基于STM32的遠程廚房安全系統設計

趙丹丹 李紅

摘 要：基于用戶日常家庭生活安全的需要，設計了一種可靠、實用的遠程廚房安全系統。該系統以STM32單片機為核心處理器，結合煙霧傳感器、火焰傳感器、OLED顯示屏、蜂鳴器等外圍設備進行設計，并且采用WiFi模塊進行無線傳輸，把從STM32主控芯片傳輸過來的數據傳送到阿里云服務器，以便用戶可通過登錄實時查看家庭廚房環境狀態。該系統安裝方便，適用于家庭廚房等場合。

關鍵詞：STM32芯片；WiFi通信；遠程控制；阿里云服務器

*基金項目：本文系平頂山學院教學改革研究項目（JY19296）的研究成果

0 引言

21世紀以來，小區住宅的廚房都已隨著社會的發展越來越現代化。現代化廚房里的智能電器也成為人們家居生活水平的一項標準。因油煙重、電氣線路隱患大等原因引起的廚房失火事件屢見不鮮。小區廚房火災的發生影響的不只是一個家庭的生活，還可能會涉及小區鄰居的安全。因此，家庭廚房安全系統的設計也需不斷提高[1-2]。基于此目的，研發出一套功能更加完整、使用更加便捷、性價比更好的遠程廚房安全系統，最大程度的降低居民損失。

本系統采用STM32F103C8T6芯片作為核心處理器，搭配WiFi技術實現無線傳輸，從而把煙霧傳感器和火焰傳感器實時采集到的廚房煙霧濃度和火焰傳送到阿里云服務器。再結合OLED顯示屏、蜂鳴器進行數據的顯示和報警。

1 遠程廚房安全系統設計

1.1 系統性能目標

系統設計目標主要是每個家庭廚房內的煙霧、火焰等環境狀態。現代化信息技術以及物聯網技術的發展，人們的生活變得更加舒適，從而對廚房的安全性也有了更高的期待。其總體設計主要體現在以下幾個方面。

1）將廚房的遠程控制優勢發揮出來，使用戶可通過阿里云服務器隨時查看廚房內各類電器的相關參數。在對整個系統進行設計之前，不僅要考慮成本的高低，還需要滿足通用性的需求。

2）主控芯片能實現對各類信息的集中控制，保證系統運行的可靠性和安全性。

3）所設計的網絡通信系統在保障各項功能的同時，提升信息傳遞速率。

4）為實現對系統的控制，每個傳感器都能與中心系統通信，以便完成信息實時傳輸與采集。

1.2 系統總體框架設計

遠程廚房安全系統主要由主控單元、傳感器模塊、WiFi通信模塊和阿里云服務器4個部分組成。各種傳感器主要負責采集各種數據傳遞到主控芯片，主控芯片對數據進行接收并處理，然后通過WiFi模塊傳遞到阿里云服務器[3]。總體框架如圖1所示。

1.3 各子模塊介紹

1.3.1 ST M32主控模塊

本系統用STM32F103C8T6作為主控芯片，是控制遠程節點的核心。STM32F103C8T6性能優越，具有低功耗、實時應用、性能穩定等特點[4]。配備豐富的外部接口，提供了各種各樣的開發需要。本系統通過利用其內部豐富的功能模塊，有效為外圍電路節省了成本并降低了復雜性。

遠程廚房安全系統設計選STM32F103C8T6作為主控芯片是因為這款芯片不論是在性價比方面還是功能方面都能滿足系統的設計要求。

1.3.2 傳感器模塊

本系統主要用到煙霧傳感器和火焰傳感器，以煙霧傳感器為例介紹。煙霧傳感器A0（引腳2）提供與煙氣濃度成比例的模擬輸出電壓，D0（引腳3）提供可燃氣體存在的數字表示。MQ-2上的比較器會判斷引腳2是否達到設置閾值，一旦超過閾值，引腳3則會變為高電平并點亮LED。引腳1接地，引腳4接主控芯片3.3 V電壓。

