range hood

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目录

设计总说明

Houholdrangehoodtotalcontrolsystemdesign

1.绪论

1.1设计的研究背景及意义

1.2油烟机的简介

1.3本章小结

2.方案论证

2.1硬件的选择

2.2本章小结

3.系统电路的设计

3.1检测电路设计

3.1.1煤气检测

3.1.2烟雾温度检测及显示

3.1.3按键输入

3.1.4系统自动复位电路

3.2主控制电路设计

3.2.1AT89S52

3.2.2A/D转换器

3.2.3对油烟机的开关控制

3.2.4自动照明控制

3.2.5报警电路

3.2.6对电动机的控制

3.3本章小结

3.4.软件程序设计

3.4.1主程序的设计

3.4.2PWM波调速流程图

3.4.3本章小结

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4.结论

5.参考文献

6.附录

7.致谢

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家用吸油烟机控制系统

设计总说明

随着科技的不断发展，在我们日常生活中抽油烟机扮演着很重要的角色，抽油烟

机顾名思义就是要抽走油烟，一个好的抽油烟机可以创造一个好的烹饪环境，提高生活

质量，在日常生活中我们见到的油烟机一般的只是实现油烟机的开关和对风速的调节，

而本次对于油烟机系统的设计基本包括检测部分和控制部分，设计的任务是：单片机为

核心控制抽油烟机，此次设计除了一般的功能外如：基本开关，风速强弱的调节，还要

实现烟雾的自动检测，通过检测到的结果，来调节风力大小减少烟雾，最后要实现煤气

的检测和报警功能并利用按键实现风速的手动控制。

设计中选用AT89S52单片机作为控制中心来控制抽油烟机系统，选用AT89S52单片

机的原因是因S5x系列的单片机比起C5x系列的单片机来说拥有较低功耗，高性能特点，

而且C5x系列单片机上增加了看门狗定时器和在线更新程序的功能。不需要在外部再外

加看门狗，降低了单片机外围电路的复杂性。

根据任务书，实现抽油烟机的基本开关功能就是实现手动的启动和关闭功能，启动

时抽油烟及通电风扇转动，抽油烟机正常工作，关闭时抽油烟机断电工作停止。

抽油烟机烟雾温度自动检测功能，本次设计中是对烟雾温度进行检测，将检测到的

温度通过单片机AT89S52显示在液晶屏上，通过人对液晶屏上数据的显示来手动调节风

速的强弱（大小）。抽油烟机中检测烟雾温度的传感器使用的是DS18B20，能够感应并

测量到的温度范围适用于日常烹饪时的温度坏境，并且内部有热温上、下限警告的设置，

很适合应用在抽油烟机控制系统中。将DS18B20连接到单片机AT89S52的引脚上，通过

单片机分析和检测来控制LCD液晶显示，本设计中液晶显示模块采用的是LCD1602。调

节风力大小就是既可以实现人对按钮的手动操作，又可以通过检测油烟温度自动切换风

速，通过单片机AT89S52控制来控制电机的转速。

设计中要实现抽油烟机使用的过程中检测煤气并实现报警功能首先要选定检测煤

气的传感器，我采用的是SnO

2

(MQ-2气体传感器)来检测厨房中产生的可燃气体，在厨房

中的可燃气体就是煤气，当气敏器件对煤气中可燃气体浓度进行检测并通过单片机分析

和控制，然后做出反应使得蜂鸣器响应并报警，听到报警后按下复位按钮复位。

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设计中的报警提示采用的是蜂鸣器，蜂鸣器在工作时会发出很大的响声，有警示的

作用。

本设计针对厨房产生的烟雾设计相应的抽油烟机。首先介绍抽油烟机的概念、结构、

工作原理等内容，说明了抽油烟机产品在日常生活所起到重要作用。其次对系统总体设

计进行了概况阐述，油烟机不仅具备的基本功能，而且还能利用温度传感器进行烟雾温

度的自动检测，并根据显示的温度，自动切换油烟机的风力开关，调节风力大小，实现

智能化吸油烟功能。依此设计了相应的软硬件，论文的硬件部分主要设计了油烟机的数

据采集检测模块、显示模块、电路模块等，对系统做了整体的设计，系统软件部分主要

是对各模块的流程做了详细得分析，并且编写了相应的汇编程序来实现相应的功能。有

显示子程序、键盘中断扫描程序、软件报警程序。从而实现了抽油烟机自动控制的功能。

本次设计的抽油烟机主要靠单片机进行控制，通过软件设计来调节电机的转速，所以相

对于普通的抽油烟机来说，灵活性比较好，功耗低，体积小，便于操作；同时可以做到

自动检测。

综上，通过单片机AT89S52控制抽油烟机智能工作，加入气敏传感器（检测煤气），

对煤气进行检测并报警，加入温度传感器进行对烟雾温度的检测实现手动和自动调节风

速的强弱，最终实现安全，洁净，高效的烹饪环境。

关键词：单片机；控制；传感器；检测

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Houholdrangehoodtotalcontrolsystemdesign

Alongwiththedevelopmentofscienceandtechnologyinourdailylifeplays

animportantrole,takelampblackchancetakelampblackchancejustasitsname

impliesistotakelampblack,agoodsmokelampblackmachinetocreateagood

environmentofcooking,improvetheefficiencyandqualityoflife,life

lampblackmachineweeinourdailylifeistorealizetheswitchoflampblack

machineandpartoftheadjustmentonlycontrolthewind,andtheforthedesign

oflampblackmachinesystemincludingbasictestingpartandcontrolpart,the

taskofdesignis:thesinglechipprocessorasthecorecontrolsmokelampblack

machine,thedesigninadditiontogeneralfunctionssuchas:thebasicswitch,

theadjustmentofthewindspeedstrength,butalsorealizetheautomatic

detectionofsmoke,throughthedetectedresults,toadjustthewindsizeto

reducesmog,finallytoachievethefunctionofgasdetectionandalarmandu

thekeytorealizemanualcontrolofwindspeed.

UAT89S52singlechipmicrocomputerasthecontrolcentertocontrolin

thedesignofsmokelampblackmachinesystem,thelectionofAT89S52single

chipmicrocomputerforS5xriessingle-chipmicrocomputeristhecauofthan

C5xriessingle-chipmicrocomputerhaslowerpowerconsumption,high

performancecharacteristics,andincreadthewatchdogtimerC5xriessingle

'tneed

plusawatchdogtoincreaagaininexternalmicrocontrollerperipheralcircuit

complexity.

Accordingtothetaskofsmokelampblackmachinebasicswitchfunctionis

toachievethefunctionofmanualstartupandshutdownandstartuptakelampblack

andelectricfanrotation,smokelampblackmachinetoworkproperly,poweroff

smokelampblackmachinetostopwork.

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Smokelampblackmachinesmoketemperatureautomaticdetectionfunction,the

designwastotestthesmoketemperature,willbethetemperatureofthedetected

bysinglechipmicrocomputerAT89S52devicesisdisplayedintheLCDscreen,

throughthedataontheLCDdisplaytomanuallyadjustthestrengthofthewind

speed(size).Smokelampblackmachineinthedetectionofsmokecamberofnsor

isudDS18B20,inductionandthemeasuredtemperaturerangeminus55degrees

Celsiusonehundredandtwenty-fivedegreesCelsius,andontheinternalheat

temperature,lowerlimitwarningSettings,verysuitableforapplicationin

ttheDS18B20topinonSCMAT89S52,

throughtheanalysisofthesinglechipmicrocomputertocontroltheLCDliquid

crystaldisplayanddetection,thedesignofliquidcrystaldisplaymoduleadopts

thewindsizeisthemanualoperationofthebutton,by

single-chipmicrocomputerAT89S52controltocontrolthemotorspeed.

