基于STM32的厨房安全报警系统

1 系统设计方案论证与系统框架设计

本章主要介绍了系统设计方案的论证和电路框架的设计，主要包括单片机控制系统的论证，显示模块方案的论证，温湿度传感器方案的论证，气体传感器方案的论证，火焰传感器方案的论证。系统电路框架包罗各个硬件模块和单片机控制系统的总体电路框架。
2 设计方案论证

2.1单片机控制系统方案选择

方案一：接纳STM32F103实现
选择STM32F103作为主板芯片。 STM32F103是32位系统微处置惩罚器，基于ST生产的ARM新型Cortex-M3架构内核。它具有一个大的512K字节闪存。编程灵活，可玩性好，具有体积小，易于硬件设置和构造的长处。另外，STM32F103的使用早已很广泛，相干技术相对美满，开辟设计难度系数相对较小。
方案二：接纳MSP430单片机实现
MSP430系列产物的的单片机微控制器是一种16位微控制器，使用精简指令集（RISC）结构，具有多种寻址方法，27种焦点命令和许多模拟功能命令;许多存储器及其片上数据信息存储可以参与计算；还有更有效的查找表来解决命令。 MSP430具有非常低的功能消耗，但是该设计相对简单并且无法充分利用MSP430的功能，因此MSP430的成本相对较高[17]。综上所述，我们选择STM32F103作为厨房安全系统的MCU
2.2显示模块方案选择

方案一：接纳OLED屏幕
OLED（有机发光二极管）是继TFT-LCD（薄膜晶体管液晶显示器）之后的新一代平面显示技术。它具有结构简单，自觉光，无LED背光，饱和度高，厚度薄，角度广，相应灵敏等长处，可作为拉伸应变控制面板使用，实用温度范围广。OLED显示器比TFT LCD显示用具有更好的相应速率（小于十米）和彩色，并且更灵活。它的组件结构比当前流行的TFT LCD显示器更简单[18]。产物成本仅为TFT LCD的百分之三到百分之四是上下波动的。未来的应用范围非常广泛。但是，在此阶段，OLED显示器仍处于产物开辟过程中，应用周期短，不能将显示器做得更高，还需要解决其他瓶颈。
方案二：接纳LCD屏幕
LCD是用于平面图的超薄显示系统。它由一定的好坏或彩色的矩阵构成，假如放置在光源或垂直表面的前面。液晶显示器的功能丧失非常低，实用于使用可充电电池的电子产物。它的关键基本原理是，电流激励型LCD屏幕的分子结构使点，线和表面与背面的LED管配合形成界面[19]。与LCD相比，OLED不使用led背光，而led背光是LCD能耗更高的部分，因此OLED更加环保节能。综上所述，我们选择OLED作为厨房安全系统的显示模块。
2.3温湿度传感器选择

方案一：接纳DHT11数字温湿度传感器
DHT11数据温度和湿度传感器是温度和湿度复合传感器。它使用特殊的数字控制模块来网络技术和温度和湿度传感器技术，拥有高可靠性和出色的长期可靠性。该产物具有相应速率极快，抗干扰性强，性价比高等的长处[20]。
方案二：接纳DS18B20温度传感器
DS18B20是一种单总线的数字的温度传感器，测试温度范围为-55℃-125℃，具有体积小，精度高的特点。单总线，意味着没有时钟线，只有一根通信线。单总线读写数据是靠控制起始时间和采样时间来完成，以是时序要求很严格，以是造成了一个难点，就是它的驱动编写相对困难。而且，DS18B20无法对湿度举行收罗。综上所述，我们选择DHT11作为厨房安全系统的温湿度传感器。
2.4气体传感器选择

方案一：接纳MP系列气体传感器
MP-135 是一种检测空气中有害气体的半导体传感器，固然驱动相对简单，功耗低，但是只能检测空气中酒精、氢气和一氧化碳的浓度，检测范围不符合设计需要。
方案二：接纳MQ系列气体传感器
MQ-135 是一种以二氧化锡为气敏材料的半导体空气污染传感器，其对氨气，硫化物，苯系物质的灵敏度高，对烟雾和其他有害气体的检测结果也很理想，我们在安防，环保方面经常使用到它，它是一款使用于多种应用场合的低成本长命命传感器。综上所述，我们选择MQ系列传感器作为厨房安全系统的气体传感器。
2.5火焰传感器选择

