梅宇軒

摘 要 隨著科學(xué)技術(shù)以及經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們的生活水平有了很大的提高，更加關(guān)心吃住方面的安全健康問題。在廚房內(nèi)，抽油煙機(jī)已然成為了必不可少的廚具，發(fā)揮的作用也可想而知，但是在另一方面，抽油煙機(jī)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(xiàn)在已經(jīng)出現(xiàn)了可以調(diào)節(jié)升降高度的抽油煙機(jī)，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(jī)來解決這方面的問題，本設(shè)計就是在這樣的背景之下產(chǎn)生的。本設(shè)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(jī)，單片機(jī)通過電機(jī)驅(qū)動來調(diào)節(jié)抽油煙機(jī)內(nèi)電機(jī)的功率，以此在不影響抽油煙機(jī)正常工作的情況下，盡最大的可能降低電能的損耗。經(jīng)過一系列的論證，本設(shè)計是合理的。

關(guān)鍵詞 單片機(jī)；抽油煙機(jī)；節(jié)能

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

隨著科學(xué)技術(shù)以及經(jīng)濟(jì)的發(fā)展進(jìn)步，尤其是這幾十年來，中國得到了很快速的發(fā)展，無論是在工業(yè)、教育還是在日常生活方面。僅僅是在20年之前，在農(nóng)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(xiàn)象就一去不復(fù)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(wèi)生。在這些能源以及鍋具都已經(jīng)普遍使用的情況下，各種輔助性的廚具也在進(jìn)行著發(fā)展革新，甚至智能廚具都開始要進(jìn)入市場了。

之前的老式的廚房，墻面都會有發(fā)黑或者發(fā)黃的現(xiàn)象，這些都是煙熏留下的痕跡，總是給人留下很不好的印象?，F(xiàn)在的廚房雖然很少出現(xiàn)燒柴的情況，但是在做飯時候難免會出現(xiàn)油煙的情況，日積月累，依然會影響到衛(wèi)生狀況。所以，現(xiàn)在幾乎家家戶戶都配備的有抽油煙機(jī)，這樣在很大程度上解決了做飯時候出現(xiàn)油煙的問題。但是抽油煙機(jī)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(xiàn)的油煙并不多，開啟抽油煙機(jī)就顯得有些浪費電能了?；谶@些情況，現(xiàn)在出現(xiàn)了智能型的抽油煙機(jī)，目前市面上出現(xiàn)了一款可以升降的抽油煙機(jī)，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(jī)的功率，并沒有解決抽油煙機(jī)的耗電問題。因此，設(shè)計一款新型的智能節(jié)能型的抽油煙機(jī)就顯得非常有必要的，而本設(shè)計就是在這樣的背景之下產(chǎn)生的。通過長期的觀察，本設(shè)計擬采用這樣的方案來節(jié)省電能：通過檢測油煙的濃度自動的調(diào)整抽油煙機(jī)的功率。因此，本設(shè)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(jī)的功率自動調(diào)整問題。

1 總體設(shè)計

本設(shè)計要制作的是一款智能型的抽油煙機(jī)，可以根據(jù)油煙的濃度自動調(diào)整抽油煙機(jī)的功率，該款系統(tǒng)終歸到底是一款自動控制的系統(tǒng)，對于自動控制系統(tǒng)的實現(xiàn)，目前用的最多的還是單片機(jī)控制系統(tǒng)以及PLC控制系統(tǒng)，PLC控制系統(tǒng)無論是在體積、功耗還是在成本方面，都是與單片機(jī)控制系統(tǒng)無法相比的，因此本設(shè)計采用單片機(jī)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(jī)功率的調(diào)節(jié)，實際上是對其內(nèi)部的電機(jī)功率的調(diào)節(jié)，目前對于電機(jī)功率的調(diào)節(jié)，用的比較多的就是PWM調(diào)節(jié)。本設(shè)計模型中采用電機(jī)驅(qū)動作為電機(jī)調(diào)節(jié)的器件。則本設(shè)計中的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

本設(shè)計中單片機(jī)采用的型號為stc89c51，煙霧傳感器采用的型號為MQ-2，電機(jī)驅(qū)動采用的型號為L298N，則本設(shè)計的系統(tǒng)原理圖如圖2所示。

