基于单片机的抽油烟机自动控制无级调速电路设计

基于单片机的抽油烟机自动控制无级调速 

电路设计

潘益玲

（河源职业技术学院电子与信息工程学院，河源 广东 517000）

摘 要：目前，伴随着我国大力发展低碳经济和新能源，促进节能减排，人民也越来越注重环境安全和工作的便利与舒适性，抽油

烟机作为厨房环境的第一卫士，在越来越多的家庭中得到了广泛的应用。本项目研发的自动控制抽油烟机无级调速控制电路采用气敏和热敏传感器检测油烟和煤气，实现电机自动运行与停止，检测信号通过PWM信号实现直流电机无级调速，应用于抽油烟机自动检测油烟，且可使风扇随着油烟量的变化无级变换转速，最大限度地节能。关键词：抽油烟机；自动控制；无级调速；单片机

0 引言

保护环境、节能减排工作将成为各行各业工作的主体。抽油烟机作为餐饮业中厨房环境的第一卫士，以其能将炉灶燃烧的废物和烹饪过程中产生的对人体有害的油烟迅速抽走，排出室外，减少污染，净化空气，并有防毒、防爆的安全保障作用而受到越来越多家庭的青睐，现已成为现代家庭必不可少的厨房电气设备。目前市场上的抽油烟机参差不齐，种类、品牌、样式繁多，功率大小不一。功率太小，省电，但吸油烟效率低，功率太大又消耗电能；目前抽油烟机只能做到三档调速，转速主要以人工调节为主，为达到最佳排油效果和节能目的，往往需要使用者多次调节干预，费时费力，还是不能达到“实时”节能。此外，做饭时频繁触动抽油烟机按钮，对饮食卫生也极为不利。对此，利用油烟传感技术，结合单片机编程产生PWM

脉宽可调的脉冲去调节直流电机电压从而实现油烟机

的自动起停和调速。改变现有厨房机械档位抽取油烟为平滑调速，对未来油烟机的使用和发展带来很大的变化，最大限度节省能源。

1 基于单片机的抽油烟机自动控制无级调速电路分析

1.1 油烟机需实现的功能。（1）智能化自动控制，厨房的油烟或有害气体的浓度达到一定浓度的值时，经传感器进入控制电路能使电机电路立即启动或停止。（2）油烟检测，对温度高、污染大的烟气采用热敏电阻检测，而对温度低但污染大的燃气采用气敏传感器监测。（3）无级调速，改变传统的用档位开关手动调速为根据油烟浓度无档位无级调速。1.2 拟解决的关键问题。（1）选用合适的油烟传感器对油烟进行检测，将采集的油烟量变为电阻值大小，通

表4 机械手可靠性控制表

序号

故障模式

故障原因撞刀

1

卡爪变形

主轴未松刀即

进行拔刀、换刀刀具检测开关

故障

2

掉刀

刀具超重卡爪磨损位置检测开关无信号液压压力不足

［J］．中国机械工程，1996，7（6）：67-69．［4］王建新．加工中心的可靠性设计方法研究［D］．长春：吉林工业大学，2000．［5］韩烨.基于FTA的数控冲床重要度分析［D］.长春：吉林大学，2008.

控制措施

调试时对机械手与主轴位置、过渡刀套位置用检具检验

对主轴进行相应结构与故障分析，提出改进办法针对具体的感应开关通过试验确定最可靠的感应距离

定期检查

添加刀具重量自动检测系统，提供刀具超重报警信号

定期检查

针对具体的感应开关通过试验确定最可靠的感应距离

定期检查定期检查

实施阶段装配阶段试验阶段设计、装配、加工阶段

加工过程设计、加工过程加工过程设计、装配、加工阶段

加工过程加工过程

3换刀无动作

［6］王国强，张根保等. 基于任务的数控机床加工过程可靠性建模技

术研究［J］.中国机械工程，2013，24（10）：1296 -1302.［7］沈祖培，黄祥瑞.GO法原理及应用［M］.北京：清华大学出版社，2004.

基金项目：本文系河源市科技计划项目《抽油烟机自动控制无级调速电路的研发》（课题编号：2011-105的阶段性成果。

作者简介：潘益玲（1980—），女，湖南邵东人，汉族，本科，讲师，研究方向：电子与通信技术。

2017年第12期9技术平台

过ADC0832进行转换，送入单片机，通过编写PWM程序，驱动电机启停。（2）选用合适的无刷直流电机采用H桥结构方式由单片机发动指令进行PWM控制，实现无级调速功能。1.3 系统框图

本设计通过传感器对油烟量的采集，将其转变为相应的电阻值利用ADC0832模数转换后，送入单片机编程处理产生PWM信号驱动电机启动并实现无级调速，其系统框图如图1所示：

