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基于单片机的智能节能型抽油烟机的设计
摘 要 随着科学技术以及经济的发展,人们的生活水平有了很大的提高,更加关心吃住方面的安全健康问题.在厨房内,抽油烟机已然成为了必不可少的厨具,发挥的作用也可想而知,但是在另一方面,抽油烟机功率是很大的,在方便人们做饭的同时,依然也耗费了大量的电能,虽然现在已经出现了可以调节升降高度的抽油烟机,但是依然不能从根本上解决其巨大的耗能问题.因此需要一款新型的抽油烟机来解决这方面的问题,本设计就是在这样的背景之下产生的.本设计通过烟雾传感器检测油烟的浓度,并且将该信息传递给单片机,单片机通过电机驱动来调节抽油烟机内电机的功率,以此在不影响抽油烟机正常工作的情况下,尽最大的可能降低电能的损耗.经过一系列的论证,本设计是合理的.
关键词 单片机；抽油烟机；节能
中图分类号 TN4 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2018）224-0107-02
随着科学技术以及经济的发展进步,尤其是这几十年来,中国得到了很快速的发展,无论是在工业、教育还是在日常生活方面.仅仅是在20 年之前,在农村家家拾柴烧火还是非常普遍的事情,但也仅仅是在几年之后,这种现象就一去不复返了,都开始使用煤球了.有的地方使用煤气灶也变得不很稀奇.近几年来,各种智能家居电器变得普及起来,包括电磁炉、微波炉等,人们的生活也变得方便快捷.目前在城市里边,大部分家庭里边都采用天然气作为能源烧水做饭,不仅省时省力而且还清洁卫生.在这些能源以及锅具都已经普遍使用的情况下,各种辅助性的厨具也在进行着发展革新,甚至智能厨具都开始要进入市场了.
之前的老式的厨房,墙面都会有发黑或者发黄的现象,这些都是烟熏留下的痕迹,总是给人留下很不好的印象.现在的厨房虽然很少出现烧柴的情况,但是在做饭时候难免会出现油烟的情况,日积月累,依然会影响到卫生状况.所以,现在几乎家家户户都配备的有抽油烟机,这样在很大程度上解决了做饭时候出现油烟的问题.但是抽油烟机的功率是很大的,长期的开启是非常耗电的,并且在很多情况下,做饭出现的油烟并不多,开启抽油烟机就显得有些浪费电能了.基于这些情况,现在出现了智能型的抽油烟机,目前市面上出现了一款可以升降的抽油烟机,这就大大提高了抽油烟的效率.但是在另外一方面,这并没有降低抽油烟机的功率,并没有解决抽油烟机的耗电问题.因此,设计一款新型的智能节能型的抽油烟机就显得非常有必要的,而本设计就是在这样的背景之下产生的.通过长期的观察,本设计拟采用这样的方案来节省电能：通过检测油烟的浓度自动的调整抽油烟机的功率.因此,本设计需要首先解决以下几个方面的问题：
1）油烟的浓度检测问题；
2）抽油烟机的功率自动调整问题.
1 总体设计
本设计要制作的是一款智能型的抽油烟机,可以根据油烟的浓度自动调整抽油烟机的功率,该款系统终归到底是一款自动控制的系统,对于自动控制系统的实现,目前用的最多的还是单片机控制系统以及PLC 控制系统,PLC 控制系统无论是在体积、功耗还是在成本方面,都是与单片机控制系统无法相比的,因此本设计采用单片机控制的方法.而对于油烟浓度的检测问题,一般采用的是烟雾传感器.对于抽油烟机功率的调节,实际上是对其内部的电机功率的调节,目前对于电机功率的调节,用的比较多的就是PWM 调节.本设计模型中采用电机驱动作为电机调节的器件.则本设计中的系统结构框图如图1 所示.
本设计中单片机采用的型号为stc89c51,烟雾传感器采用的型号为MQ-2,电机驱动采用的型号为L298N,则本设计的系统原理图如图2 所示.
