【精品】抽油机智能控制系统的设计毕业论文设计说明书40论文41

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题目：油烟机智能控制系统的设计

题目类型：?理论研究?实验研究?工程设计?工程技术研究?软件开发

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3）其它

摘要

油烟机是一种净化厨房环境的设备，主要是将对人体有害的油烟迅速抽走，排出室外，减少污染，净化空气，还有防毒、防爆的安全保障作用。本次课题的研究的意义主要是因为现在功耗大，噪音大，清洗不方便，排污效果不好，占用空间大，使用寿命短等多种缺点，随着人们环保意识的增强和对健康要求的提高，性能不好的抽油烟机逐渐不能满足人们的需求。为了节能环保、无噪声、智能化操作，提高油烟吸收率和净化率，从风量、风压、噪声、本体阻力、油烟净化效率研究。整个系统根据要求实施的方法：（1）对油烟机进行智能控制，使用STC系列的单片机最小系统，并用集成在单片机里面的AD模块对信号进行采样。（2）选择性能较好的MQ-2的烟雾传感模块，准确的检测出油烟的浓度，保证测量的稳定性和精确性。（3）利用继电器组成开关电路，对电机进行控制。（4）用LCD1602显示各种数据。（5）利用变压器、整流桥堆、7805、7815稳压芯片等组成电源模块，为油烟机的各个模块提供合适的电压。（6）由三极管、蜂鸣器等组成的一个报警电路，当油烟浓度过高时，进行报警，保证安全。（7）用热释电红外传感模块对人进行感应，当在无烟无人的情况下能自动关机，起到节能的作用。按照方案设计，系统稳定，能智能化的控制抽油烟机，清晰的显示各种状态，净化率高，噪声小，环保节能。

关键词：油烟机；单片机；智能控制；环保节能

Abstract

Smoke machine is a kind of purification of kitchen environment equipment, mainly to body , air purification, and gas, and explosion-proof safety protection function. This topic research significance is mainly because of large power consumption, big noise, convenient cleaning, draining effect is not good, large space occupation, short service life and other shortcomings, with the enhanced awareness of environmental protection and the order to energy saving and environmental protection, no noise, intelligent operation, improving the cooking fume absorption and purification rate, from the air, wind, noise, body resistance, fume purification efficiency research. The whole system according to the requirements of the implementation of the method: (1) the lampblack machine intelligent control, the use of STC Series MCU minimum system, and integrated in the chip inside the A D module of signal sampling. (2) choose the better performance of MQ-2smoke sensing module, accurate detection of smoke concentration measurement, guarantee the stability and accuracy of the. (3) using a relay switch circuit, motor control. (4) with LCD1602 display various data. (5) the use of transformer, rectifier bridge,7805,7815voltage stabilizing chip composed of power supply module, each module is provided for lampblack machine suitable voltage. (6) consists of three transistors, a buzzer, composed of an alarm circuit, when the fume concentration is too , when in a smoke-free no circumstances can automatically shut down, and of energy conservation. According to the design, the stability of the system, intelligent control of lampblack machine, clear display status, efficiency, low noise, environmental protection and energy saving.

Key words: ventilator; MCU; intelligent control; environmental protection and energy saving

目录

引言 (1)

1 抽油烟机的简介 (1)

1.1 抽油烟机的分类 (1)

1.2 抽油烟机的基本结构 (2)

1.3 抽油烟机的工作原理 (2)

1.4 选购油烟机的方法 (2)

1.5 油烟机的现状 (3)

2 系统的基本设计方案和结构 (3)

2.1 系统的基本设计方案 (3)

2.2 系统的基本结构 (4)

3 硬件模块的设计 (4)

3.1 单片机最小系统 (4)

3.1.1STC12C5A60S2简介 (4)

3.1.2单片机最小系统的原理 (6)

3.2 电源模块 (8)

3.3 油烟检测模块 (10)

3.4 人体传感模块 (10)

3.4.1热释电红外传感器的工作原理 (10)

3.4.2热电传感器的使用 (11)

3.5 电机控制模块 (12)

3.6 显示模块 (12)

3.6.1LCD1602简介 (13)

3.6.2LCD1602的基本原理 (14)

3.7 报警模块 (15)

4 程序 (15)

4.1 程序总流程 (15)

4.2 AD采样程序 (16)

4.3 显示程序 (17)

4.4 定时程序 (17)

5 安装与调试 (18)

5.1 元件的检测安装焊接 (18)

5.1.1元件处理及检测 (18)

5.1.2元件安装顺序 (19)

5.1.3焊接的方法 (19)

5.2 系统板调试 (20)

5.2.1静态检测 (20)

5.2.2动态调试 (20)

6 结论 (20)

谢辞 (23)

参考文献 (24)

