抽油机智能控制系统的设计毕业设计说明书(论文)(编辑修改稿)

抽油机智能控制系统的设计毕业设计说明书(论文)(编辑修改稿)内容摘要：

在它的风机抽吸范围之外，这样油烟从锅面一产生只有部分密度小于空气的能 上升进入风机的抽吸范围外，其余高密度高污染的油烟自然就四处漫延 ，导致油烟的吸收率低。 传统油烟机在油烟过滤方面，都是采用滤油网方式。 有一层、二层或多层，滤孔有方形、菱形、圆形等，目的是寄希望通过滤网把油烟挡住 ，但这种设计 效果非常差 ，导致油烟的净化率非常低。 平常用的抽油烟机除了存在吸收率和净化率低之外，还有功耗大、 噪音大、 清洁不便、非智能化 、非环保化 等各 种缺点。 本次课题设计的抽油烟机系统，就是为了提高油烟机油烟的吸收率和净化率，降低功耗和噪音，使清洁方便，对各种状态进行显示，智能化操作，做到环保节能。 2 系统的基本设计方案和结构 系统的基本设计方案 本课题是基于单片机技术实现油烟机的智能控制系统。 主要任务是能制作出一个油烟机的系统模型，实现对油烟机的智能控制，可检测浓度并控制抽风机的档位。 基本要求：（ 1）选择好合适的传感器测量出油烟的浓度；（ 2）根据油烟的浓度控制抽风机的档位；（ 3）在无人的情况下能自动关机。 根据设计的基本要求，制定出对应的 方案如下： （ 1）为对油烟机进行智能控制，使用 STC 系列的单片机最小系统。 对信号进行采样，用集成在单片机里面的 A/D 模块，避免在外面用 DAC0832 组成的电路进行采样，变得廉价简单。 通过合理的编程就可以对整个油烟机进行智能控制。 （ 2）为比较准确的检测出油烟的浓度，选择性能较好的 MQ2 的烟雾传感模块。 保证测量的稳定性和精确性。 （ 3）利用 固态继电器组成开关电路，对电机进行控制。 （ 4）由于要显示油烟的浓度、抽风机的档位和定时的时间等各种状态，数据比较多，采用 1602 显示。 虽然多个数码管 组合也能实现，相对比 较廉价，但数量多，影响板的 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 4 页 共 38 页 整体美观，且显示 不直观。 （ 5）整个板的运转，必须要有电源。 利用整流桥堆、 780 7815 稳压芯片等组成电源模块，为油烟机的各个模块提供合适的 电压。 （ 6）当油烟浓度比较高的时候， 必须 进行报警。 因此设计由三极管、蜂鸣器等组成的一个报警电路。 （ 7）当在无烟无人的情况下能自动关机，则用热释电红外 传感 模块对人进行感应。 系统的基本结构 系统的基本结构主要是分为 检测部分和控制部分，其中检测部分包括 烟雾检测电路和热释电红外传感电路 ；控制部分包括 STC 系列的 单片机 最小系统 、抽油烟机 开关电路、声音报警电路、 液晶 显示电路。 系统结构 框 图如 图 21： 图 21 系统结构框图 各模块的基本功能 简介 如下： （ 1） 单片机最小系统 ： 进行合理的编程对油烟机实现智能控制。 （ 2） 油烟检测模块 :对油烟的浓度进行检测。 （ 3）热释电红外传感模块 :对有无人进行感应。 （ 4）电机控制模块 :对电机进行开关控制。 （ 5）报警模块 :当油烟浓度过高会进行报警。 （ 6）电源模块：对整个系统提供合适的电压。 3 硬件模块的 设计 单片机最小系统 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 5 页 共 38 页 STC12C5A60S2/AD/PWM系列单片机是宏晶科技生产的单时钟 /机器周期 (1T)的单片机，是高速 /低功耗 /超强抗干扰的新一代 8051 单片机，指令代码完全兼容传统 8051,但速度快 812 倍。 内部集成 MAX810 专用复位电路 ,2 路 PWM,8 路高速 10 位 A/D转换(250K/S),针对电机控制，强干扰场合。 基本特点： （ 1） 增强型 8051CPU， 1T，单时钟 /机器周期，指令代码完全兼容传统 8051。 （ 2） 工作电压： STC12C5A60S2 系列工作电压： （ 5V 单片机） STC12LE5A60S2系列工作电压： （ 3V 单片机 ）。 （ 3） 工作频率范围： 035MHz，相当于普通 8051 的 0420MHz。 （ 4） 用户应用程序空间 8K /16K / 20K / 32K / 40K / 48K / 52K / 60K / 62K 字节。 （ 5） 片上集成 1280 字节 RAM。 （ 6） 通用 I/O 口（ 36/40/44 个） ， 复位后为：准双向口 /弱上拉（普通 8051 传统 I/O口 ） 可设置成四种模式：准双向口 /弱上拉，推挽 /强上拉，仅为输入 /高阻，开漏。 每个 I/O 口驱动能力均可达到 20mA，但整个芯片最大不要超过 55mA。 （ 7） ISP（在系统可编程） /IAP（在应用可编程） ， 无需专用编程器，无需专用仿真器 可通过串口（ ）直接下载用户程序，数秒即可完成一片。 （ 8） 有 EEPROM 功能 (STC12C5A62S2/AD/PWM 无内部 EEPROM)。 （ 9） 看门狗。 （ 10） 内部集成 MAX810 专用复位电路（外部晶体 12M 以下时，复位脚可直接 1K电阻到地 ）。 （ 11） 外部掉电检测电路 :在 口有一个低压门槛比较器 ， 5V单片机为 ，误差为 +/5%, 单片机为 ，误差为 +/3%。 （ 12） 时 钟源：外部高精度晶体 /时钟，内部 R/C 振荡器 (温漂为 +/5%到 +/10%以内 )。 用户在下载用户程序时，可选择是使用内部 R/C 振荡器还是外部晶体 /时钟。 常温下内部 R/C 振荡器频率为： 单片机为： 11MHz～ ； 单片机为： 8MHz～ 12MHz。 精度要求不高时，可选择使用内部时钟，但因为有制造误差和温漂，以实际测试为准。 （ 13） 共 4 个 16位定时器 ， 两个与传统 8051 兼容的定时器 /计数器 ,16 位定时器 T0和T1，没有定时器 2，但有独立波特率发生器 ， 做串行通讯的波特 率发生器 ， 再加上 2路PCA 模块可再实现 2个 16位定时器。 （ 14） 2个时钟输出口，可由 T0的溢出在 ，可由 T1 的溢出在 输出时钟。 （ 15） 外部中断 I/O 口 7路 ,传统的下降沿中断或低电平触发中断 ,并新增支持上升沿中断的 PCA 模块 ， Power Down 模式可由外部中断唤醒 ， INT0/, INT1/, T0/, T1/, RxD/,CCP0/(也可通过寄存器设置到 ), CCP1/ (也可通过寄存器设置到 )。 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 6 页 共 38 页 （ 16） PWM(2 路） /PCA（可编程计数器阵列 ,2路）可用来当 2 路 D/A 使用 ， 可用来再实现 2 个定时器 ， 也可用来再实现 2 个外部中断 (上升沿中断 /下降沿中断均可分别或同时支持 )。 （ 17） A/D 转换 , 10 位精度 ADC，共 8 路，转换速度可达 250K/S(每秒钟 25 万次 )。 （ 18） 通用全双工异步串行口 (UART)，由于 STC12 系列是高速的 8051，可再用定时器或 PCA 软件实现多串口。 （ 19） STC12C5A60S2 系列有双串口，后缀有 S2 标志的才有双串口， RxD2/(可通过寄存器设置到 )， TxD2/(可通过寄存器设置到 )。 （ 20） 温度范围： 40 +85℃( 工业级 ) / 0 75℃( 商业级 )。 （ 21） 封装： PDIP40,LQFP44,LQFP48。 I/O口不够时，可用 2到 3根普通 I/O 口线外接 74HC164/165/595（均可级联）来扩展 I/O 口 ， 还可用 A/D 做按键扫描来节省 I/O口，或用双 CPU,三线通信，还多了串口。 单片机的最小系统主要 由 STC12C5A60S复位电路、晶振电路、 RS232 模块组成 ，实现对系 统的控制和基本操作。 电路 如图 31所示： 图 31 单片机最小系统原理图 工作 原理如下 : （ 1） 复位电路： 无论是在单片机刚开始接上电源时，还是运行过程中发生故障都需要复位。 复位电路用于将单片机内部各电路的状态恢复到一个确定的初始值，并从这个状态开始工作。 按键复位电路中，当按键没有按下时，电路同上电复位电路。 当 在单片机运行过程中，按下 RESET 键，已经充好电的电容会快速通过电阻的回路放电，从而使得RST 引脚上的电位快速变为高电平，此高电平会维持到按键释放，从而满足单片机复位的条件实现按键复位。 