抽油機智能控制系統的設計畢業設計說明書(論文)(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 在它的風機抽吸范圍之外，這樣油煙從鍋面一產生只有部分密度小于空氣的能 上升進入風機的抽吸范圍外，其余高密度高污染的油煙自然就四處漫延 ，導致油煙的吸收率低。 傳統油煙機在油煙過濾方面，都是采用濾油網方式。有一層、二層或多層，濾孔有方形、菱形、圓形等，目的是寄希望通過濾網把油煙擋住 ，但這種設計 效果非常差 ，導致油煙的凈化率非常低。平常用的抽油煙機除了存在吸收率和凈化率低之外，還有功耗大、 噪音大、 清潔不便、非智能化 、非環保化 等各 種缺點。 本次課題設計的抽油煙機系統，就是為了提高油煙機油煙的吸收率和凈化率，降低功耗和噪音，使清潔方便，對各種狀態進行顯示，智能化操作，做到環保節能。 2 系統的基本設計方案和結構 系統的基本設計方案 本課題是基于單片機技術實現油煙機的智能控制系統。主要任務是能制作出一個油煙機的系統模型，實現對油煙機的智能控制，可檢測濃度并控制抽風機的檔位。基本要求：（ 1）選擇好合適的傳感器測量出油煙的濃度；（ 2）根據油煙的濃度控制抽風機的檔位；（ 3）在無人的情況下能自動關機。 根據設計的基本要求，制定出對應的 方案如下： （ 1）為對油煙機進行智能控制，使用 STC 系列的單片機最小系統。對信號進行采樣，用集成在單片機里面的 A/D 模塊，避免在外面用 DAC0832 組成的電路進行采樣，變得廉價簡單。通過合理的編程就可以對整個油煙機進行智能控制。 （ 2）為比較準確的檢測出油煙的濃度，選擇性能較好的 MQ2 的煙霧傳感模塊。 保證測量的穩定性和精確性。 （ 3）利用 固態繼電器組成開關電路，對電機進行控制。 （ 4）由于要顯示油煙的濃度、抽風機的檔位和定時的時間等各種狀態，數據比較多，采用 1602 顯示。雖然多個數碼管 組合也能實現，相對比 較廉價，但數量多，影響板的 桂林電子科技大學畢業設計（論文）報告用紙 第 4 頁 共 38 頁 整體美觀，且顯示 不直觀。 （ 5）整個板的運轉，必須要有電源。利用整流橋堆、 780 7815 穩壓芯片等組成電源模塊，為油煙機的各個模塊提供合適的 電壓 。 （ 6）當油煙濃度比較高的時候， 必須 進行報警。因此設計由三極管、蜂鳴器等組成的一個報警電路。 （ 7）當在無煙無人的情況下能自動關機，則用熱釋電紅外 傳感 模塊對人進行感應。 系統的基本結構 系統的基本結構主要是分為 檢測部分和控制部分，其中檢測部分包括 煙霧檢測電路和熱釋電紅外傳感電路 ；控制部分包括 STC 系列的 單片機 最小系統 、抽油煙機 開關電路、聲音報警電路、 液晶 顯示電路。 系統結構 框 圖如 圖 21： 圖 21 系統結構框圖 各模塊的基本功能 簡介 如下： （ 1） 單片機最小系統 ： 進行合理的編程對油煙機實現智能控制。（ 2） 油煙檢測模塊 :對油煙的濃度進行檢測。 （ 3）熱釋電紅外傳感模塊 :對有無人進行感應。 （ 4）電機控制模塊 :對電機進行開關控制。（ 5）報警模塊 :當油煙濃度過高會進行報警。（ 6）電源模塊：對整個系統提供合適的電壓。 3 硬件模塊的 設計 單片機最小系統 桂林電子科技大學畢業設計（論文）報告用紙 第 5 頁 共 38 頁 STC12C5A60S2/AD/PWM系列單片機是宏晶科技生產的單時鐘 /機器周期 (1T)的單片機，是高速 /低功耗 /超強抗干擾的新一代 8051 單片機，指令代碼完全兼容傳統 8051,但速度快 812 倍。內部集成 MAX810 專用復位電路 ,2 路 PWM,8 路高速 10 位 A/D轉換(250K/S),針對電機控制，強干擾場合。 基本特點： （ 1） 增強型 8051CPU， 1T，單時鐘 /機器周期，指令代碼完全兼容傳統 8051。 （ 2） 工作電壓： STC12C5A60S2 系列工作電壓： （ 5V 單片機） STC12LE5A60S2系列工作電壓： （ 3V 單片機 ）。 （ 3） 工作頻率范圍： 035MHz，相當于普通 8051 的 0420MHz。 （ 4） 用戶應用程序空間 8K /16K / 20K / 32K / 40K / 48K / 52K / 60K / 62K 字節 。 （ 5） 片上集成 1280 字節 RAM。 （ 6） 通用 I/O 口（ 36/40/44 個） ， 復位后為：準雙向口 /弱上拉（普通 8051 傳統 I/O口 ） 可設置成四種模式：準雙向口 /弱上拉，推挽 /強上拉，僅為輸入 /高阻，開漏 。 每個 I/O 口驅動能力均可達到 20mA，但整個芯片最大不要超過 55mA。 （ 7） ISP（在系統可編程） /IAP（在應用可編程） ， 無需專用編程器，無需專用仿真器 可通過串口（ ）直接下載用戶程序，數秒即可完成一片 。 （ 8） 有 EEPROM 功能 (STC12C5A62S2/AD/PWM 無內部 EEPROM)。 （ 9） 看門狗 。 （ 10） 內部集成 MAX810 專用復位電路（外部晶體 12M 以下時，復位腳可直接 1K電阻到地 ）。 （ 11） 外部掉電檢測電路 :在 口有一個低壓門檻比較器 ， 5V單片機為 ，誤差為 +/5%, 單片機為 ，誤差為 +/3%。 （ 12） 時 鐘源：外部高精度晶體 /時鐘，內部 R/C 振蕩器 (溫漂為 +/5%到 +/10%以內 )。用戶在下載用戶程序時，可選擇是使用內部 R/C 振蕩器還是外部晶體 /時鐘 。 常溫下內部 R/C 振蕩器頻率為： 單片機為： 11MHz～ ； 單片機為： 8MHz～ 12MHz。 精度要求不高時，可選擇使用內部時鐘，但因為有制造誤差和溫漂，以實際測試為準 。 （ 13） 共 4 個 16位定時器 ， 兩個與傳統 8051 兼容的定時器 /計數器 ,16 位定時器 T0和T1，沒有定時器 2，但有獨立波特率發生器 ， 做串行通訊的波特 率發生器 ， 再加上 2路PCA 模塊可再實現 2個 16位定時器 。 （ 14） 2個時鐘輸出口，可由 T0的溢出在 ，可由 T1 的溢出在 輸出時鐘 。 （ 15） 外部中斷 I/O 口 7路 ,傳統的下降沿中斷或低電平觸發中斷 ,并新增支持上升沿中斷的 PCA 模塊 ， Power Down 模式可由外部中斷喚醒 ， INT0/, INT1/, T0/, T1/, RxD/,CCP0/(也可通過寄存器設置到 ), CCP1/ (也可通過寄存器設置到 )。 桂林電子科技大學畢業設計（論文）報告用紙 第 6 頁 共 38 頁 （ 16） PWM(2 路） /PCA（可編程計數器陣列 ,2路）可用來當 2 路 D/A 使用 ， 可用來再實現 2 個定時器 ， 也可用來再實現 2 個外部中斷 (上升沿中斷 /下降沿中斷均可分別或同時支持 )。 （ 17） A/D 轉換 , 10 位精度 ADC，共 8 路，轉換速度可達 250K/S(每秒鐘 25 萬次 )。 （ 18） 通用全雙工異步串行口 (UART)，由于 STC12 系列是高速的 8051，可再用定時器或 PCA 軟件實現多串口 。 （ 19） STC12C5A60S2 系列有雙串口，后綴有 S2 標志的才有雙串口， RxD2/(可通過寄存器設置到 )， TxD2/(可通過寄存器設置到 )。 （ 20） 溫度范圍： 40 +85℃( 工業級 ) / 0 75℃( 商業級 )。 （ 21） 封裝： PDIP40,LQFP44,LQFP48。 I/O口不夠時，可用 2到 3根普通 I/O 口線外接 74HC164/165/595（均可級聯）來擴展 I/O 口 ， 還可用 A/D 做按鍵掃描來節省 I/O口，或用雙 CPU,三線通信，還多了串口。 單片機的最小系統主要 由 STC12C5A60S復位電路、晶振電路、 RS232 模塊組成 ，實現對系 統的控制和基本操作。 電路 如圖 31所示： 圖 31 單片機最小系統原理圖 工作 原理如下 : （ 1） 復位電路： 無論是在單片機剛開始接上電源時，還是運行過程中發生故障都需要復位。復位電路用于將單片機內部各電路的狀態恢復到一個確定的初始值，并從這個狀態開始工作。 按鍵復位電路中，當按鍵沒有按下時，電路同上電復位電路。 當 在單片機運行過程中，按下 RESET 鍵，已經充好電的電容會快速通過電阻的回路放電，從而使得RST 引腳上的電位快速變為高電平，此高電平會維持到按鍵釋放，從而滿足單片機復位的條件實現按鍵復位。 