智能家居之智能厨房-设计方案

1 智能家居之智能厨房智能家居之智能厨房 设计方案设计方案 2 目录 一 背景介绍一 背景介绍 4 二 现状分析二 现状分析 5 三 用户需求三 用户需求 6 1 安全性能安全性能 6 2 便捷性能便捷性能 6 3 体验质量体验质量 7 4 绿色节能绿色节能 7 四 改进措施四 改进措施 7 五 本方案优势五 本方案优势 7 六 系统可行性六 系统可行性 8 七 系统整体架构七 系统整体架构 8 八 系统工作流程 八 系统工作流程 8 正常情况系统运行流程正常情况系统运行流程 8 特殊情况系统运行流程特殊情况系统运行流程 9 九 实现的功能九 实现的功能 9 一 污染监测 一 污染监测 9 二 安防功能 二 安防功能 10 三 余量监测 三 余量监测 10 四 健康管家 四 健康管家 11 五 智能电器 五 智能电器 11 六 总控系统 六 总控系统 11 3 十 部分功能详细介绍 十 部分功能详细介绍 11 一一 余量监测 余量监测 11 二二 健康管家 健康管家 12 三三 其他功能其他功能 12 十一 实际安装与实验箱仿真十一 实际安装与实验箱仿真 13 实际安装实际安装 13 模拟模拟 13 十二 需要做的工作十二 需要做的工作 13 十三 附录十三 附录 13 一 系统物理架构图 一 系统物理架构图 14 二 系统功能架构图 二 系统功能架构图 15 三 设计界面展示 三 设计界面展示 16 4 一 背景介绍一 背景介绍 现代社会的科技发展日新月异 随着人们生活水平的提高 对舒适方便生 活方式的需求也越来越多 各个家电厂商逐渐将发展重点放在家电信息化的智 能家电产品的研发上了 智能家电产品可以增加家电厂家在业界的竞争力 也 可以为用户提供智能化服务 满足用户对舒适性的需求 智能家居系统是传统 家电产品的发展方式 建设智能化的数字家庭的梦想即将实现 目前市场将厨房的智能化实现依托于具体的厨电产品 试图通过单个产品 在功能整合 全自动化等方面的智能特性来提升厨房的高科技水平 据统计 在过去的 10 年间 每年由燃气泄漏所引发的火灾事故呈逐年上升的趋势 在 过去的 2013 年 因延期泄漏引发的爆炸事故已达 220 余起 死伤 1000 余人 经济损失达 8 5 亿元 居民住宅和宿舍火灾占火灾总数的三分之一 而厨房又 是家庭防火的重点 2012 年 6 月 贵州某县城假日酒店厨房由于食用油不小心 倾倒在身体上由明火引燃起火 烧死两名正在炒菜的厨师 多人受伤 2013 年 1 月 位于顺义区北小营镇的一家饭店厨房因用火不慎造成严重火灾 烧毁建 筑面积 790 平方米 直接财产损失元 受灾住户达 14 家 12 月 9 日 位于 上海闹市静安寺附近的丽晶大酒家 发生由厨房煤气泄漏引发的燃爆事故 造 成 8 人死亡 近百人受伤 爆炸现场玻璃粉碎 楼房坍塌 在酒店用餐的顾客 和工作人员 有的被当场炸死 有的重伤 但这是一种个体的 不完全的半智能化改进 不足以解决现有问题 对于 未来的厨房生活 我们急需的是一种整体的 全面的 实现厨电之间的信息互 通 人工智能化的整体控制 涵盖厨房生活方方面面的一种彻底的智能化 这种需求对我们来讲是迫切的 以及重要的 厨房是一个极易产生安全隐 患的地方 包括煤气或天然气的泄露问题 炒菜火势过大引燃其他物品 油烟 吸入伤害人体等一系列问题 所以设计一种可以解决安全隐患问题的智能厨房 控制系统 在出现安全问题的瞬间捕获信号 传递给系统总控中心 经过反馈 到指定设备 采取相应的处理解决措施 可以较好的避免安全问题的发生 这 对于家中经常只留老人 小孩在家的家庭更具有意义 智能家居作为一个新兴的领域 它的市场前景被一致看好 世界上各个电 子巨头纷纷进入这一领域 