基于单片机的智能厨房控制系统

中 北 大 学 信 息 商 务 学 院 毕业设计开题报告 学学 生生 姓姓 名：名：杜鹏飞 学学 号：号： 08050141X55 学学 院院、系系 ：信息商务学院信息与通信工程系 专专 业业 ：光电工程专业 设设 计计 题题 目目：基于单片机的智能厨房控制系统设计 指指 导导 教教 师师: 张记龙（教授） 2012 年 02 月 17 日 毕毕 业业 设设 计计 开开 题题 报报 告告 1结合毕业设计情况，根据所查阅的文献资料，撰写 2000 字左右的 文献综述： 文献综述 一、本课题的研究背景及意义一、本课题的研究背景及意义 （一）研究背景 住宅是人们生活的重要空间，而厨房是住宅的核心之一。随着人们物质生活水 平的提高，厨房对生活的节奏与质量起着更重要的作用。人们越来越关注厨房的空 间与品味,并已成为一种流行趋势。当代厨房设计首先提倡的宗旨就是“以人为本， 既注重人性化，又要保证安全”。在当代，厨房已经不是单纯做饭的地方，厨房的 概念也从传统的意义上被改变，厨房在原有的餐饮空间的基础上，又拓展为家人感 情沟通的桥梁、朋友聚会的娱乐场所和艺术化生存的空间1。 厨房是每个家庭必备的，更是家里人都要去的地方。一个卫生、舒适的、安全 的厨房环境不但有利于家庭成员的营养健康，还可以舒缓紧张的工作心理，恢复旺 盛精力，增强家庭的亲和力。人们每天都处在繁忙的工作中，和家人、亲戚、朋友 共聚的机会越来越少。往往只有吃饭的时候大家才能真正的相处在一起，相互沟通， 说一些心里话，厨房已成为家人相互沟通的桥梁2。 （二）研究意义 在当今高速发展的社会中，随着人们生活水平日益的提高，人们对自身所处的 环境越来越关心，家庭厨房安全已成为当今小康之家优先考虑的问题。历来火灾统 计数据显示，居民住宅和宿舍火灾占有较大比重，约占到火灾总数的三分之一，而 厨房又是家庭防火的重点。目前厨房火灾在家庭安全事故中占有很大比例,特别是煤 气、天然气泄漏导致的窒息、爆炸日益增多,极大地威胁着人民的生命和财产安全3。 提出一种新型报警系统,它通过传感器网络实时检测房间里是否有火焰和可燃气 体,分析传感器传回的数据判断是否发生火灾或燃气泄漏,然后作出相应的动作(关闭 燃气阀门,开排气扇,喷水),并使报警装置发出声音等信号提醒,最终实现了对厨房安 全隐患的有效监控和报警。从而使厨房成为家庭、朋友之间小型聚会的享乐空间， 2 也变成能让人感受到家的温馨的温情港湾，更是朋友聚餐、休闲、娱乐的最佳场所 4。 二、本课题国内外研究现状二、本课题国内外研究现状 居家生活中极为重要的一部分就是厨房，其空间发展过程是漫长的。除了受到 科学技术的影响，厨房设计也折射出当时社会、地理和人文环境的变迁。西方国家 比起我国更早的注重了厨房空间的设计5。 在 17 世纪时期的西方社会，厨房还没有明确的概念。直至 l7 世纪晚期，对于 厨房整体空间，人们才开始意识到不同功能区域的划分，比如干性区域是用做食物 储藏和准备工作，而湿性区域则是负责刷洗工作。妇女作为在家务劳动中工作的主 要力量，她们的建议对厨房的功能和设备的改进都起到了不可忽视的作用6。 18 世纪，厨房作为一个强调功能性和实用性的室内空间，是人们在设计过程中 首先开始注重科学性的场所7。例如，炉灶和工作台面的设计，厨房环境里的进出 水和通风的安排，同时也要兼顾到整体空间的布局和美感。在 19 世纪初期，由于受 洛可可风潮和新科技的影响，家居空间的功能划分越来越细致7。这时已经有了会 客室、餐厅、娱乐室、书房之类的房间设计，此时的厨房基本上是现代厨房的一个 设计蓝本。 20 世纪是一个百花齐放的时代。飞速发展的科学技术让生活越来越便利，来自 不同文化和地域的人们之间的交流开始日益频繁9。在这种设计文化潮流的推动下， 厨房设计的时代特点从“大众化“迈向了“个人化“。