姚宗強(qiáng)

摘 要：煤氣灶以及抽油煙機(jī)已然成為現(xiàn)代家庭最常用設(shè)備，對(duì)于改善生活質(zhì)量、提升家庭和諧與幸福等多方面具有重要意義。抽油煙機(jī)的安全性也一直以來(lái)是社會(huì)大眾關(guān)注的焦點(diǎn)，故此次以51單片機(jī)為核心，對(duì)更為智能化以及安全性的抽油煙機(jī)設(shè)計(jì)展開(kāi)討論。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī);抽油煙機(jī);設(shè)計(jì)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.23.081

0 引言

傳統(tǒng)形式的抽油煙機(jī)往往需要手動(dòng)控制，因此存在干燒以及煤氣泄漏等多方面安全隱患，隨著人們對(duì)于生活質(zhì)量要求越來(lái)越高，傳統(tǒng)形式的抽油煙機(jī)勢(shì)必需要進(jìn)一步的優(yōu)化與完善。此次基于51單片機(jī)，將傳統(tǒng)抽油煙機(jī)劃分為檢測(cè)部分以及執(zhí)行部分，使其同時(shí)具備了煤氣泄露監(jiān)測(cè)、煙霧報(bào)警以及溫度監(jiān)測(cè)等多方面功能，大大提升了設(shè)備的智能化水平。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)分析

1.1 控制模塊分析

硬件控制模塊是整個(gè)系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵，也正是由于這個(gè)模塊整個(gè)系統(tǒng)才能執(zhí)行溫度監(jiān)測(cè)、按鍵設(shè)置以及紅外監(jiān)測(cè)等多項(xiàng)功能。此次設(shè)計(jì)主要采用AT89S51單片機(jī)為核心控制元件，如下圖所示為最小系統(tǒng)單片機(jī)原理圖，整個(gè)系統(tǒng)主要分為復(fù)位模塊、時(shí)鐘模塊以及P0口上拉電阻組成。

1.2 溫度監(jiān)測(cè)模塊

如圖1所示，如若實(shí)際監(jiān)測(cè)到的溫度值大于EEPROM所預(yù)設(shè)的溫度上限值，則在單片機(jī)的P0.5口會(huì)產(chǎn)生一個(gè)頻率為1kHz的周期且占空比達(dá)到百分之三十的方波，從而控制電機(jī)運(yùn)動(dòng)，此外蜂鳴器也會(huì)進(jìn)行報(bào)警。一旦溫度恢復(fù)到正常水平區(qū)間內(nèi)，則相關(guān)電機(jī)停止工作，且蜂鳴器也停止報(bào)警。而如若溫度下降至預(yù)設(shè)值的下限范圍時(shí)，則相對(duì)應(yīng)的繼電器工作聯(lián)通加熱電路，當(dāng)溫度恢復(fù)至正常區(qū)間內(nèi)時(shí)，則繼電器斷開(kāi)，停止加熱。

1.3 數(shù)顯模塊

此次設(shè)計(jì)數(shù)顯主要采用LCD1602液晶屏顯示，該屏幕包含8位數(shù)據(jù)端口，數(shù)據(jù)的選擇端口與單片機(jī)P2.0連接，讀寫(xiě)選擇端口則與P2.1連接，使能信號(hào)則與單片機(jī)的P1.2口連接，從而形成有效顯示回路，具體如圖1所示。

1.4 熱傳感模塊

該模塊主要用于對(duì)人員是否位于廚房空間內(nèi)進(jìn)行檢測(cè)，避免人員長(zhǎng)時(shí)間離開(kāi)廚房時(shí)出現(xiàn)干燒等情況。詳細(xì)原理圖如下圖2所示。實(shí)際該模塊使用了3個(gè)端口，主要用于高低電平信號(hào)的輸出，即一旦發(fā)現(xiàn)被監(jiān)測(cè)空間內(nèi)有人存在時(shí)則會(huì)響應(yīng)得到一個(gè)高電平，如若在一個(gè)延時(shí)周期內(nèi)，始終有人在監(jiān)測(cè)空間內(nèi)活動(dòng)，則模塊始終輸出一高電平值，如若人員離開(kāi)則輸出低電平。51單片機(jī)有INT0以及INT1兩個(gè)外部中斷源，都是在得到低電平以及下降脈沖時(shí)可以被激發(fā)。對(duì)模塊輸出的高低電平外接一反相器，當(dāng)未有監(jiān)測(cè)到人時(shí)模塊輸出一低電平，并經(jīng)過(guò)反向處理后與單片的一個(gè)中斷源連接，不觸發(fā)中斷行為;而當(dāng)監(jiān)測(cè)到人時(shí)，則輸出一個(gè)高電平，過(guò)反向處理后與單片的一個(gè)中斷源連接，觸發(fā)中斷行為，并發(fā)出相應(yīng)的告警，自動(dòng)的切斷氣源。詳細(xì)原理圖如圖2所示。

