【文章內(nèi)容簡介】 油煙機(jī)機(jī)殼內(nèi)部，只有在油煙機(jī)啟動工作吸取油煙時，DS18B20才會開始工作，對烹飪時的油煙溫度進(jìn)行檢測。如圖22為溫度檢測器BS18B20溫度檢測后會選用相應(yīng)的顯示器，顯示溫度檢測器DS18B20所檢測到的溫度，實(shí)現(xiàn)手動或自動切換油煙機(jī)風(fēng)速的大小。顯示器選擇LCD1602，液晶顯示器LCD被發(fā)明出來到現(xiàn)在，因?yàn)樗暮艿汀⒄加每臻g不大、重量小、厚度極小的優(yōu)點(diǎn)廣泛應(yīng)用于微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)和智能化儀表中，超越了很多顯示器達(dá)到了一個新的高度。除此之外，LCD在它的外觀上無論是大小還是形狀都有優(yōu)于其他的顯示器，而且接口簡單易于使用和掌握，顯示屏上不但可以顯示數(shù)字、字符，圖形和漢字也可以顯示，所以在很多日常生活用品中都可以看到它，比如筆記本電腦、手機(jī)、顯示器、分析儀器等等。LCD已經(jīng)成為了現(xiàn)在產(chǎn)品主要的使用對象。許多公司和工廠為了提高產(chǎn)品的質(zhì)量和檔次都選用LCD為顯示裝置。如圖23所示。圖23 LCD1602顯示模塊圖24 煤氣濃度檢測傳感器如圖24所示為煤氣濃度檢測傳感器。設(shè)計(jì)中對煤氣的濃度檢測需用的是MQ2型氣敏原件。MQ2型氣敏元件屬于N型半導(dǎo)體，它的制作原材料以金屬氧化物SnO2為主要成分，當(dāng)還原性氣體接觸元件的時候，氣敏原件的電導(dǎo)率會因?yàn)闄z測氣體濃度的上升而迅速地變高。其特點(diǎn)為：可以用在可燃?xì)怏w的檢測（甲烷、正丁烷、氫氣等），響應(yīng)的速度很快，靈敏度也很高，輸出信號大，使用的壽命長，有很可靠的工作性能。傳感器接入單片機(jī)要進(jìn)行AD的轉(zhuǎn)換，這次的設(shè)計(jì)中采用的PCF8591A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。圖25 A/D轉(zhuǎn)換模塊系統(tǒng)中對油煙機(jī)的控制由按鍵來完成，鍵盤選用的是2個獨(dú)立的按鍵，功能依次為開關(guān)及復(fù)位。如圖26所示。調(diào)節(jié)電動機(jī)轉(zhuǎn)速的按鈕選擇滑動變阻器代替。圖26 按鍵模塊 系統(tǒng)中選用的光敏電阻模塊如圖27所示。圖27 光敏電阻模塊要實(shí)現(xiàn)煤氣檢測的報(bào)警，就要選擇相應(yīng)的報(bào)警器，我選用的報(bào)警器為蜂鳴報(bào)警器，它線路簡單，報(bào)警時鳴叫聲大，很容易引起人們的注意，警示人們有險情發(fā)生。如圖28所示為這次設(shè)計(jì)選用的報(bào)警模塊。圖28蜂鳴器報(bào)警模塊電動機(jī)和風(fēng)扇可以說是抽油煙機(jī)的核心部件，抽油煙機(jī)的主要功能都是通過電機(jī)帶動風(fēng)扇的運(yùn)轉(zhuǎn)而實(shí)現(xiàn)的，本次設(shè)計(jì)中選用的電機(jī)也很常見如圖2 所示。為了方便單片機(jī)的控制，系統(tǒng)的合理運(yùn)行，采用直流電動機(jī)來帶動風(fēng)扇的旋轉(zhuǎn)。