基于Arduino和OneNET的廚房智能通風控制系統(tǒng)設(shè)計

翟保尊

摘 ?要：一直以來，廚房在家居環(huán)境中帶來的燃氣泄漏和油煙污染隱患都比較大，由此引發(fā)的火災(zāi)問題給人們的人身健康和財產(chǎn)安全帶來了巨大的威脅。針對以上問題，設(shè)計一種基于Arduino和OneNET的廚房智能通風控制系統(tǒng)，實現(xiàn)當有人在廚房做飯時自動開啟通風系統(tǒng)，保持廚房內(nèi)良好的空氣質(zhì)量;同時，對廚房火災(zāi)和有害氣體泄漏進行24小時無人值守監(jiān)測，一旦廚房內(nèi)有害氣體濃度超過程序設(shè)定的閾值，自動開啟通風系統(tǒng)進行換氣，如果監(jiān)測到火災(zāi)，則系統(tǒng)進行報警提醒。整個系統(tǒng)中傳感器監(jiān)測的數(shù)據(jù)通過OneNET物聯(lián)網(wǎng)云平臺遠程傳輸，無論用戶在何時何地，都可以隨時監(jiān)測廚房中的實時數(shù)據(jù)。

關(guān)鍵詞：Arduino;OneNET;廚房;智能通風控制

中圖分類號：TP212.6 文獻標志碼：A ? ? ? ? 文章編號：2095-2945（2020）24-0090-03

Abstract： For a long time， the hidden danger of gas leakage and lampblack pollution caused by kitchen in the home environment is relatively large， and the fire problem caused by that has brought great threat to people's health and property safety.In view of the above problems， a kitchen intelligent ventilation control system is designed based on Arduino and OneNET，which can make the ventilation system automatically turned on to maintain good air quality when someone is cooking in the kitchen;At the same time， which can also monitor the kitchen fire and harmful gas leakage unattended for 24 hours， once the concentration of harmful gas in the kitchen exceeds the threshold value set by the program， the ventilation system will be opened automatically for air exchange. And if the fire is detected， the system will give an alarm. The data monitored by sensors in the system is transmitted remotely through the OneNET IOT platform. No matter when and where users are， they can monitor the real-time data in the kitchen through OneNET.

Keywords： Arduino; OneNET; kitchen; Intelligent ventilation control

引言

長期以來，廚房在每個家庭的家居環(huán)境中都是必不可少的。由于廚房功能的特殊性，通常配備了較多的大功率電器和煤氣、天然氣等管路，由于操作不當和線路老化等原因，引起的燃氣泄漏、用電器短路起火等危害對人們的生命財產(chǎn)造成了嚴重的威脅。除此之外，由于中國人的飲食習慣，煎炒烹炸用油較多，單單依靠抽油煙機作用有限，廚房中彌漫的油煙嚴重危害人體的呼吸系統(tǒng)，和現(xiàn)代人們綠色健康的生活理念背道而馳。因此，人們需要一套實用有效，開發(fā)維護成本較低的廚房智能通風控制系統(tǒng)。

基于以上應(yīng)用背景，設(shè)計一種基于Arduino和OneNET的廚房智能通風控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要可以實現(xiàn)三方面的功能：首先，當有人進入廚房進行活動時，排風系統(tǒng)智能開啟，保持廚房內(nèi)良好的空氣環(huán)境，人離開時排風系統(tǒng)智能關(guān)閉。其次，系統(tǒng)對廚房內(nèi)的有害氣體進行24小時無人值守監(jiān)測，一旦出現(xiàn)燃氣泄漏、油煙積聚等造成有害氣體超標時，排風系統(tǒng)智能開啟，及時排出室內(nèi)污染性空氣;當系統(tǒng)監(jiān)測到明火時，OneNET云用戶端和下位機蜂鳴器進行報警，對用戶進行提示。最后，整套智能系統(tǒng)中傳感器監(jiān)測數(shù)據(jù)實時上傳至OneNET物聯(lián)網(wǎng)云端，用戶無論何時何地均可實時監(jiān)測家中廚房的環(huán)境參數(shù)[1-2]。

1 系統(tǒng)方案設(shè)計

系統(tǒng)整體方案如圖1所示，主控制器采用Arduino UNO，該控制器以AVR單片機為核心，具有14路數(shù)字I/O口和6路模擬輸入口，性能可以較好滿足本系統(tǒng)開發(fā)需求。作為全球流行的一款硬件開源的控制器，其庫函數(shù)豐富，開發(fā)維護簡單，成本較低，使得產(chǎn)品在推廣普及上優(yōu)勢明顯。

整個系統(tǒng)由三個傳感模塊、一個執(zhí)行模塊和一個物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測模塊組成。傳感模塊由熱釋電紅外傳感器、煙霧傳感器和火焰?zhèn)鞲衅鹘M成;執(zhí)行模塊由繼電器、排氣扇和蜂鳴器組成;物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測模塊主要由ESP8266 WI-FI模塊和OneNET物聯(lián)網(wǎng)云平臺構(gòu)建[3]。熱釋電紅外傳感器負責監(jiān)測廚房內(nèi)是否有人員進入，一旦監(jiān)測到有人在廚房活動時主控制器發(fā)送指令給繼電器，進而打開通風扇。煙霧傳感器負責監(jiān)測廚房內(nèi)是否有燃氣泄漏以及有害氣體堆積，一旦廚房內(nèi)有害氣體濃度超過程序設(shè)定的閾值，則主控制器發(fā)出指令，智能開啟通風系統(tǒng)，直到有害氣體濃度降低到設(shè)定值范圍之內(nèi)，通風系統(tǒng)自動關(guān)閉?；鹧?zhèn)鞲衅髫撠煴O(jiān)測廚房內(nèi)是否有明火，一旦監(jiān)測到火情則下位機蜂鳴器發(fā)出高頻鳴響警報，同時OneNET云用戶端界面的紅色警報燈進行閃爍報警。

