CN215679601U - 一种基于gd32的厨房安全智能监控系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于GD32的厨房安全智能监控系统，包括控制主板以及与控制主板连接的厨房定时检测模块、厨房空气质量检测模块；所述控制主板包含主控单片机模块、WIFI模块、电源模块、蜂鸣器模块、按键模块、USB转串口模块、LCD显示模块；所述主控单片机模块包含主控芯片和晶振电路；所述厨房定时检测模块包含多普勒传感器模块、红外测温模块和红外阵列传感器模块；所述厨房空气质量检测模块包含空气质量模组和家用燃气模组。厨房安全智能监控系统具有低成本、低功耗、易于维护和智能性的特点。系统设计简单，设备安装便捷，电源稳定，功能强大。有效监控了厨房安全，充分保证了厨房的安全使用，从而起到了规避风险的作用。

Description

一种基于GD32的厨房安全智能监控系统

技术领域

本实用新型涉及一种监控系统，尤其涉及一种基于GD32的厨房安全智能监控系统。

背景技术

厨房是家庭安全风险较大的区域，老年人由于体力和脑力的衰退，在使用厨房的过程可能会出现忘记关气、关火等诸多危险行为，有可能会影响生命和财产安全。此外，目前市面上的厨房设计主打控制智能化、方便化的主题，对于使用厨房时的安全检测和防护等装置仍较为匮乏。

实用新型内容

实用新型目的：本实用新型旨在提供一种基于GD32的厨房安全智能监控系统，为厨房安全监控系统提供了一种安全有效、智能化的解决方案，能够有效解决厨房使用过程中可能存在的一些安全问题。

技术方案：本实用新型的基于GD32的厨房安全智能监控系统，包括控制主板以及与控制主板连接的厨房定时检测模块、厨房空气质量检测模块；所述控制主板包含主控单片机模块、WIFI模块、电源模块、蜂鸣器模块、按键模块、USB转串口模块、LCD显示模块；所述主控单片机模块包含主控芯片和晶振电路，主控芯片采用的是GD32F103ZET6；所述厨房定时检测模块包含多普勒传感器模块、红外测温模块和红外阵列传感器模块；所述厨房空气质量检测模块包含空气质量模组和家用燃气模组。

进一步地，所述WIFI模块采用正点原子的ATK-ESP8266模块。ATK-ESP8266是正点原子团队推出的一款高性能的UART-WiFi(串口-无线)模块，ATK-ESP8266板载了正点原子团队自主开发的ATK-ESP-01模块。通过ATK-ESP8266模块，传统的串口设备只是需要简单的串口配置，即可通过网络(WIFI)传输自己的数据。

进一步地，所述电源模块包括DC-DC芯片AMS1117-3.3，将计算机端USB接口提供的5V电压转为3.3V后给主控芯片GD32F103ZET6供电。

进一步地，所述蜂鸣器模块包括一个额定电压为5V的有源蜂鸣器。不需要额外的振荡电路，通电即可发出声音。

进一步地，所述按键模块包含4个独立按键。主要用于实现两大功能：调节灶台检测的阈值温度和调节厨房定时的阈值时间。

进一步地，所述USB转串口模块包括转串口芯片CP2102。计算机端经由USB接口通过CP2102芯片与GD32单片机进行串口通信，并发送控制指令给单片机。CP2102是SI1bab公司开发的USB转串口芯片，其体积小巧，外围可以不需要任何元件即可构成一个最简单的USB-UART方案，通信速率可达1Mbps，很容易把串口产品升级到USB口。

进一步地，所述LCD显示模块采用的是正点原子的2.8寸电阻触摸屏模块。

进一步地，所述多普勒传感器模块采用的是RCWL-0516,红外测温模块采用的是GY-906-DCI,红外阵列传感器模块采用的是AMG8833。

进一步地，所述空气质量模组采用的是炜盛电子科技有限公司的ZP16模组，家用燃气模组采用的是ZP14模组。

进一步地，所述厨房定时检测模块、厨房空气质量检测模块通过串口与控制主板连接。

有益效果：与现有技术相比，本实用新型具有如下显著优点：

1、厨房安全智能监控系统具有低成本、低功耗、易于维护和智能性的特点。

2、系统设计简单，设备安装便捷，电源稳定，功能强大。

3、有效监控了厨房安全，充分保证了厨房的安全使用，从而起到了规避风险的作用。

附图说明

图1为本实用新型的系统整体框架；

图2为本实用新型的控制主板PCB版图；

图3为本实用新型的厨房定时器软件流程图；

图4为本实用新型的AMG8833软件流程图；

图5为本实用新型的厨房气体检测软件流程图；

图6为本实用新型的Android软件流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的技术方案作进一步说明。

本实用新型设计了一种基于GD32的厨房安全智能监控系统，分为系统硬件设计和系统软件设计两部分。系统硬件主要包括厨房定时器模块、厨房气体检测模块、控制主板；系统软件设计主要包括厨房定时器、厨房气体检测、Android软件设计。系统整体框架如图1所示。