Toimplementinthedesignofsmokelampblackmachinetouintheprocess

ofdetectinggasandrealizethealarmfunctiontofirstlectthegasnsor,

IadoptSnO2gasnsor(MQ-2)todetectthecombustiblegasinthekitchen,

combustiblegasisgasinthekitchenwhenthegasnsortotestthe

concentrationofcombustiblegasinthegasandbysingle-chipcomputeranalysis

andcontrol,thenmakereflectresponandmakethebuzzeralarm,pressthe

retbuttonretafterheardthealarm.

InthedesignofalarmpromptUSESabuzzer,buzzerwouldbemadealotof

noiatwork,havetheeffectofthewarning,buzzerbelongstoakindofpolarity

oftheelectroniccomponents,therearetwokindsofmodels,modelsaredivided

intotwocategories,onekindisactivetheotherkindispassive,activetype

ofpassivetypebuzzerbuzzeranddifferentistheinternalsourceofoscillation,

aslongasthebuzzerelectricity,willworktheirwarnings,anddifferenttype

andactive,passivetypebuzzerifudcsignaldrive,notsinging,mustbe

rtofacilitatesimple,typelectioninthedesign

oftheactivebuzzer,whengasnsortodetectthegasconcentrationistoo

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high,thedesignofinterruptrviceroutinetopickupbythesinglechip

microcomputerinputportonelowlevel,makethebuzzeralarmsound,buttothe

buzzeralarmisinsmokelampblackmachinetostart.

Thispaperaimsatthekitchensmokedesigncorrespondingsmokelampblack

irstintroducestheconcept,structure,workingprincipleof

smokelampblackmachine,etc.,tosmokelampblackmachineproductplayan

paperprofilefortheoveralldesign

ofthesystem,notonlyhasthebasicfunctionoflampblackmachineinthekitchen,

andstillcanugasnsorstosmoketheautomaticdetection,andaccording

tothetesttolampblacksize,automaticswitchinglampblackmachinewindswitch,

correspondinghardwareandsoftwareinthisdesign,thethesismainlydesign

thehardwarepartofthedisplayoflampblackmachinemodule,dataacquisition

module,implementthecircuitmodule,thesystemdotheoveralldesign,system

softwarepartmainlyistheprocessofeverymodulehasmadethedetailedanalysis,

andwritetheringcorrespondingasmblertorealizethecorrespondingfunction.

Displaysubroutine,datacomparisonsubroutines,

astorealizethefunctionofthesmokelampblackmachineautomaticcontrol.

Thedesignofthesmokelampblackmachineismainlycontrolledbysinglechip

microcomputer,throughthesoftwaredesigntoadjustthespeedofthemotor,

sorelativetoordinarysmokelampblackmachine,betterflexibility,lowpower

consumption,smallsize,easyoperation;Atthesametimecanachieveautomatic

detection.

Accordingtotheabove,throughthesingle-chipmicrocomputerAT89S52

controlcanworktakelampblackwitandjointhegasnsor,thegasdetection

andalarm,joiningtemperaturensorfordetectionofsmoketemperaturemanual

adjustingthestrengthofthewindspeed,finallyrealizesthesafe,clean,

efficientcookingenvironment.

Keywords:Single-chipmicrocomputer;control;nsors

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1.绪论

1.1设计的研究背景及意义

二十一世纪的厨房基本上是不能够没有煤气灶和抽油烟机这些设备的，只要使用

煤气灶就会有煤气泄漏的危险和油烟的产生，除此以外还伴有一些混合气体，气体内含

有很多的水汽和乙烷，这样就会影响厨房的空气环境，为了人的健康和安全着想，就要

安装抽油烟机来吸走这些有害气体，营造一个安全舒适的烹饪环境。我们日常生活中的

一切都在发生着翻天覆的变化，就连厨房设施也在不断的更新中，作为烹饪中必不可少

的设备油烟机扮演着很重要的角色。抽油烟机顾名思义就是要抽走油烟，一个好的抽油

烟机可以创造一个好的烹饪环境，提高生活效率和生活质量。如今的厨房，人们对它除

了基本要求以外，在美观度和时尚度方面也有了一定的要求，厨房更讲究安全、健康、

舒适、智能。抽油烟机作为现代厨房必不可少的一种装置直接影响到厨房的卫生环境，

安全问题及人们的健康需求。有关的组织对普通住户家中经常烹饪食物所产生的油烟进

行取样收集，再将这些样品进行处理和分析，大约200多种化学物质被检测出，其中主

要包括的有烃、酯、内酯、醇、醛、酮、脂肪酸、杂环化合物等。烹调油烟中一些化学

致癌物也被发现了。

一种叫丙烯醛的物质，会在油温接近或达到150℃时产生，这种物质有味道刺鼻，

会刺激到人的眼睛、鼻子及黏膜；当油温达到更高的温度时，就很容易产生一些有毒的

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化学物质，并且会产生凝聚体，使我们的身体受到伤害，甚至会有得癌症的风险。

家用的油烟机不但可以将灶台上燃烧时产生的废渣和烧焦的物质，烹饪时产生的油

烟特别是有害烟雾快速抽走，排向室外，减少室内污染物，净化室内的环境，而且家用

抽油烟机还可以防止爆炸的发生、防止人员中毒的安全保障的作用，一般在日常烹调中

产生的油烟可以通过安装的家用抽油烟机抽出，减少人们室内的有毒物质，提高生活环

境的空气质量，减少油烟中产生的有毒物质，减弱这些有毒物质对人体的伤害。

所以抽油烟机在人们的日常生活中有着重要的意义，人们的身体健康、空气环境都

离不开抽油烟机。

在日常生活中我们见到的油烟机一般的只是实现油烟机的开关和对风速的调节只

有控制部分。而本次对于油烟机的设计系统基本包括检测部分和控制部分，设计的任务

是：单片机为核心控制抽油烟机，此次设计除了一般的功能外如：基本开关，风速强弱

的调节，还要实现烟雾的自动检测，通过检测到的结果，来调节风力大小减少烟雾，最

后要实现煤气的检测和报警功能并利用按键实现风速的手动控制。

通过单片机AT89S52控制抽油烟机智能工作，加入气敏传感器（检测煤气），对

煤气进行检测并报警，加入温度传感器进行对烟雾温度的检测实现手动调节风速的强

弱，最终实现安全、洁净、高效的烹饪环境。

1.2油烟机的简介

抽油烟机的外形如图1-1所示

图1-1普通抽油烟机外形

如今的厨房是离不开抽油烟机了，它在我们生活中起到很重要的作用，是其它一些

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家电无法替代的。就在我们平时烹饪的时候会产生很多油烟，这些油烟里含有着许多对