抢占竞争先机 包括 IBM INTEL CISCO LG 5 索尼和松下等都相继成立了智能家居或智能家电的子公司 美国硅谷也不断的 把信息网络服务相关技术充分地与家庭智能应用相融和 并将此作为目前技术 发展的优先方向来规划和研究 各著名风投公司与各大电子企业也纷纷开始了 密切合作 以巨额的研发经费来支持智能家居及相关部分的研发和设计 如今从小体积的可以支持各种音视频格式的网络浏览器 到具有随身携带 采集用户身体各性能数据指标 以此随时随地监测病人身体变化的装置 处处 可见智能电子产品的身影 二 现状分析二 现状分析 一 一 高价位 不兼容 智能家居系统发展受阻 高价位 不兼容 智能家居系统发展受阻 智能家居系统的发展前景毋庸置疑 但是目前来看 由于智能家居系统本 身的复杂程度决定了其生产研发成本过高 产品的价格居高不下 同时由于各 个厂家的通信标准不统一等问题 使得智能家居系统的发展较为艰难 国内外 的智能家居行业准入门槛较低 各个厂家的智能家居系统并不能互相兼容 必 须购买同一个厂家的家电产品 才有可能组建一个智能家居网络 购买单一的 智能家电产品 又不能发挥其智能的特点 就限制了消费者的购买积极性 因 此 建立一个开放统一的智能家居通信协议标准 成为了智能家居系统普及的 首要条件 如此才能降低消费者的使用成本 壮大智能家居市场 才可能使得 智能家居真正进入消费者的家庭中 二 单个厨电产品智能化 整体厨房智能化有待开发 二 单个厨电产品智能化 整体厨房智能化有待开发 国内外各大厨电企业在 技术制胜 上费尽了心机 纷纷拿出看家本领 目前厨电行业大都在单个厨电产品上下功夫做文章 如研制压力智能锅 智能 冰箱等 对整体智能厨房控制系统的设计研发却大多无暇顾及 对于厨房设施 的整体智能化目前十分欠缺 一些厨电行业巨头提出的 整体厨房 概念 也 仅仅是简单的将厨房电器根据合理布局进行机械上的组合 对于厨房 使用概 念 上的创新与智能在以往的智能家居系统设计中 大都将重点放在了客厅 卧室 对于用户生活中经常接触到的 厨房的智能化却涉及极少 这直接导 致了市场上在该领域的大量的空白 即蕴含了大量的机遇与挑战 三 厨房安全隐患堪忧 缺少解决措施 三 厨房安全隐患堪忧 缺少解决措施 厨房是事故多发地 由于使用不当或者产品本身安全系数不高的原因 往 6 往是煤气泄漏 燃气泄漏 室内失火等高危事故发生的场所 例如家庭在燃气 灶上烧水做饭 一旦水漫出来浇灭火苗 极易产生燃气泄漏的问题 这将直接 导致人体中毒现象的发生 若厨房此时没有人及时发现 大量燃气泄漏后遇明 火产生爆炸 后果不堪设想 四 智能家居的控制方式 四 智能家居的控制方式 目前主流的控制方式主要有三种 集中控制 远程控制 无线控制 远程控制方式是需要一台中心控制计算机 该计算机的工作方式和集中控 制计算机类似 不过远程控制方式具有一个另外的接入方式 可以通过互联网 或者移动运营商的通信接口进行访问 通过这个接口可以使用户随时随地的对 家中的家用电器进行控制 一般情况下远程控制方式都会提供一个基于 WEB 的控制界面 或者有一个短信网关 用户通过办公室的计算机登陆控制中心的 计算机即可实现对家中电器的访问控制 也可以用过手机发送指令 对电器进 行控制 极大程度的减少空间距离的限制 遥控方式是指通过设计一个统一的家电控制遥控器来对家电进行控制 通常 情况下 每一个家用电器都有一个专用的遥控器 彼此的功能差异较大 通过 设计一个统一的遥控器 就能够方便用户的携带以及操作 设计的遥控器具有 存储功能 能够储存家电的接口协议 通过遥控器控制界面选择需要控制的家 电 产生相应的控制命令报文 并通过红外 蓝牙等无线协议发送至控制中心 即可完成对家电的控制 三 用户需求三 