抽油煙機課程設(shè)計--基于單片機的抽油煙機控制系統(tǒng)

1、<p>　　課 程 設(shè) 計</p><p>　　2013年 7 月 8日</p><p><b>　　課程設(shè)計任務(wù)書</b></p><p>　　課程 單片機課程設(shè)計 </p>&

2、lt;p>　　題目 基于單片機的抽油煙機控制系統(tǒng) </p><p>　　專業(yè) 測控技術(shù)與儀器 姓名 學(xué)號 </p><p><b>　　一、任務(wù)<

3、/b></p><p>　　以AT89C51單片機為控制核心，設(shè)計出一套能模擬家用抽油煙機工作的控制系統(tǒng)。</p><p><b>　　二、設(shè)計要求</b></p><p>　　設(shè)置一個獨立按鍵K1，當(dāng)K1每按下一次，增加一個電機啟動的數(shù)量，電機的總數(shù)為兩個；</p><p>　　設(shè)置一個獨立按鍵K2，當(dāng)K2按下時

4、，照明小燈點亮，再次按下K2，照明小燈熄滅，循環(huán)執(zhí)行；</p><p>　　基本電路包括：單片機最小系統(tǒng)、電機驅(qū)動電路、LED顯示電路、按鍵電路等；</p><p>　　提交設(shè)計報告、電路圖及程序源碼。</p><p><b>　　三、參考資料</b></p><p>　　閻石.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)[j]北京：高等教育出版社

5、2006</p><p>　　張毅剛，彭喜元，彭宇.單片機原理及應(yīng)用[j]北京：高等教育出版社2010</p><p>　　王幸之.AT89系列單片機原理與接口技術(shù)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社2004</p><p>　　林志琦.基于Protues的單片機可視化硬件仿真[M]. 北京：北京航空航天大學(xué)出版社2006</p><p>　

6、　羅先覺.電路[M]. 北京：高等教育出版社2006</p><p>　　完成期限 2013.7.1 - 2013.7.10 </p><p>　　指導(dǎo)教師 </p><p>　　專業(yè)負(fù)責(zé)人 </p><p>　　2

7、013年 6月 29 </p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　第1章 緒論1</b></p><p><b>　　1.1直流電機1</b></p><p>　　1.2 AT89C51單片機1</p><p>　　

8、1.3 L298N芯片1</p><p>　　1.4 LED照明燈2</p><p>　　1.5本設(shè)計任務(wù)2</p><p>　　第2 章 總體方案論證與設(shè)計3</p><p>　　2.1 電機控制3</p><p>　　2.2 照明電路3</p><p>　　2.3 總體硬件組

9、成框圖4</p><p>　　第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計5</p><p>　　3.1電機驅(qū)動電路的設(shè)計5</p><p>　　3.2照明系統(tǒng)的設(shè)計7</p><p><b>　　3.3控制開關(guān)8</b></p><p>　　第4章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計9</p><p&

10、gt;　　第5章 系統(tǒng)調(diào)試與測試結(jié)果分析10</p><p>　　5.1 系統(tǒng)調(diào)試10</p><p>　　5.2 測試結(jié)果10</p><p><b>　　結(jié) 論11</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)12</b></p><p><b&g

11、t;　　附錄1 程序13</b></p><p>　　附錄2 仿真效果圖17</p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><p>　　抽油煙機已成為現(xiàn)代家庭必不可少的廚房設(shè)備。它又稱吸油煙機，是一種凈化廚房環(huán)境的廚房電器。它安裝在廚房健康節(jié)能 吸油煙機爐灶上方，能將爐灶燃燒的廢物和烹飪過程中產(chǎn)生的對人體有害的油煙

12、迅速抽走，排出室外，減少污染，凈化空氣，并有防毒、防爆的安全保障作用。其主要的部件是直流電機，本次設(shè)計主要圍繞直流電機的控制來進行的?？刂品矫媸怯葾T89C51單片機和L298N驅(qū)動芯片來實現(xiàn)。照明由一個簡易的LED燈組成。</p><p><b>　　1.1直流電機</b></p><p>　　直流電機（direct current machine）是指能將直流電能

