CN108469765A - 一种本质安全型厨房综合监测报警和应急处理系统 - Google Patents

一种本质安全型厨房综合监测报警和应急处理系统 Download PDF

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    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/04—Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers
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    • G—PHYSICS
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Abstract

本发明提出的本质安全型厨房综合监测报警和应急处理系统，涉及信息技术领域，以单片机为核心，单片机外围连接有传感器阵列、声光报警模块、电源模块、存储模块、显示模块及无线通讯模块，无线通讯模块与燃气管路上的电磁阀及外部控制系统连接。本发明可以将可燃气体、有毒气体以及火灾环境监测模块厨房安全相关的等参数监测模块进行集成，使得在一台设备上实现可燃气体浓度、有毒气体浓度、火灾环境等参数的综合监测，并通过远程通信模块实现数据的远程实时在线传输，并控制燃气管道电磁阀即时关闭。而且有效的保证了电源供电的稳定性，自带可充电电池，实现UPS供电。

Description

一种本质安全型厨房综合监测报警和应急处理系统
技术领域
本发明涉及信息技术领域，尤其是一种本质安全型厨房综合监测报警和应急处理系统。
背景技术
随着现代科学技术和经济以及电器智能化和互联网的不断发展，人们越来越追求舒适、安全和便捷的生活，厨房作为家居生活的重点地带，也顺应了智能化的趋势，越来越多的厨房电器智能化，给用户的家居生活带来了方便。但是在厨房也可能会有些意外事故发生，尤其在做饭的时候需要人长时间盯防。
目前国内市场上已存在的厨房安全监测设备监测对象虽各有不同，大多是监测单一可燃气体参数预防煤气泄漏或者监测烟雾预防火灾，预防对象比较单一。同时监测多个参数时，需多个设备协同工作，并且监测方式大多为现场检测式，没有相应的通信模块，导致无法远程实时在线监测。使得单一设备监测对象比较单一，功能性单一。测的数据大多为现场终端显示或者内部存储后应用对应软件读取。
发明内容
本发明提供一种本质安全型厨房综合监测报警和应急处理系统，燃气体浓度、烟雾浓度、火灾环境的综合监测，并通过远程通信模块实现数据的远程实时在线传输，其以单片机为核心，所述单片机外围连接有传感器阵列、声光报警模块、电源模块、存储模块、显示模块及无线通讯模块，所述无线通讯模块与燃气管路上的电磁阀及外部控制系统连接，所述外部控制系统可连接手机APP、微信、短信、电话，亦可将监测到的信号传输至社区物业、燃气公司、政府燃气办、消防职能部门。
作为优选，所述单片机选用STM32F103ZET6微处理器，所述STM32F103ZET6微处理器是基于Cortex-M3处理器内核开发的微处理器。
作为优选，所述传感器阵列包括CO/CF-200传感器、CH4-100传感器以及SHT15温度传感器。
作为优选，所述CO/CF-200传感器和CH4-100传感器的电路包括测试电路和信号放大电路，所述信号放大电路采用双信号放大器。
作为优选，所述显示模块采用3.5寸TFT-LCD触摸式液晶显示屏，所述触控式液晶显示模块采用静态存储器控制器与所述STM32微处理器进行通信。
作为优选，所述声光报警模块采用报警蜂鸣器发出声响和红色LED灯闪烁报警。
作为优选，所述电源模块包括锂电池、充电电路、供电电路、电量检测电路。
作为优选，所述供电电路包括3.3V和5V两种供电电压。
作为优选，所述无线通信模块采用Zig Bee无线通信模式或射频通信或2.4G通信或LoRa无线通信或NB-loT无线通信方。
本发明提供的一种本质安全型厨房综合监测报警和应急处理系统，其有益效果在于：可以将可燃气体、有毒气体以及火灾环境监测模块厨房安全相关的等参数监测模块进行集成，使得在一台设备上实现可燃气体浓度、有毒气体浓度、火灾环境等参数的综合监测，并通过远程通信模块实现数据的远程实时在线传输，并控制燃气管道电磁阀即时关闭。而且有效的保证了电源供电的稳定性，自带可充电电池，实现UPS供电。