用户需求 1 安全性能安全性能 对于厨房的安全问题是未来家居设计中的一大难点也是亮点 通过设计控制厨 房中的水 电 火 气的安全输出 可以降低家中无人或厨房意外情况发生的 危险系数 在保障安全性能的前提下 对智能家居的进一步优化改进 才能获 得更多消费者的信赖 2 便捷性能便捷性能 单个厨电的智能一体化为年轻一代带来了触手可及的便利 但是对于中老年人 和家中的小孩来讲 复杂繁琐的控制设置操作 无疑为智能打了一个不小的折 7 扣 所以探索简洁易行 清晰明了的厨房操控模式是消费者追求的用户体验 3 体验质量体验质量 通过智能化系统 切实改进用户使用厨房的舒适度 方便用户的生活 提升生 活品味和生活质量 是智能家居的根本目的 最大化的用户体验满意度 将会 打开智能家居未来广阔的市场 进而产生大量的市场需求 从而带动整个产业 链的发展与壮大 4 绿色节能绿色节能 强调低碳环保 重视节能减排是绝大多数商家打出的广告牌 也正是用户渴求 的需求 节能减排不仅节约了用户的使用成本 同时绿色环保的家居设施也是 大众消费观的一大体现 四 改进措施四 改进措施 1 设置安防子系统 针对厨房安全隐患定向处理 设置安防子系统 针对厨房安全隐患定向处理 2 总控开关 一键断电断气 各厨电可分立控制 总控开关 一键断电断气 各厨电可分立控制 3 实时监控食材储备情况 短信提醒用户及时补充短缺食材 实时监控食材储备情况 短信提醒用户及时补充短缺食材 4 动态监测烹饪过程中的操作程序 及时提醒不恰当操作 动态监测烹饪过程中的操作程序 及时提醒不恰当操作 5 设置菜谱数据库 根据用户需求 系统自动推荐食谱及营养搭配 设置菜谱数据库 根据用户需求 系统自动推荐食谱及营养搭配 6 采用感应反馈装置 当数据超过阈值后 启动或关闭设备 避免资源浪费 采用感应反馈装置 当数据超过阈值后 启动或关闭设备 避免资源浪费 五 本方案优势五 本方案优势 1 系统的从多角度 多层面对厨房进行整体智能改善 系统的从多角度 多层面对厨房进行整体智能改善 在传统的厨房的基础上 加入物联网应用技术 将厨具 厨电进行联网控制 可实现远程操控 2 创新性的提出食材监测 真正实现动态跟踪特性 创新性的提出食材监测 真正实现动态跟踪特性 可及时补充食材避免烹饪 过程中产生食材短缺的尴尬情况 3 启用数据库技术 导入大量家常菜食谱 启用数据库技术 导入大量家常菜食谱 可根据厨房中已有食材 进行智能 挑选 推荐可选食谱 实现半智能化厨房 解决厨房新手烹饪困难的问题 同 时帮助用户扩大选择空间 4 开启饮食记录 对节食减肥和注重健康饮食的人群提供方便 开启饮食记录 对节食减肥和注重健康饮食的人群提供方便 系统将每日进 食能量谱进行分析整理 给出相应的解决方案及饮食建议 8 5 提出了一种新的思路与方法 提出了一种新的思路与方法 打破了传统的厨房智能化模式 拓展了思维空 间 六 系统可行性六 系统可行性 1 安防系统与检测系统在智能家居的其他方向上已经进行大规模应用 形成了 比较成熟完善的设计思路与方案 2 对于单个厨房电器的控制转移到对单个插座口的控制上来 将复杂的问题简 单化 直接控制插座口电路的通断 进而控制厨房电器的使用 而智能插座在 市面上已有销售 实践证明该技术可行且价格低廉 3 对于食材的监控直接信息来源是食材底座的压力传感器 该传感器灵敏度高 可精确测量食材数量的变化 满足系统要求 4 数据库需要大量的菜谱库构建完成 对于现有的条件存在一定困难 但是可 小规模导入几个菜谱模拟实现 后期可继续扩大数据库内容 七 系统整体架构七 系统整体架构 以 zigbee 无线传感模块上的传感器检测相应的数据 烟雾传感器 声音传 感器 火焰传感器 压力传感器 温度传感器 将接收到的数据汇集之后交由 