基于ARM的智能廚房控制系統

郭燦彬

（廣州數控信息科技有限公司，廣東廣州 510530）

0 前言

隨著計算機技術的飛速發展及廣泛應用，在未來的廚房中，人們可以通過網絡把廚房中一切電器與外面的世界相連，主人可以通過遠程操作下達指令，控制廚房電器的運行。隨著人們對居住環境及居住品質要求的提高，廚房在人們心目中的位置已經越來越重。伴隨著高科技不斷進入家庭，廚房也開始進入智能化的過程。未來智能化廚房所涉及的一些技術如光電技術、遙測感應技術、遙控技術、計算機和自動控制技術、紅外等已經成熟，只是尚未全面普及或者整合到日常的廚房產品制造之中。如果這些技術能在廚房設計和生產中得到整合應用，將給廚衛行業和人們的生活方式帶來一場深刻的革命。隨著社會的進步和各種高科技技術的廣泛應用，“智能廚房”這一名詞已不再新鮮，正在被人們逐漸地接受。廚房的智能化是時代發展的需要，智能化只是為了使用更加方便簡易，功能更加完善，因而它最終能迎合人們的消費需求。與傳統的生活方式相比較，廚房的智能化可以為人們帶來更為快樂、輕松的生活方式。目前，智能化的廚房存在以下特點：

（1）各類廚房電器控制趨向集成化；

（2）使用環境安全性要求提高；

（3）提供更多的信息化、娛樂化元素；

（4）更加注重節能、環保的概念；

（5）廚房家電控制更加智能化。

1 系統網絡架構

隨著各種智能技術的發展，廚用電器會越來越趨向于信息化、集成化。廚用電器廠商通過將功能更加強大的各式各樣的嵌入式芯片植入產品來提高家用電器的自動化水平。而且隨著嵌入式操作系統的技術發展和應用平臺標準化，信息家電的產品種類會越來越多，功能會越來越強大，集成度會越來越高。所以，綜合考慮用戶個性化需求和未來智能家居建設的需要，建立的集成控制系統在集成化、安全性、娛樂化、兼容性方面要做好規劃，需求分析盡量考慮全面。基于上述需求，智能廚房控制系統項目可細分為以下幾項組成部分：各種智能化電器、集成控制平臺、安全監控模塊、信息服務模塊，如圖1所示。

圖1 智能廚房控制系統的組成

各組成部分不能被單獨分割開來，因為單獨工作的電器個體，只能實現電器本身的控制功能或者單獨電器的智能控制功能，卻不能和其他模塊協調工作。因此，需要構建一個控制系統，把所有電器節點連接在一起，構成一個整體的控制網絡。系統可以建立數據庫，連接互聯網，可以接收遠程終端發出的控制指令。智能廚房控制系統的整體網絡架構如圖2所示。

圖2 智能廚房的網絡架構

（1）基于ARM的嵌入式控制平臺

智能廚房控制系統的控制核心，系統的控制管理軟件就是基于這個平臺工作的，系統數據庫也是建立在該平臺上。ARM嵌入式平臺負責協調各模塊協調工作，并且實時監控各類電器的工作狀態及廚房環境狀態。

（2）廚房無線網絡

廚房電器設備之間連接采用射頻無線網絡，避免了繁瑣和影響美觀的有線連接，該網絡具備專有網絡通信協議，只要兼容協議的廚房電器都可以接入。

（3）廚房電器系統

電器系統是廚房無線控制網絡的主要組成部分，主要包括廚房里的常用電器，如：智能灶具、煙機、電飯煲、冰箱、熱水器、消毒柜等等。

（4）廚房環境系統

主要包括響應安全報警的執行機構或部件，如空調系統、消防系統、燃氣主閥、水閥等，這些部件和安全監控部件構成了整個廚房的安防系統。

（5）廚房照明系統

廚房照明系統采用節能環保的LED燈，采用紅外監控，只要檢測到人離開一段時間，照明系統將轉換到節能模式。另外，為了滿足人們對廚房氛圍的不同要求，廚房的照明系統通過選擇不同的模式營造不一樣的廚房氛圍。

（6）廚房安全監控系統

廚房安全監控系統主要由燃氣傳感器、溫度傳感器和煙霧(氣)傳感器等組成，負責廚房環境狀況的監控，并實時向ARM嵌入式平臺傳送監控數據。

（7）遠程控制

通過安裝專用的應用軟件，控制系統可以接收遠程控制終端（手機終端、平板電腦）的控制指令，控制終端也可以接收廚房電器、環境狀態等數據。

2 系統設計方案

智能廚房控制系統采用ARM+Win CE的設計方案，支持全觸摸屏操作，控制系統和底層的電器、智能監控節點之間通過2.4G無線網絡進行通信[1]，節點與系統之間采用統一的無線通信協議，如圖3所示，虛線框內的各個子模塊、廚房電器和集成控制中心之間都是通過無線網絡相連，減少繁瑣的廚房內部布線，系統支持以太網連接，集成GPRS通訊模塊，可以接收電腦終端或者手持終端的遠程控制指令。整個網絡架構是一個星形網絡，中心位置是智能廚房的控制中心(即圖中的網絡協調器+控制中心)，負責處理遠程控制指令并反饋廚房電器系統狀態機環境指標狀態。因此，控制中心是整套廚房智能控制系統的心臟。

