基于ARM的智能厨房控制系统

郭灿彬

（广州数控信息科技有限公司，广东广州 510530）

0 前言

随着计算机技术的飞速发展及广泛应用，在未来的厨房中，人们可以通过网络把厨房中一切电器与外面的世界相连，主人可以通过远程操作下达指令，控制厨房电器的运行。随着人们对居住环境及居住品质要求的提高，厨房在人们心目中的位置已经越来越重。伴随着高科技不断进入家庭，厨房也开始进入智能化的过程。未来智能化厨房所涉及的一些技术如光电技术、遥测感应技术、遥控技术、计算机和自动控制技术、红外等已经成熟，只是尚未全面普及或者整合到日常的厨房产品制造之中。如果这些技术能在厨房设计和生产中得到整合应用，将给厨卫行业和人们的生活方式带来一场深刻的革命。随着社会的进步和各种高科技技术的广泛应用，“智能厨房”这一名词已不再新鲜，正在被人们逐渐地接受。厨房的智能化是时代发展的需要，智能化只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。与传统的生活方式相比较，厨房的智能化可以为人们带来更为快乐、轻松的生活方式。目前，智能化的厨房存在以下特点：

（1）各类厨房电器控制趋向集成化；

（2）使用环境安全性要求提高；

（3）提供更多的信息化、娱乐化元素；

（4）更加注重节能、环保的概念；

（5）厨房家电控制更加智能化。

1 系统网络架构

随着各种智能技术的发展，厨用电器会越来越趋向于信息化、集成化。厨用电器厂商通过将功能更加强大的各式各样的嵌入式芯片植入产品来提高家用电器的自动化水平。而且随着嵌入式操作系统的技术发展和应用平台标准化，信息家电的产品种类会越来越多，功能会越来越强大，集成度会越来越高。所以，综合考虑用户个性化需求和未来智能家居建设的需要，建立的集成控制系统在集成化、安全性、娱乐化、兼容性方面要做好规划，需求分析尽量考虑全面。基于上述需求，智能厨房控制系统项目可细分为以下几项组成部分：各种智能化电器、集成控制平台、安全监控模块、信息服务模块，如图1所示。

图1 智能厨房控制系统的组成

各组成部分不能被单独分割开来，因为单独工作的电器个体，只能实现电器本身的控制功能或者单独电器的智能控制功能，却不能和其他模块协调工作。因此，需要构建一个控制系统，把所有电器节点连接在一起，构成一个整体的控制网络。系统可以建立数据库，连接互联网，可以接收远程终端发出的控制指令。智能厨房控制系统的整体网络架构如图2所示。

图2 智能厨房的网络架构

（1）基于ARM的嵌入式控制平台

智能厨房控制系统的控制核心，系统的控制管理软件就是基于这个平台工作的，系统数据库也是建立在该平台上。ARM嵌入式平台负责协调各模块协调工作，并且实时监控各类电器的工作状态及厨房环境状态。

（2）厨房无线网络

厨房电器设备之间连接采用射频无线网络，避免了繁琐和影响美观的有线连接，该网络具备专有网络通信协议，只要兼容协议的厨房电器都可以接入。

（3）厨房电器系统

电器系统是厨房无线控制网络的主要组成部分，主要包括厨房里的常用电器，如：智能灶具、烟机、电饭煲、冰箱、热水器、消毒柜等等。

（4）厨房环境系统

主要包括响应安全报警的执行机构或部件，如空调系统、消防系统、燃气主阀、水阀等，这些部件和安全监控部件构成了整个厨房的安防系统。

（5）厨房照明系统

厨房照明系统采用节能环保的LED灯，采用红外监控，只要检测到人离开一段时间，照明系统将转换到节能模式。另外，为了满足人们对厨房氛围的不同要求，厨房的照明系统通过选择不同的模式营造不一样的厨房氛围。

（6）厨房安全监控系统

厨房安全监控系统主要由燃气传感器、温度传感器和烟雾(气)传感器等组成，负责厨房环境状况的监控，并实时向ARM嵌入式平台传送监控数据。

（7）远程控制

通过安装专用的应用软件，控制系统可以接收远程控制终端（手机终端、平板电脑）的控制指令，控制终端也可以接收厨房电器、环境状态等数据。

2 系统设计方案

智能厨房控制系统采用ARM+Win CE的设计方案，支持全触摸屏操作，控制系统和底层的电器、智能监控节点之间通过2.4G无线网络进行通信[1]，节点与系统之间采用统一的无线通信协议，如图3所示，虚线框内的各个子模块、厨房电器和集成控制中心之间都是通过无线网络相连，减少繁琐的厨房内部布线，系统支持以太网连接，集成GPRS通讯模块，可以接收电脑终端或者手持终端的远程控制指令。整个网络架构是一个星形网络，中心位置是智能厨房的控制中心(即图中的网络协调器+控制中心)，负责处理远程控制指令并反馈厨房电器系统状态机环境指标状态。因此，控制中心是整套厨房智能控制系统的心脏。

