基于C8051硬件的油烟自动监测系统的设计

黄振

摘要：文中设计了基于C8051硬件的油烟监测系统。系统以低成本、低功耗C8051F021芯片为核心处理器，扩展了外围接口电路，具有液晶显示、GPR无线通信等模块，实现了数据的自动采集、处理、存储、显示和查询等功能，通过GPRS无线通信模块与数据监控中心主机进行通信，实现了远程数据的实时传输。经测试验证，该系统具有稳定性高、使用寿命长、应用场合的适用性强、可扩展性高、功耗低、成本低、体积小以及易于安装等优点，在餐饮行业具有广泛的应用前景。

关键词：C8051；油烟监测；液晶显示；GPRS；无线通信

中图分类号：TP212.1 文献标识码：A 文章编号：2095—6487（2018）02—0028—02

0引言

随着社会经济的不断发展和城市规模的不断壮大，人们所面临的环境污染问题逐渐凸显出来。特别是近几年，全国很多地方冬季持续雾霾天气已经严重影响到普通民众的生活。因此，普通民众和有关组织日益关注环境问题，而餐饮油烟问题是环境污染问题的主要原因之一，其中含有数十种有害成分，会使呼吸道粘膜损伤，引起呼吸困难、呛咳以及流泪等，油烟中更含有多种致癌物质。因此，需要有效地监测餐饮油烟浓度以及实时报警，更好地控制油烟废气的排放。

文章主要介绍该油烟监测系统的工作原理和整体设计方案。传感器可以采集油烟气体浓度、温度、湿度和气体压力等信息。硬件处理器采用C8051F021微处理器，可进行RS485通信或者GPRS通信。

1油烟自动监测系统的3-作原理

整个系统包括信息采集模块、信号调理模块、通信模块、信号处理单元模块（MCu）、报警模块和液晶显示单元模块等几个模块。系统在信号处理单元MCU的控制下，完成各模块的功能。首先，信息采集模块将油烟气体的浓度、压力、温度和湿度等模拟信号转换为电信号，然后通过信号调理电路进行滤波处理等。经调理电路处理后的信号進入到信号处理单元模块MCU内置的AD转换器，在MCU内经过编程，对AD采集的数字信号进行处理。同时，MCU控制液晶显示模块显示油烟气体浓度、压力、温度和湿度及对应的时间信息，根据采集的信息量将决定是否开启报警模块，同时可通过RS485或者GPRS通信模块传输到信息终端，方便有关人员进行远程监控。液晶显示模块也可以通过需要查询历史数据。

2油烟自动监测系统整体方案设计

整个系统包括信息采集模块、信号调理电路模块、通信模块、信号处理单元模块（MCU）、报警模块和液晶显示单元模块等几个模块，系统结构图见图1。

2.1信息采集模块

油烟是由固体颗粒、液体颗粒以及液体和固体颗粒悬浮于气体介质中形成的均匀分散体系，主要以液体汽液胶和固体汽液胶形态存在。由于其自然沉降速度很小，从而可长时间悬浮在空气中。油烟监测系统主要监测油烟的浓度、压力、温度和湿度，其中油烟气体浓度和成分含量是关键。信息采集模块将需要采集的物理量信号转换为电信号。该系统的测量采用不同种类的传感器测量不同的参数。

半导体气敏传感器。该系统选用FIGARO公司生产的半导体气体传感器TGS2600型，对烹调味有很高的灵敏度。这种传感器利用相对值检验来实现更接近人类感觉的控制，即以空气清洁时为基准，通过传感器电阻值比空气清洁时的变化来监测空气的污染程度。

气体浓度传感器。油烟气体浓度监测主要采用的是光敏传感器。将气体浓度的变化转化为电阻值的变化，再经过电路的处理转化为电压的变化，便于后续信号转换。

压力传感器。主要采集表面静压，将静压变化转换为电压变化。

温湿度传感器。主要采集油烟气体的温湿度，将油烟气体的温湿度变化转换为电压的变化。

2.2信号调理电路模块

信号调理电路模块经信息采集模块输出的电信号做相应的滤波处理，防噪声处理等，然后进入到MCU内置的AD转换器。信号调理电路模块中的调理电路见图2。

2.3通信模块

通信模块主要用于将处理后的信息发送给上一节点或接收上一节点的指令。该监测系统中主要有两种通信模式：RS485通信和GPRS无线通信。RS485通信主要采用的是SN65LBC184芯片；GPRS无线通信采用SIM9000A芯片。

2.4显示模块

该系统的显示模块主要是液晶显示，可实现实时显示油烟气体浓度、压力以及温湿度信息，也可以根据需要查询历史信息。液晶选用12864液晶模块。

2.5报警模块

报警模块分两个方面：现场指示灯报警和终端监控中心报警。现场指示灯报警主要是由报警指示灯、三极管和电阻组成，其由MCU控制引脚输出，触发三极管导通，使得报警指示灯发光，其电路原理图见图3。终端监控中心报警是根据远程传送过来的数据超标报警。

2.6信号处理单元模块

信号处理单元模块主要是以C8051F021处理器为核心。该芯片内置8路8-bit AD转换器，可编程速率最大可以达到500 ksps，有四个字节宽的端口10，两个UART串口，5个通用16位计数器/定时器，专用的看门狗定时器。完全满足整个系统设计需求，整个信号处理单元模块基本上包括了该芯片最小系统。

3结束语

文章介绍了油烟监测系统的系统构成，采用C8051F021 CPU为核心数据处理单元模块，并结合GPRS模块进行无线通信，将获得的数据远程无线传输到终端监控中心。实现自动监测，并可根据需要查询历史数据。实验结果表明，该系统稳定性高、使用寿命长、应用场合的适用性强、可扩展性高、功耗低、成本低、体积小以及易于安装。