13、轉(zhuǎn)換成機械能（直流電動機）或?qū)C械能轉(zhuǎn)換成直流電能（直流發(fā)電機）的旋轉(zhuǎn)電機。它是能實現(xiàn)直流電能和機械能互相轉(zhuǎn)換的電機。當(dāng)它作電動機運行時是直流電動機，將電能轉(zhuǎn)換為機械能；作發(fā)電機運行時是直流發(fā)電機，將機械能轉(zhuǎn)換為電能[1] 。 </p><p>　　1.2 AT89C51單片機</p><p>　　AT89C51是一種帶4K字節(jié)FLASH存儲器的低電壓、高性能CMOS 8位微處理器，俗稱

14、單片機。AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲器的單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除1000次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，AT89C2051是它的一種精簡版本。AT89C51單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案[2]

15、。</p><p>　　1.3 L298N芯片</p><p>　　L298N是ST公司生產(chǎn)的一種高電壓、大電流電機驅(qū)動芯片。該芯片采用15腳封裝。主要特點是：工作電壓高，最高工作電壓可達(dá)46V；輸出電流大，瞬間峰值電流可達(dá)3A，持續(xù)工作電流為2A；額定功率25W。內(nèi)含兩個H橋的高電壓大電流全橋式驅(qū)動器，可以用來驅(qū)動直流電動機和步進電動機、繼電器線圈等感性負(fù)載；采用標(biāo)準(zhǔn)邏輯電平信號控制；具

16、有兩個使能控制端，在不受輸入信號影響的情況下允許或禁止器件工作有一個邏輯電源輸入端，使內(nèi)部邏輯電路部分在低電壓下工作；可以外接檢測電阻，將變化量反饋給控制電路。使用L298N芯片驅(qū)動電機，該芯片可以驅(qū)動一臺兩相步進電機或四相步進電機，也可以驅(qū)動兩臺直流電機。這次我們用L298N出動兩臺直流電機，組成抽油煙機。</p><p>　　1.4 LED照明燈</p><p>　　LED（Light

17、 Emitting Diode），發(fā)光二極管，是一種能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化為可見光的固態(tài)的半導(dǎo)體器件，它可以直接把電轉(zhuǎn)化為光。LED的心臟是一個半導(dǎo)體的晶片，</p><p>　　晶片的一端附在一個支架上，一端是負(fù)極，另一端連接電源的正極，使整個晶片被環(huán)氧樹脂封裝起來。半導(dǎo)體晶片由兩部分組成，一部分是P型半導(dǎo)體，在它里面空穴占主導(dǎo)地位，另一端是N型半導(dǎo)體，在這邊主要是電子。但這兩種半導(dǎo)體連接起來的時候，它們之間就形成一個

18、P-N結(jié)。當(dāng)電流通過導(dǎo)線作用于這個晶片的時候，電子就會被推向P區(qū)，在P區(qū)里電子跟空穴復(fù)合，然后就會以光子的形式發(fā)出能量，這就是LED燈發(fā)光的原理。而光的波長也就是光的顏色，是由形成P-N結(jié)的材料決定的[7] 。</p><p><b>　　1.5本設(shè)計任務(wù)</b></p><p>　　我們要實現(xiàn)的是對抽油煙機電機和照明的控制。通過AT89C51單片來控制L298N，由

19、L298N來驅(qū)動兩個直流電機。按鍵設(shè)置為三個，分別是K1，K2，K3。K1控制電機，K1每按下一次電機工作數(shù)量就增加一個，電機總數(shù)為兩個。K2控制LED照明燈，K2按下時照明小燈亮，再按下時照明小燈滅，如此循環(huán)。K3控制電機停止工作。</p><p>　　第2 章 總體方案論證與設(shè)計</p><p>　　本次設(shè)計采用單片機AT89C51來控制兩個直流電機和LED等照明，還包括電機驅(qū)動芯片

20、，和照明電路。下面對這兩個方面進行論證。</p><p><b>　　2.1 電機控制</b></p><p>　　方案一：不使用L298N來驅(qū)動直流電機,采用兩個三極管來控制電機電源的導(dǎo)通與斷開，三極管控制端與單片機連接，單片機通過輸出高（低）電平來控制三極管的導(dǎo)通（斷開），即可控制電機的運轉(zhuǎn)。這種方法對于控制小功率的直流電機非常合適，節(jié)省成本，但是從抽油煙機的實用