方案一：接纳OPT101光传感器
OPT101是一种具有跨阻放大器的芯片光电二极管，输出电压随光强度线性增长。放大器的设计方案用于单开关电源或双电源开关的实际操作。具有可靠性好，性价比高的长处。但是它对火焰的敏感性很弱。
方案二：接纳光火焰传感器传感器
火焰传感器利用红外线吸收管通过捕捉火焰中的红外波长来检测火焰，可以检测火焰或者波长在760nm～1100nm范围内的光源或热源，探测角度可以高达80度，此中的一些红外光波长在940纳米附近时，其灵敏度达到了极限。火焰传感器对火焰非常敏感，对普通光也是有反应的，一般用做火焰报警等用途。综上所述，我们选择火焰传感器作为厨房安全系统的火焰报警系统。
2.6报警方案选择

方案一：接纳有源蜂鸣器
　　有源蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，接纳直流电压供电，广泛应用于计算机、打印机、复印机、报警
器、电子玩具、汽车电子设备、电话机、定时器等电子产物中作发声器件。接纳有源蜂鸣器，性价比高，声音大，
报警结果好
方案二：接纳LED发光报警
LED（发光二极管）是一种发光二极管，一部分是P型半导体，此中空穴占优势，另一端是N型半导体，在这里主要是电子器件。但是，当这两种半导体材料相互毗连时，在它们之间会形成P-N结。当根据功率传输线将一定量的电流施加到芯片时，电子设备将被引向P区域，在该区域中，电子设备和孔被复合，然后动能将以以下形式传输：光量子。要使LED在宽阔的日光下发光具有精良的报警结果并不容易。综上所述，我们选择蜂鸣器作为厨房安全系统的报警系统。
3 系统电路框架设计

硬件电路框架如图1所示，它主要包括单片机，火焰传感器，气体传感器和温湿度传感器，传感器实时收罗厨房内的环境信息，将收罗到的信息上传到单片机，单片机根据检测情况决定是否报警。
4气体检测模块设计

4.1气体检测模块介绍

气体传感器中使用的对气体敏感的原材料是在清洁空气中具有低电导率的二氧化锡（SnO2）。当传感器所处的自然环境中存在各种蒸汽时，传感器的电导率会随着空气中蒸汽浓度的增长而扩展。简单电源电路的应用可以将电导率的转换转换为与蒸汽浓度值相对应的输出数据信号。
MQ-135气体传感器用于查抄空气中二氧化碳，酒精，苯，氮氧化物，氨气和其他蒸气的浓度。
MQ-2气体传感器对液化石油气，丙烷和ra气具有很高的灵敏度，也是检测气体和其他可燃气体的理想选择。这种类型的传感器可以检测各种易燃气体，并且是实用于各种应用的低成本传感器。
MQ-3气体传感器对酒精具有很高的灵敏度，可以抵抗汽油，浓烟和水蒸气的影响。这种类型的传感器可以查抄各种浓度值的酒精氛围，是实用于各种应用的特殊传感器。
MQ-4气体传感器对甲烷气体具有高灵敏度，并且对丙烷和丁烷具有精良的灵敏度。这种类型的传感器可以测试各种可燃气体，尤其是气体，并且是实用于各种应用的低成本传感器。
MQ-5气体传感器对丁烷，丙烷和甲烷气具有很高的灵敏度，并且具有甲烷气和丙烷的精良组合。
MQ-6气体传感器对丙烷气，丁烷和压缩自然气高度敏感，并且对气体具有精良的敏感性。这种类型的传感器可以检测各种易燃气体，并且是实用于各种应用的低成本传感器。实用于家庭或工业生产中的LPG（液化石油气），丁烷，丙烷气，LNG（液化自然气）测试设备。
MQ-7气体传感器是在家庭和自然环境中使用的一氧化碳检测设备，实用于检测一氧化碳，液化气等。
MQ-8气体传感器对ra气高度敏感，是检测其他过氧化物气体的理想选择。这种类型的传感器可以检测多种过氧化物气体，尤其是大城市中的液化气，并且是实用于多种应用的低成本传感器。实用于家庭或工业生产中ra气泄漏检测设备。
MQ-9气体传感器接纳高低温测试循环系统检测方法。MQ-9气体传感器在一氧化碳，甲烷气体和液化石油气方面的声誉为零。这种类型的传感器可以检测各种一氧化碳和易燃气体。这是一款实用于各种应用的低成本传感器。
4.2气体检测模块电路毗连