本系統用的是MQ-2傳感器，它能檢測多種氣體并且應用廣泛。本系統中主要用來測煙霧濃度，其工作原理是根據導電率來判斷煙霧濃度大小。一般情況下，幾乎沒有導電率，當煙霧或者CO氣體混入空氣時，導電率就會有很明顯的變化。此變化就可以用來判斷煙霧信息。該模塊引腳接線圖如圖2所示：

1.3.3 無線傳輸模塊

本系統WiFi通信模塊采用ESP8266芯片，ESP8266 轉串口芯片非常小巧，這一特性可實現占空最小化。ESP8266功能幾乎全能，可發送＼接收消息、數據的傳輸、還可配置多種模式[5]。ESP8266的優點更是數不勝數，如低功耗、最大的優點是能在省電模式下工作，滿足電池和電源設備苛刻的供電要求。

WiFi模塊引4腳低電平有效，引腳6高電平有效，引腳1接主控芯片的PA2，引腳8接主控芯片的PA3。其芯片引腳原理圖如圖3所示。

1.3.4 人機交互模塊

人機交互模塊主要包括OLED顯示屏、蜂鳴器和按鍵。其中OLED可用于顯示測量煙霧、火焰的相關參數，蜂鳴器可用于火焰和煙霧濃度的超標預警，按鍵主要于調節煙霧和火焰的設置閾值，也可進行二者的切換。

1.4 系統程序設計

整體程序以主程序為基礎框架，另加傳感器、蜂鳴器等子程序。系統主程序和部分子模塊程序流程如圖4所示。其中，①主程序流程：首先進行系統初始化，接著是持續接收傳感器傳送的數據，并進行處理，一旦超過閾值蜂鳴器報警，OLED顯示更新信息。②子程序流程：對廚房環境狀態的信息進行實時采集。

2 系統測試

首先給整個系統通電，系統會對各個模塊初始化配置，電源燈亮表示通電正常。接著看OLED屏幕顯示是否正常，數據是否準確，若顯示正常及數據正常，則表示各數據量的顯示正常。然后測試蜂鳴器是否能正常工作，用打火機測試火焰和煙霧，這兩個傳感器一旦檢測到火焰或煙霧，蜂鳴器發出報警即為正常工作。然后就是用戶登錄阿里云服務器遠程實時查看數據，各功能若全部正常則測試完成。

經過上述測試，對中間調試所出現的問題及時解決，測試結果分析如下：整個遠程廚房安全控制系統預期功能基本實現了火災報警、遠程控制等功能，達到了預期目標，完成了本次系統設計。

3 結束語

本文給出了一種基于STM32的系統遠程廚房安全設計系統的結構方案，采用模塊化設計，介紹了最小系統、硬件電路和軟件流程等關鍵技術。針對目前人們對于廚房安全預警的需求，開發了通過阿里云服務器，能夠及時查看廚房環境狀態的遠程廚房安全系統，主要通過STM32F103C8T6單片機、WiFi通信模塊、傳感器模塊、蜂鳴器報警模塊等各個單元保證廚房的安全。用戶可遠程通過阿里云服務器實時查看火焰、煙霧濃度等各項指標，用技術的便利，實現對廚房是否安全的隨時查看。

參考文獻：

[1] 譚千盛，基于STM32的遠程廚房安全系統設計與實現[D].西安：西安電子科技大學，2019.

[2] 薛東，彭志強.單片機技術下的智能廚房控制系統實現探討[J].科技創新與應用，2020（8）：94-95.

[3] 李得至，鄧鵬，唐文濤，等.基于云平臺的智能實驗室遠程監控系統[J].機電工程技術，2021，50（3）：132-134.

[4] 趙東升，劉忠富，張笑彤.基于STM32單片機的智能家庭電控系統設計[J].山西電子技術，2021（1）：3-5，7.

[5] 徐文，孟文，曾麗.基于STM32與WiFi無線通信技術的遠程監控系統設計[J].自動化與儀表，2016，31（11）：35-38，56.

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