當(dāng)然本設(shè)計現(xiàn)在要做的是模型驗證，有一些細(xì)節(jié)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(jī)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(chǎn)生的高溫會對傳感器造成損壞。另外，單片機(jī)所需要的電壓為5V，電機(jī)驅(qū)動所需要的電壓至少為12V，因此需要設(shè)置兩個電源，并且電源一定不能夠接錯，否則將會造成電機(jī)驅(qū)動無法工作或者單片機(jī)的燒毀。

2 硬件設(shè)計

單片機(jī)：單片機(jī)作為本設(shè)計的控制核心，其作用非常的關(guān)鍵。目前單片機(jī)在很多方面都發(fā)揮著極其關(guān)鍵的作用，例如工業(yè)生產(chǎn)、儀器儀表檢測、航空航天以及軍事等方面。單片機(jī)在20世紀(jì)70年代一經(jīng)問世就產(chǎn)生了很積極的影響，并且隨著時代的發(fā)展，其性能也得到了巨大的提升，對于各種復(fù)雜環(huán)境都有很強的適應(yīng)能力。如今的單片機(jī)的種類也有很多，現(xiàn)在的高速單片機(jī)已經(jīng)能夠達(dá)到300多兆，與最開始的4位單片機(jī)已經(jīng)不可同日而語了?？紤]到本設(shè)計對各項性能的要求，本設(shè)計采用的單片機(jī)的型號為stc89c52。該款單片機(jī)是非?；A(chǔ)也是非常經(jīng)典的一款，但是其各項性能完全能夠達(dá)到本設(shè)計的要求。并且該款單片機(jī)非常適用于初學(xué)者，對于了解計算機(jī)的結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)化為電信息的器件。其利用的原理是當(dāng)煙霧進(jìn)入到檢測室時，由于煙粒子的作用，使發(fā)光器件發(fā)射的光產(chǎn)生漫射，這種漫射光被受光器件接收，使受光器件的阻抗發(fā)生變化，產(chǎn)生光電流，從而實現(xiàn)了煙霧信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柕墓δ?，并且還可以通過電流的強弱判斷煙霧的濃度。本設(shè)計采用的煙霧傳感器的型號為MQ-2煙霧傳感器，其適應(yīng)性強，靈敏度高，使用壽命長，響應(yīng)速度快。

電機(jī)驅(qū)動：本設(shè)計采用的電機(jī)驅(qū)動的型號為L298N，與單片機(jī)相連接，能夠利用程序很方便的控制電機(jī)的轉(zhuǎn)向以及轉(zhuǎn)速。對于電機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，其采用的原理為PWM脈沖寬度調(diào)制，具體過程為對逆變電路開關(guān)進(jìn)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(jìn)行調(diào)制，就可以改變輸出電壓的大小。

3 軟件設(shè)計

該設(shè)計要完成的目標(biāo)是自動的檢測做飯時灶臺產(chǎn)生的油煙的濃度，并且根據(jù)濃度的大小自動的調(diào)節(jié)抽油煙機(jī)的功率，使得該系統(tǒng)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(jī)的電機(jī)轉(zhuǎn)速，達(dá)到降低電能損耗的目的。對于電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制，本設(shè)計采用的是PWM脈寬調(diào)制，通過調(diào)節(jié)占空比來調(diào)節(jié)電壓，進(jìn)而控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。對于占空比的調(diào)節(jié)，在程序中采用的是中斷的方法。將轉(zhuǎn)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(shù)關(guān)系聯(lián)系在一起，就能很好的通過煙霧濃度控制電機(jī)的功率。通過測量發(fā)現(xiàn)，廚房內(nèi)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(guān)系為lpwm=ywnd/0.2。通過這一系列的設(shè)計，得出本設(shè)計的系統(tǒng)流程圖如圖3所示。

4 結(jié)論

本設(shè)計通過檢測系統(tǒng)，中央控制系統(tǒng)以及調(diào)節(jié)系統(tǒng)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(jī)的電機(jī)轉(zhuǎn)速，達(dá)到降低電能損耗的目標(biāo)，無論是在成本還是在功能上面都具有很大的優(yōu)勢。當(dāng)然本設(shè)計還處在模型階段，對于大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)還是有一定的距離的，當(dāng)時相信這一旦投入使用，一定能夠發(fā)揮很積極的作用。并且本設(shè)計的思想還不僅僅局限于該設(shè)計本身，對于相關(guān)的領(lǐng)域也能發(fā)揮很積極的指導(dǎo)作用。？

參考文獻(xiàn)

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