人体有害的物质，如果长时间待在这样的环境中而且不通风，油烟很多的情况下，会很

容易患病。作为一个物产丰富，地大物博的国家，一般在中国人的饮食习惯中烹饪的方

式很多样，中国人喜欢以炒、烹、煎、炸的方式做饭和烹饪。所以在中国老百姓的厨房

里油烟很是常见，而且厨房的环境往往都处于油腻情况下而且要借助除油渍的洗涤剂来

清洗，很麻烦。这些烹饪时产生的油烟对人的健康也会有害处，改变厨房环境需要一个

重要的装置—抽油烟机。油烟机，可以抽走大部分的油烟，改善厨房空气，改善烹饪环

境，减少油烟对人身体的伤害，可以说是油烟的“天敌”。如图1-1所示普通抽油烟机

的外形。

下面就介绍一下平常我们所见到的抽油烟机的结构。

抽油烟机结构由除了能够直接看到的照明装置，电源的开关，电源线路、机壳以及

看不到的风道、风机、止回阀、集排油装置等构成。

照明装置，顾名思义就是提供烹饪时所需光照，照明装置全封闭防止油烟进入。

电源开关，在日常生活中我们常见的为机械式开关，除此以外还有触摸式开关。

机壳，有壳体和面板两部分构成，壳体一般采用一定技术使外形光洁，美观而不易

生锈，方便清洗使用时间长。内壳里一般为弧形对称的空间，内壁和风扇之间会有一定

间隙，当风扇高速旋转，由于离心力的作用，油烟被抽出来，污油扔到螺旋线的最低点，

经过导油管进入集油盒内。

风道，顾名思义也就是排除油烟的通道，材料与油烟机的机壳相同，风道的结构如

果设计的合理那么抽油烟机的排风效果就比较好，工作时也不会有很大的噪音影响烹饪

环境。

风机，在抽油烟机工作时风机是抽油烟机系统的核心，一般使用全封闭的单相电容

运转式异步电动机作为抽油烟机的工作风机。

风轮，采用离心式风轮。材质为硅合金铝片，不变形，耐用，动平衡性能好。

止回阀，防止烟气倒灌。

排烟装置是由4部分组成，分别是收集烹饪时产生的油渍的集油盒，排烟管道，集

油杯，以及导油环。

抽油烟机的工作原理：抽油烟机放在炉子上方，当要使用抽油烟机时就接通电源，

电机开始工作，安装在电机上的风轮高速旋转，在炉灶的上面会因为风轮高速的旋转而

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产生负气压，这样的负气压就会使抽油烟机吸走烹饪时产生的油烟，烹饪时产生的油烟

被抽油烟机吸走后会通过油烟机风道中设定的过滤网，然后对油烟进行第一次分离和净

化，分离和净化后再进入油烟机的风道系统，这样就经历了第二次油烟的分离，烹饪时

产生的油烟经过叶轮的旋转进行分离，油烟因为叶轮的旋转就会产生一定的离心力，离

心力会促使油雾的凝聚，凝聚的油雾再经过油路收集到集油杯，最后过滤所剩的油烟通

过固定的排烟系统排除。

1.3本章小结

本章主要内容是对抽油烟机控制系统的设计意义及背景做了详细的阐述，阐明了油

烟机在烹饪环境中的主要作用，同时对一般家庭油烟机的结构和工作原理做了大致的介

绍，对油烟机有一个基本的认识和了解。

本文主要完成的任务是:

第一章绪论，本章主要介绍抽油烟机的设计研究背景及现实意义，其次介绍抽油烟

机的主要组成和功能，并阐述其发展史。

第二章方案论证，根据设计任务要求，选择相应的元器件设计硬，使设计的系统能

够完整顺利的运行。

第三章系统电路的设计，首先展示整个设计的总电路图，然后分别介绍检测电路中

每个检测模块，如：煤气检测模块、烟雾温度检测模块等。紧接着介绍以S52单片机为

核心的控制电路部分，分别有：模数转换电路、自动照明电路、报警电路等。最后构建

程序的运行流程图。

第四章总结与展望，主要工作是完成对本次设计的不足的总结，以及对这些问题所

引发的思考。

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2.方案论证

任务要求是要基于单片机AT89S52来设计一个家用抽油烟机控制系统，那么这次抽

油烟机系统的设计就被分为了两部分：检测部分和控制部分，检测部分包括两个：可燃

性气体的检测，烟雾温度的检测。控制部分就是以单片机为主要核心控制整个系统，实

现自动和手动切换风速，蜂鸣器报警，自动照明等功能（自动照明电路只有在抽油烟机

启动时工作）。如图2-1为本此设计的系统结构图。

AT89S52

烟雾检测

煤气检测

键盘输入

油烟机开/关

声音报警

温度显示器

自动照明

图2-1设计系统结构图

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2.1硬件的选择

要实现对烟雾的检测，能够自动或者手动切换风扇的强弱（大小），根据任务书要

求，对烟雾的检测我选用DS18B20温度检测模块，对烟雾的温度检测，间接的实现对烟

雾的检测。选用它的理由是因为可以简化外围电路，不需要就加入A/D转换器。如图

图2-2温度检测器DS18B20

DS18B20安装在油烟机机壳内部，只有在油烟机启动工作吸取油烟时，DS18B20才会开

始工作，对烹饪时的油烟温度进行检测。如图2-2为温度检测器BS18B20

温度检测后会选用相应的显示器，显示温度检测器DS18B20所检测到的温度，实现

手动或自动切换油烟机风速的大小。显示器选择LCD1602，液晶显示器LCD被发明出来

到现在，因为它功耗很低、占用空间不大、重量小、厚度极小的优点广泛应用于微型计

算机控制系统和智能化仪表中，超越了很多显示器达到了一个新的高度。除此之外，LCD

在它的外观上无论是大小还是形状都有优于其他的显示器，而且接口简单易于使用和掌

握，显示屏上不但可以显示数字、字符，图形和汉字也可以显示，所以在很多日常生活

用品中都可以看到它，比如笔记本电脑、手机、显示器、分析仪器等等。LCD已经成为

了现在产品主要的使用对象。许多公司和工厂为了提高产品的质量和档次都选用LCD为

显示装置。如图2-3所示。

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图2-3LCD1602显示模块

图2-4煤气浓度检测传感器

如图2-4所示为煤气浓度检测传感器。设计中对煤气的浓度检测需用的是MQ-2型

气敏原件。MQ-2型气敏元件属于N型半导体，它的制作原材料以金属氧化物SnO

2

为主

要成分，当还原性气体接触元件的时候，气敏原件的电导率会因为检测气体浓度的上升

而迅速地变高。其特点为：可以用在可燃气体的检测（甲烷、正丁烷、氢气等），响应

的速度很快，灵敏度也很高，输出信号大，使用的寿命长，有很可靠的工作性能。传感

器接入单片机要进行AD的转换，这次的设计中采用的PCF8591A/D转换器进行转换。

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图2-5A/D转换模块

系统中对油烟机的控制由按键来完成，键盘选用的是2个独立的按键，功能依次为

开关及复位。如图2-6所示。调节电动机转速的按钮选择滑动变阻器代替。

图2-6按键模块

系统中选用的光敏电阻模块如图2-7所示。

图2-7光敏电阻模块

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要实现煤气检测的报警，就要选择相应的报警器，我选用的报警器为蜂鸣报警器，

它线路简单，报警时鸣叫声大，很容易引起人们的注意，警示人们有险情发生。如图2-8

所示为这次设计选用的报警模块。

图2-8蜂鸣器报警模块

电动机和风扇可以说是抽油烟机的核心部件，抽油烟机的主要功能都是通过电机带动风

扇的运转而实现的，本次设计中选用的电机也很常见如图2-所示。为了方便单片机的控制，

系统的合理运行，采用直流电动机来带动风扇的旋转。

图2-9直流电动机

2.2本章小结

为了使设计的油烟机系统能够符合生活实际，结合设计任务书，本章选用了符合系统的

相应元器件，如MQ-2型气敏传感器，DS18B20温度检测器，LCD1602显示屏，蜂鸣报警

器，光敏电阻，直流电机等，通过任务要求选用不同型号的硬件来组成硬件电路图，是

为了让系统更好的运行，更符合实际操作需求。

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3.系统电路的设计

3.1引言

此次设计的任务是要抽油烟机能够检测到空气中的可燃气体并发出报警声，抽油烟机

的工作过程为,煤气泄漏的时候由于浓度的不断升高，达到气敏传感器所检测的浓度范

围。气敏传感器的中的电阻阻值就会相应的减小，然后就会向单片机发出一个信号，然

后单片机就会控制油烟机的电机和报警电路以及抽油烟机排气并报警；另外一项任务是

对烟雾的检测，我选用的是DS18B20测量烟雾的温度，并通过单片机分析和检测将温度

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显示在LCD屏上，当显示温度高时，采取手动操作控制油烟机风速的强弱。如果烹饪时

