基于蓝牙通信的智能化燃气灶控制系统设计

郑金川 赵忆文 蒋成坤 苗盼盼 李宁 赵佳琪 蒋文娟 秦记峰

关键词：智能化燃气灶控制系统；蓝牙通信；温度传感器

0 引言

随着科技的进步，智能化是将来的发展趋势。以后的灶具不再仅仅是一个烹饪工具，它将能实现更便利的功能，为人们生活提供更多服务。智能灶具的发展前景广阔，智能化控制的开发和建设是未来国家、经济发展的必然趋势[1-3]。工业4.0时代，智能制造助力社会、工业、生活发展，本项目主要研究通过智能手机控制智能燃气灶具实现科学的烹饪流程。文章主要以设计基于蓝牙通信的智能化燃气灶控制软件系统设计方案为主[4]。

1 系统目标

本系统在传统灶具的基础上进行部分元器件的改进增加，在灶具上引入物联网传感器、蓝牙无线通信模块，通过智能控制软件系统控制灶具的使用，让改进后的灶具除了具备传统灶具的控制功能外，同时还具备了与智能控制系统通信功能，增加非接触式阀门调节智能控制。

2 系统总体结构

完整控制系统组成包括硬件部分和软件部分。硬件包含了具备电动阀门、温度传感器的燃气灶具、蓝牙外接模块；软件部分包括基于微信小程序的智能控制系统（后文简称为燃智能调试系统），如图1所示。

本文中重点介绍软件部分的功能设计。蓝牙外接模块向下对燃气灶的电动阀门进行控制，获取温度传感器设备的数据；向上与手机进行通讯。燃智能调试系统部署于手机端。使用者可通过手机App扫码功能，从后台获取该食物烹饪的时间、火候大小等信息，记录日志并区分通讯收发信息、时间。系统通过一套算法控制阀门，能根据温度反馈信息自动调整阀门大小或者关闭阀门，根据烹饪时间节点，自动提示用户调节火力，烹饪结束自动关闭燃气灶。智能化燃气灶控制系统实现了自动烹饪、火力自动控制、自主执行、自动设定，从而实现完美烹饪的目标。

本系统硬软件通信采用蓝牙通讯，蓝牙是一种支持设备短距离通信的无线电技术，能有效地与相关外设等众多设备之间进行无线信息交换。利用蓝牙技术，能够有效地简化移动通信终端设备之间的通信。本系统遵守标准的RS-485/422通讯接口，采用Mod?bus通讯协议，Modbus通讯协议已广泛被国内外仪器仪表行业及工控行业作为系统集成的标准[5-7]。

3 软件功能分析与设计

本节主要对燃智能调试系统功能设计进行介绍。燃智能调试系统通过藍牙通讯获取传感器硬件采集过来的数据，对燃气灶进行火温把控、阀门开关状态以及火力的调节。界面简单易懂、有完整的数据库、能通过链接蓝牙进行数据的采集、然后可以通过自主选择食谱进行菜肴的制作、全过程无须人为操作、智能系统会控制温度、加料、时间的把控。后期优化可以达到执行效率更高，简化操作流程，便于操作使用。

本系统由微信小程序开发完成，在HC-08蓝牙模块通讯协议上进行编写调试，使用了第三方Vant UI 库进行页面设计。系统功能实现蓝牙通信管理、设备状态管理、自动化菜谱创建和管理、二维码控制服务；智能语音播报；通讯日志查看和模块连接维护等功能，数据存储于微信小程序云数据库[8-10]。本产品最终可运行于Android或iOS平台的微信小程序上。燃智能调试系统的系统框架图如图2所示。

蓝牙通讯管理：包含蓝牙设备搜索和蓝牙设备连接功能，蓝牙可以搜索周边蓝牙设备名称、设备id、RSSI值，并实时显示搜索到的蓝牙设备及其信息，点击需要连接的设备即可连接，连接成功后进入设备界面。

