【正文】 經(jīng)過(guò)長(zhǎng)達(dá)3個(gè)月的設(shè)計(jì)和學(xué)習(xí)，我已經(jīng)明白了要做到獨(dú)立思考、和設(shè)計(jì)一個(gè)新的系統(tǒng)是很難的，要通過(guò)不斷的完善自己才能使自己做到更好，結(jié)合理論和實(shí)踐讓自己的設(shè)計(jì)變得更完美，這次設(shè)計(jì)也讓我鞏固了大學(xué)4年來(lái)所學(xué)的專業(yè)知識(shí)，很值得。此次設(shè)計(jì)的要求是要抽油煙機(jī)能夠檢測(cè)到空氣中的煤氣并發(fā)出報(bào)警聲，抽油煙機(jī)煤氣檢測(cè)的工作過(guò)程是，烹飪時(shí)泄漏的煤氣達(dá)到一定濃度值，通過(guò)傳感器的檢測(cè)后，氣敏傳感器的阻值就會(huì)下降，單片機(jī)就會(huì)做出響應(yīng)，立即控制油煙機(jī)的電機(jī)開始工作，報(bào)警電路的蜂鳴器被觸發(fā)鳴叫；另外一項(xiàng)任務(wù)是對(duì)煙霧溫度的檢測(cè)，我選用的是DS18B20測(cè)量煙霧的溫度，通過(guò)單片機(jī)分析和檢測(cè)將溫度顯示在LCD屏上，當(dāng)顯示溫度高時(shí)，采取手動(dòng)操作控制油煙機(jī)風(fēng)速的強(qiáng)弱。 根據(jù)上述所講，通過(guò)單片機(jī)AT89S52控制抽油煙機(jī)智能工作，加入氣敏傳感器（檢測(cè)煤氣），對(duì)煤氣進(jìn)行檢測(cè)并報(bào)警，加入溫度傳感器進(jìn)行對(duì)煙霧溫度的檢測(cè)實(shí)現(xiàn)手動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)速的強(qiáng)弱，最終實(shí)現(xiàn)安全，潔凈，高效的烹飪環(huán)境。從而實(shí)現(xiàn)了油煙機(jī)自動(dòng)控制功能。然后論文闡述這次設(shè)計(jì)系統(tǒng)的整體，這次設(shè)計(jì)中主要加入了氣敏傳感器，對(duì)烹飪時(shí)會(huì)泄漏的煤氣進(jìn)行檢測(cè)， 當(dāng)煤氣的濃度達(dá)到設(shè)定值時(shí)，報(bào)警電路就會(huì)工作，發(fā)出警報(bào)聲，除此之外也加入了溫度傳感器檢測(cè)油煙溫度并顯示，實(shí)現(xiàn)智能化油煙機(jī)功能，這次設(shè)計(jì)的油煙機(jī)系統(tǒng)模塊有 檢測(cè)模塊、執(zhí)行電路模塊。本次論文就是為了創(chuàng)造一個(gè)安全舒適的烹飪環(huán)境而設(shè)計(jì)一款抽油煙機(jī)。設(shè)計(jì)中要實(shí)現(xiàn)抽油煙機(jī)使用的過(guò)程中檢測(cè)煤氣并實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能首先要選定檢測(cè)煤氣的傳感器，我采用的是SnO2(MQ2氣體傳感器)來(lái)檢測(cè)廚房中產(chǎn)生的可燃?xì)怏w，在廚房中的可燃?xì)怏w就是煤氣，當(dāng)氣敏器件對(duì)煤氣中可燃?xì)怏w濃度進(jìn)行檢測(cè)并通過(guò)單片機(jī)分析和控制，然后做出反映使得蜂鳴器響應(yīng)并報(bào)警，聽到報(bào)警后按下復(fù)位按鈕復(fù)位。抽油煙機(jī)中檢測(cè)煙霧彎度的傳感器使用的是DS18B20，能夠感應(yīng)并測(cè)量到的溫度范圍為負(fù)五十五攝氏度正一百二十五攝氏度，并且內(nèi)部有熱溫上，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。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(dòng)的啟動(dòng)和關(guān)閉功能，啟動(dòng)時(shí)抽油煙及通電風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)，抽油煙機(jī)正常工作，關(guān)閉時(shí)抽油煙機(jī)斷電工作停止。 設(shè)計(jì)中選用AT89S52單片機(jī)作為控制中心來(lái)控制抽油煙機(jī)系統(tǒng)，選用AT89S52單片機(jī)的原因是因S5x系列的單片機(jī)比起C5x系列的單片機(jī)來(lái)說(shuō)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(shí)器和在線更新程序的功能。 