图1 设计总框图

2 硬件电路设计

抽油烟机自动控制无级调速电路由电源电路、油烟采集电路、单片机控制电路、直流电机驱动与控制电路、照明电路构成，设计的总原理图如图2所示。选择MQ-2 sensor作为油烟传感器，AT89C51芯片为单片机编程控制器，三极管构成的H桥功率放大器为电机驱动部分，24V、100W直流电机为油烟抽风机。电路简单，经济实用，调速平滑，节省能源。

图2 硬件电路整机图

2.1 电源电路

设计中单片机和传感器的工作电压为5V，而电机的工作电压为24V，故需设计一个双路直流电源为电路正常工作提供能量。本设计采用24V变压器对交流电路进行降压，经整流管整流滤波后用7805稳压输出5V直流和7824稳压产生24V直流电压为电路元件提供工作电源，电路图如图3所示。

10科技·经济·市场图3 电源电路

2.2 油烟采集电路

本设计使用MQ-2 sensor作为检测油烟的传感器，可直接接单片机或继电器模块，适用于家庭或工厂的气体泄漏监测装置，适宜于液化气、丁烷、丙烷、甲烷、烟雾等的探测，如图4所示。烟雾传感器检测到烟雾信号后送DAC0832进行模数变换，将模拟信号变为数字信号，送入单片机判断并执行相应控制。该器件的时钟来自于单片机。

图4 油烟采集电路

2.3 单片机控制电路

控制部分使用AT89C51，该单片机结构简单，技术成熟，通过编程产生PWM信号。其电路连线如图5所示。该单片机选用的晶振频率为11.0592MHz，与电容电阻共同构成起震电路，为单片机提供11M频率扫描程序；复位部分采用自动+手动的模式方便操作。通过P2接口与ADC0832连接，P3.4、P3.5接口与电机驱动器相连，P2接口接收到来自油烟传感器MQ-2 sensor的烟雾信号后，对烟雾信号进行比较判断，执行PWM程序，进而改变直流电机电压、功率的方式实现调速。PWM技术是利用单片机编程产生宽度可变的脉冲信号改变直流电压从而实现直流电机调速的目的。采用PWM调速方式能够实现大范围调速，调速过程平滑，调速响应动作快速，设备简单，成本低于变频交流调速系统。2.4 电机控制电路

由于单片机输出的电压信号比较小，不足以推动直流电机运转，故需要在直流电机前连接一个驱动电路对单片机输出的脉冲信号进行放大，推动电机正

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科技·经济·市场图5 51单片机控制电路

常运行。该电机驱动部分采用H桥放大器，得名为H桥，是因为它的形状酷似字母H，四个三极管组成H桥的四条腿，而电机就是H中的横杆，要使电机运转，必须导通对角线上的一对三极管。电路如图5所示。该H桥连接来自单片机的PWM脉冲，由单片机产生脉冲导通对角线上的三极管。该桥的优点是电路的原理简单、易控制、功耗低带负载能力强、价格低廉。电路中所采取的功率管为中功率管，为进一步提高电流，扩大功率，四个三极管分别采用对管。其中将驱动功率管设计为灵活替换方式，可以根据实际驱动电路的需要，从而调整功率管的型号而不用另行更改电路，就可以满足电路控制的要求。

图6 H桥驱动电路

3 软件设计

软件设计的任务是单片机根据油烟浓度产生PWM信号调节直流电机转速，用软件的作法是通过设置高电平及低电平的保持时间来达到PWM的脉宽调制目的。系统程序由一个主程序、中断子程序和若干个子程序三部分构成。图7为总程序流程图，图8为

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技术平台

PWM输出程序流程图。主程序部分代码如下：

Void main（）

{Uchar i；TMOD=0x02；/*设定T0的工作模式为2*/ TH0=0x9B；/*装入定时器的初值*/ TL0=0x9B； EA=1；/*开中断*/ ET0=1；/*定时器0允许中断*/ TR0=1；/*启动定时器0*/ While（1）/*电机实际控制演示*/}

{For（i=0；i<=100；i++）/*正转加速*/}

{Motor（1）；Motor（2）；Delay5000）；}

For（i=100；i>=0；i）/*正图7 主程序流程图

转减速*/

{Motor（1）；Motor（2）；Delay（5000）；}

图8 PWM输出流程图

4 结语

本文设计的电路能根据传感器识别有无油烟、智能启动和停止抽油烟机的抽吸而无需手动操作；同时可根据油烟量的大小自动无级调节风量，采用无刷直流电机的油烟机由于直流驱动，提高了效率，降低了能耗，使得抽油烟机更加智能化、经济化；厨房更洁净、卫生；厨房劳务更方便省力；更加节省能源，保护环境。

参考文献：

张文柔．基于传感器的智能抽油烟机设计与实现［J］．山西电子技术，2013；28（4）．周晓钰．基于模糊控制的无级调速系统设计［J］．通信电源技术，2015，32（5）李雪峰．基于51单片机控制的抽油烟机设计［J］．微型机与应用，2012；31（13）．刘瑞涛.基于单片机控制的无线烟雾检测报警系统［J］. 科技论坛，2012.

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