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                基于STM32的远程厨房安全系统设计*

                作者:赵丹丹,李红(平顶山学院信息工程学院,河南 平顶山 467036)时间:2021-12-07来源:电子产品世■界
                编者按:基于用户日常家庭生活安全的需要,设计了一种可靠、实用的远程厨房安全系统。该系统以STM32单片机为核心处理器,结合烟雾传感器、火焰传▲感器、OLED显示屏、蜂鸣器等外围设备进行设计,并且采用WiFi模块进行无线传输,把从STM32主控芯片传输过来的数据传送到阿里云服√务器,以便用户可通过登录实时查看家庭厨房环◢境状态。该系统安装方便,适用于家庭厨房等场合。

                *基金项目:本文系平顶山学院教学改革研究项目(JY19296)的研究成果

                本文ㄨ引用地址:/91sobn/article/202112/430150.htm

                作者简介:赵丹丹,本科,学生,专╳业为电子信息工程。

                李红,指导教师,硕士研究生,讲师,研究方向为≡嵌入式系统开发、图像处理。

                教师评语:该系统完成了对厨房安全的检测和报警,各类传感器对厨房信息进行采集,采集到的数据传输到主控芯片,主控芯片对数据▓进行处理,一旦超过设定阈值,驱动蜂鸣器进行卐报警,OLED显示屏进行数据显示。使用WiFi等技术作为基础框架进行整个系统的信息传输。后端使用阿里云作为整个软件信息查看和存储→。该生能够较好地综合∑ 运用所学的专业知识阐述和论证问题,较好地达到了综合训练目的。

                0   引言

                21 世纪以来,小区住宅的厨房都已随着社会的发展越来越现代化。现代化厨房里的智能电器也成为人们家居生活水平的一项标准。因油烟重、电气线路隐患大等原因引起的厨房失火事△件屡见不鲜。小区厨房火灾的发生影响的不只是一个家庭的生活,还可能会涉及小区邻居的安全。因此,家庭厨房安全系统的设计也需不断提高[1-2]。基于此♀目的,研发出∑一套功能更加完整、使用更加便捷、性价比更好的远程厨ξ 房安全系统,最大程度的降低居民损失。

                本系统采用STM32F103C8T6 芯片作为核心处理器,搭配WiFi 技术实现无线传输,从而把烟雾传感器和火焰传感@ 器实时采集到的厨房烟雾浓度和火焰【传送到。再结合OLED 显示屏、蜂鸣器进行数据的显示和报警。

                1   远程厨房安全系统设计

                1.1 系统性能目∮标

                系统设计目标主要是每个家庭↓厨房内的烟雾、火焰等环境状态。现代化信息技术以及物联网技术的发展,人们的生活变得更加舒适,从而对厨房的安全性也有了更高的期待。其总体设计主要体现在以下几个方面。

                1)将厨房的优势发挥出来,使用户可通过随时查看厨房内各类电器的相关参数。在对整个系统进行设计之前,不仅要考虑成本的高低,还需要满足通№用性的需求。

                2)主控芯※片能实现对各类信息的集中控制,保证系统运行的可靠性和安全性。

                3)所设计的网络通信系统在保障◢各项功能的同时,提升信息传递速率。

                4)为实◥现对系统的控制,每个传感器都能与中心系统▆通信,以便完成信息实时传输与采集。

                1.2 系统■总体框架设计

                远程厨房安全系统主要由主控单元、传感器模块、WiFi 通信模块和4 个部分组①成。各种传感器主要负责采集各种数据传递到主控芯片,主控芯片对数据进行接收并处理,然后通过WiFi 模块传递到阿里云服务∮器[3]。总体框架如∩图1 所示。

                1638842773427689.png

                图1 远程厨房安全ω 总体框架设计图

                1.3 各子模块介绍

                1.3.1 STM32主控模块

                本系统用STM32F103C8T6 作为主控芯♂片,是控制远程节点的核心。STM32F103C8T6 性能优越,具有低功耗、实时应用、性能稳定等特点[4]。配备丰富的外部接口,提供了各种各样的开发需要。本系统通过利用◎其内部丰富的功能模块,有效为外围电路节省了成本并降低了复杂性。

                远程厨房安全系统设计选STM32F103C8T6 作为主控芯∑ 片是因为这款芯片不论是在性价比方面还是功能方面都能满足系统ζ的设计要求。

                1.3.2 传感器模块

                本系统主要用到烟雾传感器和火焰传感器,以烟〗雾传感器为例介绍。烟雾传感器A0(引脚2)提供与烟气浓度成比例的模拟输出电压,D0(引脚3)提供可燃气体存在的数字表示。MQ-2 上的比较器会判断引脚2是否达▲到设置阈值,一々旦超过阈值,引脚3 则会变为高电平并点亮LED。引脚1 接地,引脚4 接主控◣芯片3.3 V电压。

