本发明属于厨房环境安全技术领域，具体涉及一种基于物联网的厨房环境安全监控系统及其监控方法。
背景技术：
PM2.5是危害人体健康的杀手，厨房由于环境特殊，烹饪时产生的油烟中会含有大量的PM2.5(即粒径小于或等于2.5微米的可吸入颗粒物)。
燃气泄漏是指由意外导致燃气从管道中泄漏在空气中。目前，燃气热水器、厨房灶具均需要用到燃气，在使用过程中很容易遇到燃气泄漏现象，如明火被熄灭、管道老化、或者厨房灶具故障导致的燃气泄漏，一旦发生燃气泄漏现象，在空间封闭的环境里面的用户会发生中毒现象，或者引发爆炸，使得生命财产受到威胁。
随着物联网技术的发展，目前市场上已经出现了一些能够监测燃气泄漏的监测器，以及能够检测PM2.5的监测器，但是缺少一种能够同时监测可燃气体浓度、PM2.5浓度以及具有报警和相应处理机制的综合性厨房环境安全监测系统。
此外，目前市场上也出现了一些能够检测泄漏并自动关闭的厨房灶具，但是其是关闭的灶具自身开关，而泄漏点很可能是在燃气管道和厨房灶具之间的连接软管上(燃气管道和厨房灶具通过软管连接，在软管与燃气管道的连接处、软管与厨房灶具的连接处最容易发生泄漏)，因此，对于这种情况，即便关闭灶具的自身开关，也不能起到阻止燃气泄漏的目的。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于物联网的厨房环境安全监控系统及其监控方法。该系统能够监测厨房环境的可燃气体浓度和PM2.5浓度，一但超标会发出报警信号，并控制窗户打开和燃气阀门关闭，从而有效避免生命财产损失。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种基于物联网的厨房环境安全监控系统，包括主控制器、可燃气体浓度传感器、PM2.5浓度传感器、燃气阀门关闭装置、显示屏、电动开窗器、蜂鸣器、GPRS通讯模块和电机驱动电路，
所述可燃气体浓度传感器和PM2.5浓度传感器分别连接主控制器，可燃气体浓度传感器用于检测厨房内可燃气体的浓度，PM2.5浓度传感器用于检测厨房内的油烟浓度；所述主控制器通过电机驱动电路连接所述电动开窗器；所述主控制器连接GPRS通讯模块，通过GPRS通讯模块进行远程信号传输；所述显示屏连接主控制器，用于显示PM2.5浓度值、可燃气体浓度值；所述蜂鸣器连接主控制器，用于发出蜂鸣报警；
所述燃气阀门关闭装置，包括固定在燃气管道上的驱动组件、以及固定在燃气阀门的扳手上的扳手固定组件；
所述驱动组件包括第一夹块和第二夹块，第一夹块和第二夹块上设置有与燃气管道相配合的内凹圆弧，第一夹块和第二夹块上设置有位置对应的螺栓孔，通过螺栓和螺母将第一夹块和第二夹块固定在燃气管道上；在第一夹块上固定设置有电机，电机的输出轴上固定设置一绕线轮，绕线轮上设置有线缆；在第一夹块上还设置有限位开关，当燃气阀门的扳手闭合到位后能够与该限位开关接触；在第一夹块下端还连接有驱动控制器，所述驱动控制器包括微控制器、电机驱动模块、电压转换模块和交直流转换模块，微控制器通过电机驱动模块连接所述电机；微控制器与限位开关连接，以接收限位开关的开关信号，判断是否燃气阀门的扳手闭合到位；交直流转换模块的交流输入端连接市电供电插头，交直流转换模块的直流输出端连接电压转换模块，电压转换模块连接微控制器和电机驱动模块为其供电；
所述扳手固定组件包括第一夹板和第二夹板，第一夹板和第二夹板上设置有位置对应的螺栓孔，通过螺栓和螺母将第一夹板和第二夹板固定在燃气阀门的扳手上；在第一夹板上设置有一穿线螺栓，该穿线螺栓上设有穿线通孔；将驱动组件的绕线轮上的线缆拉出后穿入扳手固定组件的穿线螺栓的穿线通孔中，拧紧穿线螺栓，实现线缆与穿线螺栓的固定；
所述燃气阀门关闭装置的微控制器与所述主控制器连接，通过主控制器向微控制器发送信号，来控制燃气阀门关闭装置的电机动作。
在上述技术方案中，燃气阀门关闭装置的电机通过螺栓固定安装在第一夹块上。
在上述技术方案中，绕线轮内壁设置有键槽，在电机的输出轴上设置有键，通过键槽和键的配合，实现绕线轮固定安装在电机的输出轴上。
在上述技术方案中，所述线缆优选为钢丝绳。
在上述技术方案中，所述主控制器采用STM32F103。
在上述技术方案中，所述电动开窗器为链条式电动开窗器。