21、性上考慮，小功率的直流電機是無法滿足廚房的正常排煙的。</p><p>　　方案二：使用L298N來驅(qū)動電機運轉(zhuǎn)，一個L298N芯片正好可以控制兩個直流電機運轉(zhuǎn)。單片機可通過L298N的四個輸入引腳來控制兩個直流電機運轉(zhuǎn)，而且L298N是一種高電壓、大電流電機驅(qū)動芯片正好能滿足抽油煙機需要較大功率電機的需求。</p><p>　　比較兩個方案，應(yīng)采用方案二。</p><

22、p><b>　　2.2 照明電路</b></p><p>　　方案一：將LED小燈直接接在單片引腳上，LED小燈能正常工作，但是考慮到實用性，接在單片機引腳上的LED小燈最高電壓不超過5V，亮度很低，是無法用來進行照明的。</p><p>　　方案二：采用一個三極管來并聯(lián)三個高亮LED燈，并加上外接電源。單片機通過向三極管控制端輸入高（低）電平來控制LED燈亮滅

23、。電路圖如圖3-3所示。該方法實現(xiàn)了照明和控制的功能，而且LED燈相對于其它照明燈來說比較節(jié)能。</p><p>　　比較了這幾個方案，應(yīng)采用方案二。</p><p>　　2.3 總體硬件組成框圖</p><p>　　圖2-1 總體硬件組成框圖</p><p>　　系統(tǒng)框圖如圖2-1所示，主要由四部分組成，分別為單片機，照明燈，開關(guān)，電機

24、。</p><p>　　第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計</p><p>　　選好適當(dāng)?shù)姆桨负?，我們需要對方案具體化，比如單片機的最小系統(tǒng)，電機驅(qū)動電路的連接，照明系統(tǒng)等。</p><p>　　3.1電機驅(qū)動電路的設(shè)計</p><p>　　此部分由L298N和兩個直流電機組成，分別介紹電路的連接情況。</p><p>　　3.

25、1.1 L298N驅(qū)動電路</p><p>　　驅(qū)動電路有L298N和電機組成，原理圖如圖3-1所示</p><p>　　圖3-1 L298N驅(qū)動電路圖</p><p>　　如圖3-1可見L298N有4個輸入引腳，分別為IN1，IN2，IN3，IN4。輸出引腳為UOT1，OUT2，OUT3，OUT4。ENA和ENB為調(diào)速端口，本次設(shè)計不需要對電機調(diào)速所以只需將兩端口

26、接5V電壓，使電機工作在最高速狀態(tài)。同時SENSA，GND和SENSB接地。VCC接12V電壓，VS接5V電壓。單片機可通過對IN1~IN4引腳輸入高低電平來控制OUT1~OUT4來輸出，從而控制電機運轉(zhuǎn)。</p><p>　　3.1.2 電機連接電路</p><p>　　電機電路由二極管和兩個直流電機組成，原理圖如圖3-2所示</p><p>　　圖3-2 電機電

27、路圖</p><p>　　如圖3-2所示電機兩端A1，A2和B1，B2與L298引腳OUT1，OUT2和OUT3，OUT4連接，從而達(dá)到控制效果。</p><p>　　3.2照明系統(tǒng)的設(shè)計</p><p>　　照明系統(tǒng)由3個LED燈組成，原理圖如圖3-3所示</p><p><b>　　圖3-3照明系統(tǒng)</b></

28、p><p>　　如圖3-3所示，3個LED小燈并聯(lián)，通過三極管與單片機連接，單片機通過向三極管2引腳輸出高（低）電平控制，LED小燈亮滅。</p><p><b>　　3.3控制開關(guān)</b></p><p>　　控制開關(guān)有三個開關(guān)組成，連接方式如圖3-4所示</p><p><b>　　圖3-4控制開關(guān)</b