抽油烟机系统正常运行，室内的有较强的可见光，自动照明系统就不会工作，LED灯就

不会发亮，只有在夜晚时可见光的亮度逐渐变暗，自动照明电路中的光敏电阻阻值减小，

LED灯发光；为了能让这次设计的系统能够更稳定和更加安全地工作，不受到其他环境

和因素的影响及干扰，蜂鸣器加入系统中的作用就是随时提醒使用人员要按时对煤气泄

漏故障进行修理保证烹饪中人员的健康和安全。

3.2设计总电路图

图3-1设计总电路图

3.3检测电路设计

AT89S52单片机作为这次设计中油烟机控制系统中心来控制抽油烟机系统，选用这

一种单片机的原因是作为S5x系列的单片机比起C5x系列的单片机来说拥有较低的功

耗，性能高特点，而且C5x系列单片机上增加了看门狗定时器和在线更新程序的功能。

不需要在外部再外加看门狗，降低单片机外围电路的复杂性。

根据任务可知抽油烟机的基本开关功能就是实现手动的启动和关闭功能，启动时抽

油烟及通电风扇转动，抽油烟机正常工作，关闭时抽油烟机断电工作停止。

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抽油烟机烟雾温度自动检测功能，本次设计中是对烟雾温度进行检测，将检测到的

温度通过单片机AT89S52显示在液晶屏上，通过人对液晶屏上数据的显示来手动调节风

速的强弱（大小）。抽油烟机中检测烟雾弯度的传感器使用的是DS18B20，能够感应并

测量到的温度范围适合用于烹饪的环境，并且内部有热温上、下限告警的设置，很适合

应用在抽油烟机控制系统中。把温度传感器DS18B20连接到单片机AT89S52所设计的引

脚上，通过单片机分析和检测来控制LCD液晶显示所测得的温度，本设计中液晶显示模

块采用的是LCD1602。调节风力大小就是人对按钮的手动操作，经过程序编程再通过单

片机AT89S52控制来控制电机的转速。

3.1.1煤气检测

本次设计中的任务之一就要让抽油烟机要能够检测烹饪时产生的煤气浓度，当煤气

浓度达到一定检测值时，通过单片机触发报警器报警。本小节介绍煤气传感器和煤气传

感器检测原理。如图3-2为煤气检测模块MQ-2硬件图。

图3-2煤气检测模块

煤气的检测一般使用的是半导体气敏原件，它的工作原理是半导体气敏传感器表面

的金属氧化物与检测的气体接触以后会发生反应，通过对反应后的物理性质变化检测气

体。半导体气敏原件通过加热达到稳定状态,被检测的气体接触到气敏原件并被吸附,

被测气体自由扩散在吸附的表面上,运动能量丧失,中间的一部分分子会蒸发,没有蒸

发的分子会热分解吸附在原件的表面，这时，我们假设吸附分子的电子亲和力大于元器

件的功率函数,吸附分子就会将元器件的电子夺取之后变为负离子。氧气和氮气是具有

负离子吸附能力的气体。如果吸附分子的离解能小于气敏元器件的功函数,吸附分子释

放电子给元器件,元器件表面就会形成正离子吸附。当氧化性气体吸附N型半导体时,

还原性气体吸附P型半导体时,就会使载流子的数量减小,元器件的阻值就会增大；

反过来说,N型半导体被还原性气体吸附时,P型半导体被氧化性气体吸附时,载流子

的数量就会逐渐增多,使电阻阻值减小。氧成分在空气中基本上是固定不变的,所以元

器件对氧气的吸附量也是固定不变的,气敏原件的阻值也就基本没有什么变化。在这样

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的环境中，元器件的阻值会随着检测气体的浓度的变化而发生变化，分析浓度与阻值的

变化关系就可以知道检测的气体浓度了。

表3-1气敏传感器基本信息表

MQ-2气敏传感器灵敏度强，性价比高，很适用于家庭中，既安全又简约。将煤气检

测模块DMQ2端接入单片机AT89S52的片P3.2引脚上，计设中的抽油烟机系统煤气检测

模块可以在抽油烟机关闭和开启的情况下正常工作，当抽油烟机关闭时，在厨房发声煤

气泄漏达到一定浓度时候也就是有一一定危险性的浓度时，煤气传感器MQ2测的的煤气

浓度模拟信号经过A/D转换器PCF8591转换为数字信号，经过单片机分析后做出相应的

响应，报警器选用的是蜂鸣报警器，设计中的报警提示采用的是蜂鸣器，蜂鸣器在工作

时会发出很大的响声，有警示的作用，蜂鸣器属于一种有极性的电子元件，有两种型号，

型号都分为两类一类是有源型另外一类为无源型，有源型的蜂鸣器与无源型蜂鸣器不同

的是内带振荡源，只要蜂鸣器一通电，就会工作发出鸣叫警示，而不同与有源型的是，

无源型的蜂鸣器如果用直流信号驱动，不会鸣叫，必须用方波驱动。为了简单和便利，

设计中采用的是有源型蜂鸣器，当气敏传感器检测到一定浓度值的煤气时，设计的中断

服务程序会就会给单片机相应的接口一个低电平，使蜂鸣器发出鸣叫进行报警，将蜂鸣

报警器接入单片机的1.6口，当煤气检测到一定浓度的可燃气体是经A/D转换器进入单

片机，经过监测和分析P1.6口响应，变为高电平蜂鸣器得电，报警。当有人听到报警

的声音后可以按下复位按钮接触警报。

3.1.2烟雾温度检测及显示

设计中所使用的温度检测模块DS18B20，图2-2所示的DS18B20有电源接入时需要

外接一个上拉电阻使其能够稳定地工作，上拉电阻的阻值和DS18B20的工作电流及电压

有关，DS18B20的工作电流大约为1mA，工作电压为5V，根据公式

I/UR

就可以知道

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电阻的阻值为5千欧，本次设计中就选用5千欧的电阻作为DS18B20的上拉电阻。如图

3-3所示为DS18B20硬件图。

图3-3DS18B20硬件图

设计中检测厨房烟雾温度的传感器选用的是的温度传感器DS18B20，它能够测量的

温度范围适用于日常烹饪的环境，并且内部有温度上、下限警告的设置，很适合应用在

抽油烟机控制系统中。将DS18B20连接到单片机AT89S52引脚接口上，然后经过单片机

检测和分析之后控制LCD液晶显示驱动，本设计中液晶显示模块选用的是LCD1602。

DS18B20数字温度计优点很多，线路比较简单，体积也很小，可以将很多数字温度

计使用在一根通信线，非常方便，快捷，可以广泛的使用。

DS18B20的优点有：实现通信功能时只需要一个端口就可以；在DS18B20中的每个

器件上都有特殊的序列号，之所以特殊是因为这些序列号是独一无二的；在实际的环境

进行测量温度时，在外部不需要加其他的原件就可以测温；测量的温度范围-55℃摄氏

度到+125摄氏度；九到十二位之间是数字温度计的分辨率可以选择的区间；内部装设有

温度上、下限告警。

DS18B20的引脚功能如表3-2所示。

表3-2DS18B20的引脚功能

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DS18B20的内部结构，有四个比较主要的部分，其中就有六十四位激光ROM、温度

