基于藍牙通信的智能化燃氣灶控制系統設計

鄭金川 趙憶文 蔣成坤 苗盼盼 李寧 趙佳琪 蔣文娟 秦記峰

關鍵詞：智能化燃氣灶控制系統；藍牙通信；溫度傳感器

0 引言

隨著科技的進步，智能化是將來的發展趨勢。以后的灶具不再僅僅是一個烹飪工具，它將能實現更便利的功能，為人們生活提供更多服務。智能灶具的發展前景廣闊，智能化控制的開發和建設是未來國家、經濟發展的必然趨勢[1-3]。工業4.0時代，智能制造助力社會、工業、生活發展，本項目主要研究通過智能手機控制智能燃氣灶具實現科學的烹飪流程。文章主要以設計基于藍牙通信的智能化燃氣灶控制軟件系統設計方案為主[4]。

1 系統目標

本系統在傳統灶具的基礎上進行部分元器件的改進增加，在灶具上引入物聯網傳感器、藍牙無線通信模塊，通過智能控制軟件系統控制灶具的使用，讓改進后的灶具除了具備傳統灶具的控制功能外，同時還具備了與智能控制系統通信功能，增加非接觸式閥門調節智能控制。

2 系統總體結構

完整控制系統組成包括硬件部分和軟件部分。硬件包含了具備電動閥門、溫度傳感器的燃氣灶具、藍牙外接模塊；軟件部分包括基于微信小程序的智能控制系統（后文簡稱為燃智能調試系統），如圖1所示。

本文中重點介紹軟件部分的功能設計。藍牙外接模塊向下對燃氣灶的電動閥門進行控制，獲取溫度傳感器設備的數據；向上與手機進行通訊。燃智能調試系統部署于手機端。使用者可通過手機App掃碼功能，從后臺獲取該食物烹飪的時間、火候大小等信息，記錄日志并區分通訊收發信息、時間。系統通過一套算法控制閥門，能根據溫度反饋信息自動調整閥門大小或者關閉閥門，根據烹飪時間節點，自動提示用戶調節火力，烹飪結束自動關閉燃氣灶。智能化燃氣灶控制系統實現了自動烹飪、火力自動控制、自主執行、自動設定，從而實現完美烹飪的目標。

本系統硬軟件通信采用藍牙通訊，藍牙是一種支持設備短距離通信的無線電技術，能有效地與相關外設等眾多設備之間進行無線信息交換。利用藍牙技術，能夠有效地簡化移動通信終端設備之間的通信。本系統遵守標準的RS-485/422通訊接口，采用Mod?bus通訊協議，Modbus通訊協議已廣泛被國內外儀器儀表行業及工控行業作為系統集成的標準[5-7]。

3 軟件功能分析與設計

本節主要對燃智能調試系統功能設計進行介紹。燃智能調試系統通過藍牙通訊獲取傳感器硬件采集過來的數據，對燃氣灶進行火溫把控、閥門開關狀態以及火力的調節。界面簡單易懂、有完整的數據庫、能通過鏈接藍牙進行數據的采集、然后可以通過自主選擇食譜進行菜肴的制作、全過程無須人為操作、智能系統會控制溫度、加料、時間的把控。后期優化可以達到執行效率更高，簡化操作流程，便于操作使用。

本系統由微信小程序開發完成，在HC-08藍牙模塊通訊協議上進行編寫調試，使用了第三方Vant UI 庫進行頁面設計。系統功能實現藍牙通信管理、設備狀態管理、自動化菜譜創建和管理、二維碼控制服務；智能語音播報；通訊日志查看和模塊連接維護等功能，數據存儲于微信小程序云數據庫[8-10]。本產品最終可運行于Android或iOS平臺的微信小程序上。燃智能調試系統的系統框架圖如圖2所示。

藍牙通訊管理：包含藍牙設備搜索和藍牙設備連接功能，藍牙可以搜索周邊藍牙設備名稱、設備id、RSSI值，并實時顯示搜索到的藍牙設備及其信息，點擊需要連接的設備即可連接，連接成功后進入設備界面。