圖3 智能廚房的底層網絡結構

此外，控制系統提供了完整的安全監控方案，保證廚房環境的高度安全性。下面提供了燃氣監控的詳細設計說明及流程圖，如圖4所示。廚房環境的燃氣值超過安全設定值，控制軟件界面彈出報警信息，并且在軟件界面的報警信息欄顯示報警信息的內容，如果選擇了遠程報警復選框，系統將向用戶的手機終端發送報警信息。

燃氣監控可實時監控廚房里燃氣濃度。當可燃氣體泄漏濃度達到設定濃度值時，主機發出響亮的連續性的聲音報警，同時自動關閉切斷氣閥，控制系統的液晶屏顯示“燃氣泄漏”等報警信息并且伴隨LED燈閃爍。當燃氣濃度持續超過預警值時，控制系統自動通過遠程控制模塊發送信息到用戶手持終端設備。為了增強安全性，控制系統要求具備定時關閉燃氣閥功能：用戶在使用時可自行設定每次烹飪活動時間（系統將默認使用最近一次開閥前設置過的定時值），當您使用燃氣超過該時間時系統會自動切斷燃氣總閥，有效預防部分用戶使用燃氣時因忘記關火而存在的火災事故隱患。

圖4 燃氣監控流程圖

控制系統提供完整的信息服務模塊，統一管理各種烹調信息、菜譜信息、系統報警信息等，允許烹飪愛好者可以自由定制、添加菜譜信息。

3 系統應用

圖5為智能廚房控制系統的主界面[2]，左邊顯示了系統運行設備及其目前的運行狀態，報警設備的名稱及報警原因，右邊是控制的廚房電器。最下方顯示的是廚房安全狀態監控信息，包括煙感信息、氣感信息及環境溫度信息，更加詳細的應用信息就需要點擊菜單欄選擇。用戶可以通過該操作界面進行電器的操作、控制模式的設置等。

圖5 智能廚房集成控制系統

目前，系統可納入集成控制的廚房電器有：冰箱、智能灶具、煙機、電飯煲、消毒柜、洗碗機、熱水器、廚房空調系統等。為了使控制系統有更好的兼容性，首先要求各單獨電器的軟件控制系統的兼容性好，也就是各類電器應具有一個通用的軟件平臺（支持相同的通訊協議），各類電器、監控節點只要上電后，就能夠自動連接到控制系統。

圖6是智能廚房控制系統的安全監控界面的一個例子[3]，界面的底部是對廚房煙感、氣感、和溫度參數的監控，包括數值和環境狀況的顏色示意圖，當檢測值超標時，系統顯示黃色圖標進入預警狀態，超出預警值后，報警欄報警，報警顏色由黃色變為紅色。

圖6 系統安全監控界面

圖7 是智能灶具與煙機聯動工作的界面[4]，在系統設置好灶具與煙機聯動選項后，只要智能灶具啟動正常工作，煙機立刻響應進入工作狀態，并且可以根據煙感的濃度自動調節煙機的轉速，當灶具關閉后，煙機自動延時一定時間（時間可由用戶設定）后自動關閉。

圖7 煙機灶具聯動工作

4 小結

智能廚房應該做到各廠家產品互相兼容，因此有必要建立一套通用的通訊協議，這樣不同廠家生產的廚房電器與控制系統都遵循相同的協議，實現互通互聯。此外用戶可以根據自己的喜好選擇自己喜歡的產品，畢竟沒有一個廠家生產出來的廚房家電都能讓所有消費者都滿意。綜上所述，雖然這套系統還有很多有待完善與解決的問題，但系統已經初步運行起來，實際的運行結果表明：智能廚房控制系統現實了廚房智能化與人性化的統一，基于多種安全監控技術的使用實現了廚房高度的安全性與節能化，系統界面簡潔明了，操作簡單方便，有較好的發展及推廣應用前景。

［1］David FlowersYifeng Yang.MiWi無線網絡協議［Z］.Microchip Technology Inc，2007.

［2］何宗鍵.Windows CE嵌入式系統［M］.北京：北京航空航天大學出版社，2010.

［3］周立功.ARM&Windows CE實驗與實踐［M］.北京：北京航空航天大學出版社，2011.

［4］魏洪興，胡亮，曲學樓.嵌入式系統設計與實例開發實驗教材||［M］.北京：清華大學出版社，2008.