                本系统用的是MQ-2 传感器,它能检测多种气体并且应用广泛。本系统中主要用来测烟雾浓度,其工作原理是根据导电◤率来判断烟雾浓度大小。一般情况♀下,几乎没有导电率,当烟雾或者CO 气体混入空气时,导电率就会有很明显的变化。此变化就可以用来判断烟雾信々息。该模块引脚接线ㄨ图如图2 所示:

                1.3.3 无线传输模块

                本系统WiFi 通∞信模块采用ESP8266 芯片,ESP8266转串口芯片非常小巧,这一特性可实现占空最小化。ESP8266 功能几「乎全能,可发送\ 接收消息、数据←的传输、还可配置多种模式[5]。ESP8266 的优点更〇是数不胜数,如低功耗、最大的优点是能在省电模式下工作,满足电池和电源设备苛刻的供电要求。

                image.png

                图2 烟雾传感器模块引脚接线图

                WiFi 模块引4 脚低电平有效,引脚6 高电平有效,引脚1 接主▆控芯片的→PA2,引脚8 接主控芯片的PA3。其芯片引脚原理图如图3所示。

                image.png

                图3 引脚接线图

                1.3.4 人机交互模块

                人机交互模块主要包ω括OLED 显示屏、蜂鸣器和按↓键。其中OLED 可用于显示测量烟雾、火焰的①相关参数,蜂鸣器可用于火焰和烟雾浓度的超标预警,按键主要于调节烟雾和火焰的设置阈值,也可进行二者的切换。

                1.4 系统程序设计

                整体程序以主程序为基础框√架,另加传』感器、蜂鸣器等子程序。系统主程序和部分子模块程序流程如图4所示。其中,①主程序流程:首先进行系统初始化,接着是持续接收传感◆器传送的数据,并进行◥处理,一ζ 旦超过阈值蜂鸣器报警,OLED 显示更新◎信息。②子程序流程:对厨房环境◣状态的信息进行实时采集。

                image.png

                (1)主程序流程图

                image.png image.png

                (2)子模块程序流程图

                图4 系统主程序和子模ξ块程序流程图

                2   系统测试

                首先给∮整个系统通电,系统会对各个模块初始化配置,电源灯亮表示通电正常。接着看OLED 屏幕显示是否正常,数据是否准确,若显卐示正常及数据正常,则表示各数据量的显示ㄨ正常。然后测试蜂鸣器是否能正常工作,用打火机测试☉火焰和烟雾,这两个传感器一旦检测到火焰或烟雾,蜂鸣器发出报警即为正常工作。然后就是用户登录阿里云服务器远程实时查看数据,各功能Ψ若全部正常则测试完成。

                经过上述测◥试,对中间调试所出现的问题及时解决,测试结果分析如下:整个远程厨房安全控制系统预期功能基本实现了火灾报警、等功能,达到了预期目△标,完成了本次系统设计。

                3   结束语

                本文给出了一种基于STM32 的系统远程厨房安全设计系统ㄨ的结构方案,采用模块化设计,介绍了最小系统、硬件电路和软件流程等关键技术。针对目前人们对于厨房安全预警的需求,开发了通过阿里云服「务器,能够及时查看厨房←环境状态的远程厨房安全系统,主要通过STM32F103C8T6 单片机、WiFi 通信模块、传感器模块、蜂鸣器报警模块等各个单元保证厨房的安全。用户可远程通过阿里云服务器实时查看火焰、烟雾浓度【等各项指标,用@ 技术的便利,实现对厨房是否安全的随时查看。

                参考文献:

                [1] 谭千盛,基于STM32的远程厨房安全→系统设计与实现[D].西安:西安电子科技大学,2019.

                [2] 薛东,彭志强.单片机技术下的智能厨房控制系统实现探讨[J].科技创新与应用,2020(8):94-95.

                [3] 李得至,邓鹏,唐文涛,等.基于云平台的智能实验室远程监控系统[J].机电工ζ程技术,2021,50(3):132-134.

                [4] 赵东升,刘忠富,张笑彤.基于STM32单片◆机的智能家庭电控系统设计[J].山西电子技术,2021(1):3-5,7.

                [5] 徐文,孟文,曾丽.基于STM32与WiFi无线通信技术的远程监控系统设计[J].自动化与仪表,2016,31(11):35-38,56.

                (本文来源于《百姓彩票》杂志2021年11月期)

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