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 7 页 共 38 页 （ 2） 时钟电路 ： 单片机工作时，从取指令到译码再进行微操作，必须在时钟信号控制下才能有序地进行，时钟电路就是为单片机工作提供基本时钟的。 时钟信号 产生的方式有两种： 内部时钟方式和外部时钟方式。 这里采用是 内部时钟方式 ， 在单片机 XTAL1 和XTAL2 引脚上跨接上一个晶振和两个稳频电容，可以与单片机片内的电路构成一个稳定的自激振荡器。 晶振频率 为 12 MHz， 瓷片电容 C C11的值 30PF， 外接电容的作用是对振荡器进行频率微调，使振荡信号频率与晶振频率一致，同时起到稳定频率的作用。 （ 3） RS232 模块： 使用 Max232 将单片机 的第二串口引出，通过 DB9 接口实现与外界串口通信。 （ 4） STC12C5A60S2A/D 转化器 ： ① A/D 转换器的结构 因为要对模拟信号的浓度值转化成数字信号的电压，应用到单片机里的 A/D 转化器。 STC12C5A60AD/S2 系列带 A/D 转换的单片机的 A/D 转换口在 P1 口 ( ()，有 8 路 10 位高速 A/D 转换器 ， 速度可达到 250KHz。 8 路电压输入型 A/D， 可用于 温度检测、电池电压检测、按键扫描、频谱检测等。 上电复位后 P1 口为弱上拉型 I/O 口，用户可以通过软件设置将 8 路中的任何一路设置为 A/D转换，不需作为 A/D使用的口可继续作为 I/O 口使用。 当 ， A/D 转换结果寄存器格式如下： 当 ， A/D 转换结果寄存器格式如下： STC12C5A60S2 系列单片机 ADC 由多路选择开关、比较器、逐次比较寄存器、 10位DAC、转换结果寄存器 (ADC_RES 和 ADC_RESL)以及 ADC_CONTR 构成。 STC12C5A60S2 系列单片机的 ADC 是逐次比较型 ADC。 逐次比较型 ADC 由一个比较器和 D/A 转换器构成，通过逐 次 比较逻辑，从最高位 (MSB)开始，顺序地对每一输入电压与内置 D/A 转换器输出进行比较，经过多比较，使转换所得的数字量逐次逼近输入模拟量对应值。 逐次比较型 A/D转换器速度高，功耗低 的优点。 如上图所示， 通过模拟多路开关，将通过 ADC07的模拟量输入送给比较器 ， 用数 /模转换器 (DAC)转换的模拟量与本 次 输入的模拟量通过比较器进行比较，将比较结果保存到逐次比较器，并通过逐 次 比较寄存器输出转换结果。 A/D 转换结束后，最终的转换结果保存到 ADC转换结果寄存器ADC_RES 和 ADC_RESL，同时置位 ADC控制寄存器 ADC_CONTR 中的 A/D 转换结束标志位 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 8 页 共 38 页 ADC_FLAG,以供程序查询或发出中断申请。 模拟通道的选择控制由 ADC控制寄存器ADC_CONTR中的 CHS2CHS0确定。 ADC的转换速度由 ADC控制寄存器中的 SPEED1和 SPEED0确定。 在使用 ADC 之前，应先给 ADC上电， 即 置位 ADC 控制寄存器中的 ADC_POWER 位。 当 ADRJ=0 时，如果取 10 位结果，则按下面公式计算 : 10bitA/D Conversion Result:(ADC_RES[7:0],ADC_RESL[1:0])=1024 Vin/Vcc) 当 ADRJ=0 时，如果取 8 位结果，按下面公式计算 : 8bitA/D Conversion Result:(ADC_RES[7:0)=256 Vin/Vcc) 当 ADRJ=1 时，如果 取 10 位结果，则按下面公式计算 : 10bitA/D Conversion Result:(ADC_RES[1:0],ADC_RESL[7:0])=1024 Vin/Vcc) 式中 ： Vin 为模拟输入通道输入电压， Vcc 为单片机实际工作电压，用单片机工作电压作为模拟参考电压。 ② ADC 控制寄存器 ADC_CONTR ADC_CONTR 寄存器的 格式如下： ADC_CONTR ： ADC控制寄存器。 对 ADC_CONTR 寄存器进行操作， 不用 ‘与’和‘或’语句 ，直接用 MOV 赋值语句。 ADC_POWER:ADC。