基于C8051硬件的油煙自動監測系統的設計

黃振

摘要：文中設計了基于C8051硬件的油煙監測系統。系統以低成本、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，實現了數據的自動采集、處理、存儲、顯示和查詢等功能，通過GPRS無線通信模塊與數據監控中心主機進行通信，實現了遠程數據的實時傳輸。經測試驗證，該系統具有穩定性高、使用壽命長、應用場合的適用性強、可擴展性高、功耗低、成本低、體積小以及易于安裝等優點，在餐飲行業具有廣泛的應用前景。

關鍵詞：C8051；油煙監測；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

隨著社會經濟的不斷發展和城市規模的不斷壯大，人們所面臨的環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霧霾天氣已經嚴重影響到普通民眾的生活。因此，普通民眾和有關組織日益關注環境問題，而餐飲油煙問題是環境污染問題的主要原因之一，其中含有數十種有害成分，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。因此，需要有效地監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測系統的工作原理和整體設計方案。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油煙自動監測系統的3-作原理

整個系統包括信息采集模塊、信號調理模塊、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換為電信號，然后通過信號調理電路進行濾波處理等。經調理電路處理后的信號進入到信號處理單元模塊MCU內置的AD轉換器，在MCU內經過編程，對AD采集的數字信號進行處理。同時，MCU控制液晶顯示模塊顯示油煙氣體濃度、壓力、溫度和濕度及對應的時間信息，根據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通信模塊傳輸到信息終端，方便有關人員進行遠程監控。液晶顯示模塊也可以通過需要查詢歷史數據。

2油煙自動監測系統整體方案設計

整個系統包括信息采集模塊、信號調理電路模塊、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，系統結構圖見圖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。油煙監測系統主要監測油煙的濃度、壓力、溫度和濕度，其中油煙氣體濃度和成分含量是關鍵。信息采集模塊將需要采集的物理量信號轉換為電信號。該系統的測量采用不同種類的傳感器測量不同的參數。

半導體氣敏傳感器。該系統選用FIGARO公司生產的半導體氣體傳感器TGS2600型，對烹調味有很高的靈敏度。這種傳感器利用相對值檢驗來實現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測空氣的污染程度。

氣體濃度傳感器。油煙氣體濃度監測主要采用的是光敏傳感器。將氣體濃度的變化轉化為電阻值的變化，再經過電路的處理轉化為電壓的變化，便于后續信號轉換。

壓力傳感器。主要采集表面靜壓，將靜壓變化轉換為電壓變化。

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換為電壓的變化。

2.2信號調理電路模塊

信號調理電路模塊經信息采集模塊輸出的電信號做相應的濾波處理，防噪聲處理等，然后進入到MCU內置的AD轉換器。信號調理電路模塊中的調理電路見圖2。

2.3通信模塊

通信模塊主要用于將處理后的信息發送給上一節點或接收上一節點的指令。該監測系統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

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

2.5報警模塊

報警模塊分兩個方面：現場指示燈報警和終端監控中心報警。現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，觸發三極管導通，使得報警指示燈發光，其電路原理圖見圖3。終端監控中心報警是根據遠程傳送過來的數據超標報警。

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。該芯片內置8路8-bit AD轉換器，可編程速率最大可以達到500 ksps，有四個字節寬的端口10，兩個UART串口，5個通用16位計數器/定時器，專用的看門狗定時器。完全滿足整個系統設計需求，整個信號處理單元模塊基本上包括了該芯片最小系統。

3結束語

文章介紹了油煙監測系統的系統構成，采用C8051F021 CPU為核心數據處理單元模塊，并結合GPRS模塊進行無線通信，將獲得的數據遠程無線傳輸到終端監控中心。實現自動監測，并可根據需要查詢歷史數據。實驗結果表明，該系統穩定性高、使用壽命長、應用場合的適用性強、可擴展性高、功耗低、成本低、體積小以及易于安裝。