附录 (25)

引言

油烟机随着科学技术的发展和人民生活的质量的提高，油烟机种类繁多，功能齐全，质量可靠，并逐渐走向智能化。油烟机在国外研究全面，技术比较纯熟。自从中国第一台油烟机是我国在德国慕尼黑商品博览会上引进由帅康生产，中国油烟机行业经过20多年的发展，已成为一个较成熟的产业，但存在油烟机行业标准不规范，科研开发能力弱，技术提升缓慢，环保能效低，安全问题和污染问题严重等制约了行业的进一步发展和品质的提高。

随着生活质量的提升，人们对环保和健康要求越来越高。油烟含有丙烯醛等各种化学物质，对不同年龄层次的人存在各种不同的身体伤害，对眼、鼻、咽喉黏膜有强烈的刺激，可引起慢性角膜炎、鼻炎、咽喉炎、气管炎、肺炎等疾病，油烟入侵呼吸道，可引起食欲减退、心烦意乱、精神不振、疲乏无力等症状，即"油烟综合症"。因此油烟机在厨房中显得越来越来必须，为了人们的生活质量和身体健康，研究出科学而合理的油烟机是当务之急。目前中国油烟机企业正抓住新的发展形势，加大科技创新，打造新的品牌，提高技术含量，加强售后服务水平，打造有效推广策略，对油烟机行业的国家标准进行统一规划，注重环保要求，创造出广阔的发展情景，使人们的生活更加环保健康。

1 抽油烟机的简介

抽油烟机是一种净化厨房环境的厨房电器。能将厨房对人身体有害的气体排出厨房，净化空气。随着社会的发展和人们的需求，油烟机的繁多，逐渐智能化，环保化。

1.1 抽油烟机的分类

抽油烟机主要分为三种：一是中式烟机，二是欧式烟机，三是侧吸式，四是多媒体智能机。

（1）中式烟机:主要分为老式浅深吸式抽油烟机，浅式抽烟机是普通排气扇，直接把油烟排到室外。深吸式烟机缺点是占用空间，噪音大，容易碰头，滴油，使用寿命短，清洗不方便，排污效果不明显。

（2）欧式烟机:利用多层油网过滤{5-7层}，增加电机功率以达到最佳效果，一般功率都在200瓦以上。特点是：外观漂亮，价格较贵，适合高端用户群体。多为平网型过滤油网，吊挂式安装结构。

（3）侧吸式油烟净化器：利用空气动力学和流体力学设计，先利用表面的油烟分离板把油烟分离再排出干净空气的原理。它的特点是抽油烟效果好，在99%以上。不滴油不碰头，隐藏在橱柜里与橱柜融为一体，不占空间。电机不粘油使用寿命长，清洗方便。省电一般在160瓦。油烟不通过呼吸区保证主妇的身体健康。排出干净空气不污染环境。

（4）多媒体智能烟机：采用现代工业自动控制技术、互联网技术与多媒体技术的完美组合，为现代智能厨房提供了样板，带领现代厨房步入娱乐与享受的动感时代。代表产品是展翼型油烟机。

1.2 抽油烟机的基本结构

抽油烟机主要有机壳、风道、风机、止回阀、集排油装置、照明装置、电源开关和电源线等构成。

（1）机壳：有壳体和面板两部分组成，采用冷轧薄钢板表面喷塑处理而成，不仅外形光洁，美观不生锈，而且耐用度高和易于清洁。目前也比较流行采用钢化玻璃和不锈钢材料。

（2）电机：电机是抽油烟机的核心部分，采用全封闭的单相电容运转式异步电动机；铁壳全封闭，电机轴承为双列滚珠轴承，绝缘等级为E极绝缘，启动电容的容量为4微法左右。

（3）风轮：采用离心式风轮。其直径为220mm240mm。有硅合金铝片冲压而成，经久耐用不变型，动平衡性能好。

（4）风道:为烟气的通道，由冷轧薄钢板表面喷塑处理而成，风道结构的合理性决定了整个抽油烟机的排风量和噪音。

（5）止回阀:采用塑料而成，作用是防止烟气倒灌。

（6）集排烟装置：由集油盒、排烟管、集油杯和导油环构成。

（7）照明装置：普通中世纪采用15-40W白炽螺口灯泡：欧式机、近吸式采用冷光源灯，外有一块可拆式的透明有机玻璃片，将灯具封闭起来，避免烹饪时油烟沾污和腐蚀灯具，保证电器安全。

