單片機技術(shù)下的智能廚房控制系統(tǒng)實現(xiàn)探討

薛東　彭志強

摘? 要：隨著社會的智能化發(fā)展，人們的生活方式也發(fā)生了翻天覆地的變化，我們經(jīng)常使用的家庭廚衛(wèi)電器，也開始朝著智能化方向邁進，一方面改善了人們的生活環(huán)境質(zhì)量，另一方面也滿足了人們多樣化需求。在這一背景下，智能廚房控制系統(tǒng)設(shè)計受到了國內(nèi)外學者的廣泛關(guān)注。此次研究分析了智能廚房控制系統(tǒng)總體設(shè)計要求，引入STC89C52S單片機技術(shù)，對系統(tǒng)主要模塊進行設(shè)計，最后對系統(tǒng)進行測試，為相關(guān)行業(yè)工作者提供參考。

關(guān)鍵詞：單片機;智能廚房;控制系統(tǒng);系統(tǒng)測試;安全控制

中圖分類號：TP273? ? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）08-0094-02

Abstract： With the intelligent development of society， earth-shaking changes have taken place in people's way of life， and the household kitchen and sanitary appliances we often use have also begun to move towards intelligence. On the one hand， this improves the quality of people's living environment. On the other hand， it also meets the diversified needs of people. In this context， the design of intelligent kitchen control system has been widely concerned by scholars at home and abroad. This study analyzes the overall design requirements of the intelligent kitchen control system， introduces the STC89C52S single-chip microcomputer technology， designs the main modules of the system， and finally tests the system to provide reference for workers in related industries.

Keywords： single-chip microcomputer; intelligent kitchen; control system; system testing; safety control

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷成熟，智能家電的理念逐漸被人們所認知，在智能家電的這一大背景的催化下，產(chǎn)品智能化已成為當下家電行業(yè)發(fā)展的首要標準。廚電產(chǎn)品與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合，將廚房里的設(shè)備連接在一起，將普通的廚房設(shè)備變成了智能設(shè)備，讓用戶體驗到高科技的生活質(zhì)感，這種以“智能+互聯(lián)網(wǎng)”為特點的廚電產(chǎn)品顛覆了傳統(tǒng)的家居生活理念，在單片機技術(shù)的支持下，可以為不同需求的家庭用戶帶來多種智能廚房解決方案，輕松打造智能家庭品質(zhì)生活，滿足人們多樣化需求。

1 智能廚房控制系統(tǒng)總體設(shè)計

1.1 智能廚房控制系統(tǒng)總體要求

現(xiàn)代信息化技術(shù)以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等的發(fā)展，使得智能廚房成為一種趨勢，智能廚房系統(tǒng)構(gòu)建對安全性有著較高的要求，其總體設(shè)計要求主要體現(xiàn)在以下幾個方面：（1）將上位機優(yōu)勢充分發(fā)揮出來，實現(xiàn)對廚房內(nèi)所有電器的監(jiān)控及控制。借助上位機，能夠隨時查看并獲取廚房各類電器的工作狀態(tài)及相關(guān)參數(shù)。需要注意的是，在對該系統(tǒng)進行設(shè)計時一方面要注意控制成本，另一方面要滿足通用性需求。（2）當子系統(tǒng)不受中心控制時，廚房內(nèi)各類用電器要相互獨立，互不影響，處于獨立運行狀態(tài);（3）中心控制子系統(tǒng)要能夠?qū)崿F(xiàn)對多種廚房設(shè)備及電器等的集中控制，保障系統(tǒng)運行安全性與可靠性。（4）所設(shè)計的網(wǎng)絡(luò)通信子系統(tǒng)要能夠?qū)崿F(xiàn)雙向通信的目的，在保障各項功能的同時，提升信息傳遞效率。（5）為實現(xiàn)對子系統(tǒng)的控制，每個電器都應(yīng)設(shè)計相應(yīng)的接口，保障電器能夠持續(xù)、平穩(wěn)、高效運行。需要注意的是，電器接口需具備以下功能：a.能夠與中心控制子系統(tǒng)雙向通信;b.能夠遠程發(fā)出對被控電器的控制命令;c.能夠?qū)崿F(xiàn)溫度控制;d.完成被控電器信息實時采集與傳輸。

