计要求：

在烹饪的过程中根据有无油烟来控制电机的启停、根据油烟浓度的大小自动调节电机的转速，并能根据当前光照强度，决定是否照明。并且，在油烟机电机关闭的情况下，照明灯是不会打开的。使之达到智能、节能的目的。

三、技术方案及关键问题

实现思路：

具体实现采用TGS2600 传感器对油烟进行检测，检测信号过PCF8591进行A/D 转换，然后由单片机根据数值的大小来决定开启哪个转速挡位，从而实现电机转速的调节。油烟机的电机使用的是用抽头来调节电机转速的，因而本次设计使用控制多个继电器来启用不同的挡位。抽油烟机的光照亮度则通过灯泡照明，采用光敏电阻对环境光信号进行采集。

解决的关键问题：

系统对油烟浓度以及对光强大小的检测。

四、系统设计实现

（一）、硬件设计：

整个硬件设计包括以下模块：电源模块，烟雾检测模块，光强检测模块，单片机最小系统，继电器组。

硬件模块图：

图1.硬件系统框图

（一）、电源模块：

为整个系统提供电源。整个系统使用的电源有两个，一个是给电机和灯泡供电，使用的是220V的交流电；另一个是给单片机系统、检测模块和继电器组模块供电，需要的是5V的直流电。我们的家庭用电使用的就是220V 的交流电，可以直接给电机和灯泡供电。因而需要设计一个电压转换电路，使220V交流电压转为5V直流电压，为单片机系统、检测系统、显示模块及继电器组模块供电。

220V转5V电路框图：

图2.电源变换原理框图

220V交流电连一个降压变压器把电压值降到9V左右。然后用桥式整流电路进行整流，使交流变成直流。变成直流以后，对其进行滤波，减小纹波成分，提高电压均值，稳定电路输出。后接一个LM7805，对其进行稳压。LM7805可以使输出稳定在5V，并且其内部还有过热保护电路和短路保护电路。三端稳压器LM7805后面接一个104的电容，这个电容有滤波和阻尼作用。

电路原理图：

图3.电源原理图

（二）、检测模块：

检测模块包括两路信号监测，一路是油烟检测，一路是光强检测。

油烟检测：油烟检测使用的是TGS2600，TGS2600对香烟的烟雾或烹调臭味有很高的灵敏度。该传感器的电阻随油烟气体浓度的变化而变化，因而只要检测该传感器的阻值，就可以检测油烟的浓度，在TGS2600传感器输出端串联一个负载电阻，经计算，为使其输出电压范围变化最大，负载电阻阻值的大小应为30k左右。该传感器输出的为模拟电压信号，需要对其进行A/D变换。为了实现阻抗匹配，在其后接一个电压跟随器。电压跟随器具有高的输入阻抗的，低的输出阻抗特性。

油烟浓度测量输出电压范围：油烟检测电阻的变化范围为10k到95k，其两端串联上一个30k的精密电阻，其电压变化范围为1.2V到3.75V，经A/D变换，输出的数字值的变化值为61-191，即用这个值来表示油烟的浓度。由于油烟浓度越大，阻值越小，并依据此变化范围，设置电机的转速。

本次设计将电机转速分为三档，分别是快档、中档、慢档，电机转速分别是快速、中速、慢速。电机的转速由检测到的油烟浓度进行控制。不同的油烟浓度对应不同的转速，可以实现节能的效果。

光强检测：光强检测使用光敏电阻，光敏电阻的阻值随光照强度的变化而变化。光敏检测用来检测当前的光照强度。当检测到油烟以后电机启动，就会判断当前光强是否达到要求，如果没达到照明要求，则开启灯，否则不必开启。并且在电机没有启动的情况下，灯泡是不会点亮的。

本次设计我们使用的模数转换芯片是PCF8951，该芯片是低功耗、8-bit CMOS数据获取器件。PCF8591具有4个模拟输入、1个模拟输出和1个串行I²C总线接口。

油烟检测电路：

图4.油烟检测模块原理图

数模转换及光敏检测：

图5.AD变换及光敏采集

（三）、单片机最小系统模块：

使用STC90C516RD+单片机，共3个16位定时器/ 计数器，其中定时器

0 还可以当成2个8位定时器使用。外部中断4路，12时钟/机器周期和6

时钟/机器周期可任意选择。该芯片具有很丰富的片上资源。

最小系统版原理图：

图6.单片机最小系统板

（四）、继电器组模块：

继电器实现了用低压控制高压，单片机输出高电平，就可使继电器闭合，从而使电机转动。在其旁接上一个LED灯用来指示油烟机的工作状态，普通二极管的作用是用来保护继电器，防止断开对其产生的损害。本次设计使用四个继电器，其中三个用于控制电机的转速，另外一个控制照明。

原理图：

图7.继电器模块原理图实物图：

（二）、软件设计

软件流程：

图9.程序流程图

图10.程序图

中断定时器0用于计时，由于A/D转换存在一定的误差，以及电路稳定性的原因，单片机读到的数据有误差。在系统启动电机后延迟一段时间在对单片机的读取判断值进行刷新，以防止电机频繁的进行转速转换。

五、测试及分析

系统测试：

电压测试 5.08V 5.09V 5.07V 5.08V 5.09V

为了更好地观测系统的运行状态，在系统里加入了一个显示模块，用以显示系统检测到的各个参数。显示的内容包括光敏电阻两端的电压（反应光照强度）、TGS2600的输出电压（反应油烟浓度的大小）。

原理图：

图11.lcd1602电路图