（8）电源开关：采用轻触式开关或机械开关控制工作状态。

1.3 抽油烟机的工作原理

抽油烟机安装于炉灶上部，接通吸油烟机电源，驱动电机，使得风轮作高速旋转，使炉灶上方一定的空间范围内形成负压区，将室内的油烟气体吸入吸油烟机内部，油烟气体经过油网过滤，进行第一次油烟分离，然后进入烟机风道内部，通过叶轮的旋转对油烟气体进行第二次的油烟分离，风柜中的油烟受到离心力的作用，油雾凝集成油滴，通过油路收集到油杯，净化后的烟气最后沿固定的通路排出。

1.4 选购油烟机的方法

在购买的油烟机的事必须考虑的两个参数：

（1）排烟率：要选择排烟率高的，因为油烟对人体的呼吸系统会产生伤害，引起煤烟型氟中毒，砷中毒对身体危害大。

（2）负压：要选择负压大的，因为抽油烟机的负压越大，吸烟能力越强。

评定油烟机的好坏应有以下四个标准：

（1）能否把厨房油烟完全抽干净。

（2）能否把油和烟分离，让风机得到有效的保护。

（3）清洗是否轻松方便。

（4）是否省电并长期保持超强功效。

1.5 油烟机的现状

传抽油烟机采用的都是吊顶设计，安装高度一般在700mm左右，而其主流机型的风机功率大都在200—250瓦(国家标准要求不能超过200瓦)之间，故其有效抽吸半径大致在300—400mm左右，锅面就完全在它的风机抽吸范围之外，这样油烟从锅面一产生只有部分密度小于空气的能上升进入风机的抽吸范围外，其余高密度高污染的油烟自然就四处漫延，导致油烟的吸收率低。传统油烟机在油烟过滤方面，都是采用滤油网方式。有一层、二层或多层，滤孔有方形、菱形、圆形等，目的是寄希望通过滤网把油烟挡住，但这种设计效果非常差，导致油烟的净化率非常低。平常用的抽油烟机除了存在吸收率和净化率低之外，还有功耗大、噪音大、清洁不便、非智能化、非环保化等各种缺点。

本次课题设计的抽油烟机系统，就是为了提高油烟机油烟的吸收率和净化率，降低功耗和噪音，使清洁方便，对各种状态进行显示，智能化操作，做到环保节能。

2 系统的基本设计方案和结构

2.1 系统的基本设计方案

本课题是基于单片机技术实现油烟机的智能控制系统。主要任务是能制作出一个油烟机的系统模型，实现对油烟机的智能控制，可检测浓度并控制抽风机的档位。基本要求：（1）选择好合适的传感器测量出油烟的浓度；（2）根据油烟的浓度控制抽风机的档位；（3）在无人的情况下能自动关机。

根据设计的基本要求，制定出对应的方案如下：

（1）为对油烟机进行智能控制，使用STC系列的单片机最小系统。对信号进行采样，用集成在单片机里面的AD模块，避免在外面用DAC0832组成的电路进行采样，变得廉价简单。通过合理的编程就可以对整个油烟机进行智能控制。

（2）为比较准确的检测出油烟的浓度，选择性能较好的MQ-2的烟雾传感模块。保证测量的稳定性和精确性。

（3）利用固态继电器组成开关电路，对电机进行控制。

（4）由于要显示油烟的浓度、抽风机的档位和定时的时间等各种状态，数据比较多，采用1602显示。虽然多个数码管组合也能实现，相对比较廉价，但数量多，影响板的

整体美观，且显示不直观。

（5）整个板的运转，必须要有电源。利用整流桥堆、7805、7815稳压芯片等组成电源模块，为油烟机的各个模块提供合适的电压。

（6）当油烟浓度比较高的时候，必须进行报警。因此设计由三极管、蜂鸣器等组成的一个报警电路。

（7）当在无烟无人的情况下能自动关机，则用热释电红外传感模块对人进行感应。2.2 系统的基本结构

系统的基本结构主要是分为检测部分和控制部分，其中检测部分包括烟雾检测电路和热释电红外传感电路；控制部分包括STC系列的单片机最小系统、抽油烟机开关电路、声音报警电路、液晶显示电路。系统结构框图如图2-1：

图2-1 系统结构框图

各模块的基本功能简介如下：

（1）单片机最小系统：进行合理的编程对油烟机实现智能控制。（2）油烟检测模块:对油烟的浓度进行检测。（3）热释电红外传感模块:对有无人进行感应。（4）电机控制模块:对电机进行开关控制。（5）报警模块:当油烟浓度过高会进行报警。（6）电源模块：对整个系统提供合适的电压。

3 硬件模块的设计

3.1 单片机最小系统

3.1.1STC12C5A60S2简介

STC12C5A60S2ADPWM系列单片机是宏晶科技生产的单时钟机器周期(1T)的单片机，是高速低功耗超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051,但速度快8-12倍。内部集成MAX810专用复位电路,2路PWM,8路高速10位AD转换(250KS),针对电机控制，强干扰场合。基本特点：

