鄭金川 趙憶文 蔣成坤 苗盼盼 李寧 趙佳琪 蔣文娟 秦記峰

關(guān)鍵詞：智能化燃氣灶控制系統(tǒng)；藍牙通信；溫度傳感器

0 引言

隨著科技的進步，智能化是將來的發(fā)展趨勢。以后的灶具不再僅僅是一個烹飪工具，它將能實現(xiàn)更便利的功能，為人們生活提供更多服務。智能灶具的發(fā)展前景廣闊，智能化控制的開發(fā)和建設是未來國家、經(jīng)濟發(fā)展的必然趨勢[1-3]。工業(yè)4.0時代，智能制造助力社會、工業(yè)、生活發(fā)展，本項目主要研究通過智能手機控制智能燃氣灶具實現(xiàn)科學的烹飪流程。文章主要以設計基于藍牙通信的智能化燃氣灶控制軟件系統(tǒng)設計方案為主[4]。

1 系統(tǒng)目標

本系統(tǒng)在傳統(tǒng)灶具的基礎上進行部分元器件的改進增加，在灶具上引入物聯(lián)網(wǎng)傳感器、藍牙無線通信模塊，通過智能控制軟件系統(tǒng)控制灶具的使用，讓改進后的灶具除了具備傳統(tǒng)灶具的控制功能外，同時還具備了與智能控制系統(tǒng)通信功能，增加非接觸式閥門調(diào)節(jié)智能控制。

2 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

完整控制系統(tǒng)組成包括硬件部分和軟件部分。硬件包含了具備電動閥門、溫度傳感器的燃氣灶具、藍牙外接模塊；軟件部分包括基于微信小程序的智能控制系統(tǒng)（后文簡稱為燃智能調(diào)試系統(tǒng)），如圖1所示。

本文中重點介紹軟件部分的功能設計。藍牙外接模塊向下對燃氣灶的電動閥門進行控制，獲取溫度傳感器設備的數(shù)據(jù)；向上與手機進行通訊。燃智能調(diào)試系統(tǒng)部署于手機端。使用者可通過手機App掃碼功能，從后臺獲取該食物烹飪的時間、火候大小等信息，記錄日志并區(qū)分通訊收發(fā)信息、時間。系統(tǒng)通過一套算法控制閥門，能根據(jù)溫度反饋信息自動調(diào)整閥門大小或者關(guān)閉閥門，根據(jù)烹飪時間節(jié)點，自動提示用戶調(diào)節(jié)火力，烹飪結(jié)束自動關(guān)閉燃氣灶。智能化燃氣灶控制系統(tǒng)實現(xiàn)了自動烹飪、火力自動控制、自主執(zhí)行、自動設定，從而實現(xiàn)完美烹飪的目標。

本系統(tǒng)硬軟件通信采用藍牙通訊，藍牙是一種支持設備短距離通信的無線電技術(shù)，能有效地與相關(guān)外設等眾多設備之間進行無線信息交換。利用藍牙技術(shù)，能夠有效地簡化移動通信終端設備之間的通信。本系統(tǒng)遵守標準的RS-485/422通訊接口，采用Mod?bus通訊協(xié)議，Modbus通訊協(xié)議已廣泛被國內(nèi)外儀器儀表行業(yè)及工控行業(yè)作為系統(tǒng)集成的標準[5-7]。

3 軟件功能分析與設計

本節(jié)主要對燃智能調(diào)試系統(tǒng)功能設計進行介紹。燃智能調(diào)試系統(tǒng)通過藍牙通訊獲取傳感器硬件采集過來的數(shù)據(jù)，對燃氣灶進行火溫把控、閥門開關(guān)狀態(tài)以及火力的調(diào)節(jié)。界面簡單易懂、有完整的數(shù)據(jù)庫、能通過鏈接藍牙進行數(shù)據(jù)的采集、然后可以通過自主選擇食譜進行菜肴的制作、全過程無須人為操作、智能系統(tǒng)會控制溫度、加料、時間的把控。后期優(yōu)化可以達到執(zhí)行效率更高，簡化操作流程，便于操作使用。

本系統(tǒng)由微信小程序開發(fā)完成，在HC-08藍牙模塊通訊協(xié)議上進行編寫調(diào)試，使用了第三方Vant UI 庫進行頁面設計。系統(tǒng)功能實現(xiàn)藍牙通信管理、設備狀態(tài)管理、自動化菜譜創(chuàng)建和管理、二維碼控制服務；智能語音播報；通訊日志查看和模塊連接維護等功能，數(shù)據(jù)存儲于微信小程序云數(shù)據(jù)庫[8-10]。本產(chǎn)品最終可運行于Android或iOS平臺的微信小程序上。燃智能調(diào)試系統(tǒng)的系統(tǒng)框架圖如圖2所示。

藍牙通訊管理：包含藍牙設備搜索和藍牙設備連接功能，藍牙可以搜索周邊藍牙設備名稱、設備id、RSSI值，并實時顯示搜索到的藍牙設備及其信息，點擊需要連接的設備即可連接，連接成功后進入設備界面。

