本发明涉及一种自适应智能燃气灶安全监控系统。
背景技术：
现有的厨房用监控装置，多采用温度传感器检测室内的温度，以及采用红外感应器感应是否有人在厨房，另外，较为高级的，如公开号为cn105758529a的发明专利公开了一种基于非接触式温度检测的安全监控装置，采用红外温度传感器检测锅体的温度，判断是否发生干烧。这种方法虽然巧妙，但是需要手动将探头对准锅底，使用较为麻烦，尤其对老年人等来说是如此，另外，传感器是否对准非常影响结果的准确性，因此，这种装置还是存在不可靠以及自适应性较弱的问题。
因此，有必要设计一种安全可靠性高的安全监控装置。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是提供一种自适应智能燃气灶安全监控系统，该自适应智能燃气灶安全监控系统构思巧妙、易于实施，能有效防止锅或炉等容器干烧，灵敏度高，安全性高。
发明的技术解决方案如下：
一种自适应智能燃气灶安全监控系统，包括mcu和复合式传感模块；复合式传感模块与mcu相连；
复合式传感模块设置在灶台上，位于燃气灶出火口的侧部；
燃气灶的燃气进气管上设有电控的气阀(5)；所述的气阀受控于mcu；优选，气阀为电磁阀；
复合式传感模块包括固定式检测模块；
固定式检测模块包括支架(61)和设置在支架上的多个水平检测单元，每个水平检测单元包括红外检测传感器和超声波传感器；水平检测单元指向燃气灶出火处以及出火处的上方；
多个水平检测单元均水平布置；超声波传感器用于检测前方是否有阻挡，红外检测传感器用于检测前方的温度；
支架上设有竖直方向的条形安装槽(63)，条形安装槽内设有多个螺孔；螺孔依次排成一列设置，相邻螺孔的间距在1mm-5mm，水平检测单元的尾部设有安装孔，水平检测单元通过螺钉规定在条形安装槽内；通过这种方式，可以便于调整水平检测单元的高度，灵活性好。
mcu依据复合式传感模块判断是否发生干烧；若发生干烧，则mcu通过驱动电路关闭气阀；
干烧判断方式：检测到有障碍物的位置，温度处于预设140～180℃内，且持续t时间，t为设定值，范围为15-60s，优选为30s，即半分钟，则认定发生干烧。
另一种干烧判断方式：若同一位置，温度突然升高40度以上，并稳定至少t时间，则表明发生干烧，两种判断方式，进行综合运用，即若2个判断方式有一种满足干烧条件，则说明发生干烧，用于增加系统的可靠性和安全性。
复合式传感模块包括固定在灶台上的旋转式检测模块；
旋转式检测模块包括步进电机(74)、旋转支撑座(76)、安装盘(72)和旋转检测单元(71)；安装盘为圆盘；
步进电机和旋转支撑座均固定在灶台上燃气灶出火处的侧部；安装盘上同轴固定有从动齿轮(73)，从动齿轮与步进电机转轴上设置的主动齿轮(75)传动连接，即2个齿轮啮合，旋转检测单元固定在安装盘上，旋转检测单元的安装方向与安装盘的外周相切；旋转检测单元包括红外检测传感器和超声波传感器；水平检测单元随着安装盘旋转的过程中，能指向燃气灶出火处以及出火处的上方的锅底或锅的侧壁。
复合式传感模块包括固定在灶台上的备用检测模块；
备用检测模块包括步进电机(74)、旋转支撑座(76)、安装盘(72)和旋转检测单元(71)；安装盘为正六边形盘体；
步进电机和旋转支撑座均固定在灶台上燃气灶出火处的侧部；安装盘上同轴固定有从动齿轮(73)，从动齿轮与步进电机转轴上设置的主动齿轮(75)传动连接，即2个齿轮啮合，旋转检测单元为6个，分别固定在安装盘的六条边上，旋转检测单元包括红外检测传感器和超声波传感器；水平检测单元随着安装盘旋转的过程能，能指向燃气灶出火处以及出火处的上方的锅底或锅的侧壁。
mcu和复合式传感模块由市电模块或可充电的锂电池供电。由市电模块供电是指接220v交流电，再经变压器以及整流电路输出直流电为监控系统供电。系统通过恒流充电电路为锂电池充电。
灶台上设有co气体传感器；co气体传感器与mcu相连。优选的，通过可调放大倍数的放大电路与mcu相连。