圖29 直流電動機(jī)為了使設(shè)計(jì)的油煙機(jī)系統(tǒng)能夠符合生活實(shí)際，結(jié)合設(shè)計(jì)任務(wù)書，本章選用了符合系統(tǒng)的相應(yīng)元器件，如MQ2型氣敏傳感器，DS18B20溫度檢測器，LCD1602顯示屏，蜂鳴報(bào)警器，光敏電阻，直流電機(jī)等，通過任務(wù)要求選用不同型號的硬件來組成硬件電路圖，是為了讓系統(tǒng)更好的運(yùn)行，更符合實(shí)際操作需求。 此次設(shè)計(jì)的任務(wù)是要抽油煙機(jī)能夠檢測到空氣中的可燃?xì)怏w并發(fā)出報(bào)警聲，抽油煙機(jī)的工作過程為,煤氣泄漏的時候由于濃度的不斷升高，達(dá)到氣敏傳感器所檢測的濃度范圍。氣敏傳感器的中的電阻阻值就會相應(yīng)的減小，然后就會向單片機(jī)發(fā)出一個信號，然后單片機(jī)就會控制油煙機(jī)的電機(jī)和報(bào)警電路以及抽油煙機(jī)排氣并報(bào)警；另外一項(xiàng)任務(wù)是對煙霧的檢測，我選用的是DS18B20測量煙霧的溫度，并通過單片機(jī)分析和檢測將溫度顯示在LCD屏上，當(dāng)顯示溫度高時，采取手動操作控制油煙機(jī)風(fēng)速的強(qiáng)弱。如果烹飪時抽油煙機(jī)系統(tǒng)正常運(yùn)行，室內(nèi)的有較強(qiáng)的可見光，自動照明系統(tǒng)就不會工作，LED燈就不會發(fā)亮，只有在夜晚時可見光的亮度逐漸變暗，自動照明電路中的光敏電阻阻值減小，LED燈發(fā)光；為了能讓這次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)能夠更穩(wěn)定和更加安全地工作，不受到其他環(huán)境和因素的影響及干擾，蜂鳴器加入系統(tǒng)中的作用就是隨時提醒使用人員要按時對煤氣泄漏故障進(jìn)行修理保證烹飪中人員的健康和安全。 圖31 設(shè)計(jì)總電路圖AT89S52單片機(jī)作為這次設(shè)計(jì)中油煙機(jī)控制系統(tǒng)中心來控制抽油煙機(jī)系統(tǒng)，選用這一種單片機(jī)的原因是作為S5x系列的單片機(jī)比起C5x系列的單片機(jī)來說擁有較低的功耗，性能高特點(diǎn)，而且C5x系列單片機(jī)上增加了看門狗定時器和在線更新程序的功能。不需要在外部再外加看門狗，降低單片機(jī)外圍電路的復(fù)雜性。根據(jù)任務(wù)可知抽油煙機(jī)的基本開關(guān)功能就是實(shí)現(xiàn)手動的啟動和關(guān)閉功能，啟動時抽油煙及通電風(fēng)扇轉(zhuǎn)動，抽油煙機(jī)正常工作，關(guān)閉時抽油煙機(jī)斷電工作停止。抽油煙機(jī)煙霧溫度自動檢測功能，本次設(shè)計(jì)中是對煙霧溫度進(jìn)行檢測，將檢測到的溫度通過單片機(jī)AT89S52顯示在液晶屏上，通過人對液晶屏上數(shù)據(jù)的顯示來手動調(diào)節(jié)風(fēng)速的強(qiáng)弱（大小）。抽油煙機(jī)中檢測煙霧彎度的傳感器使用的是DS18B20，能夠感應(yīng)并測量到的溫度范圍適合用于烹飪的環(huán)境，并且內(nèi)部有熱溫上、下限告警的設(shè)置，很適合應(yīng)用在抽油煙機(jī)控制系統(tǒng)中。把溫度傳感器DS18B20連接到單片機(jī)AT89S52所設(shè)計(jì)的引腳上，通過單片機(jī)分析和檢測來控制LCD液晶顯示所測得的溫度，本設(shè)計(jì)中液晶顯示模塊采用的是LCD1602。