基于C8051硬件的油煙自動監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計

黃振

摘要：文中設(shè)計了基于C8051硬件的油煙監(jiān)測系統(tǒng)。系統(tǒng)以低成本、低功耗C8051F021芯片為核心處理器，擴展了外圍接口電路，具有液晶顯示、GPR無線通信等模塊，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的自動采集、處理、存儲、顯示和查詢等功能，通過GPRS無線通信模塊與數(shù)據(jù)監(jiān)控中心主機進行通信，實現(xiàn)了遠程數(shù)據(jù)的實時傳輸。經(jīng)測試驗證，該系統(tǒng)具有穩(wěn)定性高、使用壽命長、應(yīng)用場合的適用性強、可擴展性高、功耗低、成本低、體積小以及易于安裝等優(yōu)點，在餐飲行業(yè)具有廣泛的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：C8051；油煙監(jiān)測；液晶顯示；GPRS；無線通信

中圖分類號：TP212.1 文獻標識碼：A 文章編號：2095—6487（2018）02—0028—02

0引言

隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展和城市規(guī)模的不斷壯大，人們所面臨的環(huán)境污染問題逐漸凸顯出來。特別是近幾年，全國很多地方冬季持續(xù)霧霾天氣已經(jīng)嚴重影響到普通民眾的生活。因此，普通民眾和有關(guān)組織日益關(guān)注環(huán)境問題，而餐飲油煙問題是環(huán)境污染問題的主要原因之一，其中含有數(shù)十種有害成分，會使呼吸道粘膜損傷，引起呼吸困難、嗆咳以及流淚等，油煙中更含有多種致癌物質(zhì)。因此，需要有效地監(jiān)測餐飲油煙濃度以及實時報警，更好地控制油煙廢氣的排放。

文章主要介紹該油煙監(jiān)測系統(tǒng)的工作原理和整體設(shè)計方案。傳感器可以采集油煙氣體濃度、溫度、濕度和氣體壓力等信息。硬件處理器采用C8051F021微處理器，可進行RS485通信或者GPRS通信。

1油煙自動監(jiān)測系統(tǒng)的3-作原理

整個系統(tǒng)包括信息采集模塊、信號調(diào)理模塊、通信模塊、信號處理單元模塊（MCu）、報警模塊和液晶顯示單元模塊等幾個模塊。系統(tǒng)在信號處理單元MCU的控制下，完成各模塊的功能。首先，信息采集模塊將油煙氣體的濃度、壓力、溫度和濕度等模擬信號轉(zhuǎn)換為電信號，然后通過信號調(diào)理電路進行濾波處理等。經(jīng)調(diào)理電路處理后的信號進入到信號處理單元模塊MCU內(nèi)置的AD轉(zhuǎn)換器，在MCU內(nèi)經(jīng)過編程，對AD采集的數(shù)字信號進行處理。同時，MCU控制液晶顯示模塊顯示油煙氣體濃度、壓力、溫度和濕度及對應(yīng)的時間信息，根據(jù)采集的信息量將決定是否開啟報警模塊，同時可通過RS485或者GPRS通信模塊傳輸?shù)叫畔⒔K端，方便有關(guān)人員進行遠程監(jiān)控。液晶顯示模塊也可以通過需要查詢歷史數(shù)據(jù)。

2油煙自動監(jiān)測系統(tǒng)整體方案設(shè)計

整個系統(tǒng)包括信息采集模塊、信號調(diào)理電路模塊、通信模塊、信號處理單元模塊（MCU）、報警模塊和液晶顯示單元模塊等幾個模塊，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖見圖1。

2.1信息采集模塊

油煙是由固體顆粒、液體顆粒以及液體和固體顆粒懸浮于氣體介質(zhì)中形成的均勻分散體系，主要以液體汽液膠和固體汽液膠形態(tài)存在。由于其自然沉降速度很小，從而可長時間懸浮在空氣中。油煙監(jiān)測系統(tǒng)主要監(jiān)測油煙的濃度、壓力、溫度和濕度，其中油煙氣體濃度和成分含量是關(guān)鍵。信息采集模塊將需要采集的物理量信號轉(zhuǎn)換為電信號。該系統(tǒng)的測量采用不同種類的傳感器測量不同的參數(shù)。

