抽油煙機(jī)課程設(shè)計(jì)

1、東 北 石 油 大 學(xué) 課 程 設(shè) 計(jì)課 程 單片機(jī)課程設(shè)計(jì) 題 目 基于單片機(jī)的抽油煙機(jī)控制統(tǒng) 院 系 電氣信息工程學(xué)院測(cè)控技術(shù)與儀器系 專業(yè)班級(jí) 學(xué)生姓名 學(xué)生學(xué)號(hào) 指導(dǎo)教師 2013年 7 月8日東北石油大學(xué)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書課程單片機(jī)課程設(shè)計(jì) 題目基于單片機(jī)的抽油煙機(jī)控制系統(tǒng)專業(yè) 測(cè)控技術(shù)與儀器 姓名學(xué)號(hào)一、任務(wù)以AT89C51單片機(jī)為控制核心，設(shè)計(jì)出一套能模擬家用抽油煙機(jī)工作的控制系統(tǒng)。二、設(shè)計(jì)要求1 設(shè)置一個(gè)獨(dú)立按鍵K1，當(dāng)K1每按下一次，增加一個(gè)電機(jī)啟動(dòng)的數(shù)量，電機(jī)的總數(shù)為兩個(gè)；2 設(shè)置一個(gè)獨(dú)立按鍵K2，當(dāng)K2按下時(shí)，照明小燈點(diǎn)亮，再次按下K2，照明小燈熄滅，循環(huán)執(zhí)行；3 基本電路包

2、括：?jiǎn)纹瑱C(jī)最小系統(tǒng)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、LED顯示電路、按鍵電路等；4 提交設(shè)計(jì)報(bào)告、電路圖及程序源碼。三、參考資料1 閻石.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)j北京：高等教育出版社20062 張毅剛，彭喜元，彭宇.單片機(jī)原理及應(yīng)用j北京：高等教育出版社20103 王幸之.AT89系列單片機(jī)原理與接口技術(shù)M.北京：北京航空航天大學(xué)出版社20044 林志琦.基于Protues的單片機(jī)可視化硬件仿真M.北京：北京航空航天大學(xué)出版社20065 羅先覺(jué).電路M.北京：高等教育出版社2006完成期限2013.7.1 - 2013.7.10指導(dǎo)教師專業(yè)負(fù)責(zé)人2013年6月29目錄第1章緒論11.1直流電機(jī)11.2 AT89C51

3、單片機(jī)11.3 L298N芯片11.4 LED照明燈21.5本設(shè)計(jì)任務(wù)2第2 章總體方案論證與設(shè)計(jì)32.1 電機(jī)控制32.2 照明電路32.3 總體硬件組成框圖4第3章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)53.1電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)53.2照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)73.3控制開(kāi)關(guān)8第4章系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)9第5章系統(tǒng)調(diào)試與測(cè)試結(jié)果分析105.1 系統(tǒng)調(diào)試105.2 測(cè)試結(jié)果10結(jié)論11參考文獻(xiàn)12附錄1 程序13附錄2 仿真效果圖17第1章 緒論抽油煙機(jī)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(jī)，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(jī)爐灶上方，能將爐灶燃燒的廢物和烹飪過(guò)程中產(chǎn)生的對(duì)人體有害的油煙迅速抽走，排

4、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(jī)，本次設(shè)計(jì)主要圍繞直流電機(jī)的控制來(lái)進(jìn)行的。控制方面是由AT89C51單片機(jī)和L298N驅(qū)動(dòng)芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)。照明由一個(gè)簡(jiǎn)易的LED燈組成。1.1直流電機(jī)直流電機(jī)（direct current machine）是指能將直流電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能（直流電動(dòng)機(jī)）或?qū)C(jī)械能轉(zhuǎn)換成直流電能（直流發(fā)電機(jī)）的旋轉(zhuǎn)電機(jī)。它是能實(shí)現(xiàn)直流電能和機(jī)械能互相轉(zhuǎn)換的電機(jī)。當(dāng)它作電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)是直流電動(dòng)機(jī)，將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能；作發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)是直流發(fā)電機(jī)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能1。1.2 AT89C51單片機(jī)AT89C51是一種帶4K字節(jié)FLASH存儲(chǔ)器的低電壓