（1）增强型8051CPU，1T，单时钟机器周期，指令代码完全兼容传统8051。

（2）工作电压：STC12C5A60S2系列工作电压：5.5V- 3.3V（5V单片机）STC12LE5A60S2系列工作电压：3.6V- 2.2V（3V单片机）。

（3）工作频率范围：0-35MHz，相当于普通8051的 0-420MHz。

（4）用户应用程序空间8K 16K 20K 32K 40K 48K 52K 60K 62K字节。

（5）片上集成1280字节RAM。

（6）通用IO口（364044个），复位后为：准双向口弱上拉（普通8051传统IO口）可设置成四种模式：准双向口弱上拉，推挽强上拉，仅为输入高阻，开漏。每个IO口驱动能力均可达到20mA，但整个芯片最大不要超过55mA。

（7）ISP（在系统可编程）IAP（在应用可编程），无需专用编程器，无需专用仿真器可通过串口（P3.0P3.1）直接下载用户程序，数秒即可完成一片。

（8）有EEPROM功能(STC12C5A62S2ADPWM无内部EEPROM)。

（9）看门狗。

（10）内部集成MAX810专用复位电路（外部晶体12M以下时，复位脚可直接1K电阻到地）。

（11）外部掉电检测电路:在P4.6口有一个低压门槛比较器，5V单片机为1.32V，误差为+-5%,3.3V单片机为1.30V，误差为+-3%。

（12）时钟源：外部高精度晶体时钟，内部RC振荡器(温漂为+-5%到+-10%以内)。用户在下载用户程序时，可选择是使用内部RC振荡器还是外部晶体时钟。常温下内部RC振荡器频率为：5.0V单片机为：11MHz～15.5MHz；3.3V单片机为： 8MHz～12MHz。

精度要求不高时，可选择使用内部时钟，但因为有制造误差和温漂，以实际测试为准。（13）共4个16位定时器，两个与传统8051兼容的定时器计数器,16位定时器T0和T1，没有定时器2，但有独立波特率发生器，做串行通讯的波特率发生器，再加上2路PCA模块可再实现2个16位定时器。

（14）2个时钟输出口，可由T0的溢出在P3.4T0输出时钟，可由T1的溢出在P3.5T1输出时钟。

（15）外部中断IO口7路,传统的下降沿中断或低电平触发中断,并新增支持上升沿中断的PCA模块，Power Down模式可由外部中断唤醒，INT0P3.2, INT1P3.3, T0P3.4, T1P3.5, RxDP3.0,CCP0P1.3(也可通过寄存器设置到P4.2 ), CCP1P1.4 (也可通过寄存器设置到P4.3)。

（16）PWM(2路）PCA（可编程计数器阵列,2路）可用来当2路DA使用，可用来再实现2个定时器，也可用来再实现2个外部中断(上升沿中断下降沿中断均可分别或同时支持)。

（17）AD转换, 10位精度ADC，共8路，转换速度可达250KS(每秒钟25万次)。（18）通用全双工异步串行口(UART)，由于STC12系列是高速的8051，可再用定时器或PCA软件实现多串口。

（19）STC12C5A60S2系列有双串口，后缀有S2标志的才有双串口，RxD2P1.2(可通过寄存器设置到P4.2)，TxD2P1.3(可通过寄存器设置到P4.3)。

（20）温度范围：-40 - +85℃(工业级) 0 - 75℃(商业级)。

（21）封装：PDIP-40,LQFP-44,LQFP-48。IO口不够时，可用2到3根普通IO口线外接 74HC164165595（均可级联）来扩展IO口，还可用AD做按键扫描来节省IO口，或用双CPU,三线通信，还多了串口。

3.1.2单片机最小系统的原理

单片机的最小系统主要由STC12C5A60S2、复位电路、晶振电路、RS232模块组成，实现对系统的控制和基本操作。电路如图3-1所示：

图3-1 单片机最小系统原理图

工作原理如下:

（1）复位电路：无论是在单片机刚开始接上电源时，还是运行过程中发生故障都需要复位。复位电路用于将单片机内部各电路的状态恢复到一个确定的初始值，并从这个状态开始工作。按键复位电路中，当按键没有按下时，电路同上电复位电路。当在单片机运行过程中，按下RESET键，已经充好电的电容会快速通过电阻的回路放电，从而使得RST引脚上的电位快速变为高电平，此高电平会维持到按键释放，从而满足单片机复位的条件实现按键复位。