cortex A8 网关 网关上运行安卓操作系统 设计相应的安卓软件 显示实时 数据 比如温度 烟雾浓度等 用一条双绞线连接网关与电脑 建立 webservice 之后由另外一台装有安卓操作系统的手机来进行必要的控制 将 必要的数据发送到手机 实现智能厨房的功能 整个厨房内部完全覆盖 zigbee 无线传输网络 数据在各个智能终端中相互传输 由于终端数量较少并且运行 环境并不恶劣 尤其是民用设施 对时间精度的要求不是很高 因此采用平面 路由协议 搭建简单 维护方便 八 系统工作流程 八 系统工作流程 正常情况系统运行流程正常情况系统运行流程 早上五点早上五点定时开启 检测锅中是否有事先准备好的米和水以及是否设定为 9 开启 检测之后开始工作 将开启信号发送给高压锅 高压锅开始工作 烤面 包机将工作时间反馈给系统 系统得知其工作时间后 选择适当时间控制其开 启 保证六点能将面包考好 检测当前的温度湿度以及环境污染状况 进行记 录 检测智能垃圾桶是否已满 检测米 蛋等食材余量是否足够 将信号一一 记录 早上六点早上六点 主人起床 开始准备其他早餐 进入厨房的那一刻 开始语音 播放 告知主人今天的天气 温湿度以及环境污染状况 如果垃圾桶已满 则 告知主人应该倒垃圾了 如果余量不足 则告知应该采购食材了 这时主人可 以选择定时发送短信提醒 也可选择忽略消息 结合当天天气或者季节 开始 推荐今天的食谱 上午上午 系统大部分功能停止 只留安防功能 进行安全监测 每十分钟检测 一次 节约能量 中午中午主人回家 如果事先提醒的余量不足的食材没有得到补充则再次提醒 绘制图表 将所有信息展示 所有功能模块开启 均可通过网关进行控制 油 烟机等设备自动开启或关闭 火焰及温度检测实时监测火焰大小 将温度信号 传送给网关 通过监测食材重量的变化得知正在制作什么菜 与火焰温度信号 相结合 得出营养指南以及最佳制作方法 适当控制火焰的大小 当然可以取 消此功能 以避免系统误解主人的意图 特殊情况系统运行流程特殊情况系统运行流程 若发生燃气泄漏导致的火灾 燃气泄漏导致的火灾 系统总控系统启动紧急应对措施 发出警报 声 控制燃气闸门关闭 在总控台关闭全部厨电 同时控制天花板上的灭火装 置启动喷水功能 当火势消失险情解除以后 厨房的窗户自动开启通风换气 在用户手动解除警报之前 系统已被锁定 无法自行启动 特殊情况的发生 可以提前设定情景模式 在警报发出的同时 向用户绑 定的手机发送火灾情报短信 通知用户尽快回家处理 九 实现的功能九 实现的功能 一 污染监测 监测油烟浓度监测油烟浓度 10 平时关闭数据传输 做饭时段才打开烟雾传感器 实时采集烟雾浓度数据 采集时间间隔为 3s 采集到数据之后发送给接收端 在图表上显示出来 事先注册烟雾消息信号 设定阈值 达到上线之后将油烟机开启的消息信 号发送给油烟机 控制其开启与关闭 若油烟机事先未安装相关控制器 则交由智能插座控制 通过控制电的导通与关闭来控制油烟机 同时 油烟机的工作状态通过无线网络发送到网关 与原控制信号对比 之后做适当的调整 烟雾传感器 智能垃圾桶智能垃圾桶 电子感应自动翻盖 顶端设有红外感知器 只要有物体接近感应区 垃圾 桶盖正上方 范围 桶盖自动打开 离开感应器数秒后 桶盖自动闭合 二 安防功能 炒菜时烟雾过大开启抽油烟机炒菜时烟雾过大开启抽油烟机 系统分析污染检测中接收到的烟雾浓度 当数值高于设定阈值并保持一段 时间后 油烟机接收主控台传来的信号自动开启 烟雾传感器 燃气灶火苗过大自动调控燃气灶火苗过大自动调控 通过火焰传感器上传火势信号 当信号大于设定值后 反馈调节下传信号 到燃气灶减小进气量 同时与油烟机联合控制 当油烟机开启后 首先自 动减小进气量 等系统稳定逐渐恢复 