基于Arduino和OneNET的厨房智能通风控制系统设计

翟保尊

摘  要：一直以来，厨房在家居环境中带来的燃气泄漏和油烟污染隐患都比较大，由此引发的火灾问题给人们的人身健康和财产安全带来了巨大的威胁。针对以上问题，设计一种基于Arduino和OneNET的厨房智能通风控制系统，实现当有人在厨房做饭时自动开启通风系统，保持厨房内良好的空气质量;同时，对厨房火灾和有害气体泄漏进行24小时无人值守监测，一旦厨房内有害气体浓度超过程序设定的阈值，自动开启通风系统进行换气，如果监测到火灾，则系统进行报警提醒。整个系统中传感器监测的数据通过OneNET物联网云平台远程传输，无论用户在何时何地，都可以随时监测厨房中的实时数据。

关键词：Arduino;OneNET;厨房;智能通风控制

中图分类号：TP212.6 文献标志码：A         文章编号：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

長期以来，厨房在每个家庭的家居环境中都是必不可少的。由于厨房功能的特殊性，通常配备了较多的大功率电器和煤气、天然气等管路，由于操作不当和线路老化等原因，引起的燃气泄漏、用电器短路起火等危害对人们的生命财产造成了严重的威胁。除此之外，由于中国人的饮食习惯，煎炒烹炸用油较多，单单依靠抽油烟机作用有限，厨房中弥漫的油烟严重危害人体的呼吸系统，和现代人们绿色健康的生活理念背道而驰。因此，人们需要一套实用有效，开发维护成本较低的厨房智能通风控制系统。

基于以上应用背景，设计一种基于Arduino和OneNET的厨房智能通风控制系统，该系统主要可以实现三方面的功能：首先，当有人进入厨房进行活动时，排风系统智能开启，保持厨房内良好的空气环境，人离开时排风系统智能关闭。其次，系统对厨房内的有害气体进行24小时无人值守监测，一旦出现燃气泄漏、油烟积聚等造成有害气体超标时，排风系统智能开启，及时排出室内污染性空气;当系统监测到明火时，OneNET云用户端和下位机蜂鸣器进行报警，对用户进行提示。最后，整套智能系统中传感器监测数据实时上传至OneNET物联网云端，用户无论何时何地均可实时监测家中厨房的环境参数[1-2]。

1 系统方案设计

系统整体方案如图1所示，主控制器采用Arduino UNO，该控制器以AVR单片机为核心，具有14路数字I/O口和6路模拟输入口，性能可以较好满足本系统开发需求。作为全球流行的一款硬件开源的控制器，其库函数丰富，开发维护简单，成本较低，使得产品在推广普及上优势明显。

整个系统由三个传感模块、一个执行模块和一个物联网监测模块组成。传感模块由热释电红外传感器、烟雾传感器和火焰传感器组成;执行模块由继电器、排气扇和蜂鸣器组成;物联网监测模块主要由ESP8266 WI-FI模块和OneNET物联网云平台构建[3]。热释电红外传感器负责监测厨房内是否有人员进入，一旦监测到有人在厨房活动时主控制器发送指令给继电器，进而打开通风扇。烟雾传感器负责监测厨房内是否有燃气泄漏以及有害气体堆积，一旦厨房内有害气体浓度超过程序设定的阈值，则主控制器发出指令，智能开启通风系统，直到有害气体浓度降低到设定值范围之内，通风系统自动关闭。火焰传感器负责监测厨房内是否有明火，一旦监测到火情则下位机蜂鸣器发出高频鸣响警报，同时OneNET云用户端界面的红色警报灯进行闪烁报警。

2 硬件电路设计

2.1 传感模块

热释电红外传感器采用HC-SR501人体感应模块，价格低且灵敏度好。其工作电压为4.5-20V，静态电流<50？滋A，属于微功耗。同时和Arduino端口5V输出电压匹配，使用非常方便。图2所示为该热释电红外传感器的有效感应监测范围，经实地测试传感器灵敏度令人非常满意。