（2）时钟电路：单片机工作时，从取指令到译码再进行微操作，必须在时钟信号控制下才能有序地进行，时钟电路就是为单片机工作提供基本时钟的。时钟信号产生的方式有两种：内部时钟方式和外部时钟方式。这里采用是内部时钟方式，在单片机XTAL1和XTAL2引脚上跨接上一个晶振和两个稳频电容，可以与单片机片内的电路构成一个稳定的自激振荡器。晶振频率为12 MHz，瓷片电容C10、C11的值30PF，外接电容的作用是对振荡器进行频率微调，使振荡信号频率与晶振频率一致，同时起到稳定频率的作用。（3）RS232模块：使用Max232将单片机的第二串口引出，通过DB9接口实现与外界串口通信。

（4）STC12C5A60S2AD转化器：

①AD转换器的结构

因为要对模拟信号的浓度值转化成数字信号的电压，应用到单片机里的AD转化器。STC12C5A60ADS2系列带AD转换的单片机的AD转换口在P1口( (P1.7-P1.0)，有8路10位高速AD转换器，速度可达到250KHz。8路电压输入型AD，可用于温度检测、电池电压检测、按键扫描、频谱检测等。上电复位后P1口为弱上拉型IO口，用户可以通过软件设置将8路中的任何一路设置为AD转换，不需作为AD使用的口可继续作为IO口使用。

当AUXR.1ADRJ = 0时，AD转换结果寄存器格式如下：

当AUXR.1ADRJ = 1时，AD转换结果寄存器格式如下：

STC12C5A60S2系列单片机ADC由多路选择开关、比较器、逐次比较寄存器、10位DAC、转换结果寄存器(ADC_RES和ADC_RESL)以及ADC_CONTR构成。

STC12C5A60S2系列单片机的ADC是逐次比较型ADC。逐次比较型ADC由一个比较器和DA转换器构成，通过逐次比较逻辑，从最高位(MSB)开始，顺序地对每一输入电压与内置DA转换器输出进行比较，经过多比较，使转换所得的数字量逐次逼近输入模拟量对应值。逐次比较型AD转换器速度高，功耗低的优点。如上图所示，通过模拟多路开关，将通过ADC0-7的模拟量输入送给比较器，用数模转换器(DAC)转换的模拟量与本次输入的模拟量通过比较器进行比较，将比较结果保存到逐次比较器，并通过逐次比较寄存器输出转换结果。AD转换结束后，最终的转换结果保存到ADC转换结果寄存器ADC_RES 和ADC_RESL，同时置位ADC控制寄存器ADC_CONTR中的AD转换结束标志位ADC_FLAG,以供程序查询或发出中断申请。模拟通道的选择控制由ADC控制寄存器ADC_CONTR中的CHS2-CHS0确定。ADC的转换速度由ADC控制寄存器中的SPEED1和SPEED0确定。在使用ADC之前，应先给ADC上电，即置位ADC控制寄存器中的ADC_POWER位。

当ADRJ=0时，如果取10位结果，则按下面公式计算:

10-bitAD Conversion Result:(ADC_RES[7:0],ADC_RESL[1:0])=1024×VinVcc)

当ADRJ=0时，如果取8位结果，按下面公式计算:

8-bitAD Conversion Result:(ADC_RES[7:0)=256×VinVcc)

当ADRJ=1时，如果取10位结果，则按下面公式计算:

10-bitAD Conversion Result:(ADC_RES[1:0],ADC_RESL[7:0])=1024×VinVcc) 式中：Vin为模拟输入通道输入电压，Vcc为单片机实际工作电压，用单片机工作电压作为模拟参考电压。

②ADC控制寄存器ADC_CONTR

ADC_CONTR寄存器的格式如下：

ADC_CONTR ：ADC控制寄存器。对ADC_CONTR寄存器进行操作，不用‘与’和‘或’语句，直接用MOV赋值语句。

ADC_POWER:ADC电源控制位。0：关闭AD转换器电源；1：开AD转换器电源。

进入空闲模式前，将ADC电源关闭，即ADC_POWER =0。启动AD转换前一定要确认AD

电源已打开，AD转换结束后关闭AD电源，可降低功耗。初次打开内部AD转换模拟电

源，需适当延时，等内部模拟电源稳定后，再启动AD转换。启动AD转换后，在AD转换结束之前，不改变任何IO口的状态，有利于高精度AD转换，若能将定时器串行口中断系统关闭更好。

SPEED1，SPEED0：模数转换器转换速度控制位

表3-1 AD转化速度控制位

Speed1 Speed0 AD转化的时间

1 1 90个时钟周期转换一次，CPU工作的频

率21M时，转化的速度约250KHz

1 0 180个时钟周期转化一次

0 1 360个时钟周期转化一次

0 0 540个时钟周期转化一次

STC12C5A60S2系列单片机的AD转换模块说使用的时钟是内部RC振荡器所产生的系统时钟,不使用时钟分频寄存器CLK_DIV对系统时钟分频后所产生的供给CPU工作所使用的时钟。可以让ADC用较高的频率工作,提高AD的转换速度；让CPU用较低的频率工作,降低系统的功耗。