一、系统硬件设计

1、控制主板

控制主板包括主控单片机模块、电源模块、WIFI模块、蜂鸣器模块、LCD显示模块、转串口模块、按键模块。

主控单片机模块包含主控芯片和晶振电路。主控芯片采用的是GD32F103ZET6，该系列芯片是ARM Cortex-M4内核的32位低功耗MCU芯片，具有丰富的外设资源，能够满足本设计的需求，是一款性价比较高的国产低功耗MCU，是整个硬件系统的控制中心。

电源模块包括DC-DC芯片AMS1117-3.3，将计算机端USB接口提供的5V电压转为3.3V后给主控芯片GD32F103ZET6供电。

WIFI模块采用的是正点原子的ATK-ESP8266模块。ATK-ESP8266是正点原子团队推出的一款高性能的UART-WiFi(串口-无线)模块，ATK-ESP8266板载了正点原子团队自主开发的ATK-ESP-01模块。通过ATK-ESP8266模块，传统的串口设备只是需要简单的串口配置，即可通过网络(WIFI)传输自己的数据。该模块用于将厨房气体检测模块检测到的气体浓度数据和厨房定时器模块检测到的天然气灶台温度数据经由室内WIFI网络传输到OneNET物联网云平台。

蜂鸣器模块包括一个额定电压为5V的有源蜂鸣器，不需要额外的振荡电路，通电即可发出声音。当厨房定时器模块检测到天然气灶台火焰点燃并且厨房长时间没有人，蜂鸣器就会鸣叫报警，直到人员发现蜂鸣器示警并返回到灶台附近后，蜂鸣器自动关闭。

LCD显示模块采用的是正点原子的2.8寸电阻触摸屏模块。TFT具有高亮度、色彩鲜艳以及响应快等优点，是目前广泛使用的LCD显示技术。LCD显示模块用于实时显示厨房空气中TVOC气体浓度数据、CH4气体浓度数据、空气质量评级，并提示是否需要开窗通风。

USB转串口模块包括转串口芯片CP2102。CP2102是SI1bab公司开发的USB转串口芯片，其体积小巧，外围可以不需要任何元件即可构成一个最简单的USB-UART方案，通信速率可达1Mbps，很容易把串口产品升级到USB口。计算机端经由USB接口通过CP2102芯片与GD32单片机进行串口通信，并发送控制指令给单片机。

按键模块包含4个独立按键。主要用于实现两大功能：调节灶台检测的阈值温度和调节厨房定时的阈值时间。通过按键可以对厨房定时器模块和厨房气体检测模块的关键参数进行动态调整。

2、厨房定时器模块

厨房定时器模块包含多普勒传感器模块、红外测温模块和红外阵列传感器模块。多普勒传感器模块采用的是RCWL-0516,红外测温模块采用的是GY-906-DCI,红外阵列传感器模块采用的是AMG8833。

厨房定时器模块主要包括人员活动检测和灶台温度检测两大功能。其中人员活动检测通过多普勒传感器模块RCWL-0516和红外测温模块GY-906-DCI实现。RCWL-0516是一款高科技、专门检测移动物体的微波感应模块。GY-906-DCI是一款长远距离红外测温传感器，采用标准IIC协议进行通信，其芯片使用的是MLX90614-DCI。灶台温度检测通过红外阵列传感器AMG8833实现。

RCWL-0516模块用于检测灶台附近是否有人员活动。当模块附近有人员活动时，该模块会被触发，它的TTL-level(OUT)针将在2s～3s内从低电平(0V)转换到高电平(3.5V)，然后返回到IDLE(低)状态。实时监测此引脚信号，进而可以判断出天然气灶台附近是否有人。

GY-906-DCI红外测温模块用于配合多普勒传感器模块协同探测天然气灶台附近是否有人员活动。该模块实时进行红外测温，并将测得的温度数据通过IIC协议传输给控制主板。控制主板再将温度数据进行处理，并判断该温度数值是否是人的体表温度。只要该模块检测到的是人的体表温度，就表明天然气灶台附近有人在。通过两个模块相互配合，这样才能有效保证人员活动检测的准确性。

AMG8833传感器是一个8x8的红外热传感器阵列。当连接到微控制器时，它将通过I2C返回一组64个单独的红外温度读数。传感器仅支持I2C，并且具有可配置的中断引脚，当任何单个像素高于设置的阈值时，该引脚可以触发。当灶台火焰没有开启时，红外测温点阵检测到的温度均低于阈值温度，所以中断信号未被触发，AMG8833的INT引脚输出恒为高电平；当灶台火焰开启时，红外测温点阵的部分像素点测得的温度高于阈值温度，从而触发中断信号使得INT引脚输出低电平，这表明灶台火焰开启。通过INT引脚的输出信号，可以判断出天然气灶台火焰是否开启。