設備狀態(tài)管理：包含設備名稱、設備溫度、閥門狀態(tài)、連接狀態(tài)和裝置地址的查詢設置功能。設備基礎信息按鈕，包括：設備名稱、裝置地址、裝置溫度和電阻值。設備閥門系統(tǒng)狀態(tài)信息，包括：閥門1狀態(tài)、閥門2狀態(tài)、閥門1開閥狀態(tài)、閥門2開閥狀態(tài)、閥門1關(guān)閥狀態(tài)、閥門2關(guān)閥狀態(tài)、系統(tǒng)狀態(tài)和連接狀態(tài)。設置有對閥門1和閥門2的狀態(tài)設置按鈕。設備調(diào)試的參數(shù)設置模塊，包括設定溫度、做飯時間、P—類型參數(shù)、I類型參數(shù)、D類型參數(shù)、采樣間隔。該功能實現(xiàn)對于系統(tǒng)信息的查詢與修改，功能可實現(xiàn)點擊刷新按鈕向藍牙模塊發(fā)送相關(guān)指令，并解析設備回復的指令展示在頁面上。

自動化菜譜創(chuàng)建和管理：包含菜譜增、刪、改查功能，用刷新按鈕刷新保存在數(shù)據(jù)庫的菜譜信息并展示出來，可以對每個菜譜進行刪改操作，也可以手動增加菜譜。

通訊日志查看和模塊連接維護：設備操作日志查詢顯示功能。該功能實現(xiàn)對于系統(tǒng)操作的日志信息進行記錄保存到云服務器中，每次執(zhí)行操作都會記錄至云數(shù)據(jù)庫中。

智能語音播報：智能語音播報是指將智能化燃氣灶的狀態(tài)信息通過語音方式告知用戶，以增強用戶的使用體驗和安全性。在基于藍牙通信的智能化燃氣灶控制系統(tǒng)中，智能語音播報可以實現(xiàn)以下功能：語音提醒功能：當燃氣灶出現(xiàn)異常情況時，如煤氣泄漏、火焰熄滅等，系統(tǒng)可以通過智能語音播報向用戶發(fā)出警報，提醒用戶注意安全。語音指令功能：用戶可以通過語音指令的方式，對智能化燃氣灶進行遠程控制，如“打開灶具”“關(guān)閉灶具”“調(diào)大火力”“調(diào)小火力”等。語音交互功能：用戶可以通過語音交互的方式，與系統(tǒng)進行對話，如詢問當前燃氣灶的狀態(tài)、查看溫度和煤氣流量等監(jiān)測數(shù)據(jù)。智能語音播報是基于藍牙通信的智能化燃氣灶控制系統(tǒng)中非常重要的功能之一，它可以提升用戶的使用體驗和安全性，減少燃氣灶使用中的安全隱患。

二維碼控制服務：基于藍牙通信的智能化燃氣灶控制系統(tǒng)中，二維碼控制服務是指用戶可以通過掃描燃氣灶上的二維碼，快速連接燃氣灶并進行遠程控制的服務。該服務可以實現(xiàn)以下功能：快速連接：用戶通過掃描二維碼，可以快速連接智能化燃氣灶和手機App，實現(xiàn)遠程控制功能。安全性保障：二維碼控制服務采用加密技術(shù)，確保連接過程的安全性，避免非法用戶對燃氣灶的遠程控制和操作。遠程控制：用戶可以通過手機App遠程控制智能化燃氣灶，如開啟和關(guān)閉灶具、調(diào)整火力大小等。實時監(jiān)測：用戶可以實時監(jiān)測燃氣灶的狀態(tài)，如溫度、煤氣流量等，及時發(fā)現(xiàn)異常情況并采取措施。二維碼控制服務也是基于藍牙通信的智能化燃氣灶控制系統(tǒng)中非常實用的功能之一，它可以提高用戶的使用便捷性和安全性，減少燃氣灶使用中的安全隱患。

通過燃智能調(diào)試系統(tǒng)，在用戶使用中，實時顯示燃氣灶的溫度和火力狀態(tài)、提醒用戶放入食材、自動調(diào)整火力和持續(xù)時間，實現(xiàn)烹飪的半自動化，完成智能燃氣灶的設計理念。為了能夠方便開發(fā)者調(diào)試燃氣灶硬件，設計了設備狀態(tài)信息顯示頁面，用戶可以方便地獲取設備的實時信息。為了幫助用戶進行功能上的調(diào)試，設計了日志模塊，連接云端數(shù)據(jù)庫，保存各個操作的日志。為實現(xiàn)自定義菜譜的操作，建立了菜譜數(shù)據(jù)庫，在菜譜頁面用戶可以對數(shù)據(jù)庫中的菜譜數(shù)據(jù)進行增刪改查操作。因此，燃智能調(diào)試系統(tǒng)需要實現(xiàn)獲取藍牙設備信息、記錄操作日志、自由存放菜譜等功能。

4 結(jié)束語

本文基于藍牙通信，將改進后的燃氣灶與手機端小程序進行連接，實現(xiàn)了傳感器數(shù)據(jù)與控制數(shù)據(jù)的相互傳遞，將硬件與軟件結(jié)合構(gòu)造了一個智能燃氣灶控制系統(tǒng)，滿足了智能烹飪需求。