29、></p><p>　　如圖3-4所示，抽油煙機的控制由3個開關(guān)來完成，開關(guān)K1控制電機工作，K1每按下一次，電機轉(zhuǎn)動數(shù)量增加，電機總數(shù)為兩個。開關(guān)K2控制照明燈，K2按下一次燈亮，再按下一次燈滅，依次循環(huán)。開關(guān)K3控制電機停止工作。</p><p>　　第4章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計</p><p>　　軟件部分是抽油煙機正常運轉(zhuǎn)必不可少的一部分，程序采用C語言編

30、寫，主要的功能是通過按鍵鍵，向單片機輸入控制信號，由單片機來控制直流電機即油煙機風(fēng)扇和照明小燈。其程序流程圖如圖4-1所示。</p><p>　　圖4-1主程序流程圖</p><p>　　第5章 系統(tǒng)調(diào)試與測試結(jié)果分析</p><p><b>　　5.1 系統(tǒng)調(diào)試</b></p><p>　　根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計方案，本系統(tǒng)

31、的調(diào)試共分為二大部分：硬件調(diào)試，軟件調(diào)試。抽油煙機主要分為兩部分，電機和照明，可以將這兩部分分開調(diào)試，然后再進行整體調(diào)試</p><p><b>　　5.1.1硬件調(diào)試</b></p><p>　　先對電機控制部分進行調(diào)試，看其是否能正常運轉(zhuǎn)，然后再對LED照明燈進行調(diào)試[8] 。</p><p><b>　　5.1.2軟件調(diào)試<

32、;/b></p><p>　　軟件調(diào)試采用Protues進行仿真，用Keil C軟件將程序編好，檢查是否有語法錯誤，將程序?qū)敕抡孳浖\行，看是否實現(xiàn)所需功能[4] 。</p><p><b>　　5.2 測試結(jié)果</b></p><p>　　通過Protues軟件仿真，電機和LED照明正常運轉(zhuǎn)，在開關(guān)的控制下，K1開關(guān)按下一次，電機運

33、轉(zhuǎn)數(shù)量增加一個，電機總數(shù)為兩個。K2按下時照明小燈正常亮，再次按下K2照明小燈熄滅，循環(huán)執(zhí)行。開關(guān)K3按下時電機停止工作。</p><p><b>　　結(jié) 論</b></p><p>　　抽油煙機是我們?nèi)粘Ｉ罾锉夭豢缮俚臇|西，本次設(shè)計是對抽油煙機風(fēng)扇和照明燈燈的控制。主要的的控制核心是AT89C51單片機，由單片機向電機驅(qū)動芯片L298N輸出控制信號，達(dá)到對電機的

34、控制效果。照明方面也是由單片機進行控制。針對抽油煙機照明燈需要較高的亮度，本設(shè)計采用高亮的LED燈來充當(dāng)照明系統(tǒng)，同時還達(dá)到節(jié)能的效果。</p><p>　　本次設(shè)計主要在Protues軟件上仿真運行，將寫好的程序輸入仿真芯片中，可實現(xiàn)本次設(shè)計的基本功能：開關(guān)K1按下時，電機轉(zhuǎn)動，再次按下K1，電機轉(zhuǎn)動數(shù)量增加。開關(guān)K2按下照明燈亮，再次按下K2照明燈滅，循環(huán)執(zhí)行。開關(guān)K3按下時電機停止工作。</p>

35、<p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　閻石.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)[j]北京：高等教育出版社2006</p><p>　　張毅剛，彭喜元，彭宇.單片機原理及應(yīng)用[j]北京：高等教育出版社2010</p><p>　　王幸之.AT89系列單片機原理與接口技術(shù)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社2004</p>

36、;<p>　　林志琦.基于Protues的單片機可視化硬件仿真[M]. 北京：北京航空航天大學(xué)出版社2006</p><p>　　羅先覺.電路[M]. 北京：高等教育出版社2006</p><p>　　周靈彬. 基于Proteus的電路與PCB設(shè)計[M]. 電子工業(yè)出版社2010</p><p>　　劉祖明. LED照明技術(shù)與燈具設(shè)計[M]. 機械工業(yè)