当然本设计现在要做的是模型验证,有一些细节是需要注意的.首先,对于烟雾传感器所放置的位置,必须在抽油烟机下方,并且不能够靠近抽气口,以防止抽气对油烟浓度的检测造成影响,同时也不能太靠近灶台,否则,灶台产生的高温会对传感器造成损坏.另外,单片机所需要的电压为5V,电机驱动所需要的电压至少为12V,因此需要设置两个电源,并且电源一定不能够接错,否则将会造成电机驱动无法工作或者单片机的烧毁.
2 硬件设计
单片机：单片机作为本设计的控制核心,其作用非常的关键.目前单片机在很多方面都发挥着极其关键的作用,例如工业生产、仪器仪表检测、航空航天以及军事等方面.单片机在20 世纪70 年代一经问世就产生了很积极的影响,并且随着时代的发展,其性能也得到了巨大的提升,对于各种复杂环境都有很强的适应能力.如今的单片机的种类也有很多,现在的高速单片机已经能够达到300 多兆,与最开始的4 位单片机已经不可同日而语了.考虑到本设计对各项性能的要求,本设计采用的单片机的型号为stc89c52.该款单片机是非常基础也是非常经典的一款,但是其各项性能完全能够达到本设计的要求.并且该款单片机非常适用于初学者,对于了解计算机的结构也具有很积极的作用.
烟雾传感器：烟雾传感器是将烟雾浓度信息转化为电信息的器件.其利用的原理是当烟雾进入到检测室时,由于烟粒子的作用,使发光器件发射的光产生漫射,这种漫射光被受光器件接收,使受光器件的阻抗发生变化,产生光电流,从而实现了烟雾信号转变为电信号的功能,并且还可以通过电流的强弱判断烟雾的浓度.本设计采用的烟雾传感器的型号为MQ-2 烟雾传感器,其适应性强,灵敏度高,使用寿命长,响应速度快.
电机驱动：本设计采用的电机驱动的型号为L298N,与单片机相连接,能够利用程序很方便的控制电机的转向以及转速.对于电机转速的调节,其采用的原理为PWM 脉冲宽度调制,具体过程为对逆变电路开关进行控制,使得其输出一系列幅值相等的脉冲,之后对脉冲的宽度进行调制,就可以改变输出电压的大小.
3 软件设计
该设计要完成的目标是自动的检测做饭时灶台产生的油烟的浓度,并且根据浓度的大小自动的调节抽油烟机的功率,使得该系统在不影响抽油烟功能效率的情况下,以最大的可能降低抽油烟机的电机转速,达到降低电能损耗的目的.对于电机转速的控制,本设计采用的是PWM 脉宽调制,通过调节占空比来调节电压,进而控制电机的转速.对于占空比的调节,在程序中采用的是中断的方法.将转速分为零到九,一共十挡.只需要令控制挡位的变量与烟雾浓度的表示变量用函数关系联系在一起,就能很好的通过烟雾浓度控制电机的功率.通过测量发现,厨房内的烟雾浓度不超过2.0mg/m3,程序中对于挡位的控制变量为lpwm,烟雾浓度的表示变量为ywnd,则挡位与烟雾浓度的关系为lpwm等于ywnd/0.2.通过这一系列的设计,得出本设计的系统流程图如图3 所示.
4 结论
本设计通过检测系统,控制系统以及调节系统的相互配合,完成了在不影响抽油烟功能效率的情况下,以最大的可能降低抽油烟机的电机转速,达到降低电能损耗的目标,无论是在成本还是在功能上面都具有很大的优势.当然本设计还处在模型阶段,对于大规模的工业生产还是有一定的距离的,当时相信这一旦投入使用,一定能够发挥很积极的作用.并且本设计的思想还不仅仅局限于该设计本身,对于相关的领域也能发挥很积极的指导作用.
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