火焰传感器 天然气烧水自动断火断气 天然气烧水自动断火断气 燃气灶烧水壶配有水开哨响的装置 当哨响是声音传感器接收到信号 通 过系统控制将关闭燃气灶命令传回燃气灶 实现全自动控制 告别人工控 制 声音传感器 将安防功能整合到一起 对这一部分加入异常保护措施 避免因意外条 件导致系统不能工作而失去相应的安防功能 该部分可以强制关闭电源 赋予其整个系统中的最高权限 三 余量监测余量监测 蛋 米 谷物 调料 运用压力定性监测 短信提醒房主购买 压力传 感器 调料 酱油醋 运用压力传感器监测做菜时调料的放入 将此信号作为 11 次一级中断 不需要实时监测 必要时可以检测到变化即可 压力 传感器 四 健康管家 四 健康管家 食材搭配 操作系统选择已有食材 系统推荐合适菜谱 饮食记录 今日已用食物 种类 数量 单位卡路里 及卡路里计算 推荐补充其他食物以平衡营养需求 养生提醒 五 智能电器 智能插座智能插座 开关实现 定时通电启动电器 熬粥煮饭 作为最基础的智能设备 为其 他不具有智能控制的设备提供自动控制 可以减少设备改造的成本 增强 整个系统的可推广性和实用性 智能水龙头智能水龙头 通过红外线自动感知手靠近 水龙头自动打开 手离开以后迅速断水 六 总控系统 一键开关 控制厨房各个部分 实现的功能包括污染监测 安防功能 余量监测 健康管家 智能电器和 总控开关 其中健康管家和余量监测是我们智能厨房最大的亮点 也是我们的 主要设计所在 智能插座可以作为最基础的智能设备 为其他不具有智能控制的设备提 供自动控制 可以减少设备改造的成本 增强整个系统的可推广性和实用性 十 部分功能详细介绍 十 部分功能详细介绍 一一 余量监测 余量监测 使用压力传感器监测各种调味品 米 肉 蛋的重量 将各种食材的重量 变化绘制成趋势图 设定提醒值 当某种食材的余量低于设定值时 便发出提 醒消息 并向安卓手机发送短信 提醒补充 分析各类食材的食用状况 将数 据进行汇总 定期进行分析 得出近期的饮食状况 12 在监测时 采用的最主要的传感器是压力传感器 将各种食材分门别类地放 在由不同的压力传感器构成的托盘上 在平时 CC2530 进入低功耗状态 只有 压力发生变化时才进入工作状态 将压力的变化值发送到汇聚点之后由网关进 行处理 同时记录发送的时间 这样便可以将数据进行完整的记录 这样记录 的功能有很多 比如说在做饭炒菜的时候可能会忘记自己有没有放盐 这个时 候查看一下记录及其对应的时间便可得知有没有放盐 十分方便 至于其他一 些米 肉 蛋等食材 设置一个提醒值 当其重量低于设定值时发送短信 一 段时间内得不到补充便会不停地提醒 直到得到补充 采用超高精度的压力传感器 记录微小的变化 比如一次放太多盐的话就 提醒这样对身体不好 二二 健康管家 健康管家 第一 食材搭配食材搭配 根据已有的食材 推荐合适的菜谱 多种选择模式 计 算时考虑各种食材的保质期和营养价值 保证在不浪费食材的基础上进行合理 的营养搭配 此功能与冰箱进行联合 可以随时采集冰箱中的食材数据与冰箱进行联合 可以随时采集冰箱中的食材数据 第二 饮食记录饮食记录 今日已用食物 种类 数量 单位卡路里 及卡路里计 算 推荐补充其他食物以平衡营养需求 第三 时令推荐 时令推荐 将各类食材的营养价值 最佳食用方式 各种食用方式 会对什么样的营养元素造成破坏 详细介绍 提醒当季的蔬菜有哪些 什么时 候适合吃什么样的蔬菜 做到贴近自然 三三 其他功能其他功能 其他一些功能 比如烟雾传感器 温湿度传感器 火焰传感器将接收到的 数据发送给汇聚点 将数据进行汇总处理 利用适当的算法 合理利用这些数 据 重点提高它们的稳健性和实用性 比如烟雾传感器感知到高浓度烟雾后打 开油烟机 但是不能浓度