在上述技术方案中，所述电动开窗器为推杆式电动开窗器。
在上述技术方案中，主控制器通过GPRS通讯网络连接移动终端。进一步的，移动终端为手机。
所述基于物联网的厨房环境安全监控系统的监控方法如下：
通过可燃气体浓度传感器和PM2.5浓度传感器分别检测厨房内可燃气体的浓度以及油烟浓度，并将检测信号传送至主控制器，主控制器处理后，将可燃气体的浓度值以及油烟浓度值信号发送至显示屏，以显示可燃气体的浓度值以及油烟浓度值；当主控制器判断所检测的可燃气体的浓度大于设定的安全阈值时，以及PM2.5浓度大于设定的安全阈值时，则主控制器向蜂鸣器发送信号，使蜂鸣器发出蜂鸣报警；同时主控制器还会向显示屏发送相关信号，使显示屏显示报警信息；
当主控制器判断所检测的可燃气体的浓度大于设定的安全阈值时，主控制器会向燃气阀门关闭装置的微控制器发送关闭阀门信号，微控制器收到该信号后驱动电机动作，电机带动绕线轮同步转动，绕线轮通过线缆将燃气阀门的扳手拉向绕线轮，当燃气阀门的扳手闭合到位后，正好触发限位开关，微控制器接收到该限位开关发送的限位信号后，控制电机停止；
当主控制器判断所检测的可燃气体的浓度大于设定的安全阈值时，主控制器控制电动开窗器启动，打开窗户；
主控制器可以通过GPRS通讯网络连接移动终端(手机)，当主控制器判断所检测的可燃气体的浓度大于设定的安全阈值时，主控制器会向移动终端(手机)发送报警信息，提醒使用者有燃气泄漏。移动终端(手机)也能够向主控制器发送关闭燃气阀门的控制指令以及控制电动开窗器启动、关闭的控制指令。
本发明的优点和有益效果为：
本系统将可燃气体浓度监测功能和PM2.5浓度监测功能融为一体，能够同时监测厨房环境的可燃气体浓度和PM2.5浓度，并通过显示屏实时显示可燃气体浓度值和PM2.5浓度值，使人能够实时看到厨房的环境质量，方便厨房人员作出相应反应(如开窗或者抽油烟机)。并且本系统能够自行判断可燃气体浓度以及PM2.5浓度是否超标，一但超标会发出报警信号，并控制窗户打开以及自动将燃气阀门关闭，从而有效避免生命财产损失。
本发明中的燃气阀门关闭装置，其结构简单，设计合理，成本低，与现有的自动关闭方案相比，能够直接关闭燃气管道上的阀门，而不是关闭厨房灶具，从而更加能够保证燃气关闭的有效性。
本发明还具有远程监控功能，主控制器可以通过GPRS通讯网络连接移动终端(手机)，当主控制器判断所检测的可燃气体的浓度大于设定的安全阈值时，主控制器会向移动终端(手机)发送报警信息，提醒使用者有燃气泄漏。移动终端(手机)也能够向主控制器发送关闭燃气阀门的控制指令以及控制电动开窗器启动、关闭的控制指令。
附图说明
图1是本发明的整个系统的电控结构示意图。
图2是燃气阀门关闭装置的机械结构示意图。
图3是燃气阀门关闭装置的驱动组件的A向剖面示意图。
图4是燃气阀门关闭装置中的扳手固定组件的侧视图。
图5是扳手固定组件中的穿线螺栓的结构示意图。
图6是燃气阀门关闭装置使燃气阀门扳手闭合后的结构示意图。
对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据以上附图获得其他的相关附图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。
参见附图1，一种基于物联网的厨房环境安全监控系统，包括主控制器、可燃气体浓度传感器、PM2.5浓度传感器、燃气阀门关闭装置、显示屏、电动开窗器、蜂鸣器、GPRS通讯模块、电机驱动电路、电压转换模块和交直流转换模块。
所述可燃气体浓度传感器和PM2.5浓度传感器分别连接主控制器，可燃气体浓度传感器用于检测厨房内可燃气体的浓度，PM2.5浓度传感器用于检测厨房内的油烟浓度；所述主控制器通过电机驱动电路连接所述电动开窗器；所述主控制器连接GPRS通讯模块，通过GPRS通讯模块进行远程信号传输；所述显示屏连接主控制器，用于显示PM2.5浓度值、可燃气体浓度值；所述蜂鸣器连接主控制器，用于发出蜂鸣报警；交直流转换模块的交流输入端连接市电供电线，交直流转换模块的直流输出端连接电压转换模块，电压转换模块连接主控制器、电机驱动电路和GPRS通讯模块，通过电压转换模块转换为合适的电压为各模块供电。