传感器、非易失性温度告警触发器和配置寄存器。DS18B20的内部电路框图如图3-4所

示。

图3-4DS18B20内部结构

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图3-5DS18B20RAM

任何一个DS18B20，存放在六十四位激光ROM的编码都是唯一的一个六十四位ROM

编码

DS18B20的存储结构如图2-5所示。由一个中间结果暂时存储RAM和一个非易失性

电可擦除EERAM组成，保存单线通信所用到的数据需要存储在暂存存储器，在读取数据

后再读出校正，最后将数据送到非易失性电可擦除EERAM中。

测量的温度信息的高位和暂存器的低位的前两位字节为暂存器，温度告警出发器高

位、低位的值在第三、四字节，配置寄存器在第五个字节，在每一次上电位时，这五个

字节就会不断地刷新；接着的三个保留字为内部计算机使用；第九个字节为CRC校验值。

分辨率配置为九、十、十一或者十二位的数字温度传感器是DS18B20的核心功能部

件。

DS18B20有两种供电方式：寄生和外部。

单线数据线所能提供电源叫做寄生电源，在一定的时间范围内信号线处于高电平的

状态，存储器内部有电容器，在一定的时间内，电容器上会产生能量。在一定周期内单

信号线为低电平断开电源，该信号的信号电平被由低到高，使寄生功率将重新连接。寄

生电源有的特点有两个，第一是不需要本地电源就能够实现温度检测并且是远程控制

的，第二就是ROM的读取在没有正常电源的情况下也是可以的。

设计中液晶显示模块采用的是LCD1602，它是一种带字库的点阵图形LCD模块，有8位

微处理器接口，平板显示器的128x64大小的64位数据RAM驱动器来实现。如图3-6

所示为LCD1602硬件图。

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图3-6LCD1602显示模块硬件图

LCD1602基本特性如表3-3所示

通过P2.7温度传感器与单片机连接，当温度传感器将传感信号传入单片机，通过

LCD显示，在温度系统设计的LCD显示字符显示，LCD在设计系统中显示的温度也就是

字符的显示，一般一个字符都是由48点阵或者是64点阵这样的点阵组成的，要想温度

正确的显示就要经过准确的测量，就要找到几个固定位置在屏幕上对应显示的RAM的8

个字节，而且要让每个字节的不同为为1，其他的位为0，1就是为点亮。当然0就是熄

灭，经过显示管明和暗的变化来显示温度字符。对于对烟雾温度的显示只有在抽油烟机

启动时才会工作。

3.1.3按键输入

本次设计中的键盘模块，为了使键盘能够正常的使用，在高电平与键盘之间会加入

电阻，电阻的阻值一般为1千欧。

表3-3LCD基本特性

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图3-7按键模块硬件图

很多个按键的集合形成键盘，它的主要功能就是响应相关人员的操作或其他命令。

键盘有两种型，一种为可编码另一种为非编码。编码型键盘就是当按键按下时可以自动

识别按键然后产生该按键所对应的代码，然后再通过并行或串行的方式发送到中央处理

器。操作简单，使用方便，相应速度快，但是需要加入专门的硬件电路才可以。非编码

型键盘是通过软件来确定键盘然后通过软件计算键盘值。虽然没有编码型键盘效果理

想，但它不需要加入硬件电路，能够广泛使用。

在单片机控制系统中一般只需要几个功能键就可以控制比较单一的对象，对于有少

量的功能键系统，一般都是会使用相互独立的接口方式（每一个按键接一根输入线，各

键的工作状态互相不会影响。）如图3-7所示为本设计中2个功能键。

设计的抽油烟机有2个控制按键分别接入P3.3口P3.4口，按键功能分为4块，分

别为开关，电路复位。开关按键控制抽油烟机的启动和关闭（采用长触式)，当按下时

油烟机P3.3口得电时单片机开始工作控制电机运转，抽油烟机开始正常工作，当煤气

传感器检测到一定浓度的可燃气体时抽油烟机的警报功能就会被触发，蜂鸣器得得电鸣

叫，发出警示，当有人听到警报后按下复位按键，使单片机复位回到初始工作状态，并

打开油烟机抽走过高浓度的可燃气体，报警解除。

对于手动切换风速的大小，在设计中会选用一个滑动变阻器调速来作为调节风速的

按键，通过改变阻值来调节电动机的转速。

3.1.4系统自动复位电路

单片机得电之后第一从复位运行开始，经过复位操作可以使单片机处于初始形态。

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通过复位电路实现单片机的复位。本设计中设计的复位电路是当系统报警时按下复位电