如圖322所示為本次設(shè)計(jì)的主程序流程框圖。 本章小結(jié) 本章主要是圍繞抽油煙機(jī)控制系統(tǒng)中控制部分，每個(gè)模塊接入單片機(jī)后，經(jīng)過(guò)單片機(jī)的控制實(shí)現(xiàn)每個(gè)模塊的工作，設(shè)計(jì)的油煙機(jī)的主要控制系統(tǒng)中心為單片機(jī)AT89S52,T通過(guò)單片機(jī)的程序設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)任何一個(gè)模塊功能的實(shí)現(xiàn)，最后完成整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)，每個(gè)模塊之間都協(xié)調(diào)工作，不發(fā)生沖突，這些模塊功能只有煤氣報(bào)警沒有啟動(dòng)油煙機(jī)的時(shí)候會(huì)工作，其他模塊都在油煙機(jī)啟動(dòng)后才會(huì)工作。兩個(gè)方向信號(hào)、一個(gè)使能信號(hào)為控制整個(gè)控制電機(jī)的三個(gè)信號(hào)。將兩個(gè)非門與電路相連，并且通以相同的輸入信號(hào)，從而可以很好的保證H橋電路在運(yùn)行的時(shí)候發(fā)生同一側(cè)三極管同時(shí)導(dǎo)通的情況，保證了元器件的安全性和系統(tǒng)的完整的運(yùn)行。 圖320所示就是通過(guò)硬件電路對(duì)三極管的控制而改進(jìn)電路，將4個(gè)與門和2個(gè)非門加入到基礎(chǔ)的H橋驅(qū)動(dòng)電路上。由于以上原因，在實(shí)際驅(qū)動(dòng)電路中要對(duì)三極管的開關(guān)進(jìn)行控制，一般使用的方法是在驅(qū)動(dòng)電路中加入硬件電路。具體原因如下：假設(shè)三極管Q1和Q2同時(shí)導(dǎo)通，此時(shí)電流直接從電源正極經(jīng)過(guò)Q1和Q2的通路流回電源的負(fù)極，而且并沒有流過(guò)電動(dòng)機(jī)，因此系統(tǒng)中也就不存在負(fù)載的功率損耗。從而完成了電動(dòng)機(jī)的反向運(yùn)行，具體電流的行進(jìn)路線如圖所示。圖318 H橋電路驅(qū)動(dòng)電機(jī)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)圖319所示的則是另外一組控制情形，此次則可以實(shí)現(xiàn)直流電動(dòng)機(jī)的反向運(yùn)行。 四個(gè)三極管的開通關(guān)斷情況可以分成兩組情形來(lái)分析，分別可以實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的正向運(yùn)行和反向運(yùn)行。如圖317所示，H橋式電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的主要是由4個(gè)三極管和一個(gè)直流電機(jī)電機(jī)構(gòu)成。圖316H橋驅(qū)動(dòng)電路圖317 電機(jī)控制電路（部分）如圖317所示是本次設(shè)計(jì)系統(tǒng)所應(yīng)用的直流電機(jī)控制電路。除了需要PWM波調(diào)速，還要將直流電動(dòng)機(jī)接入H橋。圖315 PWM方波假設(shè)給直流電動(dòng)機(jī)持續(xù)接通電源保持不會(huì)斷開的時(shí)候，分析如下：，設(shè)占空比為，電機(jī)的平均速度 ，（指的是電機(jī)的平均速度； 是指電機(jī)在全通電時(shí)的最大速度；是指占空比。PWM又被稱為“開關(guān)驅(qū)動(dòng)裝置”。如果在一個(gè)控制系統(tǒng)中采用PWM驅(qū)動(dòng)控制整個(gè)系統(tǒng)的控制性能，電源的斷開和閉合通過(guò)一個(gè)特定的頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)，并且根據(jù)系統(tǒng)的具體要求讓電源在一個(gè)周期內(nèi)“斷開”和“閉合”有規(guī)律的實(shí)現(xiàn)。