ADC_FLAG：模数转换器转换结束标志位，当AD转换完成后，ADC_FLAG=1，要由软件清0。不管是AD转换完成后由该位申请产生中断，还是由软件查询该标志位AD转换是否结束，当AD转换完成后，ADC_FLAG = 1，一定要软件清0。

ADC_START：模数转换器(ADC)转换启动控制位，设置为“1”时，开始转换,转换结束后为0。

CHS2CHS1CHS0：模拟输入通道选择，CHS2CHS1CHS0。

AD转换结果寄存器ADC_RES、ADC_RESL：用于保存AD转换结果。

3.2 电源模块

电源模块主要由变压器、整流桥堆、稳压芯片7805 7815、电容组成，将交流电压转化直流电压，满足系统各个模块的电压需求。原理图如图3-2所示：

图3-2 电源模块图

（1）变压器：

通过变压器将交流电压转化成适合于整流的交流电压。基本工作原理:当一个交流电压U1接到初级绕组的线圈时，由于交流电的强度和极性是不停地正、负交替变化，因此初级绕组的线圈所产生的磁力线数目也不停改变。由于磁场强度的不断变化，出现电磁感应现象，促使缠绕在同一铁芯上的另一端线圈产生感应电动势U2 .变压器是变换交流电压、电流和阻抗的器件，当初级线圈中通有交流电流时，铁芯（或磁芯）中便产生交流磁通，使次级线圈中感应出电压（或电流）。变压器由铁芯（或磁芯）和线圈

组成，线圈有两个或两个以上的绕组，其中接电源的绕组叫初级线圈，其余的绕组叫次级线圈。计算公式：根据P （入）=P （出）可得U1U2=N1N2 ，即对同一变压器的任意两个线圈，都有电压和匝数成正比。

（2）整流桥堆：

整流桥堆是由四只整流二极管作桥式连接，外用绝缘朔料封装而成，大功率整流桥在绝缘层外添加锌金属壳包封，增强散热。整流桥品种多：有扁形、圆形、方形、板凳形等。主要功能是将次级的交流电压变换成单向脉动的直流电压。因为流过桥式电路中每只整流二极管的电流为

I D =1∕2I max =12I Omax =12×0.5=0.25(A)

每只整流二极管承受的最大反向电压为

)(31%)101(202max 2V U U RM ≈+??==

选用三极管IN4001，其参数为：I D =1A ，U RM =100V 。可见能满足要求。

（3）滤波电容的选择：

滤波电路将脉动的直流电压变换成平滑的直流电压。在稳压芯片前面接入C19 C20 C21 C22，可以防止由输入引线过长所带来的电磁感应而产生的自激振荡。在稳压芯片后面接入C28 C23容量较大的电解电容，是用来进一步减少输出纹波和低频干扰。C27 C29是用来减小由于负载电流瞬间变化而引起的高频干扰。一般滤波电容的设计原则是，取其放电时间常数R L C 是其充电周期的确2～5倍。对于桥式整流电路，滤波电容C 的

充电周期等于交流周期的一半，即R L C ≥（2～5）T2=2～52f,由于ω＝2πf,故ωR L C ≥(2～5)π,取ωR L C ＝3π则C=3πωR L 。其中R L =U I I I ，所以滤波电容容量为C ＝3πI I 2πfU I ＝(3π×0.5) 2π×50×22＝0.681×103(μF)。取C=1000μF。电容耐压值应考虑电

网电压最高、负载电流最小时的情况。

U Cmax =1.1×2U 2max =1.1×2×20≈31.1(V)

综合考虑波电容可选择C=1000μF，50V 的电解电容。

（4）集成三端稳压芯片：

因为三端固定集成稳压电路的使用方便，电子制作中经常采用，可用来改装分立元件的稳压电源，也可用作电子设备的工作电源。通过7815、7805与合适滤波电容组成稳压电路，使直流输出的电压为稳定。输出值为15V 、5V 电压，以满足系统各个模块的电压输入需要。

注意：三端集成稳压电路的输入、输出和接地端绝不能接错，不然容易烧坏。一般三端集成稳压电路的最小输入、输出电压差约为2V ，否则不能输出稳定的电压，一般应使电压差保持在4-5V ，即经变压器变压，二极管整流，电容器滤波后的电压应比稳压值高一些。当制作中需要一个能输出1.5A 以上电流的稳压电源，通常采用几块三端稳压电路并联起来，使其最大输出电流为N 个1．5A 。但应用时需注意：并联使用的集成稳压电路应采用同一厂家、同一批号的产品，以保证参数的一致；另外在输出电流上