路使抽油烟机停止工作回到初始未启动状态。

复位操作分为三种方式，第一种为上电自动复位，第二种为按键手动复位，第三种

为看门狗自动复位。

图3-8（A）

上电自动复位是在施加电源瞬间通过RC电路来实现，如图3-8（A）所示。在通电

瞬间，电源通过电容C和电阻R回路对电容充电，使Resst端出现如图3-8（B）所示的

波形，经过施密特整形电路，可向内部复位电路提供一个正脉冲引起单片机复位。取电

阻R为1千欧，电容大小为22μF，就可以可靠地复位。如果系统程序中还存在别的外

围硬件电路也要加一个复位信号进行复位，可以按图3-8(C)所示加接一个门电路。

图3-8（B）

按键手动复位是说当单片机在运行的时候通过手动按钮让中央处理器强行复位，再

从头开始运行。图3-8（D）所示的是上电自动复位与按键手动复位结合的情况。

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图3-8（C）

图3-8（D）

单片机控制的系统都是智能的系统，看门狗电路具有自动脱离死循环或死机的功

能，也叫做WatchingDog。看门狗设计的构思是这样来的：制作并连接一个硬件电路，

程序如果在运行时没有什么异常情况出现，只要定时发出清除信号（称为喂狗），该电

路就会一直保持原有的状态不会发生任何异常事情，但是当程序出现问题而且不能够正

常的运行时，在一定的时间之后，看门狗电路就会自己自动的开始工作，产生复位信复

位单片机使单片机回到初始状态。有很多方法可以在单片机的控制系统中使用看门狗，

可使用外围芯片，利用单片机内部看门狗，利用单片机里面的定时器中断等方式实现。

单片机的复位也就是说让单片机进出初始化的状态。单片机在启动以后，片内的随

机存储器为一个任意的数，片内RAM的内容不会因为复位操作而受到任何的影响。特殊

功能寄存器的状态在复位后是确定不变的。

3.2主控制电路设计

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3.2.1AT89S52

单片机通俗来讲就是一个小型的计算机，试想一下一个计算机的功能全部浓缩在

一个小小的芯片上，充分解释了什么叫浓缩的是精华。因此在很多控制领域中我们用到

的最广泛的芯片就是单片机，单片机虽然体积小、但是其功能却十分惊人，其高可靠性、

高性能的特点一直是人们热衷于单片机开发的主要原因。功能全但是造价并不高，而且

在能耗方面也有出色的表现。在系统中应用单片机，可以是系统快速的检测到大量的数

据，在经过飞速的运算处理和逻辑分析之后，可以做出快速的、实时的动态响应。发展

到现代社会，工业中我们应用的主流单片机还是以8位机为主，但其16位、32位的同

胞兄弟正在以极快的速度崛起中。而本次磁悬浮小球控制系统，其需要处理的数据量并

不是太大，所以考虑到系统的运算性能和成本问题，本次设计选用的AT89S52型号的单

片机。

如图3-9所示为本次设计中所应用的单片机的最小系统。

图3-9单片机最小系统

由图可以看出，此单片机一共有40个管脚，其中可以用做输入输出的管脚是P0口、

P1口、P2口、P3口，除此只外P0口还可以用作地址、数据总线，而P3口也有自己的

第二功能，P3.0-P3.1用作第二功能的时候，每个管脚都需要单独定义。需要注意的是

要是用P0口的输入输出功能的时候一定要在外面接上拉电阻。

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●X1、X2管脚用于接外接晶振，为单片机提供脉冲信号。

●ALE管脚用于选择地址的锁存信号，当脉冲信号为下降沿的时候，此管脚输出工

作信号。

●RESET管脚外接复位电路，用于单片机的复位操作。

●PSEN管脚用于单片机是否在外部的储存器提取指令，在低电平到达的时候，单片

机才会从外部的储存器提取所用的指令信号。

●EA管脚负责管理单片机的内外程序存储器，当EA为高电平的时候，单片机可以

反问片内的ROM存储器；反之则访问片外的。

本次设计并没有将单片机的全部引脚充分利用，但现在也可以满足此次的设计要

求。在设计总控制器的时候我也有考虑过使用其他的控制芯片，甚至也考虑过比51单

片机功能更强大的种类。但是介于所学到的知识和对整个系统的功能分析，并最终决定

整个控制系统的核心采用51单片机。

单片机正因为其多功能的管脚、较小的身躯、强大的功能、出色的运算速度等，确

定了其广泛的应用领域，生活中我们的各种家电、各种智能设备，工业中所应用的生产

流水线，高端智能仪器等等。单片机发展到现在，已经成为了我们社会进步的不可缺少

的重要工具。

AT89S52的标准功能如表3-4所示。

表3-4AT89S52标准功能

表3-5ATS8952的性能

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表3-6P1端口第二引脚功能

表3-7P3端口第二引脚功能

AT89S52有八个中断源，六个中断矢量，有两个中断优先级，可以实现二级中断服

务程序嵌套。通过软件编程为高优先级或的优先级中断每个中断源都可以完成中断源，

允许或禁止向中央处理器请求中断。

AT89S52的特殊功能寄存器有：中断有限寄存器IP、中断允许寄存器IE、中断源寄

存器。

向CPU申请中断请求源，AT89S52的8个中断源，外部中断/INT0、/INT1；T0、T1

计数中断串行口发送中断或接收中断；T2计数中断和捕获中断。外中断对应两个中断矢

量；T0、T1中断对应两个中断矢量；串行口对应一个中断矢量；T2对应一个中断矢量。

外部中断/INT0、/INT1：在P3口不同的引脚上会产生低电平或者是变为负值,置

位中断请求标志位IE0或IE1,外部中断请求标志和触发方式控制位存在于特殊功能寄

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存器TCON的低四位。硬件自动复位IE0和IE1标志位。

中断的发生将遵循下面的2条基本原则：

1、低级的中断响应可以被高级中断打断，但是低级中断在高级中断响应时不能够

打断。

2、在某一个中断正在响应或者是已经响应时，同一等级的中断响应是不能够打断

它的。

辅优先级规则

当中央处理器同时收到几个同一级别的中断请求时，哪个中断响应源基于硬件上的

查询顺序。不在同一个机器周期内当2个或超过两个中断先后发生时，或者当2个以上

不同优先级中断一起发生时，哪个先被响应由IP寄存器决定。

在同一台机器周期在2个以上的发生具有相同优先级的中断发生，这是内部查询序

列的第一反应，该IP寄存器不能确定的第一反应。

中断系统中的任意一个机器周期都会实现顺序检查其中的任意一个中断源，如果查

询到中断请求被标志为1,而且不会被下属的阻值条件所阻止，那么将在下一个机器周期

的转到所响应的中断服务程序。如图3-10为单片机的内部结构。

图3-10AT89S52单片机内部功能模块示意图

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3.2.2A/D转换器

检测煤气浓度的气敏传感器作为模拟量输入就要通过A/D转换器的转换将模拟信号

转化为数字信号传入单片机，这样才能正常工作，本次的设计选用PCF8591作为A/D转

换模块来进行对模拟量和数字量的转换。如图3-11所示为A/D转换。

图3-11A/D转换器

PCF8591属于8位CMOS数据获取器件，它的功能为多路模拟输入，其特点是待机状

态为低电平。

PCF8591是一个独立的集成芯片、要进行单独的供电、功耗也不高，是一个8位CMOS

数据读取的元器件。PCF8591的中的三个引脚分别为A0、A1、A2，可以使用在硬件地址

的编程上，同一个总线不需要外加其他的外部器件而且一共可以有8个PCF8591器件接

入。PCF8591的主要特点有：1、可以单独的提供电源。2、PCF8591允许工作电压范围

是2.5伏至6伏。3、4个模拟量程是差分输入或者是单端型输入为输入编程。4、通过

一路模拟量的输出来实现引脚增益信息。5、PCF8591的模拟电压范围从VSS到VDD。6、

I2C总线速率决定了PCF8591的采样率。7、在待机的状态下电流值很小。8、可以自动

进行频道选择。9、PCF8591引脚通过3个硬件地址实现寻址功能。10、PCF8591内部

设有跟踪保持电路。11、8-bit逐次逼近A/D转换器。12、通过I2C总线串行输入或者

输出。如图3-12为A/D模块内部结构图。

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图3-12A/D模块内部结构图

在进行模拟量到数字量的转换时，首先对输入的模拟量进行输入方式的确定，以决

定其具体的位选值，一般来说模拟量的输出允许值为0，4路单端输入时取00，三路差

分输入时取01，单端与差分输入时取10，二路差分输入时取11。最低两位是通道编号

位，当0通道的模拟信号进行A/D转换时取00，当对1通道的模拟信号进行A/D转换时

取01，当对2通道的模拟信号进行A/D转换时取10，当对3通道的模拟信号进行A/D

转换时取11。

3.2.3自动照明控制

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图3-13光敏电阻

如图3-13为光敏电阻。光敏电阻是整个系统中自动照明系统的核心硬件。它的工

作原理就是通过半导体的光电效应，使它的阻值会因为照着光的强弱而发生改变。化学

物质中镉、铝、铅硫化物等材料可以作为光敏电阻的原材料。这些原材料都有一个共同

的特征就是在固定不变的光亮照下，光敏电阻的阻值会立刻地下降变小，由于在导电的

电路中通过光照产生的载流子会加入电路中与其一起导电，在外加电场的作用下产生运

动，电子就会向正极靠近，电源的负极则都是空穴，在这样的作用下光敏电阻的阻值就

会发声改变，立刻减小。所以当入射光照不是很强时，电阻值就会增大。入射光照很亮

时，电阻值就会减小，

在实现光的测量、光的控制和光电转换时可以使用光敏电阻来完成。之所以叫做光

敏电阻，就说明它对光很敏感，灵敏度高，可以提供在厨房光线较弱或者没有可见光的

时候的光亮。

抽油烟机开启工作的情况下，自动照明电路会有外接的电压，这样光敏电阻就可以

起到控制LED灯亮或灭作用，当厨房烹饪环境中可见光慢慢变弱时，暗阻的阻值就会慢

慢变大，自动照明电路中的电流变大，达到一定的峰值时，就会触发导通光敏电阻,电

路闭合，LED灯的点以后发亮。当烹饪时的可见光的强度慢慢变大，暗阻阻值就会慢慢

减小，是自动照明电路中的电流值变小，当交流电压的电压值为零，电镀中的电流不能

就不能使光敏电阻导通,LED灯的回路就断开，灯就熄灭。在设计系统中，把自动照明电

路与A/D转换器接在了一起，通过光敏电阻对照明电路进行控制，自动照明电路也是在

油烟机启动时才会工作的。光照对烹饪的环境很重要，在烹饪时需要一定的光照才能更

好的烹饪，在设计的自动照明电路中光敏电阻使其重要的组成部分，当光敏电阻在有光

照的情况下，电阻增大，这样LED灯就不会发亮，当没有光照或者光照很弱的的时候，

光明电阻的阻值随之减小，LED灯亮。

光敏电阻的选型如表2-4所示。

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表2-4光敏电阻的选型

3.2.4报警电路

图3-14蜂鸣器报警电路

设计选用蜂鸣器作为警报如图3-4所示。蜂鸣器是一种信号提示装置，常常用在电

子设备的声音提示中。蜂鸣器一般是基于压电原理制作而成的，它的鸣响的频率为二百

赫兹到三千赫兹，工作的电压有3V、5V、9V、15V等几种，工作电流一般为几毫安到几

百毫安。

蜂鸣器分为直流和交流两种工作方式，作为报警提示，蜂鸣器是一种有极性的电子

元件，有两种类型，一种类型是为有源型，另一种类型为无源型，有源的蜂鸣器内带振

荡源，只要通电就会鸣叫，而无源型的蜂鸣器如果用直流信号驱动，不会鸣叫，必须用

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方波驱动。为了方便简单，在设计中选择有源蜂鸣器。当传感器检测到气体浓度太高，

