基于阿里IOT云平台的智能厨房油烟机控制系统设计与实现

汪昕宇 付俊英 王蕴琪 高 爽 龚永罡

(北京工商大学计算机与信息工程学院，北京 100048)

基于阿里IOT云平台的智能厨房油烟机控制系统设计与实现

汪昕宇 付俊英 王蕴琪 高 爽 龚永罡

(北京工商大学计算机与信息工程学院，北京 100048)

本文描述了基于阿里IOT云平台的智能厨房油烟机系统设计方案与具体实现，通过家庭WiFi，接入阿里IOT云平台，实现对家中智能油烟机的控制。抽烟机与IOT云平台连接的中间设备,采用以WM-N-BM-09A片上WiFi芯片和STM32F100BV主控芯片为核心的IOT嵌入式模块进行开发,利用WiFi通过无线路由与IOT云平台建立通信通道，根据主控板上传感器检测结果控制油烟机的开关、风速、状态以及高度。测试结果表明,基于IOT云平台的控制系统方案，具有高度自动化、反应灵敏、油烟处理效率高等优点。

阿里IOT云；抽油烟机；智能感应

1 引言

如今随着物质生活水平的提高，人们对厨房的环境要求也越来越高，在家庭生活中使用抽油烟机的频率和功能要求也随之提高。老式抽烟机一般是通过触摸或按键方式操作抽烟机，但是无法避免的问题是手上做饭会沾上油，所以手动操作在厨房中很不方便。并且人们在做饭时会忘记及时打开抽烟机或没有根据油烟浓度变化随时调节风速，致使屋中油烟没有高效地被除净，对人的健康产生很大的威胁。

为解决这一问题，提出基于阿里云平台的智能厨房油烟机[1,2]，利用传感器、阿里云平台实现对油烟机的远程控制，油烟机利用传感器自动检测厨房空气中有无油雾（油烟、水蒸气等杂质）以及油雾浓度值的变化，然后把检测到的数据传到阿里云平台，阿里云平台处理完数据后，将指令发送给油烟机，实现自动控制吸油烟机风机的启停或自动控制吸油烟机的风量大小，这样就会避免洗净率差的问题。

2 系统的总体设计

2.1 系统组成

项目由智能厨房油烟机设备、WiFi通信及红外线传感器设备、阿里云控制模块和后台云端服务器构成。阿里云平台通过HTTP与家庭网关连接[2]，如今许多家庭都安装有WiFi，家庭网关可以通过WiFi通信连接到阿里云模块，再由阿里云模块通过UART通信连接油烟机主控板，自动控制抽烟机的开关通过红外传感器自动检测屋内空气中油烟、水蒸气等杂质，并且能根据传感器检测空气中的杂质浓度值改变抽烟机的风量大小，实现抽烟机的智能自动无触摸控制。其中，油烟机主控板包括：开关机设置、风速控制、状态显示、高度调节和本地设置这几个功能。系统组成图如图1所示。

图1 系统总体设计图

2.2 系统的功能特点

(1)可以实现对家庭油烟机的智能无触摸开机、关机功能控制。

(2)实现油烟机风量智能变化大小。

(3)用户可以随时了解油烟机运行状态。

(4)实现油烟机高度智能调节。

3 系统硬件及协议设计

智能厨房油烟机控制系统的硬件结构主要包括阿里IOT云嵌入式模块与抽烟机主控板。

3.1 阿里IOT云模块的硬件结构组成

本设计中核心硬件是阿里IOT云模块，利用嵌入式无线互联设备无线连接平台将抽烟机接入阿里IOT云服务。阿里IOT云模块由两大部分组成，第一部分是数据处理模块：利用STM32F100BV单片机实现。第二部分是数据传送模块：利用WM-N-BM-09A片上WiFi模块实现。

3.1.1 数据处理模块

STM32F100BV使用的是ARM Cortex-M3内核的高性能低功耗单片机。此单片机可以对外提供一个UART接口，通信利用单片机UART接口和外部被控设备进行，可以实现数据交换和处理的功能。UART接口具有全双工通讯功能，它不仅可以给被控设备下发协议，让被控设备执行需要的功能，也可以接收和解析被控设备上传的当前状态，然后发送到WM-N-BM-09A模块。数据处理单元功能主要包括：解析协议功能、封装数据包功能、拆包数据包功能、管理版本号、处理定时预约信息等。

3.1.2 数据传送模块

数据传送模块采用STM32F205RGY6微处理器和Broadcom43362无线WiFi芯片。本模块可以通过SPI、UART、USB通信接口，可以通过家中WiFi连接到服务器进行数据交换。数据传送模块可以连接到路由器，使阿里IOT模块链接到云服务器，并进行数据接收发送的功能。它支持的最大带宽为65Mbit/s，内置IEEE 802.11b/g协议以及802.11n协议。