3、厨房气体检测模块

空气质量模组ZP16采用先进的片式厚膜半导体气敏元件，该气敏元件对甲醛、苯、一氧化碳、氨气、氢气、酒精、香烟烟雾、香精等有机挥发气体具有极高的灵敏度。该模块用于检测厨房内TVOC气体的浓度，并通过模块的串口引脚与控制主板通信，将TVOC气体浓度数据发送给控制转。从而实现实时检测空气质量的功能，提示老人及时开窗通风。

家用燃气模组ZP14采用厚膜半导体传感器。该模块每隔0.5s通过串口引脚向主控开发板发送测得的CH4气体浓度数据，主控开发板将数据进行解析从而获取准确的浓度值。进而判别厨房中天然气管道是否发生泄漏，避免危险情况发生。当检测到天然气泄漏等情况时，及时通过蜂鸣器示警，并通过WIFI模块发送预警信息给家庭成员。

二、系统软件设计

1、厨房定时器

厨房定时器软件流程如图3所示。首先对RCWL-0516、GY-906-DCI、AMG8833和蜂鸣器进行初始化，初始化流程如图4所示，然后检测灶台火焰是否开启。如果检测到火焰已开启，则会再去检测厨房内是否有人存在。此时，如果检测到厨房处于无人状态，定时器将开始计时。等到定时达到阈值时间时，将开启蜂鸣器报警。在这之后，如果检测到厨房内存在人员活动，即表示有人返回厨房，模块将自动关闭蜂鸣器，同时定时器停止计时。

2、厨房气体检测

如图5所示，TVOC气体检测模块通过串口与主控模块通信，因此需要配置好主控模块的串口。该模块实时采集厨房内TVOC气体浓度数据，并通过串口发送给控制主板。程序中根据TVOC气体浓度将室内空气质量分为优、良、中、下四个等级，并且将空气质量等级和TVOC气体浓度显示在TFTLCD显示屏上，以此来有效提醒使用者注意及时开窗通风。

家用燃气模组也通过串口与主控单片机通信。在初始化主控单片机的串口引脚后，连接上燃气模块就可以开始正常通信。该模块一直在循环检测厨房内CH4气体的浓度。当此浓度值高于模块内置的阈值浓度时，表明天然气可能发生泄漏，将会驱动蜂鸣器报警电路。

3、Android软件设计

如图6所示，Android软件端APP首先初始化UI界面配置和MQTT协议，然后通过OneNET的IP接口连接到云平台，其次再通过OneNET提供的函数接口、api-key和设备ID来获取WIFI设备的数据流，从而获取TVOC气体浓度、CH4浓度和天然气灶台温度的实时数据，最后在软件端APP实时显示。

Claims (10)

1.一种基于GD32的厨房安全智能监控系统，其特征在于，包括控制主板以及与控制主板连接的厨房定时检测模块、厨房空气质量检测模块；所述控制主板包含主控单片机模块、WIFI模块、电源模块、蜂鸣器模块、按键模块、USB转串口模块、LCD显示模块；所述主控单片机模块包含主控芯片和晶振电路，主控芯片采用的是GD32F103ZET6；所述厨房定时检测模块包含多普勒传感器模块、红外测温模块和红外阵列传感器模块；所述厨房空气质量检测模块包含空气质量模组和家用燃气模组。

2.根据权利要求1所述的基于GD32的厨房安全智能监控系统，其特征在于，所述WIFI模块采用正点原子的ATK-ESP8266模块。

3.根据权利要求1所述的基于GD32的厨房安全智能监控系统，其特征在于，所述电源模块包括DC-DC芯片AMS1117-3.3，将计算机端USB接口提供的5V电压转为3.3V后给主控芯片GD32F103ZET6供电。

4.根据权利要求1所述的基于GD32的厨房安全智能监控系统，其特征在于，所述蜂鸣器模块包括一个额定电压为5V的有源蜂鸣器。

5.根据权利要求1所述的基于GD32的厨房安全智能监控系统，其特征在于，所述按键模块包含4个独立按键。

6.根据权利要求1所述的基于GD32的厨房安全智能监控系统，其特征在于，所述USB转串口模块包括转串口芯片CP2102。

7.根据权利要求1所述的基于GD32的厨房安全智能监控系统，其特征在于，所述LCD显示模块采用的是正点原子的2.8寸电阻触摸屏模块。

8.根据权利要求1所述的基于GD32的厨房安全智能监控系统，其特征在于，所述多普勒传感器模块采用的是RCWL-0516,红外测温模块采用的是GY-906-DCI,红外阵列传感器模块采用的是AMG8833。

9.根据权利要求1所述的基于GD32的厨房安全智能监控系统，其特征在于，所述空气质量模组采用的是炜盛电子科技有限公司的ZP16模组，家用燃气模组采用的是ZP14模组。

10.根据权利要求1所述的基于GD32的厨房安全智能监控系统，其特征在于，所述厨房定时检测模块、厨房空气质量检测模块通过串口与控制主板连接。

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