mcu连接无线通信模块。无线通信模块为wifi模块，3g，4g或5g模块，便于远程监控。
mcu连接有摄像头，用于现场视频监控。
通过智能手机上的app监控自适应智能燃气灶安全监控系统的工作状态。
红外温度传感器也可以是红外摄像头。
红外温度传感器采用较便宜的红外温度传感器mlx90614。
本发明的构思：
第一：多方法判定干烧，(a)通过温度检测判定，温度预设值为140～180℃中的任一值。温度预设值为150℃或160℃；(b)通过温度差判定，火焰的温度在400度以上，而且锅外壁的温度，在不干烧的时候，温度会在110℃以下，干烧时，温度在140-200度之间，因此，通温度差可以判断是否干烧。若同一位置，温度突然升高40度以上，并稳定至少t时间，则表明发生干烧。
第二，采用超声波传感器检测障碍物，这样不必要人工对准，而是这边自动寻找测温点。、
以上两点都体现了本发明的创造性。
有益效果：
本发明的自适应智能燃气灶安全监控系统，核心所在有3点：
(一)通过两种干烧判断方式检测是否存在干烧；这是本发明的独创点之一。
(二)通过超声波传感器与红外温度传感器结合，自动寻找合适的测温点；
这是本发明的独创点之一。
(三)采用三种检测装置进行监测，采用冗余设计，可靠性高。这三种方式是静止检测模块，旋转检测模块和备用检测模块。
综上所述，本发明的燃气灶安全监控方案，自动化程度高，具有智能特性，而且可靠性高，安全性高。
另外，本发明还具有以下功能：
(1)安全监视，可以对厨房或实验室等场合安全进行全时监测，配有可燃气体报警和红外温度传感器，当厨房或实验室中可燃气体(主要由燃气泄漏引起)超过一定浓度或锅的温度超过160℃时会发出警报，该报警信号同时切断一个开关，可用于切断燃气灶的气源。
(2)闹钟功能装置上设有三个独立的闹钟，全部采用声光报警方式，操作简单，显示直观，适合家庭厨房尤其适合老年人使用。
(3)连接智能手机：通过蓝牙或其他无线方式与用户智能手机连接，定时器时间到或者是安全警报时都会及时通过手机或其他终端提醒用户，以方便使用者及时了解现场状态，避免安全事故。
(4)其中一个闹钟可以与输出插座连接，可以在闹钟时间到时立即断开电源开关，这种功能在厨房或实验室特别实用。
总而言之，本发明采用红外非接触测温技术检测容器的温度，并判容器是否处于干烧状态，如果是，则报警，同时具有燃气泄漏报警功能；可以同时设置3个闹钟，操作简单，显示直观，特适合家庭厨房以及实验室使用，尤其适合家里记忆力不太好的老年人使用。将报警信息通过无线技术在智能终端上显示出来，可以在手机等终端上方便地监视现场的安全情况。
综上所述，这种自适应智能燃气灶安全监控系统构思巧妙，功能丰富，灵敏度高，能对用火现场进行实时监控，安全性高。
附图说明
图1为智能燃气灶安全监控系统使用时的示意图；
图2为备用检测模块的结构示意图；
图3为智能燃气灶安全监控系统的原理框图；
图4为恒流充电电路原理图；
图5为可调放大倍数的放大电路原理图。
标号说明：1-灶台，2-燃气灶，3-容器，4-燃气进气管，5-气阀，6-固定式检测装置，7-旋转是检测装置；
61-支架，62-紧固螺钉，63-条形安装槽，64-水平检测单元；
71-旋转检测单元，72-安装盘，73-从动齿轮，74-电机，75-主动齿轮，76-旋转支撑座。
具体实施方式
以下将结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明：
实施例1：一、监控系统：
如图1-5，一种自适应智能燃气灶安全监控系统，包括mcu和复合式传感模块；复合式传感模块与mcu相连；
复合式传感模块设置在灶台上，位于燃气灶出火口的侧部；
燃气灶的燃气进气管上设有电控的气阀5；所述的气阀受控于mcu；优选，气阀为电磁阀；
复合式传感模块包括固定式检测模块；
固定式检测模块包括支架61和设置在支架上的多个水平检测单元，每个水平检测单元包括红外检测传感器和超声波传感器；水平检测单元指向燃气灶出火处以及出火处的上方；