参见附图2-6，所述燃气阀门关闭装置，包括固定在燃气管道a上的驱动组件1、以及固定在燃气阀门的扳手b上的扳手固定组件2。
所述驱动组件1包括第一夹块1-1和第二夹块1-2，第一夹块和第二夹块上设置有与燃气管道相配合的内凹圆弧，第一夹块和第二夹块上设置有位置对应的螺栓孔，使用时，通过螺栓和螺母将第一夹块和第二夹块固定在燃气管道a上(燃气管道被加持在第一夹块和第二夹块之间)；在第一夹块1-1上固定设置有电机1-3(该电机通过螺栓固定安装在第一夹块上)，电机的输出轴上固定设置一绕线轮1-4(绕线轮内壁设置有键槽，在电机的输出轴上设置有键，通过键槽和键的配合，实现绕线轮固定安装在电机的输出轴上)，绕线轮1-4上设置有线缆3；在第一夹块1-1上还设置有限位开关1-5，当燃气阀门的扳手闭合到位后能够与该限位开关接触；在第一夹块1-1下端还连接有驱动控制器1-6，所述驱动控制器1-6包括微控制器、电机驱动模块、电压转换模块和交直流转换模块，微控制器通过电机驱动模块连接所述电机1-3；微控制器与限位开关1-5连接，以接收限位开关的开关信号，判断是否燃气阀门的扳手闭合到位；交直流转换模块的交流输入端连接市电供电插头，交直流转换模块的直流输出端连接电压转换模块，电压转换模块连接微控制器和电机驱动模块，通过电压转换模块转换为合适的电压为各模块供电。
所述扳手固定组件2包括第一夹板2-1和第二夹板2-2，第一夹板和第二夹板上设置有位置对应的螺栓孔，使用时，通过螺栓和螺母将第一夹板和第二夹板固定在燃气阀门的扳手b上(燃气阀门的扳手被加持在第一夹板和第二夹板之间)；在第一夹板上设置有一穿线螺栓2-3，该穿线螺栓上设有穿线通孔2-31；安装时，首先将驱动组件1和扳手固定组件2分别固定安装在燃气管道a和燃气阀门的扳手b上(安装时，燃气阀门的扳手b处于打开状态)，然后将驱动组件的绕线轮上的线缆4拉出后穿入扳手固定组件的穿线螺栓的穿线通孔2-31中，然后拧紧穿线螺栓，即可实现线缆4与穿线螺栓2-3的固定，从而实现绕线轮1-4与扳手固定组件2之间的线缆连接；所述线缆3优选为钢丝绳。
所述燃气阀门关闭装置的微控制器与所述主控制器连接，通过主控制器向微控制器发送信号，来控制燃气阀门关闭装置的电机动作。
本系统的运行原理如下：
通过可燃气体浓度传感器和PM2.5浓度传感器分别检测厨房内可燃气体的浓度以及油烟浓度，并将检测信号传送至主控制器，主控制器处理后，将可燃气体的浓度值以及油烟浓度值信号发送至显示屏，以显示可燃气体的浓度值以及油烟浓度值；当主控制器判断所检测的可燃气体的浓度大于设定的安全阈值时，以及PM2.5浓度大于设定的安全阈值时，则主控制器向蜂鸣器发送信号，使蜂鸣器发出蜂鸣报警；同时主控制器还会向显示屏发送相关信号，使显示屏显示报警信息。
此外，当主控制器判断所检测的可燃气体的浓度大于设定的安全阈值时，主控制器还会向燃气阀门关闭装置的微控制器发送关闭阀门信号，微控制器收到该信号后驱动电机1-3动作，电机1-3带动绕线轮1-4同步转动，绕线轮1-4通过线缆将燃气阀门的扳手b拉向绕线轮，当燃气阀门的扳手b闭合到位后，正好触发限位开关1-5(参见图6)，微控制器接收到该限位开关1-5发送的限位信号后，控制电机停止。
此外，当主控制器判断所检测的可燃气体的浓度大于设定的安全阈值时，主控制器控制电动开窗器启动，打开窗户，以防发生中毒或者爆炸危险。
主控制器可以通过GPRS通讯网络连接移动终端(手机)，当主控制器判断所检测的可燃气体的浓度大于设定的安全阈值时，主控制器会向移动终端(手机)发送报警信息，提醒使用者有燃气泄漏。移动终端(手机)也能够向主控制器发送关闭燃气阀门的控制指令以及控制电动开窗器启动、关闭的控制指令。
进一步的，所述主控制器采用STM32F103，该芯片是意法半导体(ST)公司出品，其内核是Cortex-M3。该系列芯片按片内Flash的大小可分为三大类：小容量(16K和32K)、中容量(64K和128K)、大容量(256K、384K和512K)。芯片集成定时器，CAN，ADC，SPI，I2C，USB，UART，等多种功能。
进一步的，所述电动开窗器为链条式电动开窗器或者推杆式电动开窗器。
以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。