37、出版社2012</p><p>　?。ㄈ眨w管技術(shù)編輯部 編 馬杰 譯.小型直流電機控制電路設(shè)計.科學(xué)出版社2012</p><p>　　胡斌. 神奇的晶體三極管.機械工業(yè)出版社2012</p><p>　　彭偉. 單片機C語言程序設(shè)計實訓(xùn)100例：基于8051+Proteus仿真. 電子工業(yè)出版社2009</p><p><b&g

38、t;　　附錄1 程序</b></p><p>　　#include<reg51.h></p><p>　　//定義所有需要使用的引腳</p><p>　　sbit BT0=P2^0;</p><p>　　sbit BT1=P2^1;</p><p>　　sbit BT2=P2^2;</p&

39、gt;<p>　　sbit PW1=P1^0;</p><p>　　sbit PW2=P1^1;</p><p>　　sbit PW3=P1^2;</p><p>　　sbit PW4=P1^3;</p><p>　　sbit PW5=P1^4;</p><p>　　unsigned int flag;&

40、lt;/p><p>　　void motor(); // 功能函數(shù)，實現(xiàn)大部分功能</p><p>　　void Motor1();// 電機1</p><p>　　void Motor2(); // 電機2</p><p>　　void stopM1();//電機1停止</p><p>　　

41、void stopM2();//電機2停止</p><p>　　void led() ;</p><p><b>　　//延時函數(shù)</b></p><p>　　void DelayUs2x(unsigned char t); </p><p>　　void DelayMs(unsigned char t);&

42、lt;/p><p>　　void main()</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　motor();</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　void motor()</p><

43、p><b>　　{</b></p><p><b>　　PW5=0;</b></p><p>　　while(1) //死循環(huán)一直讓電機轉(zhuǎn)動</p><p><b>　　{</b></p><p>　　//一次防抖動，下面按鍵這邊</p><p>

44、;　　if(!BT0) // 判斷是否按下</p><p><b>　　{</b></p><p>　　DelayMs(20); //延時一段時間防抖動</p><p>　　if(!BT0) //確定按下按鍵了</p><p><b>　　{</b></p><p>

45、　　while(!BT0);// 如果手一直為松開，則死循環(huán)一直等待松開</p><p><b>　　flag++;</b></p><p>　　if(flag==1)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　Motor1();</b></p&

46、gt;<p><b>　　}</b></p><p>　　if(flag==2)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　flag=0;</b></p><p><b>　　Motor1();</b></p&

47、gt;<p><b>　　Motor2();</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　if(!BT1)</b&

48、gt;</p><p><b>　　{</b></p><p>　　DelayMs(20);</p><p><b>　　if(!BT1)</b></p><p><b>　　{</b></p><p>　　while(!BT1);</p>

49、<p><b>　　led();</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　if(!BT2)</b></p><p><b>　　{</b><

50、/p><p>　　DelayMs(20);</p><p><b>　　if(!BT2)</b></p><p>　　{while(!BT2)</p><p><b>　　stopM1();</b></p><p><b>　　stopM2();</b>&

51、lt;/p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　//電機1轉(zhuǎn)</b>

52、</p><p>　　void Motor1()</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　PW1 = 1;</b></p><p><b>　　PW2 = 0;</b></p><p><b>　　}</b&g

53、t;</p><p><b>　　//電機2轉(zhuǎn)</b></p><p>　　void Motor2()</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　PW3 = 1;</b></p><p><b>　　PW4 = 0;&

54、lt;/b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　//電機1停止</b></p><p>　　void stopM1()</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　PW1 = 0;

55、</b></p><p><b>　　PW2 = 0;</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　//電機2停止</b></p><p>　　void stopM2()</p><p><b>　　

56、{</b></p><p><b>　　PW3 = 0;</b></p><p><b>　　PW4 = 0;</b></p><p><b>　　} </b></p><p>　　void led()</p><p><b>　

57、　{</b></p><p>　　PW5 =~PW5;</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　//延時防抖動</b></p><p>　　void DelayUs2x(unsigned char t)</p><p><b>

58、;　　{</b></p><p>　　while(--t);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　void DelayMs(unsigned char t)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　//

59、延時1ms</b></p><p>　　while(t--)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　DelayUs2x(245);</p><p>　　DelayUs2x(245);</p><p><b>　　}</b></p>