多个水平检测单元均水平布置；超声波传感器用于检测前方是否有阻挡，红外检测传感器用于检测前方的温度；
支架上设有竖直方向的条形安装槽63，条形安装槽内设有多个螺孔；螺孔依次排成一列设置，相邻螺孔的间距在1mm-5mm，水平检测单元的尾部设有安装孔，水平检测单元通过螺钉规定在条形安装槽内；通过这种方式，可以便于调整水平检测单元的高度，灵活性好。
mcu依据复合式传感模块判断是否发生干烧；若发生干烧，则mcu通过驱动电路关闭气阀；
干烧判断方式：检测到有障碍物的位置，温度处于预设140～180℃内，且持续t时间，t为设定值，范围为15-60s，优选为30s，即半分钟，则认定发生干烧。
另一种干烧判断方式：若同一位置，温度突然升高40度以上，并稳定至少t时间，则表明发生干烧，两种判断方式，进行综合运用，即若2个判断方式有一种满足干烧条件，则说明发生干烧，用于增加系统的可靠性和安全性。
复合式传感模块包括固定在灶台上的旋转式检测模块；
旋转式检测模块包括步进电机74、旋转支撑座76、安装盘72和旋转检测单元71；安装盘为圆盘；
步进电机和旋转支撑座均固定在灶台上燃气灶出火处的侧部；安装盘上同轴固定有从动齿轮(73)，从动齿轮与步进电机转轴上设置的主动齿轮(75)传动连接，即2个齿轮啮合，旋转检测单元固定在安装盘上，旋转检测单元的安装方向与安装盘的外周相切；旋转检测单元包括红外检测传感器和超声波传感器；水平检测单元随着安装盘旋转的过程中，能指向燃气灶出火处以及出火处的上方的锅底或锅的侧壁。
复合式传感模块包括固定在灶台上的备用检测模块；
备用检测模块包括步进电机74、旋转支撑座76、安装盘72和旋转检测单元71；安装盘为正六边形盘体；
步进电机和旋转支撑座均固定在灶台上燃气灶出火处的侧部；安装盘上同轴固定有从动齿轮73，从动齿轮与步进电机转轴上设置的主动齿轮75传动连接，即2个齿轮啮合，旋转检测单元为6个，分别固定在安装盘的六条边上，旋转检测单元包括红外检测传感器和超声波传感器；水平检测单元随着安装盘旋转的过程能，能指向燃气灶出火处以及出火处的上方的锅底或锅的侧壁。
mcu和复合式传感模块由市电模块或可充电的锂电池供电。由市电模块供电是指接220v交流电，再经变压器以及整流电路输出直流电为监控系统供电。系统通过恒流充电电路为锂电池充电。
灶台上设有co气体传感器；co气体传感器与mcu相连。优选的，通过可调放大倍数的放大电路与mcu相连。
mcu连接无线通信模块。无线通信模块为wifi模块，3g，4g或5g模块，便于远程监控。
mcu连接有摄像头，用于现场视频监控。
通过智能手机上的app监控自适应智能燃气灶安全监控系统的工作状态。
优选型号为stc15f2k60s2单片机，这是一个深圳公司设计生产的单片机，比传统的8051单片机要快很多倍，但功能与指令却是一样的，尤其是支持c语言编程。
在显示的问题上，数码管是最常用语的显示方式，程序和电路在网上也能找到很多参考资料。但数码管显示内容单一，本项目需要显示的内容较多，因此，采用点阵式的液晶显示屏(lcd)，它可以在单片机的控制下显示图片、汉字、数字、各种字母和标点符号，甚至可以显示自己设计的图标。它由可以控制的点阵组成，由单片机控制这些点的显示或不显示，优选选择单色的点阵式液晶屏，分辨率为240*128点。
采用编码开关后，一个定时器的设置及工作状态切换只需要一个编码开关就能完成，整个界面只需要4个编码开关。实时时间的修改增加了一个按钮，这个按钮可让程序进入修改状态。
为了提高定时器的实用性，并充分利用单片机的功能，还给这个定时器设计一些辅助功能：控制1个继电器，时间到时断开电源；可燃性气体传感器，在检测到燃气泄漏时报警。为了调试方便，利用串行口扩展出一个usb接口，主要用于下载更新程序，蓝牙连接模块，用于连接智能手机。