留有一定的余量，以避免个别集成稳压电路失效时导致其他电路的连锁烧毁。

在实际应用中，应在三端集成稳压电路上安装足够大的散热器（当然小功率的条件下不用）。当稳压管温度过高时，稳压性能将变差，甚至损坏。

3.3 油烟检测模块

油烟检测模块主要功能是用于油烟浓度的检测。主要特点：拥有信号输出指示和模拟量输出、TTL电平双路输出；模拟量输出的范围0-5伏，浓度越高输出的电压越高，TTL输出的有效信号是低电平；对烟雾的灵敏度高，寿命长，稳定性好，还有快速的响应恢复特性。电路如图3-3所示：

图3-3 油烟检测模块的原理图

工作原理如下:

当传感器QM-N10检测到油烟时，比较器LM393管脚2点的电压值，跟传感器检测到气体的浓度成正比，当浓度值超过电位器RP设定的阀值时，比较器2脚的点位高于3脚的电位，比较器1脚输出低电平，LED灯亮，R3为LED灯限流电阻，C1为滤波电容。即传感器输出低电平，有模拟信号；当没有信号的时候，传感器输出高电平，等于电源电压。改变电位器RP的值，调节传感器的灵敏度。如果选择AOUT，模拟量输出，与电位器值无关，直接将AOUT脚与带有AD功能的单片机连接即可。设定传感器输出电压值为参考电压，AOUT端的电压在1V左右，当传感器检测到被测气体时电压每升高0.1V，实际被测气体的浓度增200ppm。这样就可以把测得电压与浓度形成一个对应的关系，通过单片机来调节实现测量。注意：传感器通电后，需要预热20S左右，测量的数据才能稳定。传感器发热属于正常现象，因为内部有电热丝，但不能烫手。

3.4 人体传感模块

热释电红外传感器是一种能检测动物或动物发射的红外线而输出电信好的传感器。热释电红外传感器在生活中广泛的应用于楼道的自动开关、防盗报警器、监视器、自动门铃等智能化控制，具有很广阔的发展情景。

3.4.1热释电红外传感器的工作原理

图3-4 热释电红外传感器原理图

工作原理如下：

当传感器检测到人体时，由于热释电效应会产生一个很微弱的电压，通过放大器9014进行功率放大，经过C7滤波，U5限幅，输入到比较器LMV321管脚3，当电压值超过电位器RP设定的阀值时，比较器3脚的点位高于1脚的电位，比较器1脚输出低电平，LED灯亮，R13为LED灯限流电阻，C8为滤波电容。即传感器输出低电平，有模拟信号；当没有信号的时候，传感器输出高电平，等于电源电压。改变电位器R16的电阻值，可以调节传感器的灵敏度。

热释电红外传感器的基本原理是热释电效应，是指由于温度的变化而引起晶体表面荷电的现象。热释电传感器是对温度敏感的传感器。它由陶瓷氧化物或压电晶体元件组成，在元件两个表面做成电极，在传感器监测范围内温度有ΔT的变化时，热释电效应会在两个电极上会产生电荷ΔT的变化时，热释电效应会在两个电极上会产生电荷ΔQ，即在两电极之间产生一微弱的电压ΔV。由于它的输出阻抗极高，在传感器中有一个场效应管进行阻抗变换。热释电效应所产生的电荷ΔQ会被空气中的离子所结合而消失，即当环境温度稳定不变时，ΔT=0，则传感器无输出。当人体进入检测区，因人体温度与环境温度有差别，产生ΔT，则有ΔT输出；若人体进入检测区后不动，则温度没有变化，传感器也没有输出。所以这种传感器检测人体或者动物的活动传感。

为了提高探测器的探测灵敏度以增大探测距离，一般在探测器的前方装设一个菲尔透镜，透镜是用透明塑料制成，将透镜的上、下两部分各分成若干等份，制成一种具有特殊光学系统的透镜，在探测器前方产生一个交替变化的“盲区”和“高灵敏区”，以提高它的探测接收灵敏度。当有人从透镜前走过时，人体发出的红外线就不断地交替从“盲区”进入“高灵敏区”，这样就使接收到的红外信号以忽强忽弱的脉冲形式输入，从而强其能量幅度，和放大电路相配合，可将信号放大70分贝以上，测出10-20米范围内人的行动。因为人体辐射红外线中心波长为

9-10um，探测元件的波长灵敏度在0.2-20um范围内几乎稳定不变，因此在传感器顶端开设了一个装有滤光镜片的窗口，这个滤光片可通过光的波长范围为7-10um，能进行人体红外辐射的探测，而其他的红外线被滤光片吸收，就能制成一种专门用作探测人体辐射的红外线传感器。

