基于单片机的小区厨房监控系统

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摘要：鉴于目前基于RS-485通信的监控系统的一些问题，该文阐述了用单片机AT89S51和现场总线技术实现基于CAN总线的小区厨房监控系统，阐述了系统的硬件结构设计及软件设计的程序流程。该系统可靠性高，通信速度快，抗干扰能力强，有着广泛的应用前景。

关键词：AT89S51单片机；CAN总线；小区厨房监控系系统

中图分类号：TP399文献标识码：B文章编号：1009-3044(2008)35-2327-02

The Monitoring System of Community Kitchen Based on Microcontroller

LUO Gai-liang

(Center of Science and Technology Development Dapu County, Meizhou 514200, China)

Abstract: Since a number of problemin the monitoring system based on RS-485 communications , This paper describes the Implementation of monitor the Community Kitchen of the system,basedon CAN bus with AT89S51 microcontroller and Field Bus. The introduction of the design of hardware system's structuraland process flow of software design.The system has high reliability, faster communication, anti-interference capability and has a broad prospect.

Key words: AT89S51 microcontroller; CAN Bus; monitoring system of kitchen In the community

1 引言

厨房燃料燃烧时所产生的多种燃烧产物和烹调用食用油加热后产生的含有多种有害化合物的油烟会造成厨房空气污染，环境中空气质量的好坏直接影响到下厨人员的健康。现代厨房一般都离不开煤气灶和抽油烟机，一旦使用煤气灶，则一定会产生油烟、水汽与乙烷等影响厨房空气环境的混合气体，为了健康的需要，往往用通风设备如抽油烟机来改善充满油烟气的厨房环境。普通吸油烟机虽然也可以起到净化厨房空气的作用，但存在很多的不足，如需要人工打开、人工调档等。本文正是基于此，提出小区厨房监控系统，该系统能自动检测油烟的大小，并根据油烟的大小自动切换油烟机的开关、调节风力大小进行吸油烟工作等。

2 监控系统构成

2.1监控系统简介

利用AT89S51芯片的强大功能，实现从温度采集到温度在LCD上显示，并可以设置温度报警的范围，当温度超过设置的范围时，通过蜂鸣器报警；利用AT89S51和SJA1000的结合，实现基于CAN总线的基本功能；通过CAN总线和其他在CAN总线上的的单片机或电脑控制端通讯；例如采集小区厨房里面的温度，对采集到的温度进行监控；同时加一些电路，实现对油烟，煤气等的监控，本文主要讨论对厨房油烟和温度的监控。

2.2 监控系统总体结构

系统中心控制器采用AT89S51单片机，该单片机廉价可靠，开发工具简单，具有软件在线升级能力。该系统由上位机，微处理器，CAN总线适配卡，CAN总线控制器，测温芯片油烟气体传感器TGS2100，温度传感器HN36，LED，键盘，报警器组成。上位机为PC机，负责整个系统的管理和控制。单片机AT89S51是硬件电路的核心，其承担CAN控制器的初始化、数据收发和控制等任务。CAN总线控制器用于同上位机进行远程通讯，并独立完成CAN总线上的数据接收和发送工作。CAN总线适配卡主要用于智能节点协议与总线协议之间的转换，实现节点与总线之间的通讯。如图1所示为监控系统的结构。

2.3 监控系统相关技术和硬件简介

1）CAN总线

CAN总线是目前唯一具有国际标准的现场总线，它具有极高的可靠性和独特的设计以及高速率、长距离传输性能，特别适应于干扰较严重的工业现场设备互连。其主要特点如下：多主站依据优先权进行总线访问;无破坏性地基于优先权的仲裁;只需通过对报文的标志符滤波即可实现多种方式的数据传送；直接通讯距离最远可达10km，通讯速率最高可达IMbPs;报文采用短帧结构，传输时间短和受干扰概率低;将节点的暂时性错误和永久性作物区分开来，并且可以自动关闭CAN错误节点。SJA1000是一种独立的CAN控制器，主要用于移动目标和一般工业环境中的区域网络控制。它是Philips半导体公司PCA82C200 CAN控制器（BasicCAN）的替代产品，而且它增加了一种新的操作模式-PeliCAN，这种模式支持具有很多新特性的CAN 2.0B协议。