cpu采用stc15f2k60s2，这是一个与8051兼容的单片机，但在引脚与速度方面有很大的提升。3个旋转编码开关用于设置3个定时器的时间以及开启与停止工作等操作，另一个旋转编码器用于设置报警温度值，继电器输出用于当定时时间到时切断输出电源，以关闭一些用电设备，另一个继电器输出用于切断气源。本系统中usb接口主要用于下载与调试程序。蓝牙模块通过串行口与cpu连接，模块本身内置了通讯协议。采用zymq-2可燃性气体传感器检测可燃性气体的浓度，当厨房燃气有泄漏时向单片机发出信号，单片机接收到这个信号后发出报警信号，将报警信号发送到手机。
红外温度传感器mlx90614采用smbus协议与cpu通讯，能将环境温度、目标温度以数据方式送出，cpu在收到后进行数据转换就可以得到温度值了。
采用240*128点阵式液晶显示屏，可以显示汉字、图形、数字等。显示内容丰富简洁，包括各个定时器的状态，实时时间，厨房温度等。可燃性气体监测采用zymq-2可燃性气体传感器检测燃气的泄漏。
蓝牙功能
在家庭使用时，常常是厨房里有食物在炖，人却在客厅短暂休息，为了适用这种情况，设计了蓝牙功能，配合手机app软件，就可以在智能手机上查看定时器的时间是否已经到了。采用了一个蓝牙转串行口的模块(型号为spp-ca)，它可以解析蓝牙协议，并在转接成功后成为一个透明的串行口，由此单片机就可以以串行口来使用蓝牙功能。如图4，为锂电池充电的恒流充电电路包括恒压驱动芯片和电流反馈电路；(1)恒压驱动芯片的电压输出端为恒流充电电路的正输出端vout ；恒压驱动芯片的负输出端接地；恒压驱动芯片由直流电压供电端vin 和vin-供电；(2)所述的电流反馈电路包括电阻r1、r2和r5和参考电压端vref ；参考电压端vref 通过依次串联的电阻r1、r2和r5接地；电阻r5与r2的连接点为恒流充电电路的负输出端vout-；电阻r1与r2的连接点接恒压驱动芯片的反馈端fb。恒流充电电路还包括电压反馈电路；电压反馈电路包括电阻r3和r4以及二极管d1；电阻r3和r4串联后接在恒流充电电路的正输出端vout 与地之间；电阻r3和r4的连接点接二极管d1的阳极；二极管d1的阴极接恒压驱动芯片的反馈端fb。该电路成本低，充电效率高。
如图5，co传感器的输出端vin经放大电路与mcu相连。放大电路电路结构如下：
vin信号端经电阻r0的接运算放大器lm393的反相输入端，运算放大器lm393的同向输入端经电阻r0接地，运算放大器lm393的同向输入端还分别经4个电阻r01-r04接4选一选择器的4个输入通道，4选一选择器的输出通道接运算放大器lm393的输出端vout，vout接mcu的adc端；
另外mcu的2个输出端口分别接4选一选择器的通道选端a和b；
vout与vin的计算公式：
vout＝vin*(rx r0)/r0；其中，rx＝r01，r02，r03或r04；基于选通端ab来确定选择哪一个电阻；且r01，r02，r03和r04各不相同；优选的r04＝5*r03＝25*r02＝100*r01；r01＝5*r0.可以方便地实现量程和精度切换。
采用放大倍数可调的放大电路将温度信号进行放大，灵活性好，能控制精度和量程。
二、监控系统：
一种基于智能判断防干烧的燃气灶安全监控方法，包括以下步骤：
步骤1：准备工作；
将复合式传感模块安装在灶台上的出火口侧部；
复合式传感模块包括多个红外检测传感器和多个超声波传感器；红外检测传感器和超声波传感器指向燃气灶出火处以及出火处的上方；
步骤2：检测锅体温度；
通过超声波传感器用于检测前方是否有阻挡；红外检测传感器用于检测前方的温度；
步骤3：判断是否存在干烧，若判定为干烧，则关闭气阀，并报警。
判断方式1：检测到有障碍物(障碍物即锅底或锅侧壁)的位置，温度处于预设140～180℃内，且持续t时间，t为设定值，范围为15-60s，优选为30s，即半分钟，则认定发生干烧。另一种判断方式：若同一位置，温度突然升高40度以上，并稳定至少t时间，则表明发生干烧。