半導(dǎo)體氣敏傳感器。該系統(tǒng)選用FIGARO公司生產(chǎn)的半導(dǎo)體氣體傳感器TGS2600型，對烹調(diào)味有很高的靈敏度。這種傳感器利用相對值檢驗來實現(xiàn)更接近人類感覺的控制，即以空氣清潔時為基準，通過傳感器電阻值比空氣清潔時的變化來監(jiān)測空氣的污染程度。

氣體濃度傳感器。油煙氣體濃度監(jiān)測主要采用的是光敏傳感器。將氣體濃度的變化轉(zhuǎn)化為電阻值的變化，再經(jīng)過電路的處理轉(zhuǎn)化為電壓的變化，便于后續(xù)信號轉(zhuǎn)換。

壓力傳感器。主要采集表面靜壓，將靜壓變化轉(zhuǎn)換為電壓變化。

溫濕度傳感器。主要采集油煙氣體的溫濕度，將油煙氣體的溫濕度變化轉(zhuǎn)換為電壓的變化。

2.2信號調(diào)理電路模塊

信號調(diào)理電路模塊經(jīng)信息采集模塊輸出的電信號做相應(yīng)的濾波處理，防噪聲處理等，然后進入到MCU內(nèi)置的AD轉(zhuǎn)換器。信號調(diào)理電路模塊中的調(diào)理電路見圖2。

2.3通信模塊

通信模塊主要用于將處理后的信息發(fā)送給上一節(jié)點或接收上一節(jié)點的指令。該監(jiān)測系統(tǒng)中主要有兩種通信模式：RS485通信和GPRS無線通信。RS485通信主要采用的是SN65LBC184芯片；GPRS無線通信采用SIM9000A芯片。

2.4顯示模塊

該系統(tǒng)的顯示模塊主要是液晶顯示，可實現(xiàn)實時顯示油煙氣體濃度、壓力以及溫濕度信息，也可以根據(jù)需要查詢歷史信息。液晶選用12864液晶模塊。

2.5報警模塊

報警模塊分兩個方面：現(xiàn)場指示燈報警和終端監(jiān)控中心報警?，F(xiàn)場指示燈報警主要是由報警指示燈、三極管和電阻組成，其由MCU控制引腳輸出，觸發(fā)三極管導(dǎo)通，使得報警指示燈發(fā)光，其電路原理圖見圖3。終端監(jiān)控中心報警是根據(jù)遠程傳送過來的數(shù)據(jù)超標報警。

2.6信號處理單元模塊

信號處理單元模塊主要是以C8051F021處理器為核心。該芯片內(nèi)置8路8-bit AD轉(zhuǎn)換器，可編程速率最大可以達到500 ksps，有四個字節(jié)寬的端口10，兩個UART串口，5個通用16位計數(shù)器/定時器，專用的看門狗定時器。完全滿足整個系統(tǒng)設(shè)計需求，整個信號處理單元模塊基本上包括了該芯片最小系統(tǒng)。

3結(jié)束語

文章介紹了油煙監(jiān)測系統(tǒng)的系統(tǒng)構(gòu)成，采用C8051F021 CPU為核心數(shù)據(jù)處理單元模塊，并結(jié)合GPRS模塊進行無線通信，將獲得的數(shù)據(jù)遠程無線傳輸?shù)浇K端監(jiān)控中心。實現(xiàn)自動監(jiān)測，并可根據(jù)需要查詢歷史數(shù)據(jù)。實驗結(jié)果表明，該系統(tǒng)穩(wěn)定性高、使用壽命長、應(yīng)用場合的適用性強、可擴展性高、功耗低、成本低、體積小以及易于安裝。