2）AT89S51单片机

AT89S51是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，功能强大的微型计算机的AT89S51可为许多嵌

嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。

3）温度传感器的选型--线性NTC温度传感器HN36

HN36型温度传感器体积小，重量轻，感温灵敏，非常适合于火灾报警，办公场所使用，或直接焊接在电路板上。其具体指标如下：a)测温范围：-50-200C；b）线性度：±0.5%；c)基准电压：690-710mv（出厂时具体标定）；d）电压温度系数：-2mv/C;e）稳定度：0.05C/年;f）引线： Φ0.5×20/25mm铜镀锡金属线;可直接焊接在电路版上。温控报警电路由传感器电路、信号调理电路、A/D采样电路、单片机系统、输出控制电路、报警电路构成。电路基本工作原理：传感器电路将感受到的温度信号以电压形式输出到信号调理电路，信号经过调理后输入到A/D采样电路，由A/D转换器将数字量值送给单片机系统，单片机系统根据设计的温度要求判断是否需要接通报警电路。本文设计时以0℃为判别依据，当温度量值低于或等于0℃时，使报警电路接通。当温度量值高于0℃时，报警电路停止工作。

4）油烟传感器的选型――油烟气体传感器TGS2100

对空气污染物的脱氧气体具有高敏感度；长寿命，低功耗；小尺寸；应用范围：抽油烟机，气体清洁系统，通风控制系统，气体质量监控。测量范围：1-30ppm灵敏度（电阻比）：0.2-0.6 加热器电压：5V±0.2V DC 电路电压：5V±0.2V DC。油烟报警电路工作原理和温控报警电路类似在此略过。

3 系统软件设计

本系统的软件主要由上位机控制软件、通信转换控制软件、温度信号检测控制模块这三大部分组成。上位机控制软件，是用高级语言VC++编程，主要完成主机工作画面编程，对信号进行分析处理，向单片机发控制命令和输出数据分析结果以及通信接口初始化和通信协议编程。通信转换控制软件主要完成上位机接口与CAN总线接口的协议转换。温度信号检测控制程序，主要完成CAN总线信号通讯，现场温度信号采集与控制。

软件设计的关键是CAN通信软件的程序设计CAN通信软件设计的三层结构模型为:网络物理层，数据链路层和应用层。网络物理层和数据链路层的功能由CAN接口器件完成，包括硬件电路和通信协议两部分CAN通信协议规定了四种不同用处的网络通信帧，即数据帧，远程帧，错误指示帧和超载帧CAN通信协议的实现，包括各种通信帧的组织和发送，均是由集成在SJA1000通信控制器中的电路实现的， 限于篇幅，本文只给出系统软件开发的重点，应用层软件的设计，主要包括初始化，发送，接收三大部分程序。

3.1 初始化程序

初始化程序主要是通过对CAN控制器SJA1000控制段中的寄存器写入控制字，进行初始化，从而确定SJA1000的工作方式其流程图如图2 所示。

3.2 发送程序

发送程序是把需要发送的信息帧送到SJA1000的发送缓冲区并且启动发送命令，信息从SJA1000的发送缓冲区到CAN总线的过程则由自SJA1000完成程序流程如图3 所示。

3.3 接收程序

接收程序是从SJA1000的接收缓冲区读取要接收的信息，释放接收缓冲区，并对接收的信息进行处理。信息从CAN总线到SJA1000接收缓冲区也是SJA1000控制器自动完成的程序流程如图 4 所示。

3.4上位机管理软件

上位机管理软件采用Visual C++编写，主要完成传感器网络各节点的状态显示，数据采集，向节点发送控制指令，显示动态实时数据和历史曲线图，对历史数据进行保存，打印报表，管理员身份验证，系统电路监控和测试，报警处理等。

4 结束语

本系统以AT89S51单片机为核心，利用温度传感器和油烟传感器分别检测厨房加热温度和油烟信号。

1）系统检测误差较小，可靠性好，成本低，并且在检测中具有较高的可重复性。

2）电路设计简单，控制灵活，新型集成电路的应用也使系统的控制部分更为灵活方便。

3）系统具有更高的可扩展性。系统可以通过RS-232实现与计算机的串口通讯，从而利用软件可以在计算机上生成温度油烟点检测值报表，以便进行记录和查询。

参考文献：

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