设备状态管理：包含设备名称、设备温度、阀门状态、连接状态和装置地址的查询设置功能。设备基础信息按钮，包括：设备名称、装置地址、装置温度和电阻值。设备阀门系统状态信息，包括：阀门1状态、阀门2状态、阀门1开阀状态、阀门2开阀状态、阀门1关阀状态、阀门2关阀状态、系统状态和连接状态。设置有对阀门1和阀门2的状态设置按钮。设备调试的参数设置模块，包括设定温度、做饭时间、P—类型参数、I类型参数、D类型参数、采样间隔。该功能实现对于系统信息的查询与修改，功能可实现点击刷新按钮向蓝牙模块发送相关指令，并解析设备回复的指令展示在页面上。

自动化菜谱创建和管理：包含菜谱增、删、改查功能，用刷新按钮刷新保存在数据库的菜谱信息并展示出来，可以对每个菜谱进行删改操作，也可以手动增加菜谱。

通讯日志查看和模块连接维护：设备操作日志查询显示功能。该功能实现对于系统操作的日志信息进行记录保存到云服务器中，每次执行操作都会记录至云数据库中。

智能语音播报：智能语音播报是指将智能化燃气灶的状态信息通过语音方式告知用户，以增强用户的使用体验和安全性。在基于蓝牙通信的智能化燃气灶控制系统中，智能语音播报可以实现以下功能：语音提醒功能：当燃气灶出现异常情况时，如煤气泄漏、火焰熄灭等，系统可以通过智能语音播报向用户发出警报，提醒用户注意安全。语音指令功能：用户可以通过语音指令的方式，对智能化燃气灶进行远程控制，如“打开灶具”“关闭灶具”“调大火力”“调小火力”等。语音交互功能：用户可以通过语音交互的方式，与系统进行对话，如询问当前燃气灶的状态、查看温度和煤气流量等监测数据。智能语音播报是基于蓝牙通信的智能化燃气灶控制系统中非常重要的功能之一，它可以提升用户的使用体验和安全性，减少燃气灶使用中的安全隐患。

二维码控制服务：基于蓝牙通信的智能化燃气灶控制系统中，二维码控制服务是指用户可以通过扫描燃气灶上的二维码，快速连接燃气灶并进行远程控制的服务。该服务可以实现以下功能：快速连接：用户通过扫描二维码，可以快速连接智能化燃气灶和手机App，实现远程控制功能。安全性保障：二维码控制服务采用加密技术，确保连接过程的安全性，避免非法用户对燃气灶的远程控制和操作。远程控制：用户可以通过手机App远程控制智能化燃气灶，如开启和关闭灶具、调整火力大小等。实时监测：用户可以实时监测燃气灶的状态，如温度、煤气流量等，及时发现异常情况并采取措施。二维码控制服务也是基于蓝牙通信的智能化燃气灶控制系统中非常实用的功能之一，它可以提高用户的使用便捷性和安全性，减少燃气灶使用中的安全隐患。

通过燃智能调试系统，在用户使用中，实时显示燃气灶的温度和火力状态、提醒用户放入食材、自动调整火力和持续时间，实现烹饪的半自动化，完成智能燃气灶的设计理念。为了能够方便开发者调试燃气灶硬件，设计了设备状态信息显示页面，用户可以方便地获取设备的实时信息。为了帮助用户进行功能上的调试，设计了日志模块，连接云端数据库，保存各个操作的日志。为实现自定义菜谱的操作，建立了菜谱数据库，在菜谱页面用户可以对数据库中的菜谱数据进行增删改查操作。因此，燃智能调试系统需要实现获取蓝牙设备信息、记录操作日志、自由存放菜谱等功能。

4 结束语

本文基于蓝牙通信，将改进后的燃气灶与手机端小程序进行连接，实现了传感器数据与控制数据的相互传递，将硬件与软件结合构造了一个智能燃气灶控制系统，满足了智能烹饪需求。