3.4.2热电传感器的使用

使用热释电传感器时的注意之点：

（1）直流工作电压必须符合要求的数值，过高和过低都会影响模块性能，而且要求电源必须经过良好的稳压滤波。一般用变压器的电源并经过三端稳压芯片稳压后再通过220UF和0.1UF的电容滤波后供电。

（2）调试时人体尽量远离感应区域，避免人体离模块太近模而感应，造成一直有输出；调试时人体不要触摸电路部分避免影响模块工作。

（3）模块不接负载时能正常工作，接上负载后工作紊乱。一种原因是因为电源容量很小负载比较耗电，负载工作时引起的电压波动导致模块误动作；另一种原因是负载得电工作时会产生干扰。如继电器或者电磁铁等感性负载会产生反向电动势，315M发射板工作时电磁辐射等都会影响模块。解决办法如下：A、电源部分加电感滤波。B、采用负载和模块使用不同的电压的方法。例如：负载使用24V工作电压，模块使用12V工作电压，其间用三端稳压器隔离。C: 使用更大容量的电源。

（4）人体感应模块只能工作在室内并且工作环境应该避免阳光、强烈灯光直接照射，如果工作环境有强大的射频干扰，可以采用屏蔽措施。若遇有强烈气流干扰，关闭门窗或阻止对流。感应区尽量避免正对着发热电器和物体以及容易被风吹动的杂物和衣物。（5）人体感应模块建议安装在密封的盒里，否则可能一直会有输出信号。

（6）如果要求人体感应模块的探测角度小于90度时，可以用不透明胶纸遮挡镜片或裁剪缩小镜片来实现。

（7）人体感应模块采用双元探头，人体的手脚和头部运动方向与感应灵敏度有着密切的联系，而且红外模块的特性决定了无法精确控制感应距离。

（8）模块中的探头（PIR）可以装焊在电路板的另一面。也可将探头用双芯屏蔽线延长，长度应在20厘米以内为好。

3.5 电机控制模块

电机控制模块主要由光电耦合器、继电器、电机、电阻组成。电路如图3-5所示：

图3-5 电机控制模块

工作原理如下：

当P20、P21、P22、P23为高电平时，光耦合器里面的发光二极管不导通，不能通过光电耦合使集电极与发射极之间导通，进而继电器也不能导通，不能控制电机；当为低电平时，发光二极管导通，通过光电耦合使集电极与发射极之间导通。当导通时，继电器处于高电平，导通，进而能控制电机。由于有四路，通过单片机控制P20、P21、P22、P23的高或低电平的控制，使电路并于的电阻值不同，使电路的电流不同，即能控制电机的转速。

3.6 显示模块

显示模块采用LCD1602液晶显示，通过单片机的控制，对浓烟的浓度、电机的档位、电机的状态、定时的时间等进行显示，直观。

3.6.1LCD1602简介

字符型液晶显示模块是一种专门用于显示字母、数字、符号等点阵式LCD，目前常用16*1，16*2，20*2和40*2行等的模块。

（1）LCD1602的基本参数

LCD1602分为带背光和不带背光两种，基控制器大部分为HD44780，带背光的比不

带背光的厚，是否带背光在应用中并无差别。

LCD1602主要技术参数如下：

显示容量:16×2个字符

芯片工作电压:4.5—5.5V

工作电流:2.0mA(5.0V)

模块最佳工作电压:5.0V

字符尺寸:2.95×4.35(W×H)mm

（2）引脚功能说明

1602LCD采用标准的14脚（无背光）或16脚（带背光）接口。

表3-2 各引脚接口说明

编号符号引脚说明编号符号引脚说明

1 VSS 电源地9 D

2 数据

2 VDD 电源正极10 D

3 数据

3 VL 液晶显示偏压11 D

4 数据

4 RS 数据命令选择12 D

5 数据

5 RW 读写选择13 D

6 数据

6 E 使能信号14 D

7 数据

7 D0 数据15 BLA 背光源正极

8 D1 数据16 BLK 背光源负极

（3） 1602LCD的指令说明及时序

1602液晶模块内部的控制器共有11条控制指令。

表3-3 控制命令表

序号指令RS RW D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0

1 清显示0 0 0 0 0 0 0 0 0 1

2 光标返回0 0 0 0 0 0 0 0 1 *

3 置输入模式0 0 0 0 0 0 0 1 ID S

4 显示开关控制0 0 0 0 0 0 1 D C B

5 光标或字符移位0 0 0 0 0 1 SC RL * *

6 置功能0 0 0 0 1 DL N F * *

7 置字符发生存贮器地址0 0 0 1 字符发生存贮器地址

8 置数据存贮器地址0 0 1 显示数据存贮器地址

9 读忙标志或地址0 1 BF 计数器地址