5、、高性能CMOS 8位微處理器，俗稱單片機(jī)。AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除1000次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)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(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，AT89C2051是它的一種精簡(jiǎn)版本。AT89C51單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案2。1.3 L298N芯片L298N是ST公司生產(chǎn)的一種高電壓、大電流電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片。該芯片采用15腳封裝。主要特點(diǎn)是：工作電壓高，最

6、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(gè)H橋的高電壓大電流全橋式驅(qū)動(dòng)器，可以用來(lái)驅(qū)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、繼電器線圈等感性負(fù)載；采用標(biāo)準(zhǔn)邏輯電平信號(hào)控制；具有兩個(gè)使能控制端，在不受輸入信號(hào)影響的情況下允許或禁止器件工作有一個(gè)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(cè)電阻，將變化量反饋給控制電路。使用L298N芯片驅(qū)動(dòng)電機(jī)，該芯片可以驅(qū)動(dòng)一臺(tái)兩相步進(jìn)電機(jī)或四相步進(jìn)電機(jī)，也可以驅(qū)動(dòng)兩臺(tái)直流電機(jī)。這次我們用L298N出動(dòng)兩臺(tái)直流電機(jī)，組成抽油煙機(jī)。1.4 LED照明燈LED（Light Emitting Diode），

7、發(fā)光二極管，是一種能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化為可見(jiàn)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(gè)半導(dǎo)體的晶片，晶片的一端附在一個(gè)支架上，一端是負(fù)極，另一端連接電源的正極，使整個(gè)晶片被環(huán)氧樹(shù)脂封裝起來(lái)。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(lái)的時(shí)候，它們之間就形成一個(gè)P-N結(jié)。當(dāng)電流通過(guò)導(dǎo)線作用于這個(gè)晶片的時(shí)候，電子就會(huì)被推向P區(qū)，在P區(qū)里電子跟空穴復(fù)合，然后就會(huì)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(zhǎng)也就是光的顏色，是由形成P-N結(jié)的材料決定的7。1.5本設(shè)計(jì)任務(wù)我們要實(shí)現(xiàn)的是對(duì)抽油

8、煙機(jī)電機(jī)和照明的控制。通過(guò)AT89C51單片來(lái)控制L298N，由L298N來(lái)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)直流電機(jī)。按鍵設(shè)置為三個(gè)，分別是K1，K2，K3。K1控制電機(jī)，K1每按下一次電機(jī)工作數(shù)量就增加一個(gè)，電機(jī)總數(shù)為兩個(gè)。K2控制LED照明燈，K2按下時(shí)照明小燈亮，再按下時(shí)照明小燈滅，如此循環(huán)。K3控制電機(jī)停止工作。第2 章 總體方案論證與設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)采用單片機(jī)AT89C51來(lái)控制兩個(gè)直流電機(jī)和LED等照明，還包括電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片，和照明電路。下面對(duì)這兩個(gè)方面進(jìn)行論證。2.1 電機(jī)控制方案一：不使用L298N來(lái)驅(qū)動(dòng)直流電機(jī),采用兩個(gè)三極管來(lái)控制電機(jī)電源的導(dǎo)通與斷開(kāi)，三極管控制端與單片機(jī)連接，單片機(jī)通過(guò)輸出高（低）電平

9、來(lái)控制三極管的導(dǎo)通（斷開(kāi)），即可控制電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。這種方法對(duì)于控制小功率的直流電機(jī)非常合適，節(jié)省成本，但是從抽油煙機(jī)的實(shí)用性上考慮，小功率的直流電機(jī)是無(wú)法滿足廚房的正常排煙的。方案二：使用L298N來(lái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，一個(gè)L298N芯片正好可以控制兩個(gè)直流電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。單片機(jī)可通過(guò)L298N的四個(gè)輸入引腳來(lái)控制兩個(gè)直流電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，而且L298N是一種高電壓、大電流電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片正好能滿足抽油煙機(jī)需要較大功率電機(jī)的需求。比較兩個(gè)方案，應(yīng)采用方案二。2.2 照明電路方案一：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(shí)用性，接在單片機(jī)引腳上的LED小燈最高電壓不超過(guò)5V，亮度很低，是無(wú)法用來(lái)