調(diào)節(jié)風(fēng)力大小就是人對按鈕的手動操作，經(jīng)過程序編程再通過單片機(jī)AT89S52控制來控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。 煤氣檢測本次設(shè)計(jì)中的任務(wù)之一就要讓抽油煙機(jī)要能夠檢測烹飪時產(chǎn)生的煤氣濃度，當(dāng)煤氣濃度達(dá)到一定檢測值時，通過單片機(jī)觸發(fā)報(bào)警器報(bào)警。本小節(jié)介紹煤氣傳感器和煤氣傳感器檢測原理。如圖32為煤氣檢測模塊MQ2硬件圖。圖32 煤氣檢測模塊煤氣的檢測一般使用的是半導(dǎo)體氣敏原件，它的工作原理是半導(dǎo)體氣敏傳感器表面的金屬氧化物與檢測的氣體接觸以后會發(fā)生反應(yīng)，通過對反應(yīng)后的物理性質(zhì)變化檢測氣體。半導(dǎo)體氣敏原件通過加熱達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài), 被檢測的氣體接觸到氣敏原件并被吸附, 被測氣體自由擴(kuò)散在吸附的表面上,運(yùn)動能量喪失, 中間的一部分分子會蒸發(fā), 沒有蒸發(fā)的分子會熱分解吸附在原件的表面，這時，我們假設(shè)吸附分子的電子親和力大于元器件的功率函數(shù), 吸附分子就會將元器件的電子奪取之后變?yōu)樨?fù)離子。氧氣和氮?dú)馐蔷哂胸?fù)離子吸附能力的氣體。如果吸附分子的離解能小于氣敏元器件的功函數(shù), 吸附分子釋放電子給元器件,元器件表面就會形成正離子吸附。 當(dāng)氧化性氣體吸附N 型半導(dǎo)體時, 還原性氣體吸附P 型半導(dǎo)體時, 就會使載流子的數(shù)量減小, 元器件的阻值就會增大； 反過來說, N 型半導(dǎo)體被還原性氣體吸附時,P 型半導(dǎo)體被氧化性氣體吸附時, 載流子的數(shù)量就會逐漸增多,使電阻阻值減小。氧成分在空氣中基本上是固定不變的, 所以元器件對氧氣的吸附量也是固定不變的, 氣敏原件的阻值也就基本沒有什么變化。在這樣的環(huán)境中，元器件的阻值會隨著檢測氣體的濃度的變化而發(fā)生變化，分析濃度與阻值的變化關(guān)系就可以知道檢測的氣體濃度了。表31 氣敏傳感器基本信息表MQ2氣敏傳感器靈敏度強(qiáng)，性價比高，很適用于家庭中，既安全又簡約。，計(jì)設(shè)中的抽油煙機(jī)系統(tǒng)煤氣檢測模塊可以在抽油煙機(jī)關(guān)閉和開啟的情況下正常工作，當(dāng)抽油煙機(jī)關(guān)閉時，在廚房發(fā)聲煤氣泄漏達(dá)到一定濃度時候也就是有一一定危險性的濃度時，煤氣傳感器MQ2測的的煤氣濃度模擬信號經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器PCF8591轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，經(jīng)過單片機(jī)分析后做出相應(yīng)的響應(yīng)，報(bào)警器選用的是蜂鳴報(bào)警器，設(shè)計(jì)中的報(bào)警提示采用的是蜂鳴器，蜂鳴器在工作時會發(fā)出很大的響聲，有警示的作用，蜂鳴器屬于一種有極性的電子元件，有兩種型號，型號都分為兩類一類是有源型另外一類為無源型，有源型的蜂鳴器與無源型蜂鳴器不同的是內(nèi)帶振蕩源，只要蜂鳴器一通電，就會工作發(fā)出鳴叫警示，而不同與有源型的是，無源型的蜂鳴器如果用直流信號驅(qū)動，不會鳴叫，必須用方波驅(qū)動。