附图说明
图1是本发明本质安全型厨房综合监测报警和应急处理系统的原理图；
图2是传感器测试电路的电路图；
图3是传感器信号放大电路的电路图；
图4是温湿度传感器的电路图；
图5是显示模块的接口电路图；
图6是报警模块的电路图；
图7是电源模块的充电电路图；
图8是5V供电电路图；
图9是3.3V供电电路图；
图10是电量检测电路电路图；
图11是无线通信模块的接口电路图；
图12是电磁阀的驱动电路图。
具体实施方式
为进一步说明各实施例，本发明提供有附图。这些附图为本发明揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明的优点。图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。
现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
如图1所示，本实施例提出的一种本质安全型厨房综合监测报警和应急处理系统，以单片机为核心，单片机外围连接有传感器阵列、声光报警模块、电源模块、存储模块、显示模块及无线通讯模块，无线通讯模块与管路上的电磁阀及外部控制系统连接。
外部控制系统可连接手机APP、微信、短信、电话等，亦可将监测到的信号传输至社区物业、燃气公司、政府燃气办、消防等职能部门。
本系统中单片机选用ARM Cortex-M3架构下性能优秀的由意法半导体公司设计生产的STM32F103ZET6微处理器，STM32F103ZET6是基于Cortex-M3处理器内核开发的微处理器，其不论时钟频率还是内存大小均是同类微处理器中性能最高的。其还设计有2个USART接口并具有FSMC通信接口为多种外围电路设计提供了丰富接口。
传感器阵列，选用Membrapor系列CO/CF-200传感器、CH4-100传感器以及SHT15温度传感器。CO/CF-200传感器、CH4-100传感器的电路包括测试电路和信号放大电路，测试电路如图2所示，给传感器串联一个测试电阻R0，阻值10Ω，传感器本身可以产生电流，但是电流信号极为微弱，需要设置信号放大电路，信号经过放大器后会变成反向信号，所以在本系统的设计中为传感器信号采集电路添加了一个反向放大器，采用双信号放大器的设计，如图3所示，该设计利用两个对放大电路信号进行1倍放大仅仅改变其放大电流正负，并不产生新的压降。采用该设计将反向连接器的1和2相连就可以的到负输出电流，将2、3接口相连就可以得到正向放大电流。采用该设计电路可以通过电信号值直接反应出气体浓度情况，有效避免实验人员读数工作中的失误，减少测量误差。
温湿度传感器用SHT15为从机，单片机为主机，通过总线进行通信，利用STM32F103VET6上的I2C通信接口控制。如图4所示，SHT15的供电电压为3.3V，在电源与地之间接入0.1μF的去耦电容，时钟线和数据线各接一只200R的电阻，防止因电流过大损害器件。DATA为三态结构，用于读取传感器数据，为了避免在读取数据时发生冲突，在DATA端接入一只10K的上拉电阻，将其信号提拉至高电平。
显示模块采用3.5寸TFT-LCD触摸式液晶显示屏，可通过液晶屏幕可以直观地观察如时间、监测终端采集的气体浓度、温湿度数据及电池电量等信息。本系统选用的触控式液晶显示模块采用静态存储器控制器即FSMC与STM32微处理器进行通信。其中FSMC_D提供了16bit的数据总线实现与微处理器的数据通信。该设计具有功耗低的特点，触控液晶显示模块接口电路如图5所示。
声光报警模块采用报警蜂鸣器发出声响和红色LED灯闪烁报警，相对应的气体读数值在显示屏上闪烁，提示是哪种气体超限，报警模块的电路如图6所示，若有任何气体超限，PC6端口置为高电平，驱动蜂鸣器L2和发光二极管D8工作，进行声光报警。
电源模块包括锂电池、充电电路、供电电路、电量检测电路四部分，其中，充电电路如图7所示，选用充电管理芯片BQ24005，外置充电器输入9V电压到BQ24005，芯片将电压经进行处理实现对锂电池充电。电路利用外部设置的热敏电阻原件对电池的温度进行监测，防止电池温度过高引起的危险。电路设置了两个发光二级管以区分充电与工作状态，当电路处于充电状态时D6二极管高电平并点亮，当D5点亮时则说明处于工作状态。