3.1.3 阿里IOT模块和主控板间协议

阿里IOT模块和主控板间协议是指抽烟机主控MCU与阿里IOT模块中的STM32F100BV单片机之间的通信协议，此通信协议标准是以Modbus为标准。本协议可分为两种类型，主控板发送云平台控制命令给抽烟机时使用的是控制指令协议，外部设备传感器监测及收集抽烟机当前状态信息使用状态反馈协议。这两种协议格式都包括帧头、源地址、目标地址、功能码、数据域、CRC校验码六部分[3]。油烟机主控板与阿里云模块的通信协议拟采用表1的数据格式。

功能码表示抽烟机接下来需要执行的操作，当实现高度设置以及风速大小设置时，数据域信息有效。当实现关机开机复位时，数据域信息无效。功能码的具体内容拟采用表2的内容。

3.1.4 通过UART通信连接油烟机主控板与阿里云模块

阿里IOT云模块与油烟机两者间采用UART通信来实现传递控制指令和反馈状态信息，在软件设计方面包含了UART的初始化、报文接收和报文分析中断程序、报文发送程序[4]。

在UART初始化的过程中，配置协议格式中的校验码、USART波特率数值以及数据位，在完成配置后，可以实现发送控制指令以及接受当前状态的信息功能。在发送程序中，以协议格式把抽烟机的控制命令字发送给抽烟机，以此可以设置功能。在控制过程中，单片机微处理器通过Wi-Fi接收IOT模块接收的数据，解析并提取抽烟机发送的当前数据及信息，然后主控板中MCU以特定封装格式发送这条信息到IOT云平台。

3.2 油烟机主控板的设计

油烟机主控板设计采用了单片机微处理器MCU[5]，它在主控电路中占核心位置。MCU的功能是提取及处理从油烟机接收的数据并且对抽烟机发出控制指令。考虑到油烟机在厨房中使用时主控板会受到空气中杂质、室内温度等影响，选择器件时尤为注意这些特点。并且考虑到抽烟机体积小等问题，采用了STC公司的IAP15L2K61S2单片机。这款单片机符合使用环境及体积要求，并且它比传统单片机速度快8-12倍，不仅如此，还具有抗干扰能力强的特点，常温下温飘在5%左右。

表1 主从机的数据格式

表2 功能码的具体内容

4 系统的运行与功能测试

在家庭厨房环境下进行本系统的运行和功能测试。以智能改变抽烟机风速为例介绍。

抽烟机开机后，在保证阿里IOT云模块与家庭网和厨房油烟机连接正常的前提下，通过系统的远程风速控制功能进行测试分析。增加炒菜油烟浓度，抽烟机风速增大，持续运行一段时间后，油烟浓度大幅度减小，风速也随之减小。经过多次反复实验，抽烟机能根据油烟浓度及时改变风速大小。

5 结语

本文对基于阿里IOT云平台的智能厨房油烟机控制系统进行了详细的研究设计。利用UART协议进行数据通信，油烟数据经过阿里云模块进行处理后，通过主控板实现油烟机的开启、关闭和风速大小调节，解决了目前油烟机使用上的弊端和不便。

[1]崔健，段振刚，齐志男，等．基于物联网云平台的壁挂炉远程控制系统[J]．计算机系统应用，2015，24(9)：56-60．

[2]邵鹏飞，王喆，张宝儒．面向移动互联网的智能家居系统研究[J]．计算机测量与控制，2012，20(2)：474-476．

[3]王根义．CRC校验码算法的研究与实现[J]．电子设计工程，2012，20(9)：38-40．

[4]闵丽娟，卢捍华，陈玲，等．智能家居的系统结构及相关无线通信技术研究[J]．计算机技术与发展，2011，21(8)：169-172．

[5]徐汶东．基于无线通信的智能油烟机控制系统设计[C]．ICSSS，2015：421-425．

Design and Implementation of Intelligent Kitchen Lampblack Machine System Based onAlibaba IOT Cloud Platform

Wang Xinyu Fu Junying Wang YunqiGao Shuang Gong Yonggang
(Beijing Technology and Business University,Beijing 100048)

This paper designs an intelligent kitchen lampblack machine control system based on Alibaba IOT Cloud Platform,which can control the lampblack machine by accessing Alibaba IOT Cloud Platform through home WiFi.The intermediate device,which connects Alibaba IOT Cloud Platform with the lampblack machine,is developed by IOT embedded modules using WM-NBM-09A chip and STM32F100BV chip as the core.The communication channel is established with the wireless router.The lampblack machine instructions of on-off,wind speed,status and height are controlled by the monitoring data of the main control panel.Test result shows that the control system based on Alibaba IOT Cloud Platform is outstanding in automation,sensitivity and cooking fume purification handling.

Alibaba IOT Cloud;lampblack machine;intelligent sensing

TP274

A

1008-6609(2017)10-0068-03

汪昕宇（1997-），女，北京人，本科，研究方向为物联网应用技术。