為了簡單和便利，設(shè)計(jì)中采用的是有源型蜂鳴器，當(dāng)氣敏傳感器檢測到一定濃度值的煤氣時，設(shè)計(jì)的中斷服務(wù)程序會就會給單片機(jī)相應(yīng)的接口一個低電平，使蜂鳴器發(fā)出鳴叫進(jìn)行報(bào)警，當(dāng)煤氣檢測到一定濃度的可燃?xì)怏w是經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)入單片機(jī)，變?yōu)楦唠娖椒澍Q器得電，報(bào)警。當(dāng)有人聽到報(bào)警的聲音后可以按下復(fù)位按鈕接觸警報(bào)。 煙霧溫度檢測及顯示設(shè)計(jì)中所使用的溫度檢測模塊DS18B20，圖22所示的DS18B20有電源接入時需要外接一個上拉電阻使其能夠穩(wěn)定地工作，上拉電阻的阻值和DS18B20的工作電流及電壓有關(guān)，DS18B20的工作電流大約為1mA，工作電壓為5V，根據(jù)公式就可以知道電阻的阻值為5千歐，本次設(shè)計(jì)中就選用5千歐的電阻作為DS18B20的上拉電阻。如圖33所示為DS18B20硬件圖。圖33 DS18B20硬件圖設(shè)計(jì)中檢測廚房煙霧溫度的傳感器選用的是的溫度傳感器DS18B20，它能夠測量的溫度范圍適用于日常烹飪的環(huán)境，并且內(nèi)部有溫度上、下限警告的設(shè)置，很適合應(yīng)用在抽油煙機(jī)控制系統(tǒng)中。將DS18B20連接到單片機(jī)AT89S52引腳接口上，然后經(jīng)過單片機(jī)檢測和分析之后控制LCD液晶顯示驅(qū)動，本設(shè)計(jì)中液晶顯示模塊選用的是LCD1602。DS18B20數(shù)字溫度計(jì)優(yōu)點(diǎn)很多，線路比較簡單，體積也很小，可以將很多數(shù)字溫度計(jì)使用在一根通信線，非常方便，快捷，可以廣泛的使用。DS18B20的優(yōu)點(diǎn)有：實(shí)現(xiàn)通信功能時只需要一個端口就可以；在DS18B20中的每個器件上都有特殊的序列號，之所以特殊是因?yàn)檫@些序列號是獨(dú)一無二的；在實(shí)際的環(huán)境進(jìn)行測量溫度時，在外部不需要加其他的原件就可以測溫；測量的溫度范圍55℃攝氏度到+125攝氏度；九到十二位之間是數(shù)字溫度計(jì)的分辨率可以選擇的區(qū)間；內(nèi)部裝設(shè)有溫度上、下限告警。DS18B20的引腳功能如表32所示。表32 DS18B20的引腳功能DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，有四個比較主要的部分，其中就有六十四位激光ROM、溫度傳感器、非易失性溫度告警觸發(fā)器和配置寄存器。DS18B20的內(nèi)部電路框圖如圖34 所示。圖34 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖35 DS18B20 RAM任何一個DS18B20，存放在六十四位激光ROM的編碼都是唯一的一個六十四位ROM編碼DS18B20的存儲結(jié)構(gòu)如圖25所示。由一個中間結(jié)果暫時存儲RAM和一個非易失性電可擦除EERAM組成，保存單線通信所用到的數(shù)據(jù)需要存儲在暫存存儲器，在讀取數(shù)據(jù)后再讀出校正，最后將數(shù)據(jù)送到非易失性電可擦除EERAM中。