設備狀態管理：包含設備名稱、設備溫度、閥門狀態、連接狀態和裝置地址的查詢設置功能。設備基礎信息按鈕，包括：設備名稱、裝置地址、裝置溫度和電阻值。設備閥門系統狀態信息，包括：閥門1狀態、閥門2狀態、閥門1開閥狀態、閥門2開閥狀態、閥門1關閥狀態、閥門2關閥狀態、系統狀態和連接狀態。設置有對閥門1和閥門2的狀態設置按鈕。設備調試的參數設置模塊，包括設定溫度、做飯時間、P—類型參數、I類型參數、D類型參數、采樣間隔。該功能實現對于系統信息的查詢與修改，功能可實現點擊刷新按鈕向藍牙模塊發送相關指令，并解析設備回復的指令展示在頁面上。

自動化菜譜創建和管理：包含菜譜增、刪、改查功能，用刷新按鈕刷新保存在數據庫的菜譜信息并展示出來，可以對每個菜譜進行刪改操作，也可以手動增加菜譜。

通訊日志查看和模塊連接維護：設備操作日志查詢顯示功能。該功能實現對于系統操作的日志信息進行記錄保存到云服務器中，每次執行操作都會記錄至云數據庫中。

智能語音播報：智能語音播報是指將智能化燃氣灶的狀態信息通過語音方式告知用戶，以增強用戶的使用體驗和安全性。在基于藍牙通信的智能化燃氣灶控制系統中，智能語音播報可以實現以下功能：語音提醒功能：當燃氣灶出現異常情況時，如煤氣泄漏、火焰熄滅等，系統可以通過智能語音播報向用戶發出警報，提醒用戶注意安全。語音指令功能：用戶可以通過語音指令的方式，對智能化燃氣灶進行遠程控制，如“打開灶具”“關閉灶具”“調大火力”“調小火力”等。語音交互功能：用戶可以通過語音交互的方式，與系統進行對話，如詢問當前燃氣灶的狀態、查看溫度和煤氣流量等監測數據。智能語音播報是基于藍牙通信的智能化燃氣灶控制系統中非常重要的功能之一，它可以提升用戶的使用體驗和安全性，減少燃氣灶使用中的安全隱患。

二維碼控制服務：基于藍牙通信的智能化燃氣灶控制系統中，二維碼控制服務是指用戶可以通過掃描燃氣灶上的二維碼，快速連接燃氣灶并進行遠程控制的服務。該服務可以實現以下功能：快速連接：用戶通過掃描二維碼，可以快速連接智能化燃氣灶和手機App，實現遠程控制功能。安全性保障：二維碼控制服務采用加密技術，確保連接過程的安全性，避免非法用戶對燃氣灶的遠程控制和操作。遠程控制：用戶可以通過手機App遠程控制智能化燃氣灶，如開啟和關閉灶具、調整火力大小等。實時監測：用戶可以實時監測燃氣灶的狀態，如溫度、煤氣流量等，及時發現異常情況并采取措施。二維碼控制服務也是基于藍牙通信的智能化燃氣灶控制系統中非常實用的功能之一，它可以提高用戶的使用便捷性和安全性，減少燃氣灶使用中的安全隱患。

通過燃智能調試系統，在用戶使用中，實時顯示燃氣灶的溫度和火力狀態、提醒用戶放入食材、自動調整火力和持續時間，實現烹飪的半自動化，完成智能燃氣灶的設計理念。為了能夠方便開發者調試燃氣灶硬件，設計了設備狀態信息顯示頁面，用戶可以方便地獲取設備的實時信息。為了幫助用戶進行功能上的調試，設計了日志模塊，連接云端數據庫，保存各個操作的日志。為實現自定義菜譜的操作，建立了菜譜數據庫，在菜譜頁面用戶可以對數據庫中的菜譜數據進行增刪改查操作。因此，燃智能調試系統需要實現獲取藍牙設備信息、記錄操作日志、自由存放菜譜等功能。

4 結束語

本文基于藍牙通信，將改進后的燃氣灶與手機端小程序進行連接，實現了傳感器數據與控制數據的相互傳遞，將硬件與軟件結合構造了一個智能燃氣灶控制系統，滿足了智能烹飪需求。