1.5 溫度采集與存儲(chǔ)模塊

此次溫度采集主要選擇DS18B20傳感器設(shè)備，其監(jiān)測(cè)溫度可以達(dá)到-55攝氏度至+125攝氏度，實(shí)際測(cè)量精度可以達(dá)到0.0625攝氏度，被檢測(cè)溫度使用帶符號(hào)擴(kuò)展的十六位補(bǔ)碼形式串行輸出，單片機(jī)只需要簡(jiǎn)單的一根數(shù)據(jù)線即可與其實(shí)現(xiàn)有效連接。此次設(shè)計(jì)中利用三引腳的PR-35封裝形式，詳細(xì)原理圖如圖2素食，VDD連接的外部上拉電阻，單片機(jī)的P1.4引腳則和I/O腳連接。

此次設(shè)計(jì)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊主要為AT24C02型，內(nèi)部含有8*256位的容量，可以使用串行總線規(guī)程進(jìn)行通信連接。主機(jī)使用SCL引腳可以實(shí)現(xiàn)與時(shí)鐘信號(hào)的連接，SDA引腳可以發(fā)出控制信號(hào)，對(duì)數(shù)據(jù)傳輸開(kāi)始、方向以及停止等進(jìn)行操作。該模塊主要用于存儲(chǔ)溫度閾值等資料，以便整個(gè)系統(tǒng)在啟動(dòng)過(guò)程中能恢復(fù)原始數(shù)據(jù)，詳細(xì)如圖2所示。

2 軟件設(shè)計(jì)分析

2.1 軟件功能概述

基于模塊化的設(shè)計(jì)方式可以大大降低軟件設(shè)計(jì)難度。系統(tǒng)主程序?qū)崟r(shí)調(diào)取LCD液晶屏顯示程序，不間斷掃描各個(gè)按鍵位置情況、對(duì)溫度進(jìn)行采集等等。LCD顯示程序主要用于溫度以及其它數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)播放，按鍵掃描等主要對(duì)按鍵情況進(jìn)行掃描，并進(jìn)行相應(yīng)的處理，溫度采集程序則主要將現(xiàn)場(chǎng)溫度傳感器的溫度值實(shí)時(shí)讀入制定的數(shù)組內(nèi)。AT24C02模塊主要用于對(duì)溫度上下限值等進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，光線監(jiān)測(cè)程序負(fù)責(zé)對(duì)周邊環(huán)境的光亮進(jìn)行監(jiān)測(cè)，如若檢測(cè)到周邊亮度過(guò)暗時(shí)則自動(dòng)啟動(dòng)設(shè)備的照明模塊。

2.2 監(jiān)控程序設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的監(jiān)控部分主要包括環(huán)境溫度監(jiān)測(cè)、溫度顯示、鍵盤監(jiān)測(cè)以及存儲(chǔ)上下限數(shù)據(jù)變化檢測(cè)、光線檢測(cè)等等。具體流程如圖3所示。

2.3 液晶顯示程序設(shè)計(jì)

液晶程序設(shè)計(jì)首先應(yīng)當(dāng)對(duì)液晶初始模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)，檢測(cè)液晶屏工作狀態(tài)，并進(jìn)行一定的延時(shí)后寫(xiě)入所需要顯示的數(shù)據(jù)誒榮，隨后進(jìn)行再次的延時(shí)執(zhí)行寫(xiě)入下一次所需要顯示的數(shù)據(jù)內(nèi)容，具體流程圖如圖4所示。液晶屏的溫度顯示包括上限值、下限值以及當(dāng)前實(shí)時(shí)溫度值幾個(gè)部分，依據(jù)周邊光線強(qiáng)弱顯示白天還是晚上等。

2.4 溫度采集與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)程序設(shè)計(jì)

在實(shí)際應(yīng)用中抽油煙機(jī)還可以對(duì)鍋內(nèi)的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，依據(jù)DS18B20通信協(xié)議，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行讀寫(xiě)。每一次溫度傳感器（即DS18B20）均需要經(jīng)過(guò)復(fù)位操作，復(fù)位后即發(fā)出一ROM代碼指令，最后發(fā)送RAM指令。實(shí)際DS18B20在ROM中有且只有唯一的48位序列號(hào)，在設(shè)備出廠前就已經(jīng)被編入ROM中。主機(jī)在進(jìn)行讀寫(xiě)操作前，首先需要對(duì)DS18B20序列號(hào)進(jìn)行有效識(shí)別。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊AT24C02主要負(fù)責(zé)對(duì)斷電后的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，以便下一次上電使用。按鍵掃描程序可以對(duì)溫度上下限預(yù)設(shè)值進(jìn)行必要的調(diào)整，也可以對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行方式進(jìn)行切換，當(dāng)有上限按鍵被按下時(shí)則可以將動(dòng)作結(jié)果存儲(chǔ)至AT24C02模塊中，以便系統(tǒng)使用?；谑謩?dòng)以及自動(dòng)按鈕的操作，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)不同運(yùn)行模式的有效切換。

3 結(jié)束語(yǔ)

實(shí)際此次基于51單片機(jī)的抽油煙機(jī)設(shè)計(jì)只是對(duì)其中一部分功能進(jìn)行介紹，實(shí)際包括光線強(qiáng)弱采集應(yīng)用以及其它智能化應(yīng)用未有進(jìn)行深入講解。相信未來(lái)隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，諸如AI等智能理念與人們家居生活的不斷結(jié)合，勢(shì)必會(huì)為人類更美好的生活提供更多便利。

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