黃國凱，張郡夫，呂海玉，于海霞

（大連理工大學(xué)城市學(xué)院，遼寧 大連 116000）

0 引 言

目前，國內(nèi)肺癌發(fā)病率急劇上升，其中一部分原因是廚房內(nèi)產(chǎn)生的碳顆粒及揮發(fā)性亞硝胺等致癌物質(zhì)進(jìn)入人體肺部所致。此外，糖尿病、心臟病等也可能與廚房油煙有關(guān)。

智能家居是近些年隨著物聯(lián)網(wǎng)、自動(dòng)控制等技術(shù)的快速發(fā)展及應(yīng)用而出現(xiàn)的新生事物[1-2]。它不僅智能高效，節(jié)省時(shí)間，安全性高，還節(jié)約了家居成本[3]。

基于此，本文設(shè)計(jì)了基于單片機(jī)的廚房致癌氣體及油溫檢測系統(tǒng)，它由主控制器模塊、指示燈電路模塊、溫濕度檢測模塊、煙霧檢測模塊、鍵盤模塊、LED顯示器模塊等組成。

1 系統(tǒng)方案

該系統(tǒng)的主控制器為STC89C52單片機(jī)，溫濕度傳感器為DHT11，煙霧傳感器為MQ-135，顯示器為LCD1602，模數(shù)轉(zhuǎn)換器為XPT2046。其工作原理大致如下：DHT11溫濕度傳感器檢測溫度，MQ-135煙霧傳感器檢測煙霧濃度，所測數(shù)據(jù)被XPT2046轉(zhuǎn)換后將對應(yīng)數(shù)字信號傳送給單片機(jī)；單片機(jī)對接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并傳輸?shù)絃CD1602顯示屏顯示，也可通過藍(lán)牙傳輸?shù)绞謾C(jī)端實(shí)時(shí)查看。若檢測的數(shù)字信息超過系統(tǒng)內(nèi)預(yù)設(shè)的參數(shù)值，單片機(jī)觸發(fā)報(bào)警系統(tǒng)，提醒使用者所處環(huán)境存在危險(xiǎn)，同時(shí)啟動(dòng)風(fēng)扇更換廚房內(nèi)的空氣。根據(jù)煙霧濃度的不同，風(fēng)扇頻率會(huì)隨之改變；燈光由獨(dú)立按鍵控制，功能鍵盤具備復(fù)位、設(shè)置、確認(rèn)、模式選擇、電機(jī)開關(guān)、燈開關(guān)等功能。系統(tǒng)組成如圖1所示。

1.1 硬件設(shè)計(jì)

1.1.1 主控芯片

系統(tǒng)采用STC公司出品的低功耗STC89C52RC單片機(jī)作為主控芯片。該單片機(jī)具有8 KB可編程FLASH程序存儲(chǔ)器，使用的MCS-51內(nèi)核比基礎(chǔ)51單片機(jī)功能更完善。

圖1 系統(tǒng)組成

1.1.2 顯示模塊

顯示模塊采用的LCD1602顯示屏每行顯示16個(gè)字符，共兩列，共計(jì)可顯示32個(gè)字符。此外，LCD1602還可顯示英文，且價(jià)格低廉，貨源充足。

1.1.3 溫濕度檢測模塊

溫濕度檢測模塊采用的DHT11是一款具有數(shù)字信號輸出能力的溫濕度復(fù)合傳感器，運(yùn)行穩(wěn)定[4]。該傳感器具有抵抗性濕度檢測和NTC溫度測定功能，以高性能8位微控制器連接，質(zhì)量過硬、應(yīng)答迅速、抗干擾能力強(qiáng)、成本低。DHT11傳感器在出廠之前已準(zhǔn)確校正，校正系數(shù)以程序形式存儲(chǔ)在OTP內(nèi)存中[5]。

1.1.4 煙霧傳感模塊

煙霧傳感模塊采用MQ-135傳感器。該傳感器使用的煤氣感應(yīng)材料具有在空氣中導(dǎo)電性能低的特點(diǎn)。此外，MQ-135傳感器成本低，使用壽命長，應(yīng)用范圍廣[6]，可將獲取的廚房煙霧數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為煤氣濃度信號[7]并輸出。MQ-135傳感器能感應(yīng)多種有害氣體，尤其對氨氣、磺化物、芳香烴極其敏感，很適合對煙霧及其他有害氣體進(jìn)行監(jiān)測。

1.1.5 模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊

XPT2046模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的數(shù)據(jù)接口為串聯(lián)接口，可通過串聯(lián)接口獲得數(shù)據(jù)信號處理器所發(fā)送的圖像信號。數(shù)據(jù)信號處理器可使用SPI、SSI、Microwire等同步串聯(lián)接口與傳真機(jī)通信。通信時(shí)段被用來控制DIN-PIN輸入字節(jié)，變量在獲得充分信息后，可根據(jù)獲得的信息設(shè)置輸入復(fù)式軟體和參考源，并進(jìn)入抽樣模式，必要時(shí)啟動(dòng)觸摸面板。三次循環(huán)后，設(shè)定控制字節(jié)系統(tǒng)輸入處于維持狀態(tài)。比率轉(zhuǎn)換SER/DFR=0時(shí)，驅(qū)動(dòng)器在轉(zhuǎn)換過程中持續(xù)工作，直到輸出模數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)果[8-10]。

2 軟件設(shè)計(jì)方案

智能抽油煙機(jī)系統(tǒng)軟件流程如圖2所示。

圖2 智能抽油煙機(jī)系統(tǒng)軟件流程

系統(tǒng)軟件流程大致如下：主函數(shù)開始運(yùn)行，初始化設(shè)定參數(shù)量程，之后MQ-135煙霧傳感器檢測煙霧濃度、DHT11溫度傳感器檢測溫度、光敏電阻檢測光線強(qiáng)度，系統(tǒng)將檢測到的濃度、溫度、光線強(qiáng)弱等參數(shù)經(jīng)過模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，由單片機(jī)將獲得的數(shù)值與系統(tǒng)預(yù)設(shè)的初值進(jìn)行比較，判斷獲取的數(shù)據(jù)是否超出量程，一旦超出量程，將引發(fā)聲光報(bào)警裝置，并開啟風(fēng)扇，同時(shí)把數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)絃CD1602液晶顯示屏進(jìn)行顯示。

3 結(jié) 語

目前，國內(nèi)外廚房對常規(guī)抽油煙機(jī)的改進(jìn)，僅從其耐高溫性、功率、出風(fēng)方式等方面考慮，缺少智能化功能?；趩纹瑱C(jī)的廚房致癌氣體及油溫檢測系統(tǒng)運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)提高了廚房用品的智能化、安全性水平。該系統(tǒng)不僅可以檢測廚房油煙的煙霧濃度，還可以將統(tǒng)計(jì)的煙霧濃度進(jìn)行整合，對烹飪方法進(jìn)行調(diào)整。此外，該系統(tǒng)后續(xù)還可應(yīng)用于室內(nèi)香煙煙霧濃度的檢測，并進(jìn)行室內(nèi)空氣的自動(dòng)更換，從而杜絕二手煙對非吸煙人士的傷害，降低疾病發(fā)病率。