供电电路包括3.3V和5V两种供电电压，所以对供电电路进行了5V供电电路与3.3V供电电路设计。其中，5V供电电路设计选用TI公司的TPS54327芯片如图8所示，该芯片具有电压转换效率高及电压输出稳定的特点。其输入电压范围为4.5V到18V，最大可达到3A的输出电流。其次，3.3V供电电路选用SM1117电压转换芯片，该芯片输出电压精度为2％，具有电流限流与供电过热切断的功能，其工作温度范围为-40℃～125℃，3.3V供电电路如图9所示。
电池的电量与电池的使用时间和负载有关，电量检测有多种方式但普通的通过电池电压进行电量检测的方式通常误差较大。本系统选用DS2438芯片进行电量检测。该芯片具有精度高与可信度好的优点，并通过精密的测算及补偿获取电池的电流、电压、工作时间等参数信息。电量检测电路如图10所示。
本系统扩充一块存储芯片用于存储采集的数据。设计采用SST25VF016存储器，容量为16M，使用SPI接口，工作电压为2.7V～3.6V带些保护功能，100万次的编程/擦除周期，可保存数据100年。
无线通信模块采用Zig Bee无线通信模式，选择CC2430作为核心进行设计。CC2430通过串口将数据发送至STM32微处理器，CC2430与STM32接口电路如图11所示。当然本系统的无线通信模式还可选用射频、2.4G(wifi、蓝牙低功耗、精简指令等)、LORA、NBIOT等多种成熟的无线通信方式，只要达到控制电磁阀及传输监测信息的目的即可，其他通信模式在此不在赘述。
电磁阀用于控制燃气管路，本系统中选用的双稳态电磁阀，由于电磁阀没有辅助触点，要想阀门状态发生改变，需要借助继电器传递逻辑关系，所以本系统的电磁阀驱动电路采用光电稱合器和三极管来驱动继电器线圈，实现电磁阀的闭合，本系统中使用工作电压为5V的继电器，其驱动电路如图12所示。
尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种本质安全型厨房综合监测报警和应急处理系统，其特征在于，以单片机为核心，所述单片机外围连接有传感器阵列、声光报警模块、电源模块、存储模块、显示模块及无线通讯模块，所述无线通讯模块与燃气管路上的电磁阀及外部控制系统连接，所述外部控制系统可连接手机APP、微信、短信、电话，亦可将监测到的信号传输至社区物业、燃气公司、政府燃气办、消防职能部门。
2.根据权利要求1所述的本质安全型厨房综合监测报警和应急处理系统，其特征在于：所述单片机选用STM32F103ZET6微处理器，所述STM32F103ZET6微处理器是基于Cortex-M3处理器内核开发的微处理器。
3.根据权利要求1所述的本质安全型厨房综合监测报警和应急处理系统，其特征在于：所述传感器阵列包括CO/CF-200传感器、CH4-100传感器以及SHT15温度传感器。
4.根据权利要求3所述的本质安全型厨房综合监测报警和应急处理系统，其特征在于：所述CO/CF-200传感器和CH4-100传感器的电路包括测试电路和信号放大电路，所述信号放大电路采用双信号放大器。
5.根据权利要求2所述的本质安全型厨房综合监测报警和应急处理系统，其特征在于：所述显示模块采用3.5寸TFT-LCD触摸式液晶显示屏，所述触控式液晶显示模块采用静态存储器控制器与所述STM32微处理器进行通信。
6.根据权利要求1所述的本质安全型厨房综合监测报警和应急处理系统，其特征在于：所述声光报警模块采用报警蜂鸣器发出声响和红色LED灯闪烁报警。
7.根据权利要求1所述的本质安全型厨房综合监测报警和应急处理系统，其特征在于：所述电源模块包括锂电池、充电电路、供电电路、电量检测电路。
8.根据权利要求7所述的本质安全型厨房综合监测报警和应急处理系统，其特征在于：所述供电电路包括3.3V和5V两种供电电压。
9.根据权利要求1所述的本质安全型厨房综合监测报警和应急处理系统，其特征在于：所述无线通信模块采用Zig Bee无线通信模式或射频通信或2.4G通信或LoRa无线通信或NB-loT无线通信。
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