10、進(jìn)行照明的。方案二：采用一個(gè)三極管來(lái)并聯(lián)三個(gè)高亮LED燈，并加上外接電源。單片機(jī)通過(guò)向三極管控制端輸入高（低）電平來(lái)控制LED燈亮滅。電路圖如圖3-3所示。該方法實(shí)現(xiàn)了照明和控制的功能，而且LED燈相對(duì)于其它照明燈來(lái)說(shuō)比較節(jié)能。比較了這幾個(gè)方案，應(yīng)采用方案二。開(kāi)關(guān)電機(jī)驅(qū)動(dòng)照明燈電機(jī)AT89C512.3 總體硬件組成框圖圖2-1 總體硬件組成框圖系統(tǒng)框圖如圖2-1所示，主要由四部分組成，分別為單片機(jī)，照明燈，開(kāi)關(guān)，電機(jī)。第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)選好適當(dāng)?shù)姆桨负螅覀冃枰獙?duì)方案具體化，比如單片機(jī)的最小系統(tǒng)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的連接，照明系統(tǒng)等。3.1電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)此部分由L298N和兩個(gè)直流電機(jī)組成，分

11、別介紹電路的連接情況。3.1.1 L298N驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)電路有L298N和電機(jī)組成，原理圖如圖3-1所示圖3-1 L298N驅(qū)動(dòng)電路圖如圖3-1可見(jiàn)L298N有4個(gè)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(jì)不需要對(duì)電機(jī)調(diào)速所以只需將兩端口接5V電壓，使電機(jī)工作在最高速狀態(tài)。同時(shí)SENSA，GND和SENSB接地。VCC接12V電壓，VS接5V電壓。單片機(jī)可通過(guò)對(duì)IN1IN4引腳輸入高低電平來(lái)控制OUT1OUT4來(lái)輸出，從而控制電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。 電機(jī)連接電路電機(jī)電路由二極管和兩個(gè)直流電機(jī)組成，原理圖如圖3-2所示

12、圖3-2 電機(jī)電路圖如圖3-2所示電機(jī)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。3.2照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)照明系統(tǒng)由3個(gè)LED燈組成，原理圖如圖3-3所示圖3-3照明系統(tǒng)如圖3-3所示，3個(gè)LED小燈并聯(lián)，通過(guò)三極管與單片機(jī)連接，單片機(jī)通過(guò)向三極管2引腳輸出高（低）電平控制，LED小燈亮滅。3.3控制開(kāi)關(guān)控制開(kāi)關(guān)有三個(gè)開(kāi)關(guān)組成，連接方式如圖3-4所示圖3-4控制開(kāi)關(guān)如圖3-4所示，抽油煙機(jī)的控制由3個(gè)開(kāi)關(guān)來(lái)完成，開(kāi)關(guān)K1控制電機(jī)工作，K1每按下一次，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)數(shù)量增加，電機(jī)總數(shù)為兩個(gè)。開(kāi)關(guān)K2控制照明燈，K2按下一次燈亮，再按下一次燈滅，依次

13、循環(huán)。開(kāi)關(guān)K3控制電機(jī)停止工作。第4章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)軟件部分是抽油煙機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)必不可少的一部分，程序采用C語(yǔ)言編寫，主要的功能是通過(guò)按鍵鍵，向單片機(jī)輸入控制信號(hào)，由單片機(jī)來(lái)控制直流電機(jī)即油煙機(jī)風(fēng)扇和照明小燈。其程序流程圖如圖4-1所示。開(kāi)始定義所需引腳K1是否按下電機(jī)1啟動(dòng)電機(jī)2啟動(dòng)K1是否按下K2是否按下P1.4口取反燈亮K3是否按下電機(jī)全部停止YYYYNNNN圖4-1主程序流程圖第5章 系統(tǒng)調(diào)試與測(cè)試結(jié)果分析5.1 系統(tǒng)調(diào)試根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，本系統(tǒng)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(jī)主要分為兩部分，電機(jī)和照明，可以將這兩部分分開(kāi)調(diào)試，然后再進(jìn)行整體調(diào)試5.1.1硬件調(diào)試先對(duì)