人体工程学就是在这种氛围下 出现在设计领域的一个新词汇，是运用生理学、心理学和医学等有关科学知识，研 究组成人机系统的机器和人的相互关系，以提高整个系统工效的新科学，并成为设 计师所必须要掌握的10。例如，厨房里工作台面的长宽高，灶台上所用炉具功能的 大小，安全性的设置这些都要依据人体工程学里的理论数据来设计。当人机学被广 泛运用到室内设计里时，从厨房空间整体规划，到橱柜面积的计算和厨房电器的具 体放置都可以按照使用者的要求进行详细的设计11。这时的厨房设计不再是千篇一 律、毫无个性而言，而是可以根据每个家庭的具体情况和使用者的要求来设计出更 舒适有效的厨房。在本世纪，厨房设计的另一个点是厨房电器的普遍使用。尤其在 战后的美国，冰箱、电子炉具、烤箱等这些电器的普及让普通家庭里的厨房彻底告 别了传统意义上代表辛苦劳动的空间，而成为可以放松自己并和家人聚会的新场所 12。 进入 2l 世纪，厨房的设计走向多元化，智能化和环保化13。从家庭和个人的 角度来说，对厨房设计的要求是能方便家庭成员的使用，电器产品功能全面更有效 率，颜色造型符合家庭整体装饰风格，是一个提高生活品质和展现独特个性的地方 14。从社会发展来看，厨房设计虽然只是每个家庭里面积不大的一席空间，但同样 要求在设计和建造时，所采用的能源和材料具有一定的环保性和安全性。这些都是 随着时代前进对厨房所赋予的新特性15。 我国开始注重厨房空间的设计比西方国家要晚，但是随着社会生产力的增长， 以及我国人民日益增长的物质需求和精神需求，厨房的设计研究开始在我国盛行15。 然而，由于各种历史原因和现实原因，我国的厨房设计大多是借鉴国外厨房设计， 照本宣科，某种程度上忽略了我国的基本国情，没有将国内生活方式和厨房设计很 好的结合16。 厨房智能化是时代发展的需求，智能化是为了使用更加方便简易，功能更加完 善，因而它最终能迎合人们的消费需求。因此未来的厨房将会更加突出智能化，在 厨房中加入检测仪和计算机芯片，并与所有的家用电器，甚至碗柜、灶台、家具相 连，构成一个家用厨房网17。那时候，做饭可能会是一种娱乐方式，一种休闲方式。 我们也可以把节省下来的时间用来做我们更想做的事情。其实，上面的设想有的现 在已经实现了，但我们需要等待的是它的普及18。 4 参考文献参考文献 1张新建，喻德荣关于“以人为本“设计思想的思考艺术与设计，2008，3(10), 34 2郭丽萍.当代厨房设计的潜在危险因素分析及危险预防.南昌教育学院报,2010,25 （3）：1315 3李华.智能厨房煤气监控系统.电脑开发与应用,2002,24(4):6669 4王觅蕤,马维金,万晓飞.家庭厨房安全综合报警系统.电子设计工程,2011,19(13)： 145147 5戴龙保.未来厨房进入智能化.我国家电市场，2001,6（4）：34 6张新建.基于家庭生活行为的学习型厨房设计研究,硕士学位论文.湖南：中南大 学，2009 7赵锡军.厨房设备综合控制器.中国专利：200620010463.7,2007-09-27 8韩维生,穆亚平,等.现代厨房与厨柜设计J家具与室内装饰，2001,4（5）：57 9徐德明.整体智能厨房控制及其故障诊断系统的设计与实现.硕士学位论文.湖南： 中南大学,2007 10李科杰现代传感技术北京：电子工业出版社，2005348 11Lenz,J.;Edelstein,S.,Magnetic sensors and their applications,IEEE Sen- sors Journal, Vol.6,No.3,2006 12Bryzek,J.Impact of MEMS Technology on society.Sensors and Actuators, Vol.A56,Nos.1-2,aug.1996 13MacDonald,G,A.A Review of Low Cost Accelerometers for Vehicle Dynamics. Sen-Sors and Actuators ,Vol.A21,Nos.1-3,1990 14王芳,马幼军,蒋国平.