從模擬信號(hào)轉(zhuǎn)向PWM可以極大地延長(zhǎng)通信距離。并且控制系統(tǒng)中一直使用數(shù)字量作為控制信號(hào)可以有效地降低噪聲對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的控制性的影響?！?使能PWM控制器● 設(shè)置PWM輸出的方向，這個(gè)輸出是一個(gè)通用I/O管腳 在使用PWM驅(qū)動(dòng)電路系統(tǒng)運(yùn)行之前，這種控制電路在系統(tǒng)中完成的主要任務(wù)包括以下幾點(diǎn)：對(duì)于一個(gè)控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，任何模擬值只要在足夠?qū)挼拿}沖下都可以通過(guò)PWM驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)進(jìn)行數(shù)字編碼。加在模擬負(fù)載上的電壓或電流源是通過(guò)一種接通或者關(guān)斷的周期性的變化規(guī)律來(lái)完成對(duì)脈寬的調(diào)制任務(wù)。PWM波的方波占空比，對(duì)相應(yīng)的模擬信號(hào)電平進(jìn)行數(shù)字編碼，在編碼時(shí)要使用高分辨率的計(jì)時(shí)器。在工程測(cè)繪，數(shù)字通信，控制功率與變換等很多方面都被人們所使用。通過(guò)單片機(jī)使得直流電動(dòng)機(jī)正常工作并能夠調(diào)節(jié)它的轉(zhuǎn)速需要PWM波對(duì)它進(jìn)行調(diào)速。當(dāng)傳感器檢測(cè)到氣體濃度太高，執(zhí)行中斷服務(wù)程序，單片機(jī)的輸入端口連接到一個(gè)低電平，觸發(fā)蜂鳴器后就會(huì)立刻工作并發(fā)出響聲報(bào)警。蜂鳴器分為直流和交流兩種工作方式，作為報(bào)警提示，蜂鳴器是一種有極性的電子元件，有兩種類型，一種類型是為有源型，另一種類型為無(wú)源型，有源的蜂鳴器內(nèi)帶振蕩源，只要通電就會(huì)鳴叫，而無(wú)源型的蜂鳴器如果用直流信號(hào)驅(qū)動(dòng)，不會(huì)鳴叫，必須用方波驅(qū)動(dòng)。蜂鳴器是一種信號(hào)提示裝置，常常用在電子設(shè)備的聲音提示中。光敏電阻的選型如表24所示。在設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，把自動(dòng)照明電路與A/D轉(zhuǎn)換器接在了一起，通過(guò)光敏電阻對(duì)照明電路進(jìn)行控制，自動(dòng)照明電路也是在油煙機(jī)啟動(dòng)時(shí)才會(huì)工作的。 抽油煙機(jī)開啟工作的情況下，自動(dòng)照明電路會(huì)有外接的電壓，這樣光敏電阻就可以起到控制LED燈亮或滅作用，當(dāng)廚房烹飪環(huán)境中可見光慢慢變?nèi)鯐r(shí)，暗阻的阻值就會(huì)慢慢變大，自動(dòng)照明電路中的電流變大，達(dá)到一定的峰值時(shí)，就會(huì)觸發(fā)導(dǎo)通光敏電阻,電路閉合，LED燈的點(diǎn)以后發(fā)亮。入射光照很亮?xí)r，電阻值就會(huì)減小，在實(shí)現(xiàn)光的測(cè)量、光的控制和光電轉(zhuǎn)換時(shí)可以使用光敏電阻來(lái)完成。這些原材料都有一個(gè)共同的特征就是在固定不變的光亮照下，光敏電阻的阻值會(huì)立刻地下降變小，由于在導(dǎo)電的電路中通過(guò)光照產(chǎn)生的載流子會(huì)加入電路中與其一起導(dǎo)電，在外加電場(chǎng)的作用下產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，電子就會(huì)向正極靠近，電源的負(fù)極則都是空穴，在這樣的作用下光敏電阻的阻值就會(huì)發(fā)聲改變，立刻減小。它的工作原理就是通過(guò)半導(dǎo)體的光電效應(yīng)，使它的阻值會(huì)因?yàn)檎罩獾膹?qiáng)弱而發(fā)生改變。圖313 光敏電阻如圖313為光敏電阻。