基于單片機的智能節能型抽油煙機的設計

梅宇軒

摘 要 隨著科學技術以及經濟的發展，人們的生活水平有了很大的提高，更加關心吃住方面的安全健康問題。在廚房內，抽油煙機已然成為了必不可少的廚具，發揮的作用也可想而知，但是在另一方面，抽油煙機功率是很大的，在方便人們做飯的同時，依然也耗費了大量的電能，雖然現在已經出現了可以調節升降高度的抽油煙機，但是依然不能從根本上解決其巨大的耗能問題。因此需要一款新型的抽油煙機來解決這方面的問題，本設計就是在這樣的背景之下產生的。本設計通過煙霧傳感器檢測油煙的濃度，并且將該信息傳遞給單片機，單片機通過電機驅動來調節抽油煙機內電機的功率，以此在不影響抽油煙機正常工作的情況下，盡最大的可能降低電能的損耗。經過一系列的論證，本設計是合理的。

關鍵詞 單片機；抽油煙機；節能

中圖分類號 TN4 文獻標識碼 A 文章編號 1674-6708（2018）224-0107-02

隨著科學技術以及經濟的發展進步，尤其是這幾十年來，中國得到了很快速的發展，無論是在工業、教育還是在日常生活方面。僅僅是在20年之前，在農村家家拾柴燒火還是非常普遍的事情，但也僅僅是在幾年之后，這種現象就一去不復返了，都開始使用煤球了。有的地方使用煤氣灶也變得不很稀奇。近幾年來，各種智能家居電器變得普及起來，包括電磁爐、微波爐等，人們的生活也變得方便快捷。目前在城市里邊，大部分家庭里邊都采用天然氣作為能源燒水做飯，不僅省時省力而且還清潔衛生。在這些能源以及鍋具都已經普遍使用的情況下，各種輔助性的廚具也在進行著發展革新，甚至智能廚具都開始要進入市場了。

之前的老式的廚房，墻面都會有發黑或者發黃的現象，這些都是煙熏留下的痕跡，總是給人留下很不好的印象。現在的廚房雖然很少出現燒柴的情況，但是在做飯時候難免會出現油煙的情況，日積月累，依然會影響到衛生狀況。所以，現在幾乎家家戶戶都配備的有抽油煙機，這樣在很大程度上解決了做飯時候出現油煙的問題。但是抽油煙機的功率是很大的，長期的開啟是非常耗電的，并且在很多情況下，做飯出現的油煙并不多，開啟抽油煙機就顯得有些浪費電能了。基于這些情況，現在出現了智能型的抽油煙機，目前市面上出現了一款可以升降的抽油煙機，這就大大提高了抽油煙的效率。但是在另外一方面，這并沒有降低抽油煙機的功率，并沒有解決抽油煙機的耗電問題。因此，設計一款新型的智能節能型的抽油煙機就顯得非常有必要的，而本設計就是在這樣的背景之下產生的。通過長期的觀察，本設計擬采用這樣的方案來節省電能：通過檢測油煙的濃度自動的調整抽油煙機的功率。因此，本設計需要首先解決以下幾個方面的問題：

1）油煙的濃度檢測問題；

2）抽油煙機的功率自動調整問題。

1 總體設計

本設計要制作的是一款智能型的抽油煙機，可以根據油煙的濃度自動調整抽油煙機的功率，該款系統終歸到底是一款自動控制的系統，對于自動控制系統的實現，目前用的最多的還是單片機控制系統以及PLC控制系統，PLC控制系統無論是在體積、功耗還是在成本方面，都是與單片機控制系統無法相比的，因此本設計采用單片機控制的方法。而對于油煙濃度的檢測問題，一般采用的是煙霧傳感器。對于抽油煙機功率的調節，實際上是對其內部的電機功率的調節，目前對于電機功率的調節，用的比較多的就是PWM調節。本設計模型中采用電機驅動作為電機調節的器件。則本設計中的系統結構框圖如圖1所示。