采用固定式检测模块以上下扫描的方式检测温度；固定式检测模块包括支架(61)和设置在支架上的多个水平检测单元，每个水平检测单元包括红外检测传感器和超声波传感器。
采用旋转式检测模块以旋转的方式检测温度。
采用备用检测模块以旋转的方式检测温度。或者三种方式都同时采用，增加可靠性，三种方式是指采用固定式检测模块、旋转式检测模块以及备用检测模块进行检测。
报警是指现场声光报警，或通过app报警。
现场设有摄像头和无线通信模块，便于使用者远程视频监控。
采用自适应智能燃气灶安全监控系统实时监控。
监控现场设有mcu(微处理器)，微处理器采用单片机，plc或dsp。多个传感器按不同高度设置，或，传感器跟随转盘转动，就是为了寻找到合适的检测点，从而具有智能化和自动化。
本发明中，同一个检测单元中的超声波传感器与红外测温传感器设置在一处，参加图2，或左右并排紧挨设置，或上下紧挨设置。
1.一种自适应智能燃气灶安全监控系统，其特征在于，包括mcu和复合式传感模块；复合式传感模块与mcu相连；
复合式传感模块设置在灶台上，位于燃气灶出火口的侧部；
燃气灶的燃气进气管上设有电控的气阀(5)；所述的气阀受控于mcu；
复合式传感模块包括固定式检测模块；
固定式检测模块包括支架(61)和设置在支架上的多个水平检测单元，每个水平检测单元包括红外检测传感器和超声波传感器；水平检测单元指向燃气灶出火处以及出火处的上方；
多个水平检测单元均水平布置；超声波传感器用于检测前方是否有阻挡，红外检测传感器用于检测前方的温度；
支架上设有竖直方向的条形安装槽(63)，条形安装槽内设有多个螺孔；水平检测单元的尾部设有安装孔，水平检测单元通过螺钉规定在条形安装槽内；
mcu依据复合式传感模块判断是否发生干烧；若发生干烧，则mcu通过驱动电路关闭气阀；
干烧判断方式：检测到有障碍物的位置，温度处于预设140～180℃内，且持续t时间，则认定发生干烧。
2.根据权利要求1所述的自适应智能燃气灶安全监控系统，其特征在于，复合式传感模块包括固定在灶台上的旋转式检测模块；
旋转式检测模块包括步进电机(74)、旋转支撑座(76)、安装盘(72)和旋转检测单元(71)；安装盘为圆盘；
步进电机和旋转支撑座均固定在灶台上燃气灶出火处的侧部；安装盘上同轴固定有从动齿轮(73)，从动齿轮与步进电机转轴上设置的主动齿轮(75)传动连接，旋转检测单元固定在安装盘上，旋转检测单元的安装方向与安装盘的外周相切；旋转检测单元包括红外检测传感器和超声波传感器；水平检测单元随着安装盘旋转的过程中，能指向燃气灶出火处以及出火处的上方的锅底或锅的侧壁。
3.根据权利要求1所述的自适应智能燃气灶安全监控系统，其特征在于，复合式传感模块包括固定在灶台上的备用检测模块；
备用检测模块包括步进电机(74)、旋转支撑座(76)、安装盘(72)和旋转检测单元(71)；安装盘为正六边形盘体；
步进电机和旋转支撑座均固定在灶台上燃气灶出火处的侧部；安装盘上同轴固定有从动齿轮(73)，从动齿轮与步进电机转轴上设置的主动齿轮(75)传动连接，旋转检测单元为6个，分别固定在安装盘的六条边上，旋转检测单元包括红外检测传感器和超声波传感器；水平检测单元随着安装盘旋转的过程能，能指向燃气灶出火处以及出火处的上方的锅底或锅的侧壁。
4.根据权利要求1所述的自适应智能燃气灶安全监控系统，其特征在于，mcu和复合式传感模块由市电模块或可充电的锂电池供电。
5.根据权利要求1所述的自适应智能燃气灶安全监控系统，其特征在于，灶台上设有co气体传感器；co气体传感器与mcu相连。
6.根据权利要求1所述的自适应智能燃气灶安全监控系统，其特征在于，mcu连接无线通信模块。
7.根据权利要求1所述的自适应智能燃气灶安全监控系统，其特征在于，mcu连接有摄像头。
8.根据权利要求1-7任一项所述的自适应智能燃气灶安全监控系统，其特征在于，通过智能手机上的app监控自适应智能燃气灶安全监控系统的工作状态。
技术总结