圖312 A/D模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 在進(jìn)行模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換時(shí)，首先對(duì)輸入的模擬量進(jìn)行輸入方式的確定，以決定其具體的位選值，一般來(lái)說(shuō)模擬量的輸出允許值為0，4路單端輸入時(shí)取00，三路差分輸入時(shí)取01，單端與差分輸入時(shí)取10，二路差分輸入時(shí)取11。1通過(guò)I2C總線串行輸入或者輸出。PCF8591內(nèi)部設(shè)有跟蹤保持電路?？梢宰詣?dòng)進(jìn)行頻道選擇。I2C總線速率決定了PCF8591的采樣率。通過(guò)一路模擬量的輸出來(lái)實(shí)現(xiàn)引腳增益信息。PCF8591的中的三個(gè)引腳分別為A0、AA2，可以使用在硬件地址的編程上，同一個(gè)總線不需要外加其他的外部器件而且一共可以有8個(gè)PCF8591器件接入。圖311 A/D轉(zhuǎn)換器PCF8591屬于8位CMOS數(shù)據(jù)獲取器件，它的功能為多路模擬輸入，其特點(diǎn)是待機(jī)狀態(tài)為低電平。圖310 AT89S52單片機(jī)內(nèi)部功能模塊示意圖 A/D轉(zhuǎn)換器檢測(cè)煤氣濃度的氣敏傳感器作為模擬量輸入就要通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)傳入單片機(jī)，這樣才能正常工作，本次的設(shè)計(jì)選用PCF8591作為A/D轉(zhuǎn)換模塊來(lái)進(jìn)行對(duì)模擬量和數(shù)字量的轉(zhuǎn)換。中斷系統(tǒng)中的任意一個(gè)機(jī)器周期都會(huì)實(shí)現(xiàn)順序檢查其中的任意一個(gè)中斷源，如果查詢到中斷請(qǐng)求被標(biāo)志為1,而且不會(huì)被下屬的阻值條件所阻止，那么將在下一個(gè)機(jī)器周期的轉(zhuǎn)到所響應(yīng)的中斷服務(wù)程序。不在同一個(gè)機(jī)器周期內(nèi)當(dāng)2個(gè)或超過(guò)兩個(gè)中斷先后發(fā)生時(shí)，或者當(dāng)2個(gè)以上不同優(yōu)先級(jí)中斷一起發(fā)生時(shí)，哪個(gè)先被響應(yīng)由IP寄存器決定。在某一個(gè)中斷正在響應(yīng)或者是已經(jīng)響應(yīng)時(shí)，同一等級(jí)的中斷響應(yīng)是不能夠打斷它的。硬件自動(dòng)復(fù)位IE0和IE1標(biāo)志位。外中斷對(duì)應(yīng)兩個(gè)中斷矢量；T0、T1中斷對(duì)應(yīng)兩個(gè)中斷矢量；串行口對(duì)應(yīng)一個(gè)中斷矢量；T2對(duì)應(yīng)一個(gè)中斷矢量。AT89S52的特殊功能寄存器有：中斷有限寄存器IP、中斷允許寄存器IE、中斷源寄存器。 表34 AT89S52標(biāo)準(zhǔn)功能表35 ATS8952的性能表34AT89S52 主要性能表36 P1端口第二引腳功能表37 P3端口第二引腳功能AT89S52有八個(gè)中斷源，六個(gè)中斷矢量，有兩個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)，可以實(shí)現(xiàn)二級(jí)中斷服務(wù)程序嵌套。單片機(jī)發(fā)展到現(xiàn)在，已經(jīng)成為了我們社會(huì)進(jìn)步的不可缺少的重要工具。但是介于所學(xué)到的知識(shí)和對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的功能分析，并最終決定整個(gè)控制系統(tǒng)的核心采用51單片機(jī)。本次設(shè)計(jì)并沒有將單片機(jī)的全部引腳充分利用，但現(xiàn)在也可以滿足此次的設(shè)計(jì)要求?！馪SEN管腳用于單片機(jī)是否在外部的儲(chǔ)存器提取指令，在低電平到達(dá)的時(shí)候，單片機(jī)才會(huì)從外部的儲(chǔ)存器提取所用的指令信號(hào)?！馎LE管腳用于選擇地址的鎖存信號(hào)，當(dāng)脈沖信號(hào)為下降沿的時(shí)候，此管腳輸出工作信號(hào)。需要注意的是要是用P0口的輸入輸出功能的時(shí)候一定要在外面接上拉電阻。如圖39所示為本次設(shè)計(jì)中所應(yīng)用的單片機(jī)的最小系統(tǒng)。發(fā)展到現(xiàn)代社會(huì)，工業(yè)中我們應(yīng)用的主流單片機(jī)還是以8位機(jī)為主，但其16位、32位的同胞兄弟正在以極快的速度崛起中。