閆莎莎

【關(guān)鍵詞】單片機(jī);排氣扇;采集;溫度;煙霧

在現(xiàn)代日常生活中，排氣扇一般應(yīng)用于廚房、浴室、工廠等場(chǎng)合排除煙霧。傳統(tǒng)排氣扇已經(jīng)逐漸退出市場(chǎng)，人們對(duì)自動(dòng)化的排氣扇的需求越來越大。排氣扇在人們的日常生活中的作用就是排除室內(nèi)的對(duì)人體有害的氣體或臭氣，人們也會(huì)因呼吸到新鮮空氣而感到舒適感[1]。當(dāng)室內(nèi)空氣發(fā)生變化時(shí)，自動(dòng)化的排氣扇系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)，室內(nèi)外的空氣開始對(duì)流，凈化室內(nèi)空氣，使室內(nèi)空氣保持良好的空氣質(zhì)量，讓人們?cè)谑覂?nèi)呼吸道良好的空氣。

自動(dòng)排氣扇相對(duì)于傳統(tǒng)排氣扇的優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在自動(dòng)上，當(dāng)空氣的成分發(fā)生變化且超過臨界值，自動(dòng)排氣扇開始啟動(dòng)。自動(dòng)排氣扇比傳統(tǒng)排氣扇先進(jìn)在可以一直監(jiān)測(cè)空氣中成分，從而可以確保人們?cè)谑覂?nèi)呼吸道新鮮空氣。自動(dòng)排氣扇可以根據(jù)室內(nèi)的空氣質(zhì)量或溫度去自行控制排氣扇的開啟，甚至根據(jù)周圍環(huán)境的變化去自動(dòng)調(diào)節(jié)排氣扇的轉(zhuǎn)速，這為人們帶來了自動(dòng)化生活的體感，使人民生活更加舒適。傳統(tǒng)的排氣扇控制多采用機(jī)械方式進(jìn)行，存在需要人為的手動(dòng)換擋，不能檢測(cè)空氣質(zhì)量等缺點(diǎn)，隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，現(xiàn)代生活中消費(fèi)電子產(chǎn)品都會(huì)變得更加人性化、自動(dòng)化以及智能化。排氣扇也從傳統(tǒng)排氣扇經(jīng)過更新?lián)Q代，結(jié)合科技力量，逐漸發(fā)展成為滿足人們生活需求的自動(dòng)化排氣

本系統(tǒng)由單片機(jī)最小系統(tǒng)、溫度采集模塊和煙霧采集模塊、液晶顯示模塊、聲光報(bào)警模塊和繼電器驅(qū)動(dòng)模塊組成。結(jié)構(gòu)框架如圖1所示：

本系統(tǒng)接通電源后，各個(gè)模塊都會(huì)進(jìn)行初始化，初始化完成后煙霧傳感器和溫度傳感器開始工作采集周圍環(huán)境的信息，將其傳回單片機(jī)且實(shí)時(shí)顯示在液晶顯示屏上，單片機(jī)對(duì)采集到的信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，判斷是否發(fā)出脈沖信號(hào)去控制報(bào)警電路和驅(qū)動(dòng)負(fù)載[2]。在本設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，軟件程序會(huì)自動(dòng)設(shè)置好相應(yīng)的溫度閾值和煙霧濃度閾值，但是也可以通過按鍵去調(diào)節(jié)閾值的大小。當(dāng)超過閾值時(shí)，主控模塊發(fā)出信號(hào)控制報(bào)警電路和風(fēng)扇的啟動(dòng)。

（一）煙霧傳感器選型

在日常生活中，家用廚房一般選用天然氣作為主要燃?xì)猓烊粴庠谌紵龝r(shí)會(huì)產(chǎn)生CO 和 CO2等氣體。所以廚房一般會(huì)存在CO等有害氣體。而MQ-2煙霧傳感器對(duì)這些氣體都能較快地檢測(cè)到。MQ-2 傳感器探測(cè)煙霧靈敏高、探測(cè)濃度準(zhǔn)確，常被用于檢測(cè)液化氣等危險(xiǎn)氣體，可以通過檢測(cè)室內(nèi)的煙霧濃度去判斷是否開啟風(fēng)扇。MQ-2氣體煙霧傳感器的輸出為電壓值，而單片機(jī)接受的是數(shù)字信號(hào)，所以需要AD轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。當(dāng)檢測(cè)到的煙霧濃度小于設(shè)定值時(shí)，單片機(jī)會(huì)檢測(cè)到一個(gè)高電平。當(dāng)檢測(cè)到的煙霧濃度高于設(shè)定值時(shí)，單片機(jī)會(huì)檢測(cè)到一個(gè)低電平。

MQ-2型傳感器的作用就是檢測(cè)室內(nèi)的煙霧濃度，當(dāng)它檢測(cè)當(dāng)前空氣成分時(shí)，分子間界處的勢(shì)壘收到此時(shí)接收到的空氣中的天然氣分子變化的信息，從而引起電導(dǎo)率的變化，利用這個(gè)特性就可以采集到實(shí)時(shí)的煙霧濃度情況[3]。

