智能安全厨房系统设计

王晓慧，黄刚，刘昊东，王鹏

（太原工业学院电子工程系，山西太原，030008）

0 引言

随着社会的发展，人们进入了快节奏的生活，安全问题在人们身边越来越突出，并且家中如果老人单独生活，由于记忆力衰退，厨房的安全隐患也就剧增，人们往往因为着急，忘记关火，引起火灾；煤气没有完全关闭，引起煤气中毒等一系列问题。据调查，在2015年 1月至5月就有20起厨房事故的发生，损坏的财物不计其数，有的甚至还威胁到了人身安全，故针对此类问题本文设计此智能安全厨房系统。

1 系统设计方案

厨房安全检测系统实现了对危险的感知、处理及信息传递。其硬件部分主要由微处理器、AD烟雾采集模块、温度烟雾采集模块、继电器模块、液晶显示系统、按键模块、GSM模块、声光报警提示系统等模块组成，总体结构如图1所示。

该系统通过两个模块对温度与烟雾浓度进行采集，将采集到的所有数据以电压的方式送入单片机进行处理，处理后的数据部分送入到 12864 显示屏进行显示，并通过单片机设置阈值，当浓度或温度超过阈值时系统进行报警，并给予同步的安全处理。

2 系统主要模块设计

2.1 微处理器控制单元

本系统采用的微处理器是8位高性能的单片机STC89C52RC，该型号处理器可与51系列单片机完全兼容，它具有比51系列单片机更为强大的功能，它的抗干扰能力强以及性能稳定性高，可利用的资源比较丰富，有8 KB 的flash存储容量，512B的RAM容量，时钟晶振可达80MHz，性价比较高，可在高速低速应用场合下均可良好应用。

2.2 烟雾传感器模块

本系统中的烟雾传感器选用了型号为MQ-2气体烟雾传感器，它采用的气敏材料是二氧化锡 (SnO2)，可以用于检测到烟雾跟可燃气体。当传感器所处环境中存在可燃气体时，传感器中的电导率会随着可燃气体浓度的升高而变大。由于SnO2在清洁空气中电导率较低，所以 MQ-2 气体传感器对液化气、丙烷、氢气的灵敏度高，对天然气和其它可燃蒸汽的检测也很理想，并且简单的电路即可将电导率的变化转换为与该气体浓度相对应的输出信号，是一款适合多种应用的低成本传感器，图2是烟雾传感器模块电路设计图。

图2 烟雾传感器模块电路

2.3 温度采集模块

本系统中的温度采集主要依靠的是DS18B20温度采集模块。DS18B20与传统的热敏电阻相比，它能够直接读出被测温度并且可根据实际要求通过简单的编程实现9～12位的数字值读数方式。并且从DS18B20读出的信息或写入DS18B20的信息仅需要一根口线（单线接口）读写，因而使用DS18B20可使系统结构更趋简单，可靠性更高。当DSI8B20接收到温度转换命令后，开始启动转换，转换完成后的温度值就以16位带符号扩展的二进制补码形式存储在高速暂存存储器中。单片机可通过单线接口读到该数据，读取时低位在前，高位在后，数据格式以0.0625℃/LSB形式表示。

图3 温度采集模块电路

2.4 GSM模块

GSM是全球通信系统，与手机相同，只要插上SIM卡就可以进行短信发送。GSM模块可以使用文字短信进行远距离的数据传输，并且与单片机的串口通讯连接进行信息传递。在本设计中，当烟雾与可燃气的浓度达到设定的阈值的时候，短信会发送出“烟雾、可燃气浓度超标”。当温度超过阈值的时候，短信会发送出“温度超标”，GSM的模块电路如图4所示。

图4 GSM模块电路

2.5 按键电路

按键电路如图5所示，采用3个独立按键。3个按键分别与单片机的P2.0、P2.1、P2.2口连接,实现其相应功能，S2为温度的预先值，S3为浓度的预先值，S4为恢复初值。

图5 按键电路

3 软件设计

程序主要针对家庭厨房火灾进行应急处理，系统启动以后，烟雾传感器与温度传感器开始工作，GSM模块与报警模块处于待命状态，等待单片机的命令。当可燃气体、烟雾或者温度达到一定浓度时，蜂鸣器开始报警，并且检测到有烟雾或毒害气体时，风扇开始转动，到达排烟的效果，随后通过GSM模块发送短信给主人，主人第一时间知道后，采取一定措施来防止火灾继续发生，具体软件流程图如图6所示。

图6 程序流程图

4 系统测试与总结

系统开机，显示“welcome”，随后进入显示内容。其中显示设置的温度、烟雾浓度的阈值与当前环境测量的温度与烟雾浓度的示数。

首先我们设置温度20℃，烟雾浓度为15。点燃一炷香放在温度传感器旁，显示温度上升，当达到20℃时，声光报警，并且手机收到短信“温度超标”。同时，我们将未点着的打火机放在烟雾传感器处，烟雾浓度示数上升，当达到15时，排风扇启动，开始散烟，并且手机收到短信“烟雾浓度超标”。当上述两者同时发生的时候，水泵也会启动进行洒水，并且手机短信提醒“厨房可能发生火灾”。

图7 系统实物图

以上智能厨房安全系统设计是以STC89C52为核心控制器，通过烟雾传感器、温度传感器采集数据，通过对软件参数的修改达到了对厨房预知危险情况的测定，并配合使用的外围自处理系统完成了对预知危险的自我处理，最终实现了智能控制。在今后的设计中，可通过加入红外防盗系统，并将此智能厨房安全系统应用到智能家居或普通生活中。

说明：本论文基于2018年iCAN国际创新创业大赛，该系统在本次比赛获得华北地区分赛区选拔赛二等奖。