图3 智能厨房的底层网络结构

此外，控制系统提供了完整的安全监控方案，保证厨房环境的高度安全性。下面提供了燃气监控的详细设计说明及流程图，如图4所示。厨房环境的燃气值超过安全设定值，控制软件界面弹出报警信息，并且在软件界面的报警信息栏显示报警信息的内容，如果选择了远程报警复选框，系统将向用户的手机终端发送报警信息。

燃气监控可实时监控厨房里燃气浓度。当可燃气体泄漏浓度达到设定浓度值时，主机发出响亮的连续性的声音报警，同时自动关闭切断气阀，控制系统的液晶屏显示“燃气泄漏”等报警信息并且伴随LED灯闪烁。当燃气浓度持续超过预警值时，控制系统自动通过远程控制模块发送信息到用户手持终端设备。为了增强安全性，控制系统要求具备定时关闭燃气阀功能：用户在使用时可自行设定每次烹饪活动时间（系统将默认使用最近一次开阀前设置过的定时值），当您使用燃气超过该时间时系统会自动切断燃气总阀，有效预防部分用户使用燃气时因忘记关火而存在的火灾事故隐患。

图4 燃气监控流程图

控制系统提供完整的信息服务模块，统一管理各种烹调信息、菜谱信息、系统报警信息等，允许烹饪爱好者可以自由定制、添加菜谱信息。

3 系统应用

图5为智能厨房控制系统的主界面[2]，左边显示了系统运行设备及其目前的运行状态，报警设备的名称及报警原因，右边是控制的厨房电器。最下方显示的是厨房安全状态监控信息，包括烟感信息、气感信息及环境温度信息，更加详细的应用信息就需要点击菜单栏选择。用户可以通过该操作界面进行电器的操作、控制模式的设置等。

图5 智能厨房集成控制系统

目前，系统可纳入集成控制的厨房电器有：冰箱、智能灶具、烟机、电饭煲、消毒柜、洗碗机、热水器、厨房空调系统等。为了使控制系统有更好的兼容性，首先要求各单独电器的软件控制系统的兼容性好，也就是各类电器应具有一个通用的软件平台（支持相同的通讯协议），各类电器、监控节点只要上电后，就能够自动连接到控制系统。

图6是智能厨房控制系统的安全监控界面的一个例子[3]，界面的底部是对厨房烟感、气感、和温度参数的监控，包括数值和环境状况的颜色示意图，当检测值超标时，系统显示黄色图标进入预警状态，超出预警值后，报警栏报警，报警颜色由黄色变为红色。

图6 系统安全监控界面

图7 是智能灶具与烟机联动工作的界面[4]，在系统设置好灶具与烟机联动选项后，只要智能灶具启动正常工作，烟机立刻响应进入工作状态，并且可以根据烟感的浓度自动调节烟机的转速，当灶具关闭后，烟机自动延时一定时间（时间可由用户设定）后自动关闭。

图7 烟机灶具联动工作

4 小结

智能厨房应该做到各厂家产品互相兼容，因此有必要建立一套通用的通讯协议，这样不同厂家生产的厨房电器与控制系统都遵循相同的协议，实现互通互联。此外用户可以根据自己的喜好选择自己喜欢的产品，毕竟没有一个厂家生产出来的厨房家电都能让所有消费者都满意。综上所述，虽然这套系统还有很多有待完善与解决的问题，但系统已经初步运行起来，实际的运行结果表明：智能厨房控制系统现实了厨房智能化与人性化的统一，基于多种安全监控技术的使用实现了厨房高度的安全性与节能化，系统界面简洁明了，操作简单方便，有较好的发展及推广应用前景。

［1］David FlowersYifeng Yang.MiWi无线网络协议［Z］.Microchip Technology Inc，2007.

［2］何宗键.Windows CE嵌入式系统［M］.北京：北京航空航天大学出版社，2010.

［3］周立功.ARM&Windows CE实验与实践［M］.北京：北京航空航天大学出版社，2011.

［4］魏洪兴，胡亮，曲学楼.嵌入式系统设计与实例开发实验教材||［M］.北京：清华大学出版社，2008.