执行中断服务程序，单片机的输入端口连接到一个低电平，触发蜂鸣器后就会立刻工作

并发出响声报警。

3.2.5对电动机的控制

普通的家用抽油烟机不会通过单片机控制，一般都不会实现智能化，这次根据任务

要求，设计的抽油烟机系统要能够自动或者手动切换风速的强弱（大小），调节风速的

大小也就输要调节电机的转速，本次的设计任务是要以单片机为核心控制整个抽油烟机

系统，所以选用直流电机作为抽油烟机的重要组成部分。通过单片机使得直流电动机正

常工作并能够调节它的转速需要PWM波对它进行调速。

PWM是通过微型计算机输出的数字信号控制具有模拟信号的电路具有成熟理论体系

的技术。在工程测绘，数字通信，控制功率与变换等很多方面都被人们所使用。

脉冲宽度调制（PWM）是一种通过对数字的编码改变模拟信号电平的应用技术。PWM

波的方波占空比，对相应的模拟信号电平进行数字编码，在编码时要使用高分辨率的计

时器。在给定的任何时刻，满幅值的直流供电有两种具体的供电方式，一种是完全有，

另一种是完全无，所以PWM波一直是数字信号不会改变。加在模拟负载上的电压或电流

源是通过一种接通或者关断的周期性的变化规律来完成对脉宽的调制任务。接通状态就

是负载上由直流电压供电，当供电的直流电源断开时即为关断状态。对于一个控制系统

来说，任何模拟值只要在足够宽的脉冲下都可以通过PWM驱动控制技术进行数字编码。

在使用PWM驱动电路系统运行之前，这种控制电路在系统中完成的主要任务包括以

下几点：

●对需要调制脉冲信号进行设置，设定一个具体的工作周期。

●在PWM控制寄存器中设置接通时间。

●设置PWM输出的方向，这个输出是一个通用I/O管脚

●启动定时器

●使能PWM控制器

PWM的一个很大的特点那就是处理器输出的信号和被控系统所应用的信号都是数字

量，因此我们在设计的时候并不需要再另外加入模数转换电路，减少电路的复杂性。并

且控制系统中一直使用数字量作为控制信号可以有效地降低噪声对整个系统的控制性

的影响。一般来说，噪声只有在有强烈的幅值变化的时候，才会对系统中的数字信号产

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生干扰或者一定量的偏差。

对噪声抵抗能力的增强是PWM相对于模拟控制的另外一个优点，而且这也是在某些

时候将PWM用于通信的主要原因。从模拟信号转向PWM可以极大地延长通信距离。在接

收端，通过适当的RC或LC网络可以滤除调制高频方波并将信号还原为模拟形式。

PWM也就是脉冲宽度调制的工作原理为，将电源开关的频率通过控制固定电压来完

成，当改变敷在两端电压的大小时，就可以完成对整个系统电压的控制要求。如果在一

个控制系统中采用PWM驱动控制整个系统的控制性能，电源的断开和闭合通过一个特定

的频率来实现，并且根据系统的具体要求让电源在一个周期内“断开”和“闭合”有规

律的实现。控制直流电动机转速的方法就是改变平均电压值的大小，具体可以通过改变

直流电机电枢上电压的“占空比”来实现。PWM又被称为“开关驱动装置”。如图3-15

所示为PWM方波。

图3-15PWM方波

假设给直流电动机持续接通电源保持不会断开的时候，分析如下：

Vmax电机转速最大为

，

设占空比为

T/t1=D

，

电机的平均速度D*Vmax=Va，（Va指的是电机的平均速度；Vmax是指电机

在全通电时的最大速度；T/t1=D是指占空比。）

当占空比T/t1=D时，就可以得到不同的电机平均速度

d

V，就可以对直流电动机

进行速度的控制。除了需要PWM波调速，还要将直流电动机接入H桥。H桥驱动电路如

图3-16所示。

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图3-16H桥驱动电路

图3-17电机控制电路（部分）

如图3-17所示是本次设计系统所应用的直流电机控制电路。由图可以看出电路的

分布呈英文字母H型，所以这样的电路也叫做H桥电路。

如图3-17所示，H桥式电机驱动电路的主要是由4个三极管和一个直流电机电机构

成。电动机的正常运行需要同时让在一条对角线上的三极管同时开通或者关断，所以我

们需要为电路提供一个合理的控制信号，以保证系统的正常运行。四个三极管的开通关

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断情况可以分成两组情形来分析，分别可以实现电动机的正向运行和反向运行。这是H