智能化住宅防盗防火报警系统设计.传感器技术,2002.21 (10):2527 15熊光明，郭立军基于单片微机的火灾报警系统设计及应用微型机与应用 2002.6(11):2334 16王芳,马幼军,蒋国平智能化住宅防盗防火报警系统设计传感器技术, 2002. 21(10):2527 17沙占友智能温度传感器的发展趋势电子技术应用,2002，14(5):67 18Yan xian pu.Future kitchen glance.Household Electric Appliance，2004，4（9）： 1214 6 毕毕 业业 设设 计计 开开 题题 报报 告告 本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）： 一、本课题要研究或解决的问题一、本课题要研究或解决的问题 万事以安全为首，这是永远不争的事实。厨房是人们在家里活动频率最密集的地 方，也是存在安全隐患最多的地方。在日常生活中，人们经常在厨房中使用液化气、 煤气作为燃料，但是这些气体有害且易爆炸，隐患事故多。首先经常会因为操作错误 或管道密封不好而出现漏气现象；其次若气体泄漏时不能及时被发现和处理或泄漏气 体遇明火发生爆炸。这些事故都会给家庭及邻居带来灾难性危害。 根据上述家庭厨房中存在的隐患，本课题提出了一种新型实用的厨房综合安全报 警系统,它通过传感器网络实时检测房间里是否有火焰和可燃气体,通过分析传感器传 回的数据判断是否发生火灾或燃气泄漏,然后作出相应的动作(关闭燃气阀门,开排气扇, 喷水) , 并使报警装置发出声音等信号提醒,从而实现了对厨房火灾的有效监控和报警， 保证了家庭成员的生命和整个社区的财产安全。 二、拟采用的研究手段二、拟采用的研究手段 整个系统由控制电路、STC89S52 单片机芯片、温湿度传感器、瓦斯传感器、报警 器、双向可控硅芯片、电机、显示电路等部分组成。原理框图如图 1 所示： 图 1 厨房综合安全报警系统总框图 （一）温湿度检测 利用集成温湿度传感器 DHT11 完成温湿度测量，DHT11 数字温湿度传感器是一款含 有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。它应用专用的数字模块采集技术和温湿 度传感技术，确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。传感器包括一个电阻 式感湿元件和一个 NTC 测温元件，并与一个高性能 8 位单片机相连接。因此该产品具 温湿度 传感器 瓦斯传 感器 STC89C51 单片机 报警器 双向可控硅 电机 有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。每个 DHT11 传感器都在 极为精确的湿度校验室中进行校准。校准系数以程序的形式储存在 OTP 内存中，传感 器内部在检测信号的处理过程中要调用这些校准系数。单线制串行接口，使系统集成 变得简易快捷。超小的体积、极低的功耗，信号传输距离可达 20 米以上，使其成为各 类应用甚至最为苛刻的应用场合的最佳选择。 当有火灾发生时，温度超过 50，温湿度传感器 DHT11 把采集到的信号送到单片 机中,单片机将发出一个高电平信号，控制报警系统的打开，发出报警信息及时通知工 作人员采取措施。 （二）瓦斯检测 利用 MC114 型催化元件完成瓦斯检测，C114 型催化元件根据催化燃烧效应的原理 工作，由检测元件和补偿元件配对组成电桥的两个臂，补偿元件起参比及温湿度补偿 作用。其原理图如图 2： D C W 电桥输出 R1 500 R2 2k 2k 测试电压 2.5V 图 2 瓦斯基本检测电路 当厨房内煤气发生泄漏时，厨房内瓦斯浓度将升高，当瓦斯传感器采集到的瓦斯 浓度高于 40%RH 时，会向单片机发送一个信号，单