2 硬件電路設(shè)計

2.1 傳感模塊

熱釋電紅外傳感器采用HC-SR501人體感應(yīng)模塊，價格低且靈敏度好。其工作電壓為4.5-20V，靜態(tài)電流<50？滋A，屬于微功耗。同時和Arduino端口5V輸出電壓匹配，使用非常方便。圖2所示為該熱釋電紅外傳感器的有效感應(yīng)監(jiān)測范圍，經(jīng)實地測試傳感器靈敏度令人非常滿意。

煙霧傳感器采用MQ-2氣體傳感器模塊，可以用于家庭和工廠的氣體泄漏監(jiān)測裝置，適宜于液化氣、丁烷、丙烷、甲烷、煙霧等的探測，對液化氣，天然氣，城市煤氣，煙霧有較好的靈敏度，是一款適合多種應(yīng)用的低成本傳感器。其工作電壓5V，功耗（電流）150mA，和Arduino UNO主控制器匹配使用非常方便。

火焰?zhèn)鞲衅鲗嵸|(zhì)為紅外接收三極管，實物圖如圖3所示，是機器人專門用來搜尋火源的傳感器，該傳感器對火焰特別靈敏。其原理是利用紅外線對火焰非常敏感的特點，使用特制的紅外線接收管來檢測火焰，然后把火焰的亮度轉(zhuǎn)化為高低變化的電平信號，輸入到中央處理器，中央處理器根據(jù)信號的變化做出相應(yīng)的程序處理。

2.2 執(zhí)行模塊

執(zhí)行模塊主要由繼電器、排氣扇和蜂鳴器組成。繼電器采用型號為SRD-05VDC-SL-C的繼電器，其工作原理圖如圖4所示，工作電壓為5V，與Arduino主控板匹配。該型號繼電器成本較低且性能優(yōu)異，帶光耦隔離，常開接口可接最大負載為交流250V/10A，完全滿足本系統(tǒng)中強力排風扇（額定電壓交流220V，輸入功率82W）的性能要求。蜂鳴器采用有源蜂鳴器，正負極針腳加上電壓即可驅(qū)動蜂鳴器發(fā)出警報，程序開發(fā)比較方便。

2.3 物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測模塊

物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測模塊主要由ESP8266 WIFI模塊和中國移動OneNET物聯(lián)網(wǎng)云平臺構(gòu)建。ESP8266模塊是一款超低功耗的串口轉(zhuǎn)WIFI透傳模塊，可以實現(xiàn)將物理設(shè)備接入互聯(lián)網(wǎng)[4]。OneNET是中國移動提供的一個強大的物聯(lián)網(wǎng)云平臺，技術(shù)人員在OneNET注冊之后即可登錄“開發(fā)者中心”進行產(chǎn)品的創(chuàng)建。

物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測模塊的工作流程如圖5所示，首先通過ESP8266 WIFI模塊將設(shè)備接入互聯(lián)網(wǎng);其次，將下位機傳感器實時采集的煙霧傳感器和火焰?zhèn)鞲衅鲾?shù)據(jù)值，采用MQTT協(xié)議實時上報給云端;最后，將數(shù)據(jù)在OneNET平臺上開發(fā)的應(yīng)用中進行顯示和處理。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

系統(tǒng)的軟件設(shè)計開發(fā)基于Arduino IDE集成開發(fā)環(huán)境。Arduino庫函數(shù)豐富，驅(qū)動編寫簡單，可以快速完成產(chǎn)品程序設(shè)計，縮短開發(fā)周期[5-6]。圖6所示為系統(tǒng)軟件功能流程圖。

4 結(jié)束語

針對廚房在家居環(huán)境中容易帶來的燃氣泄漏、油煙污染和火災(zāi)隱患問題，設(shè)計一種基于Arduino和OneNET物聯(lián)網(wǎng)云平臺的廚房智能通風控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了當有人在廚房做飯時自動開啟通風系統(tǒng)，保持廚房內(nèi)良好的空氣質(zhì)量;同時，對廚房火情和有害氣體泄漏進行24小時無人值守監(jiān)測，一旦廚房內(nèi)有害氣體濃度超過程序設(shè)定的閾值，自動開啟通風系統(tǒng)進行換氣，如果監(jiān)測到火情，則系統(tǒng)進行報警提醒。整個系統(tǒng)中傳感器監(jiān)測的數(shù)據(jù)通過OneNET物聯(lián)網(wǎng)云平臺實時傳輸遠程監(jiān)控。通過實際測試，該系統(tǒng)傳感器靈敏度較高，運行穩(wěn)定，具有較高的實際應(yīng)用價值。

參考文獻：

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