桂林電子科技大學畢業設計（論文）報告用紙 第 7 頁 共 38 頁 （ 2） 時鐘電路 ： 單片機工作時，從取指令到譯碼再進行微操作，必須在時鐘信號控制下才能有序地進行，時鐘電路就是為單片機工作提供基本時鐘的。時鐘信號 產生的方式有兩種： 內部時鐘方式和外部時鐘方式。 這里采用是 內部時鐘方式 ， 在單片機 XTAL1 和XTAL2 引腳上跨接上一個晶振和兩個穩頻電容，可以與單片機片內的電路構成一個穩定的自激振蕩器。 晶振頻率 為 12 MHz， 瓷片電容 C C11的值 30PF， 外接電容的作用是對振蕩器進行頻率微調，使振蕩信號頻率與晶振頻率一致，同時起到穩定頻率的作用 。 （ 3） RS232 模塊： 使用 Max232 將單片機 的第二串口引出，通過 DB9 接口實現與外界串口通信。 （ 4） STC12C5A60S2A/D 轉化器 ： ① A/D 轉換器的結構 因為要對模擬信號的濃度值轉化成數字信號的電壓，應用到單片機里的 A/D 轉化器。 STC12C5A60AD/S2 系列帶 A/D 轉換的單片機的 A/D 轉換口在 P1 口 ( ()，有 8 路 10 位高速 A/D 轉換器 ， 速度可達到 250KHz。 8 路電壓輸入型 A/D， 可用于 溫度檢測、電池電壓檢測、按鍵掃描、頻譜檢測等。上電復位后 P1 口為弱上拉型 I/O 口，用戶可以通過軟件設置將 8 路中的任何一路設置為 A/D轉換，不需作為 A/D使用的口可繼續作為 I/O 口使用。 當 ， A/D 轉換結果寄存器格式如下： 當 ， A/D 轉換結果寄存器格式如下： STC12C5A60S2 系列單片機 ADC 由多路選擇開關、比較器、逐次比較寄存器、 10位DAC、轉換結果寄存器 (ADC_RES 和 ADC_RESL)以及 ADC_CONTR 構成。 STC12C5A60S2 系列單片機的 ADC 是逐次比較型 ADC。逐次比較型 ADC 由一個比較器和 D/A 轉換器構成，通過逐 次 比較邏輯，從最高位 (MSB)開始，順序地對每一輸入電壓與內置 D/A 轉換器輸出進行比較，經過多比較，使轉換所得的數字量逐次逼近輸入模擬量對應值。逐次比較型 A/D轉換器速度高，功耗低 的優點。 如上圖所示， 通過模擬多路開關，將通過 ADC07的模擬量輸入送給比較器 ， 用數 /模轉換器 (DAC)轉換的模擬量與本 次 輸入的模擬量通過比較器進行比較，將比較結果保存到逐次比較器，并通過逐 次 比較寄存器輸出轉換結果。 A/D 轉換結束后，最終的轉換結果保存到 ADC轉換結果寄存器ADC_RES 和 ADC_RESL，同時置位 ADC控制寄存器 ADC_CONTR 中的 A/D 轉換結束標志位 桂林電子科技大學畢業設計（論文）報告用紙 第 8 頁 共 38 頁 ADC_FLAG,以供程序查詢或發出中斷申請。模擬通道的選擇控制由 ADC控制寄存器ADC_CONTR中的 CHS2CHS0確定。 ADC的轉換速度由 ADC控制寄存器中的 SPEED1和 SPEED0確定。在使用 ADC 之前，應先給 ADC上電， 即 置位 ADC 控制寄存器中的 ADC_POWER 位。 當 ADRJ=0 時，如果取 10 位結果，則按下面公式計算 : 10bitA/D Conversion Result:(ADC_RES[7:0],ADC_RESL[1:0])=1024 Vin/Vcc) 當 ADRJ=0 時，如果取 8 位結果，按下面公式計算 : 8bitA/D Conversion Result:(ADC_RES[7:0)=256 Vin/Vcc) 當 ADRJ=1 時，如果 取 10 位結果，則按下面公式計算 : 10bitA/D Conversion Result:(ADC_RES[1:0],ADC_RESL[7:0])=1024 Vin/Vcc) 式中 ： Vin 為模擬輸入通道輸入電壓， Vcc 為單片機實際工作電壓，用單片機工作電壓作為模擬參考電壓。 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。 對 ADC_CONTR 寄存器進行操作， 不用 ‘與’和‘或’語句 ，直接用 MOV 賦值語句 。 ADC_POWER:ADC