气体检测模块本质上是滑动变阻器。当输入气体模拟输入A0时，LM393电压比较器将模拟输入转换为开关值，并且开关值D0被电阻下拉，并输出至微控制器设计。当控制模块在自然环境中未达到设定的阈值时，DO端口将输出一个上拉电阻。当外部蒸气浓度超过设定的阈值时，控制模块DO输出低频信号；D0毗连单片机PA4引脚,控制模块数据输出DO可以立即毗连到MCU设计。

图3-4 气体检测模块原理图
5 硬件调试

5.1系统导通性测试

将系统上电，观察各个模块的工作状态是否正常。是否有发热迹象。使用数字万用表测试各个部分的电压是否正常，然后通过测量整个电路的电流是否正常来判断系统的导通和工作状态
5.2系统各个模块的工作状态

将系统上电，测试总体电路电压和电流正常，用数字万用表测试各个模块的输入电压和工作电流是否正常，进步环境的温度和湿度，观察OLED显示的温度和湿度数值是否有变化，当温湿度超过阈值会不会报警，测试火焰传感器，当出现火焰是否会报警。当报警器报警时，手机端有没有收到报警短信。当有模块不正常工作时，首先检测供电是否正常，正负极是否反接，假如供电正常，观察信号引脚是否正确毗连，假如引脚毗连正常，接下来就需要查抄程序了。
厨房安全系统实物图(正常工作)：

图5-5 正常工作实物图
厨房安全系统实物图(不工作)：

图5-6 不工作实物图
5.3本章小结

在硬件搭建的过程中，首先是按具体的各个模块举行的搭建，然后将各个功能模块团结起来，从而达到设计的目的。搭建系统软件控制模块的电源电路时，耐心必不可少。在搭建过程中，仔细留意也很紧张。碰到问题时，必须明智地解决它们。假如未显示该屏幕，则必须首先一个一个地清除所涉及的路由，当发生代码错误时，主要是在软件系统的一部分中发生的问题。整个阶段中最复杂的部分是电机驱动部分。在生产过程中，编写了电机驱动过程和程序流程，并查看了许多相干材料，并不停调解和测试了电机驱动角度，最终完成了预期的结果。
6 结论

本文主要介绍了一种基于STM32的厨房安全报警系统。目的是对厨房环境举行实时监测和报警。整个系统是在STM32F103RCT6单片机上实现，首先，监测模块由DHT11数字温湿度传感器，气体传感器，火焰传感器构成。监测到温度非常升高，有害气体浓度升高时触发有源蜂鸣器报警系统，并实时将信息收罗的情况通过单片机显示到OLED显示屏上。
按照本文的设计方案制作了智慧厨房模拟系统，利用该模拟系统在多种模拟环境下举行实验，以验证智慧厨房的各项功能。
(1) 火焰监测：实时监测室内是否有火焰，假如传感器检测到火焰，将信号传给单片机，单片机将信号传给报警器，报警器发出报警。
(2) 有害气体监测：接纳9个气体传感器分别检测一氧化碳，酒精，煤气，甲烷等多种有害气体，检测到有害气体时，报警器报警。
(3) 声光报警：检测到火焰或者有害气体时可以发作声光报警。
(4) 温湿度监测：实时收罗温室湿度数据，测量空间湿度，循环检测；通过单片机对收罗到的湿度举行数据处置惩罚和显示。
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