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，傳統形式的抽油煙機勢必需要進一步的優化與完善。此次基于51單片機，將傳統抽油煙機劃分為檢測部分以及執行部分，使其同時具備了煤氣泄露監測、煙霧報警以及溫度監測等多方面功能，大大提升了設備的智能化水平。

1 系統硬件設計分析

1.1 控制模塊分析

硬件控制模塊是整個系統功能實現的關鍵，也正是由于這個模塊整個系統才能執行溫度監測、按鍵設置以及紅外監測等多項功能。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單片機原理圖，整個系統主要分為復位模塊、時鐘模塊以及P0口上拉電阻組成。

1.2 溫度監測模塊

如圖1所示，如若實際監測到的溫度值大于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通加熱電路，當溫度恢復至正常區間內時，則繼電器斷開，停止加熱。

1.3 數顯模塊

此次設計數顯主要采用LCD1602液晶屏顯示，該屏幕包含8位數據端口，數據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，即一旦發現被監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。對模塊輸出的高低電平外接一反相器，當未有監測到人時模塊輸出一低電平，并經過反向處理后與單片的一個中斷源連接，不觸發中斷行為;而當監測到人時，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，觸發中斷行為，并發出相應的告警，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據線即可與其實現有效連接。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。

此次設計外部數據存儲模塊主要為AT24C02型，內部含有8*256位的容量，可以使用串行總線規程進行通信連接。主機使用SCL引腳可以實現與時鐘信號的連接，SDA引腳可以發出控制信號，對數據傳輸開始、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，以便整個系統在啟動過程中能恢復原始數據，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據的實時播放，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場溫度傳感器的溫度值實時讀入制定的數組內。AT24C02模塊主要用于對溫度上下限值等進行數據存儲，光線監測程序負責對周邊環境的光亮進行監測，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 監控程序設計

系統的監控部分主要包括環境溫度監測、溫度顯示、鍵盤監測以及存儲上下限數據變化檢測、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，并進行一定的延時后寫入所需要顯示的數據誒榮，隨后進行再次的延時執行寫入下一次所需要顯示的數據內容，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，依據周邊光線強弱顯示白天還是晚上等。

2.4 溫度采集與數據存儲程序設計

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DS18B20通信協議，對數據進行讀寫。每一次溫度傳感器（即DS18B20）均需要經過復位操作，復位后即發出一ROM代碼指令，最后發送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。數據存儲模塊AT24C02主要負責對斷電后的數據進行存儲，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，以便系統使用。基于手動以及自動按鈕的操作，可以實現對系統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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