桥电路控制电机的主要优点之一。

首先分析上述所提两组情形的一种，假设本次情形完成的是电动机的正向运行，则

根据下图3-18所示可以看出，我们需要将Q1和Q4两个三极管同时通以开通信号，此

时电路的闭环通路，由此电流就可以经过Q1到达电动机，在经过Q4流回电源的负极，

完成对电动机稳定运行，使电动机按照图所示的方向，即为开始假设的正向运行转动。

图3-18H桥电路驱动电机顺时针转动

图3-19所示的则是另外一组控制情形，此次则可以实现直流电动机的反向运行。

此时的控制电路通以同时信号的是Q2和Q3两个三极管，电流此时经过Q3三极管流入

电动机，然后在电动机流出，经过Q2三极管，再流回电源的负极。从而完成了电动机

的反向运行，具体电流的行进路线如图所示。

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图3-19H桥电路驱动电机逆时针转动

当直流电机是用PWM控制电路驱动的时候，使能控制和方向逻辑为控制电机正反向

运行的具体决定因素，而且H桥同侧的两个三极管是不能够同时导通的，这一点很重要

需要特别注意。具体原因如下：假设三极管Q1和Q2同时导通，此时电流直接从电源正

极经过Q1和Q2的通路流回电源的负极，而且并没有流过电动机，因此系统中也就不存

在负载的功率损耗。其结果就是导致电路回路中的电流达到一个很大的值，从而有可能

会将三极管烧坏，影响H桥正常的工作，而且并没有完成对电动机的驱动作用。由于以

上原因，在实际驱动电路中要对三极管的开关进行控制，一般使用的方法是在驱动电路

中加入硬件电路。

图3-20所示就是通过硬件电路对三极管的控制而改进电路，将4个与门和2个非

门加入到基础的H桥驱动电路上。将同一个使能的导通信号与4个与门接通，整个控制

电路的开关就可以只通过一个信号进行控制。将两个非门与电路相连，并且通以相同的

输入信号，从而可以很好的保证H桥电路在运行的时候发生同一侧三极管同时导通的情

况，保证了元器件的安全性和系统的完整的运行。

图3-20具有使能控制和方向逻辑的H桥电路

图3-20所示的H桥电路是有使能控制和方向逻辑的电路，通过使能控制和方向逻

辑的方法，仅仅用三个信号就能够完成电机运转的控制要求。两个方向信号、一个使能

信号为控制整个控制电机的三个信号。当DIR－L的信号为0，DIR－R的信号为1的时

候，而且使能信号是1，则三极管Q1和Q4导通，电流从左至右流过直流电动机（如图

3-21所示）；假设DIR－L的信号变为1，但是DIR－R的信号变为0，则Q2和Q3就会

导通，电流则反向流过电机。

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图3-21使能信号与方向信号的使用

因为H桥很复杂，所以在实际的系统应用中，H桥都是直接在市面上购买的，以缩减

设计的复杂程度和设计时间。

3.3本章小结

本章主要是围绕抽油烟机控制系统中控制部分，每个模块接入单片机后，经过单片

机的控制实现每个模块的工作，设计的油烟机的主要控制系统中心为单片机AT89S52,T

通过单片机的程序设计来实现任何一个模块功能的实现，最后完成整个系统的运转，每

个模块之间都协调工作，不发生冲突，这些模块功能只有煤气报警没有启动油烟机的时

候会工作，其他模块都在油烟机启动后才会工作。当一个工作稳定系统在运作时他就需

要各个部分的密切协调运作，本次设计不能只是说以完成为目的，更多的是为了了解单

片机如何控制一个智能系统，系统的设计要考考虑很多，不如说系统初期设和系统运作

硬件的选择，电路图的连接及优化，之后系统运行的稳定性、反应的灵敏度，还有工作

的准确性，在本次设计中我所使用的单片机型号为AT89S52芯片，然后根据老师布置的

设计任务、系统的功能要求选定了元器件，进行元器件的连接及硬件图的连线，最主要

的外围电路设计要设计的合理，一目了然。

3.4软件程序设计

3.4.1主程序的设计

如图3-22所示为本次设计的主程序流程框图。

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开始

初始化

调用scan()函数

判断flag值？

读取光照值

照明灯点亮

显示照度值

读取温度值

判断温

度值是否大于

设定值？

电机运行

显示温度值

判断beep_flag=1?

报警灯闪烁，

蜂鸣器报警

stop_flag=0

清屏

Stop_flag=1

结束

0=

=1

Y

N

Y

N

图3-22主程序流程框图

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3.4.2PWM波调速流程图

3.4.3本章小结

本章主要以软件程序为主，这次设计中单片机AT89S52为核心控制的抽油烟机控制

系统的软件编程方面涉及到了4个部分，我把这4各部分的程序分开来讲述，还有每个

主程序的流程图都清晰的展示了整个程序运行的逻辑过程，对于中断程序我分了两类，

中断键盘和中断报警我认为这两部分算是这次设计中比较重要的，另外就是LCD的显示

子程序，各个部分程序的正常运行才能保证整个系统的运转稳定，最终达到理想的设计

理念。

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4.结论

设计中选用AT89S52单片机作为控制中心来控制抽油烟机系统，选用AT89S52单片

机的原因是因S5x系列的单片机比起C5x系列的单片机来说拥有较低的功耗，性能高特

点，而且C5x系列单片机上增加了看门狗定时器和在线更新程序的功能。不需要在外部

再外加看门狗增加单片机外围电路的复杂性。

根据任务可知抽油烟机的基本开关功能就是实现手动的启动和关闭功能，启动时抽

油烟及通电风扇转动，抽油烟机正常工作，关闭时抽油烟机断电工作停止。

抽油烟机烟雾温度自动检测功能，本次设计中是对烟雾温度进行检测，将检测到的

温度通过单片机AT89S52显示在液晶屏上，通过人对液晶屏上数据的显示来手动调节风

速的强弱（大小）。抽油烟机中检测烟雾弯度的传感器使用的是DS18B20，能够感应并

测量到的温度范围为负五十五摄氏度正一百二十五摄氏度，并且内部有热温上，下限警

告的设置，很适合应用在抽油烟机控制系统中。将DS18B20连接到单片机AT89S52的引

脚上，通过单片机分析和检测来控制LCD液晶显示，本设计中液晶显示模块采用的是

LCD1602，调节风力大小就是人对按钮的手动操作，通过单片机AT89S52控制来控制电

机的转速。

设计中要实现抽油烟机使用的过程中检测煤气并实现报警功能首先要选定检测煤

气的传感器，我采用的是SnO2(MQ-2气体传感器)来检测厨房中产生的可燃气体，在厨

房中的可燃气体就是煤气，当气敏器件对煤气中可燃气体浓度进行检测并通过单片机分

析和控制，然后做出反映使得蜂鸣器响应并报警，听到报警后按下复位按钮复位。

设计中的报警提示采用的是蜂鸣器，蜂鸣器在工作时会发出很大的响声，有警示的

作用，蜂鸣器属于一种有极性的电子元件，有两种型号，型号都分为两类一类是有源型

另外一类为无源型，有源型的蜂鸣器与无源型蜂鸣器不同的是内带振荡源，只要蜂鸣器

一通电，就会工作发出鸣叫警示，而不同与有源型的是，无源型的蜂鸣器如果用直流信

号驱动，不会鸣叫，必须用方波驱动。

本次论文就是为了创造一个安全舒适的烹饪环境而设计一款抽油烟机。本文先是对

抽油烟机做一个简单的介绍，介绍油烟机普通油烟机的功能及原理等方面，简介对油烟

机在日常生活中不可缺少的原因，在厨房中扮演着很重要的角色。然后论文阐述这次设

计系统的整体，这次设计中主要加入了气敏传感器，对烹饪时会泄漏的煤气进行检测，

当煤气的浓度达到设定值时，报警电路就会工作，发出警报声，除此之外也加入了温度

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传感器检测油烟温度并显示，实现智能化油烟机功能，这次设计的油烟机系统模块有检

测模块、执行电路模块。然后通过这些模块进行了软硬件设计，有中断键盘扫描程序，

中断报警程序，LCD显示子程序。从而实现了油烟机自动控制功能。

这次设计的抽油烟机还是以轻便，体积小，易于操作，功耗低为特点。

根据上述所讲，通过单片机AT89S52控制抽油烟机智能工作，加入气敏传感器（检

测煤气），对煤气进行检测并报警，加入温度传感器进行对烟雾温度的检测实现手动调

节风速的强弱，最终实现安全，洁净，高效的烹饪环境。

当一个工作稳定系统在运作时他就需要各个部分的密切协调运作，本次设计不能只

是说以完成为目的，更多的是为了了解单片机如何控制一个智能系统，系统的设计要考

考虑很多，不如说系统初期设和系统运作硬件的选择，电路图的连接和调试，系统的正

长运行和稳定工作、运行时的反应灵敏度，还有工作的准确性，在本次设计中我所使用

的单片机型号为AT89S52芯片，然后根据老师布置的设计任务、系统的功能要求选定了

元器件，进行元器件的连接及硬件图的连线，最主要的外围电路设计要设计的合理，一

目了然。此次设计的要求是要抽油烟机能够检测到空气中的煤气并发出报警声，抽油烟

机煤气检测的工作过程是，烹饪时泄漏的煤气达到一定浓度值，通过传感器的检测后，

气敏传感器的阻值就会下降，单片机就会做出响应，立即控制油烟机的电机开始工作，

报警电路的蜂鸣器被触发鸣叫；另外一项任务是对烟雾温度的检测，我选用的是DS18B20

测量烟雾的温度，通过单片机分析和检测将温度显示在LCD屏上，当显示温度高时，采

取手动操作控制油烟机风速的强弱。如果烹饪时抽油烟机系统正常运行，室内的有较强

的可见光，自动照明系统就不会工作，LED灯就不会发亮，只有在夜晚时可见光的亮度

逐渐变暗，自动照明电路中的光敏电阻阻值减小，开始工作LED等发亮；经过上述对油

烟机基本工作的简介，整个系统的设计基本完成，达到了设计的目的。

经过长达3个月的设计和学习，我已经明白了要做到独立思考、和设计一个新的系

统是很难的，要通过不断的完善自己才能使自己做到更好，结合理论和实践让自己的设

计变得更完美，这次设计也让我巩固了大学4年来所学的专业知识，很值得。

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5.参考文献

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[14]李建民.单片机在温度控制系统中的应用.江汉大学学报，1996.6.60~54

[15]潘新民，王艳芳.微型计算机控制技术.北京：电子工业出版社，2008.74~75

[16]夏继强.单片机实验与实践教程.北京：北京航空航天大学出版社，2001.72~76

6.附录

7.致谢

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