基于51單片機控制的抽油煙機設計

姚宗強

摘 要：煤氣灶以及抽油煙機已然成為現(xiàn)代家庭最常用設備，對于改善生活質量、提升家庭和諧與幸福等多方面具有重要意義。抽油煙機的安全性也一直以來是社會大眾關注的焦點，故此次以51單片機為核心，對更為智能化以及安全性的抽油煙機設計展開討論。

關鍵詞：單片機;抽油煙機;設計

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

0 引言

傳統(tǒng)形式的抽油煙機往往需要手動控制，因此存在干燒以及煤氣泄漏等多方面安全隱患，隨著人們對于生活質量要求越來越高，傳統(tǒng)形式的抽油煙機勢必需要進一步的優(yōu)化與完善。此次基于51單片機，將傳統(tǒng)抽油煙機劃分為檢測部分以及執(zhí)行部分，使其同時具備了煤氣泄露監(jiān)測、煙霧報警以及溫度監(jiān)測等多方面功能，大大提升了設備的智能化水平。

1 系統(tǒng)硬件設計分析

1.1 控制模塊分析

硬件控制模塊是整個系統(tǒng)功能實現(xiàn)的關鍵，也正是由于這個模塊整個系統(tǒng)才能執(zhí)行溫度監(jiān)測、按鍵設置以及紅外監(jiān)測等多項功能。此次設計主要采用AT89S51單片機為核心控制元件，如下圖所示為最小系統(tǒng)單片機原理圖，整個系統(tǒng)主要分為復位模塊、時鐘模塊以及P0口上拉電阻組成。

1.2 溫度監(jiān)測模塊

如圖1所示，如若實際監(jiān)測到的溫度值大于EEPROM所預設的溫度上限值，則在單片機的P0.5口會產(chǎn)生一個頻率為1kHz的周期且占空比達到百分之三十的方波，從而控制電機運動，此外蜂鳴器也會進行報警。一旦溫度恢復到正常水平區(qū)間內，則相關電機停止工作，且蜂鳴器也停止報警。而如若溫度下降至預設值的下限范圍時，則相對應的繼電器工作聯(lián)通加熱電路，當溫度恢復至正常區(qū)間內時，則繼電器斷開，停止加熱。

1.3 數(shù)顯模塊

此次設計數(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P2.0連接，讀寫選擇端口則與P2.1連接，使能信號則與單片機的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

該模塊主要用于對人員是否位于廚房空間內進行檢測，避免人員長時間離開廚房時出現(xiàn)干燒等情況。詳細原理圖如下圖2所示。實際該模塊使用了3個端口，主要用于高低電平信號的輸出，即一旦發(fā)現(xiàn)被監(jiān)測空間內有人存在時則會響應得到一個高電平，如若在一個延時周期內，始終有人在監(jiān)測空間內活動，則模塊始終輸出一高電平值，如若人員離開則輸出低電平。51單片機有INT0以及INT1兩個外部中斷源，都是在得到低電平以及下降脈沖時可以被激發(fā)。對模塊輸出的高低電平外接一反相器，當未有監(jiān)測到人時模塊輸出一低電平，并經(jīng)過反向處理后與單片的一個中斷源連接，不觸發(fā)中斷行為;而當監(jiān)測到人時，則輸出一個高電平，過反向處理后與單片的一個中斷源連接，觸發(fā)中斷行為，并發(fā)出相應的告警，自動的切斷氣源。詳細原理圖如圖2所示。

1.5 溫度采集與存儲模塊

此次溫度采集主要選擇DS18B20傳感器設備，其監(jiān)測溫度可以達到-55攝氏度至+125攝氏度，實際測量精度可以達到0.0625攝氏度，被檢測溫度使用帶符號擴展的十六位補碼形式串行輸出，單片機只需要簡單的一根數(shù)據(jù)線即可與其實現(xiàn)有效連接。此次設計中利用三引腳的PR-35封裝形式，詳細原理圖如圖2素食，VDD連接的外部上拉電阻，單片機的P1.4引腳則和I/O腳連接。

此次設計外部數(shù)據(jù)存儲模塊主要為AT24C02型，內部含有8*256位的容量，可以使用串行總線規(guī)程進行通信連接。主機使用SCL引腳可以實現(xiàn)與時鐘信號的連接，SDA引腳可以發(fā)出控制信號，對數(shù)據(jù)傳輸開始、方向以及停止等進行操作。該模塊主要用于存儲溫度閾值等資料，以便整個系統(tǒng)在啟動過程中能恢復原始數(shù)據(jù)，詳細如圖2所示。

2 軟件設計分析

2.1 軟件功能概述

基于模塊化的設計方式可以大大降低軟件設計難度。系統(tǒng)主程序實時調取LCD液晶屏顯示程序，不間斷掃描各個按鍵位置情況、對溫度進行采集等等。LCD顯示程序主要用于溫度以及其它數(shù)據(jù)的實時播放，按鍵掃描等主要對按鍵情況進行掃描，并進行相應的處理，溫度采集程序則主要將現(xiàn)場溫度傳感器的溫度值實時讀入制定的數(shù)組內。AT24C02模塊主要用于對溫度上下限值等進行數(shù)據(jù)存儲，光線監(jiān)測程序負責對周邊環(huán)境的光亮進行監(jiān)測，如若檢測到周邊亮度過暗時則自動啟動設備的照明模塊。

2.2 監(jiān)控程序設計

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

2.3 液晶顯示程序設計

液晶程序設計首先應當對液晶初始模塊進行設計，檢測液晶屏工作狀態(tài)，并進行一定的延時后寫入所需要顯示的數(shù)據(jù)誒榮，隨后進行再次的延時執(zhí)行寫入下一次所需要顯示的數(shù)據(jù)內容，具體流程圖如圖4所示。液晶屏的溫度顯示包括上限值、下限值以及當前實時溫度值幾個部分，依據(jù)周邊光線強弱顯示白天還是晚上等。

2.4 溫度采集與數(shù)據(jù)存儲程序設計

在實際應用中抽油煙機還可以對鍋內的溫度進行實時采集，依據(jù)DS18B20通信協(xié)議，對數(shù)據(jù)進行讀寫。每一次溫度傳感器（即DS18B20）均需要經(jīng)過復位操作，復位后即發(fā)出一ROM代碼指令，最后發(fā)送RAM指令。實際DS18B20在ROM中有且只有唯一的48位序列號，在設備出廠前就已經(jīng)被編入ROM中。主機在進行讀寫操作前，首先需要對DS18B20序列號進行有效識別。數(shù)據(jù)存儲模塊AT24C02主要負責對斷電后的數(shù)據(jù)進行存儲，以便下一次上電使用。按鍵掃描程序可以對溫度上下限預設值進行必要的調整，也可以對系統(tǒng)運行方式進行切換，當有上限按鍵被按下時則可以將動作結果存儲至AT24C02模塊中，以便系統(tǒng)使用?；谑謩右约白詣影粹o的操作，可以實現(xiàn)對系統(tǒng)不同運行模式的有效切換。

3 結束語

實際此次基于51單片機的抽油煙機設計只是對其中一部分功能進行介紹，實際包括光線強弱采集應用以及其它智能化應用未有進行深入講解。相信未來隨著技術的不斷發(fā)展，諸如AI等智能理念與人們家居生活的不斷結合，勢必會為人類更美好的生活提供更多便利。

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