測量的溫度信息的高位和暫存器的低位的前兩位字節(jié)為暫存器，溫度告警出發(fā)器高位、低位的值在第三、四字節(jié)，配置寄存器在第五個字節(jié)，在每一次上電位時，這五個字節(jié)就會不斷地刷新；接著的三個保留字為內(nèi)部計(jì)算機(jī)使用；第九個字節(jié)為CRC校驗(yàn)值。分辨率配置為九、十、十一或者十二位的數(shù)字溫度傳感器是DS18B20的核心功能部件。DS18B20有兩種供電方式：寄生和外部。單線數(shù)據(jù)線所能提供電源叫做寄生電源，在一定的時間范圍內(nèi)信號線處于高電平的狀態(tài)，存儲器內(nèi)部有電容器，在一定的時間內(nèi)，電容器上會產(chǎn)生能量。在一定周期內(nèi)單信號線為低電平斷開電源，該信號的信號電平被由低到高，使寄生功率將重新連接。寄生電源有的特點(diǎn)有兩個，第一是不需要本地電源就能夠?qū)崿F(xiàn)溫度檢測并且是遠(yuǎn)程控制的，第二就是ROM的讀取在沒有正常電源的情況下也是可以的。設(shè)計(jì)中液晶顯示模塊采用的是LCD1602，它是一種帶字庫的點(diǎn)陣圖形LCD模塊，有8位微處理器接口，平板顯示器的128 x 64大小的64位數(shù)據(jù)RAM驅(qū)動器來實(shí)現(xiàn)。如圖36所示為LCD1602硬件圖。圖36 LCD1602顯示模塊硬件圖表33LCD 基本特性LCD1602基本特性如表33所示，當(dāng)溫度傳感器將傳感信號傳入單片機(jī)，通過LCD顯示，在溫度系統(tǒng)設(shè)計(jì)的LCD顯示字符顯示，LCD在設(shè)計(jì)系統(tǒng)中顯示的溫度也就是字符的顯示，一般一個字符都是由48點(diǎn)陣或者是64點(diǎn)陣這樣的點(diǎn)陣組成的，要想溫度正確的顯示就要經(jīng)過準(zhǔn)確的測量，就要找到幾個固定位置在屏幕上對應(yīng)顯示的RAM的8個字節(jié)，而且要讓每個字節(jié)的不同為為1，其他的位為0，1就是為點(diǎn)亮。當(dāng)然0就是熄滅，經(jīng)過顯示管明和暗的變化來顯示溫度字符。對于對煙霧溫度的顯示只有在抽油煙機(jī)啟動時才會工作。 按鍵輸入本次設(shè)計(jì)中的鍵盤模塊，為了使鍵盤能夠正常的使用，在高電平與鍵盤之間會加入電阻，電阻的阻值一般為1千歐。圖37 按鍵模塊硬件圖很多個按鍵的集合形成鍵盤，它的主要功能就是響應(yīng)相關(guān)人員的操作或其他命令。鍵盤有兩種型，一種為可編碼另一種為非編碼。編碼型鍵盤就是當(dāng)按鍵按下時可以自動識別按鍵然后產(chǎn)生該按鍵所對應(yīng)的代碼，然后再通過并行或串行的方式發(fā)送到中央處理器。操作簡單，使用方便，相應(yīng)速度快，但是需要加入專門的硬件電路才可以。非編碼型鍵盤是通過軟件來確定鍵盤然后通過軟件計(jì)算鍵盤值。雖然沒有編碼型鍵盤效果理想，但它不需要加入硬件電路，能夠廣泛使用。 在單片機(jī)控制系統(tǒng)中一般只需要幾個功能鍵就可以控制比較單一的對象，對于有少量的功能鍵系統(tǒng)，一般都是會使用相互獨(dú)立的接口方式（每一個按鍵接一根輸入線，各鍵的工作狀態(tài)互相不會影響。）如圖37所示為本設(shè)計(jì)中2個功能鍵。 ，按鍵功能分為4塊，分別為開關(guān)，電路復(fù)位。開關(guān)按鍵控制抽油煙機(jī)的啟動和關(guān)閉（采用長觸式)，抽油煙機(jī)開始正常工作，當(dāng)煤氣傳感器檢測到一定濃