1.2 智能廚房控制系統(tǒng)總體設(shè)計方案

廚房作為家居環(huán)境中一個較為復(fù)雜的操作空間，聲音、煙霧、溫度的變化都比較大，且更需要能即刻實現(xiàn)用戶指令的能力，如何做到保證語音交互、機器視聽系統(tǒng)和感應(yīng)裝置的正常運作，就是一個很重要的難題。基于智能廚房控制系統(tǒng)安全要求，控制系統(tǒng)設(shè)計，一方面能夠?qū)撛诘陌踩[患進行感知，另一方面要準確快速完成信息傳遞及信息處理，在STC89C52S單片機技術(shù)支持下，本研究設(shè)計硬件部分主要包括煙霧采集模塊、微處理器、按鍵模塊以及GSM模塊等。

系統(tǒng)對溫度及煙霧濃度的采集主要通過兩個模塊實現(xiàn)，其能夠?qū)@得的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為電壓的方式傳輸?shù)絾纹瑱C中予以處理，經(jīng)過處理的數(shù)據(jù)通過12864顯示屏得以顯示，在單片機作用下結(jié)合實際情況對閾值進行設(shè)置，當廚房煙霧或溫度超過閾值后，系統(tǒng)會啟動報警裝置，并進行安全處理。

2 單片機技術(shù)下智能廚房控制系統(tǒng)主要模塊

2.1 微處理器控制單元

此次研究選擇8位單片機STCC52S作為微處理器，其具有較高的性能，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)與51系列單片機的兼容，而且功能較傳統(tǒng)51系列單片機更為強大，具有極強的抗干擾能力，穩(wěn)定性能好，具有豐富的可利用的資源，flash存儲容量高達8KB，RAM容量為512B，具有較高的性價比，無論是在高速場合下還是低速環(huán)境中都有著良好的應(yīng)用。

2.2 溫度采集模塊

溫度采集模塊引進的是DS18B20模塊，與傳統(tǒng)熱敏電阻相比，該溫度采集模塊不僅能夠?qū)⒈粶y溫度以語音方式讀出，而且能夠結(jié)合實際情況設(shè)計簡單編程，數(shù)字值讀數(shù)方式覆蓋9～12位。在該模塊下，僅采用一根單線接口，便能夠完成對信息的讀出與寫入。DS18B20溫度采集模塊的應(yīng)用使得智能廚房系統(tǒng)結(jié)構(gòu)變得更為簡單、可靠。通常，系統(tǒng)中心將溫度轉(zhuǎn)換命令發(fā)送到DS18B20后，DS18B20便會啟動轉(zhuǎn)換，經(jīng)過轉(zhuǎn)換獲得的溫度值會自動保存在存儲器中，其文字形式為16位帶符號擴展二進制補碼。在電線接口作用下，單片機能夠讀取所獲得的數(shù)據(jù)，其讀取方式遵循高位在后、低位在前的原則，采用0.0625℃/LSB形式保存數(shù)據(jù)格式。

2.3 煙霧傳感器模塊

煙霧傳感器在家庭和工業(yè)中使用已久。隨著物聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)，其應(yīng)用變得更加方便和用戶友好。此外，在煙霧傳感器上添加無線連接可以實現(xiàn)附加功能，提高安全性和便利性。煙霧傳感器的工作原理是通過一些煙霧的微小顆粒進入到報警器，當氣孔感知到煙氣達到一定量之后，才會進行報警。此次研究采用的是MQ-2氣體煙霧傳感器，其將二氧化錫作為氣敏材料，能夠?qū)熿F中存在的可燃氣體有效檢測出來。一旦可燃氣體被傳感器所處環(huán)境檢測到，傳感器電導(dǎo)率便會隨之發(fā)生變化，可燃氣體濃度越高，電導(dǎo)率越大。通常清潔空氣中二氧化錫電導(dǎo)率往往較低，選擇MQ-2氣體傳感器，便于實現(xiàn)對液化氣、丙烷以及氫氣等多種氣體的檢測，具有較高的靈敏度，與此同時還能夠有效檢測出天然氣及其他可燃蒸汽。電導(dǎo)率變化及轉(zhuǎn)換以及氣體對應(yīng)濃度的信號輸出只需要簡單的電路便能夠完成，具有較高的實用性，且成本較低。