（二）溫度傳感器選型

因檢測(cè)對(duì)象是室內(nèi)環(huán)境，因此需要體積小且能安穩(wěn)運(yùn)行的溫度傳感器。該設(shè)計(jì)檢測(cè)室內(nèi)溫度，會(huì)受周圍環(huán)境和地理?xiàng)l件因素的影響，所以需要抗干擾能力強(qiáng)且能穩(wěn)定工作的溫度傳感器。DS18B20是一種單總線數(shù)字溫度傳感器。DS18B20有獨(dú)特的單線接口方式，沒有時(shí)鐘線[4]。在與單片機(jī)連接時(shí)，實(shí)現(xiàn)了單線接口的方式。其測(cè)溫范圍在-55℃～+125℃之間，固有測(cè)溫分辨率0.5℃;綜上所述，DS18B20芯片適用于本系統(tǒng)。

（三）單片機(jī)的最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)

單片機(jī)選型為ST89C51，它是一種可靠性高、性價(jià)比高、高性能的單片機(jī);系統(tǒng)電路晶振設(shè)定為11.0592M，并聯(lián)電容為3pF，方便電路起振;電源電路：從常用的USB接口獲取5V電源[5]。

（四）聲光報(bào)警電路設(shè)計(jì)

當(dāng)室內(nèi)的煙霧濃度或溫度檢測(cè)值超出預(yù)設(shè)閾值時(shí)，這片機(jī)的P1.7口會(huì)顯示為低電平，三極管被導(dǎo)通，基極電流被放大，蜂鳴器通電發(fā)出報(bào)警聲，直到室內(nèi)煙霧濃度或溫度檢測(cè)值恢復(fù)正常，或手動(dòng)切斷系統(tǒng)的電源解除報(bào)警。

采用LED燈來提示溫度和煙霧濃度超出閾值，且采用黃色和紅色分別顯示達(dá)到區(qū)分的目的。選用LED燈的原因是其體積小、穩(wěn)定性高、發(fā)光純度高、反應(yīng)速度快。因此LED是最好的選擇。

（五）A/D轉(zhuǎn)換模塊設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)采用ADC0809轉(zhuǎn)換器將煙霧傳感器采集的信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。

（六）液晶顯示電路設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)的顯示電路可選擇LED數(shù)碼管、LCD液晶顯示屏、OLED顯示屏[6]。單片機(jī)人機(jī)交流界面要求不用一直刷新，而是保持常亮，且顏色不變。由于本設(shè)計(jì)需要精致巧妙，操作簡單，以達(dá)到智能控制目的，而LCD液晶顯示屏很薄，不占地方，且操作容易。其畫質(zhì)很高但能耗很小，做到了節(jié)能減排。液晶顯示模塊要求能迅速可靠的反應(yīng)當(dāng)前溫度和煙霧濃度，準(zhǔn)確顯示清晰數(shù)字和設(shè)置閾值。因此采用LCD液晶顯示屏。

當(dāng)單片機(jī)接通電源時(shí)進(jìn)入初始化狀態(tài)，此時(shí)溫度檢測(cè)模塊和煙霧檢測(cè)模塊開始采集數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)與預(yù)設(shè)值進(jìn)行比較。當(dāng)超出閾值時(shí)會(huì)有脈沖信號(hào)給報(bào)警電路和驅(qū)動(dòng)負(fù)載電路。當(dāng)設(shè)置錯(cuò)誤時(shí)，有相應(yīng)的復(fù)位電路。程序流程如圖2所示。

單片機(jī)的最小系統(tǒng)在焊接過程中要求絕不虛焊，使單片機(jī)可以正常運(yùn)行。將單片機(jī)最小系統(tǒng)與采購的煙霧傳感器、溫度傳感器、LCD液晶顯示屏、報(bào)警模塊用杜邦線進(jìn)行連接通電測(cè)試。各傳感器電源的指示燈亮起、LCD屏亮、報(bào)警模塊亮光和聲音報(bào)警，表明連接正確，可進(jìn)行使用。通過點(diǎn)燃紙張，打火機(jī)熄滅后放氣等方式，煙霧傳感器采集煙霧濃度信息。超出閾值就發(fā)出報(bào)警，黃燈開始常亮，且風(fēng)扇開始轉(zhuǎn)動(dòng)。

本系統(tǒng)完成了控制信號(hào)檢測(cè)模塊、主控模塊、聲光報(bào)警和繼電器驅(qū)動(dòng)模塊的設(shè)計(jì)以及實(shí)物模型制作。液晶顯示屏能夠?qū)崟r(shí)顯示室內(nèi)的煙霧濃度或溫度。聲音報(bào)警采用蜂鳴器，因?yàn)閱纹瑱C(jī)的輸出電流不滿足驅(qū)動(dòng)蜂鳴器要求，需使用三極管放大電路來控制蜂鳴器。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)能滿足日常生活對(duì)廚房中自動(dòng)排氣扇的電氣控制系統(tǒng)的控制基本要求。