基于單片機的廚房致癌氣體及油溫檢測系統

黃國凱，張郡夫，呂海玉，于海霞

（大連理工大學城市學院，遼寧 大連 116000）

0 引 言

目前，國內肺癌發病率急劇上升，其中一部分原因是廚房內產生的碳顆粒及揮發性亞硝胺等致癌物質進入人體肺部所致。此外，糖尿病、心臟病等也可能與廚房油煙有關。

智能家居是近些年隨著物聯網、自動控制等技術的快速發展及應用而出現的新生事物[1-2]。它不僅智能高效，節省時間，安全性高，還節約了家居成本[3]。

基于此，本文設計了基于單片機的廚房致癌氣體及油溫檢測系統，它由主控制器模塊、指示燈電路模塊、溫濕度檢測模塊、煙霧檢測模塊、鍵盤模塊、LED顯示器模塊等組成。

1 系統方案

該系統的主控制器為STC89C52單片機，溫濕度傳感器為DHT11，煙霧傳感器為MQ-135，顯示器為LCD1602，模數轉換器為XPT2046。其工作原理大致如下：DHT11溫濕度傳感器檢測溫度，MQ-135煙霧傳感器檢測煙霧濃度，所測數據被XPT2046轉換后將對應數字信號傳送給單片機；單片機對接收到的數據進行處理，并傳輸到LCD1602顯示屏顯示，也可通過藍牙傳輸到手機端實時查看。若檢測的數字信息超過系統內預設的參數值，單片機觸發報警系統，提醒使用者所處環境存在危險，同時啟動風扇更換廚房內的空氣。根據煙霧濃度的不同，風扇頻率會隨之改變；燈光由獨立按鍵控制，功能鍵盤具備復位、設置、確認、模式選擇、電機開關、燈開關等功能。系統組成如圖1所示。

1.1 硬件設計

1.1.1 主控芯片

系統采用STC公司出品的低功耗STC89C52RC單片機作為主控芯片。該單片機具有8 KB可編程FLASH程序存儲器，使用的MCS-51內核比基礎51單片機功能更完善。

圖1 系統組成

1.1.2 顯示模塊

顯示模塊采用的LCD1602顯示屏每行顯示16個字符，共兩列，共計可顯示32個字符。此外，LCD1602還可顯示英文，且價格低廉，貨源充足。

1.1.3 溫濕度檢測模塊

溫濕度檢測模塊采用的DHT11是一款具有數字信號輸出能力的溫濕度復合傳感器，運行穩定[4]。該傳感器具有抵抗性濕度檢測和NTC溫度測定功能，以高性能8位微控制器連接，質量過硬、應答迅速、抗干擾能力強、成本低。DHT11傳感器在出廠之前已準確校正，校正系數以程序形式存儲在OTP內存中[5]。

1.1.4 煙霧傳感模塊

煙霧傳感模塊采用MQ-135傳感器。該傳感器使用的煤氣感應材料具有在空氣中導電性能低的特點。此外，MQ-135傳感器成本低，使用壽命長，應用范圍廣[6]，可將獲取的廚房煙霧數據轉換為煤氣濃度信號[7]并輸出。MQ-135傳感器能感應多種有害氣體，尤其對氨氣、磺化物、芳香烴極其敏感，很適合對煙霧及其他有害氣體進行監測。

1.1.5 模數轉換模塊

XPT2046模數轉換模塊的數據接口為串聯接口，可通過串聯接口獲得數據信號處理器所發送的圖像信號。數據信號處理器可使用SPI、SSI、Microwire等同步串聯接口與傳真機通信。通信時段被用來控制DIN-PIN輸入字節，變量在獲得充分信息后，可根據獲得的信息設置輸入復式軟體和參考源，并進入抽樣模式，必要時啟動觸摸面板。三次循環后，設定控制字節系統輸入處于維持狀態。比率轉換SER/DFR=0時，驅動器在轉換過程中持續工作，直到輸出模數轉換結果[8-10]。

2 軟件設計方案

智能抽油煙機系統軟件流程如圖2所示。

圖2 智能抽油煙機系統軟件流程

系統軟件流程大致如下：主函數開始運行，初始化設定參數量程，之后MQ-135煙霧傳感器檢測煙霧濃度、DHT11溫度傳感器檢測溫度、光敏電阻檢測光線強度，系統將檢測到的濃度、溫度、光線強弱等參數經過模擬信號轉換為數字信號，由單片機將獲得的數值與系統預設的初值進行比較，判斷獲取的數據是否超出量程，一旦超出量程，將引發聲光報警裝置，并開啟風扇，同時把數據信息傳輸到LCD1602液晶顯示屏進行顯示。

3 結 語

目前，國內外廚房對常規抽油煙機的改進，僅從其耐高溫性、功率、出風方式等方面考慮，缺少智能化功能?；趩纹瑱C的廚房致癌氣體及油溫檢測系統運用物聯網技術提高了廚房用品的智能化、安全性水平。該系統不僅可以檢測廚房油煙的煙霧濃度，還可以將統計的煙霧濃度進行整合，對烹飪方法進行調整。此外，該系統后續還可應用于室內香煙煙霧濃度的檢測，并進行室內空氣的自動更換，從而杜絕二手煙對非吸煙人士的傷害，降低疾病發病率。