2.4 GSM模塊

作為全球通信系統(tǒng)，GSM模塊具有網(wǎng)絡(luò)的移動性強、覆蓋廣等優(yōu)勢，GSM設(shè)備直連運營商基站完成聯(lián)網(wǎng)，不需要經(jīng)過路由器，避免了路由器不兼容、密碼錯誤等問題，能夠滿足更多的應(yīng)用場景，幫助用戶/企業(yè)解決更多實際需求。除了能夠適用于寬帶資源無法達到的地區(qū)外，它還能應(yīng)用于移動場景的共享經(jīng)濟產(chǎn)品，其與手機有著一定的相似之處，在其中插入SIM卡能夠?qū)崿F(xiàn)短信發(fā)送，利用文字短信功能能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)遠距離傳輸。將GSM與單片機串口通訊連接后，能夠完成信息傳輸。此次研究所設(shè)計的智能廚房系統(tǒng)，一旦煙霧及可燃氣濃度超過閾值，GSM模塊便會以短信形式發(fā)出“煙霧”、“可燃氣體濃度超標”等提醒。溫度超標也會發(fā)出相應(yīng)的提示。

2.5 按鍵電路

按鍵電路主要設(shè)計了3個獨立的按鍵，每個按鍵分別與單片機對應(yīng)接口相連接，完成連接后其對應(yīng)功能也能夠得以實現(xiàn)。其中溫度預(yù)先值表示為S2，S3、S4分別表示的是濃度預(yù)先值與恢復(fù)初值。

3 軟件系統(tǒng)設(shè)計

該系統(tǒng)針對智能廚房安全問題進行了軟件設(shè)計，當啟動系統(tǒng)后，煙霧傳感器及溫度傳感器進入工作狀態(tài)，此時報警系統(tǒng)與GSM模塊處于待命狀態(tài)，一旦檢測到有煙霧或可燃氣體、溫度超過一定閾值，蜂鳴器進入報警狀態(tài)，當檢測到有毒氣體，風扇會轉(zhuǎn)動，進行排煙處理。并經(jīng)過GSM模塊向用戶發(fā)送報警短信，以便第一時間做出及時有效的處理，防止火災(zāi)事故的發(fā)生。

4 系統(tǒng)測試

將系統(tǒng)開機后，顯示歡迎界面，然后顯示內(nèi)容，包括設(shè)置溫度、煙霧濃度閾值，當前環(huán)境溫度及煙霧濃度參數(shù)等。

假設(shè)將溫度設(shè)置為20℃，煙霧濃度設(shè)置為15。點燃一根蠟燭，將其放于溫度傳感器旁，可以發(fā)現(xiàn)傳感器溫度呈現(xiàn)上升趨勢，當溫度達到20℃后，出現(xiàn)聲光報警，手機短信收到了來自GMS的溫度超標提醒。將打火機放在煙霧傳感器旁邊，可以發(fā)現(xiàn)煙霧濃度有所上升，超過15后，自動啟動排風扇，進行散煙處理，與此同時手機接收到了煙霧濃度超標提醒。同時出現(xiàn)煙霧濃度超標、溫度超標的情況，此時系統(tǒng)會啟動自動灑水功能，并通過手機短信提醒用戶廚房存在火災(zāi)風險。

5 結(jié)束語

在萬物互聯(lián)和大數(shù)據(jù)的時代，智能廚房控制應(yīng)用范圍將會逐漸擴大，其能夠為人們的生活帶來極大的便利，滿足人們多樣化需求，增強舒適度與便利性，可以將我們已有的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和生活中的物品很好的融合起來，積極開發(fā)智能廚房控制系統(tǒng)，優(yōu)化系統(tǒng)控制方案，增強智能廚房實際應(yīng)用效果，實現(xiàn)遠距離、高效操作，帶來更加便捷高效的日常生活。

參考文獻：

[1]楊哲.一種基于互聯(lián)網(wǎng)的智能廚房自動控制系統(tǒng)簡介[J].中國戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)，2017（12）：9-10.

[2]劉軍.基于單片機的智能廚房控制系統(tǒng)設(shè)計[J].科技資訊，2016，14（07）：45+47.

[3]劉星.家用整體智能廚房控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[D].電子科技大學，2012.