烟雾传感器采用MQ-2气体传感器模块，可以用于家庭和工厂的气体泄漏监测装置，适宜于液化气、丁烷、丙烷、甲烷、烟雾等的探测，对液化气，天然气，城市煤气，烟雾有较好的灵敏度，是一款适合多种应用的低成本传感器。其工作电压5V，功耗（电流）150mA，和Arduino UNO主控制器匹配使用非常方便。

火焰传感器实质为红外接收三极管，实物图如图3所示，是机器人专门用来搜寻火源的传感器，该传感器对火焰特别灵敏。其原理是利用红外线对火焰非常敏感的特点，使用特制的红外线接收管来检测火焰，然后把火焰的亮度转化为高低变化的电平信号，输入到中央处理器，中央处理器根据信号的变化做出相应的程序处理。

2.2 执行模块

执行模块主要由继电器、排气扇和蜂鸣器组成。继电器采用型号为SRD-05VDC-SL-C的继电器，其工作原理图如图4所示，工作电压为5V，与Arduino主控板匹配。该型号继电器成本较低且性能优异，带光耦隔离，常开接口可接最大负载为交流250V/10A，完全满足本系统中强力排风扇（额定电压交流220V，输入功率82W）的性能要求。蜂鸣器采用有源蜂鸣器，正负极针脚加上電压即可驱动蜂鸣器发出警报，程序开发比较方便。

2.3 物联网监测模块

物联网监测模块主要由ESP8266 WIFI模块和中国移动OneNET物联网云平台构建。ESP8266模块是一款超低功耗的串口转WIFI透传模块，可以实现将物理设备接入互联网[4]。OneNET是中国移动提供的一个强大的物联网云平台，技术人员在OneNET注册之后即可登录“开发者中心”进行产品的创建。

物联网监测模块的工作流程如图5所示，首先通过ESP8266 WIFI模块将设备接入互联网;其次，将下位机传感器实时采集的烟雾传感器和火焰传感器数据值，采用MQTT协议实时上报给云端;最后，将数据在OneNET平台上开发的应用中进行显示和处理。

3 系统软件设计

系统的软件设计开发基于Arduino IDE集成开发环境。Arduino库函数丰富，驱动编写简单，可以快速完成产品程序设计，缩短开发周期[5-6]。图6所示为系统软件功能流程图。

4 结束语

针对厨房在家居环境中容易带来的燃气泄漏、油烟污染和火灾隐患问题，设计一种基于Arduino和OneNET物联网云平台的厨房智能通风控制系统，实现了当有人在厨房做饭时自动开启通风系统，保持厨房内良好的空气质量;同时，对厨房火情和有害气体泄漏进行24小时无人值守监测，一旦厨房内有害气体浓度超过程序设定的阈值，自动开启通风系统进行换气，如果监测到火情，则系统进行报警提醒。整个系统中传感器监测的数据通过OneNET物联网云平台实时传输远程监控。通过实际测试，该系统传感器灵敏度较高，运行稳定，具有较高的实际应用价值。

参考文献：

[1]丁双朋.物联网技术在智能家居中的应用分析[J].数字通信世界，2019（03）：173.

[2]郭志冬.基于物联网的智能家居环境监控系统研究与设计[J].信息与电脑（理论版），2018（17）：50-53.

[3]张萍.基于ESP8266和OneNET云平台的远程报警系统[J].单片机与嵌入式系统应用，2017（12）：64-67.

[4]黄玉金，杨越，薛伟，等.无线模块的AT指令UDP透传设计[J].电子产品世界，2018（1）：34-36.

[5]陈吕洲.Arduino程序设计基础[M].北京航空航天学大学出版社，2014.

[6]陈宝元，褚庆文，孙忠祥，等.一种基于OneNet设备云的智能硬件组网方法[J].哈尔滨理工大学学报，2017（5）：76-81.