本設計中單片機采用的型號為stc89c51，煙霧傳感器采用的型號為MQ-2，電機驅動采用的型號為L298N，則本設計的系統原理圖如圖2所示。

當然本設計現在要做的是模型驗證，有一些細節是需要注意的。首先，對于煙霧傳感器所放置的位置，必須在抽油煙機下方，并且不能夠靠近抽氣口，以防止抽氣對油煙濃度的檢測造成影響，同時也不能太靠近灶臺，否則，灶臺產生的高溫會對傳感器造成損壞。另外，單片機所需要的電壓為5V，電機驅動所需要的電壓至少為12V，因此需要設置兩個電源，并且電源一定不能夠接錯，否則將會造成電機驅動無法工作或者單片機的燒毀。

2 硬件設計

單片機：單片機作為本設計的控制核心，其作用非常的關鍵。目前單片機在很多方面都發揮著極其關鍵的作用，例如工業生產、儀器儀表檢測、航空航天以及軍事等方面。單片機在20世紀70年代一經問世就產生了很積極的影響，并且隨著時代的發展，其性能也得到了巨大的提升，對于各種復雜環境都有很強的適應能力。如今的單片機的種類也有很多，現在的高速單片機已經能夠達到300多兆，與最開始的4位單片機已經不可同日而語了。考慮到本設計對各項性能的要求，本設計采用的單片機的型號為stc89c52。該款單片機是非常基礎也是非常經典的一款，但是其各項性能完全能夠達到本設計的要求。并且該款單片機非常適用于初學者，對于了解計算機的結構也具有很積極的作用。

煙霧傳感器：煙霧傳感器是將煙霧濃度信息轉化為電信息的器件。其利用的原理是當煙霧進入到檢測室時，由于煙粒子的作用，使發光器件發射的光產生漫射，這種漫射光被受光器件接收，使受光器件的阻抗發生變化，產生光電流，從而實現了煙霧信號轉變為電信號的功能，并且還可以通過電流的強弱判斷煙霧的濃度。本設計采用的煙霧傳感器的型號為MQ-2煙霧傳感器，其適應性強，靈敏度高，使用壽命長，響應速度快。

電機驅動：本設計采用的電機驅動的型號為L298N，與單片機相連接，能夠利用程序很方便的控制電機的轉向以及轉速。對于電機轉速的調節，其采用的原理為PWM脈沖寬度調制，具體過程為對逆變電路開關進行控制，使得其輸出一系列幅值相等的脈沖，之后對脈沖的寬度進行調制，就可以改變輸出電壓的大小。

3 軟件設計

該設計要完成的目標是自動的檢測做飯時灶臺產生的油煙的濃度，并且根據濃度的大小自動的調節抽油煙機的功率，使得該系統在不影響抽油煙功能效率的情況下，以最大的可能降低抽油煙機的電機轉速，達到降低電能損耗的目的。對于電機轉速的控制，本設計采用的是PWM脈寬調制，通過調節占空比來調節電壓，進而控制電機的轉速。對于占空比的調節，在程序中采用的是中斷的方法。將轉速分為零到九，一共十擋。只需要令控制擋位的變量與煙霧濃度的表示變量用函數關系聯系在一起，就能很好的通過煙霧濃度控制電機的功率。通過測量發現，廚房內的煙霧濃度不超過2.0mg/ m3，程序中對于擋位的控制變量為lpwm，煙霧濃度的表示變量為ywnd，則擋位與煙霧濃度的關系為lpwm=ywnd/0.2。通過這一系列的設計，得出本設計的系統流程圖如圖3所示。

4 結論

本設計通過檢測系統，中央控制系統以及調節系統的相互配合，完成了在不影響抽油煙功能效率的情況下，以最大的可能降低抽油煙機的電機轉速，達到降低電能損耗的目標，無論是在成本還是在功能上面都具有很大的優勢。當然本設計還處在模型階段，對于大規模的工業生產還是有一定的距離的，當時相信這一旦投入使用，一定能夠發揮很積極的作用。并且本設計的思想還不僅僅局限于該設計本身，對于相關的領域也能發揮很積極的指導作用。？

參考文獻

[1]郭愛芳.傳感器原理及應用[M].西安：電子科技大學出版社，2015.

[2]張毅剛.單片機原理及應用[M].北京：高等教育出版社，2009.

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