14、電機(jī)控制部分進(jìn)行調(diào)試，看其是否能正常運(yùn)轉(zhuǎn)，然后再對(duì)LED照明燈進(jìn)行調(diào)試8。5.1.2軟件調(diào)試軟件調(diào)試采用Protues進(jìn)行仿真，用Keil C軟件將程序編好，檢查是否有語(yǔ)法錯(cuò)誤，將程序?qū)敕抡孳浖\(yùn)行，看是否實(shí)現(xiàn)所需功能4。5.2 測(cè)試結(jié)果通過(guò)Protues軟件仿真，電機(jī)和LED照明正常運(yùn)轉(zhuǎn)，在開(kāi)關(guān)的控制下，K1開(kāi)關(guān)按下一次，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)數(shù)量增加一個(gè)，電機(jī)總數(shù)為兩個(gè)。K2按下時(shí)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(kāi)關(guān)K3按下時(shí)電機(jī)停止工作。結(jié)論抽油煙機(jī)是我們?nèi)粘Ｉ罾锉夭豢缮俚臇|西，本次設(shè)計(jì)是對(duì)抽油煙機(jī)風(fēng)扇和照明燈燈的控制。主要的的控制核心是AT89C51單片機(jī)，由單片機(jī)向電機(jī)驅(qū)動(dòng)

15、芯片L298N輸出控制信號(hào)，達(dá)到對(duì)電機(jī)的控制效果。照明方面也是由單片機(jī)進(jìn)行控制。針對(duì)抽油煙機(jī)照明燈需要較高的亮度，本設(shè)計(jì)采用高亮的LED燈來(lái)充當(dāng)照明系統(tǒng)，同時(shí)還達(dá)到節(jié)能的效果。本次設(shè)計(jì)主要在Protues軟件上仿真運(yùn)行，將寫好的程序輸入仿真芯片中，可實(shí)現(xiàn)本次設(shè)計(jì)的基本功能：開(kāi)關(guān)K1按下時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，再次按下K1，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)數(shù)量增加。開(kāi)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(kāi)關(guān)K3按下時(shí)電機(jī)停止工作。參考文獻(xiàn)1 閻石.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)j北京：高等教育出版社20062 張毅剛，彭喜元，彭宇.單片機(jī)原理及應(yīng)用j北京：高等教育出版社20103 王幸之.AT89系列單片機(jī)原理與接口技術(shù)M.北

16、京：北京航空航天大學(xué)出版社20044 林志琦.基于Protues的單片機(jī)可視化硬件仿真M. 北京：北京航空航天大學(xué)出版社20065 羅先覺(jué).電路M. 北京：高等教育出版社20066 周靈彬. 基于Proteus的電路與PCB設(shè)計(jì)M.電子工業(yè)出版社20107 劉祖明. LED照明技術(shù)與燈具設(shè)計(jì)M. 機(jī)械工業(yè)出版社20128 （日），晶體管技術(shù)編輯部 編 馬杰 譯.小型直流電機(jī)控制電路設(shè)計(jì).科學(xué)出版社20129 胡斌. 神奇的晶體三極管.機(jī)械工業(yè)出版社201210 彭偉. 單片機(jī)C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)100例：基于8051+Proteus仿真. 電子工業(yè)出版社2009附錄1 程序#include<

17、;reg51.h>/定義所有需要使用的引腳sbit BT0=P20;sbit BT1=P21;sbit BT2=P22;sbit PW1=P10;sbit PW2=P11;sbit PW3=P12;sbit PW4=P13;sbit PW5=P14;unsigned int flag;void motor(); / 功能函數(shù)，實(shí)現(xiàn)大部分功能void Motor1();/ 電機(jī)1void Motor2(); / 電機(jī)2void stopM1();/電機(jī)1停止void stopM2();/電機(jī)2停止void led() ; /延時(shí)函數(shù)void DelayUs2x(unsigned char

18、t); void DelayMs(unsigned char t);void main()motor();void motor()PW5=0;while(1) /死循環(huán)一直讓電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)/一次防抖動(dòng)，下面按鍵這邊if(!BT0) / 判斷是否按下DelayMs(20); /延時(shí)一段時(shí)間防抖動(dòng)if(!BT0) /確定按下按鍵了while(!BT0);/ 如果手一直為松開(kāi)，則死循環(huán)一直等待松開(kāi)flag+;if(flag=1)Motor1();if(flag=2) flag=0;Motor1();Motor2();if(!BT1)DelayMs(20);if(!BT1)while(!BT1); led(); if(!BT2) DelayMs(20); if(