功能全但是造價(jià)并不高，而且在能耗方面也有出色的表現(xiàn)。 AT89S52 單片機(jī)通俗來(lái)講就是一個(gè)小型的計(jì)算機(jī)，試想一下一個(gè)計(jì)算機(jī)的功能全部濃縮在一個(gè)小小的芯片上，充分解釋了什么叫濃縮的是精華。單片機(jī)在啟動(dòng)以后，片內(nèi)的隨機(jī)存儲(chǔ)器為一個(gè)任意的數(shù)，片內(nèi)RAM的內(nèi)容不會(huì)因?yàn)閺?fù)位操作而受到任何的影響。有很多方法可以在單片機(jī)的控制系統(tǒng)中使用看門狗，可使用外圍芯片，利用單片機(jī)內(nèi)部看門狗，利用單片機(jī)里面的定時(shí)器中斷等方式實(shí)現(xiàn)。圖38（C）圖38（D）單片機(jī)控制的系統(tǒng)都是智能的系統(tǒng)，看門狗電路具有自動(dòng)脫離死循環(huán)或死機(jī)的功能，也叫做Watching Dog。 圖38（B） 按鍵手動(dòng)復(fù)位是說(shuō)當(dāng)單片機(jī)在運(yùn)行的時(shí)候通過(guò)手動(dòng)按鈕讓中央處理器強(qiáng)行復(fù)位，再?gòu)念^開始運(yùn)行。取電阻R為1千歐，電容大小為22μF，就可以可靠地復(fù)位。圖38（A）上電自動(dòng)復(fù)位是在施加電源瞬間通過(guò)RC電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，如圖38（A）所示。本設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)的復(fù)位電路是當(dāng)系統(tǒng)報(bào)警時(shí)按下復(fù)位電路使抽油煙機(jī)停止工作回到初始未啟動(dòng)狀態(tài)。 系統(tǒng)自動(dòng)復(fù)位電路單片機(jī)得電之后第一從復(fù)位運(yùn)行開始，經(jīng)過(guò)復(fù)位操作可以使單片機(jī)處于初始形態(tài)。開關(guān)按鍵控制抽油煙機(jī)的啟動(dòng)和關(guān)閉（采用長(zhǎng)觸式)，抽油煙機(jī)開始正常工作，當(dāng)煤氣傳感器檢測(cè)到一定濃度的可燃?xì)怏w時(shí)抽油煙機(jī)的警報(bào)功能就會(huì)被觸發(fā)，蜂鳴器得得電鳴叫，發(fā)出警示，當(dāng)有人聽到警報(bào)后按下復(fù)位按鍵，使單片機(jī)復(fù)位回到初始工作狀態(tài)，并打開油煙機(jī)抽走過(guò)高濃度的可燃?xì)怏w，報(bào)警解除。）如圖37所示為本設(shè)計(jì)中2個(gè)功能鍵。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。操作簡(jiǎn)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。鍵盤有兩種型，一種為可編碼另一種為非編碼。 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(huì)加入電阻，電阻的阻值一般為1千歐。當(dāng)然0就是熄滅，經(jīng)過(guò)顯示管明和暗的變化來(lái)顯示溫度字符。如圖36所示為L(zhǎng)CD1602硬件圖。寄生電源有的特點(diǎn)有兩個(gè)，第一是不需要本地電源就能夠?qū)崿F(xiàn)溫度檢測(cè)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。單線數(shù)據(jù)線所能提供電源叫做寄生電源，在一定的時(shí)間范圍內(nèi)信號(hào)線處于高電平的狀態(tài)，存儲(chǔ)器內(nèi)部有電容器，在一定的時(shí)間內(nèi)，電容器上會(huì)產(chǎn)生能量。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。由一個(gè)中間結(jié)果暫時(shí)存儲(chǔ)RAM和一個(gè)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(chǔ)在暫存存儲(chǔ)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。DS18