一种主动型厨房安全监测系统的制作方法

本发明涉及安全监测技术领域，具体涉及一种主动型厨房安全监测系统。

背景技术：

现有的厨房安全监测系统主要是由燃气传感器、co传感器、烟雾传感器、火焰传感器、可燃气体传感器等被动型传感器、机械式手臂控制球阀，以及一个app构成。通过传感器采集监控区域的状态，当对应传感器检测到浓度超标了，则向系统的阀控设备发出关阀指令，同时向app发送报警信息等。

现有技术均通过类似于燃气传感器、可燃气体探测、火焰传感器等被动型传感器作为是否出现安全事故的判断依据。这类传感器在事故发生初期，往往由于燃气泄漏浓度没达到传感器设置的报警门限、火焰大小没有覆盖到火焰传感器的探测范围及未达到门限，烟雾浓度没达到烟雾报警门限等情况，导致事故初期它们均不能产生动作，而只有事故所产生的燃气浓度、火焰大小、烟雾浓度等超过这些传感器的报警值，才会触发传感器报警，通知系统做出相应动作。这样，往往都是已经发生了不小的事故，此时关闭阀门或者通知用户，某方面来说已经于事无补，事后诸葛的感觉。没有真正意义上解决降低厨房安全事故的有效目的。

此外，由于燃气传感器等可燃气体传感器的有效使用寿命非常短，一般为3年，若使用环境恶劣，其使用寿命会更短，超过使用时间需要重新对燃气传感器进行检定才能继续使用，否则传感器失效的概率大大提高。然而，当前绝大部分的安装有燃气传感器、燃气报警器的用户所安装的燃气报警器使用三年后，没有重新进行检定，也就是说，大部分家庭的燃气报警器都处于失效状态的概率极大，使真正发生事故的时候不能报警。即便将这类传感器强制收回进行检定在安装，其人力投入和时间投入成本都巨大。

技术实现要素：

本发明的目的在于：为解决现有的厨房安全监测系统均是在安全事故发生后才采取进一步的动作，无法避免厨房安全隐患的问题，提供了一种主动型厨房安全监测系统。

本发明采用的技术方案如下：

一种主动型厨房安全监测系统，包括为系统各个组成部分提供电能的电源管理模块和用于警示的报警模块，还包括通过私网通信模块进行数据传输的火灾预防报警装置和安全阀装置，所述火灾预防报警装置包括红外阵列传感器、厨房状态参数采集模块和数据处理模块，所述安全阀装置包括燃气参数采集模块和阀门控制模块，其中：

红外阵列传感器，用于实时监测厨房灶具上若干个位置点的温度数据；

厨房状态参数采集模块，用于检测厨房环境中的环境参数和人体参数；环境参数包括但不限于co浓度、室内温度。

数据处理模块，用于接收采集到的温度数据、燃气参数和环境参数，并对其进行综合分析及计算，根据计算结果判断是否需要报警、根据分析结果判断是否需要关闭安全阀装置；若需要报警，则将报警信号发送至报警模块；若需要关闭安全阀装置，则将关闭阀门信号发送至阀门控制模块；

燃气参数采集模块，用于检测燃气在安全阀装置内流动的参数；

阀门控制模块，用于根据燃气参数采集模块检测到的燃气参数控制安全阀装置的开启和关闭，并将接收到的燃气参数发送至数据处理模块，同时接收来自于数据处理模块的指令，根据指令控制安全阀装置的开启和关闭。

进一步地，还包括用户终端和公网通信模块，用户终端通过公网通信模块与火灾预防报警装置连接。

进一步地，还包括数据管理系统，所述数据处理模块、所述用户终端和数据管理系统之间均通过公网通信模块连接。

进一步地，所述安全阀装置包括安全阀本体、进气通道和设置在进气通道上的电机阀，所述燃气参数采集模块包括用于计算燃气瞬时流量的超声波模块和用于检测超声波通道压力的压力检测传感器，所述阀门控制模块用于根据燃气瞬时流量或压力值判断是否打开或关闭电机阀，还包括：

与进气通道连通的超声波通道；

设置在超声波通道上的超声波换能器a和超声波换能器b；

超声波模块，用于根据超声波换能器a和超声波换能器b检测到的数据计算燃气瞬时流量；

设置在进气通道上的压力检测传感器，用于将检测到超声波通道压力数据并传输给阀门控制模块。

进一步地，所述安全阀本体上开设有用于燃气进出的进气口、出气口，安全阀本体内设有相互连通的进气通道和超声波通道，超声波通道连通出气口；

所述超声波换能器a和超声波换能器b均设置在安全阀本体上；

进气通道在远离进气口一端开设有连通孔；

超声波通道远离连通孔的一端与出气口连通；

安全阀本体上还设置有供电电池；

超声波换能器a、超声波换能器b均连接超声波模块；

阀门控制模块与供电电池连接。

进一步地，还包括设置于所述安全阀本体外侧并与所述阀门控制模块连接的按键a，按键a用于控制电机阀的开启和关闭。

进一步地，还包括设置于所述安全阀本体外侧并与所述阀门控制模块连接的语音播放模块，语音播放模块用于告知用户异常检测信息和当前系统状态。

进一步地，还包括设置于所述安全阀本体外侧并与所述阀门控制模块连接的按键b，按键b用于查询系统状态，并通过语音播放模块播放当前系统状态信息。

进一步地，所述数据处理模块内设有用于在烹饪过程中，计算用户离开厨房时间的定时单元，所述定时单元集成于数据处理模块内部。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、本发明中，通过火灾预防报警装置上的红外阵列传感器获取厨房灶具上多个位置点的温度，通过co传感器获取厨房环境的co浓度，再通过超声波换能器a、超声波换能器b和压力探测传感器获取超声波通道的瞬时流量和压力，通过数据处理模块对接收到的多种数据进行综合判断，可在灶台上的烹饪厨具被烧干而导致火灾事故之前，及时通知用户当前厨房的使用情况，并在发生火灾事故之前就关闭阀门、切断燃气。通过使用红外阵列传感器对温度进行监测、基于超声波换能器a、超声波换能器b对超声波通道瞬时流量进行监测，无需后期对其进行维护，使用寿命长。本系统主动避免火灾及燃气泄漏等安全事故的产生，减少了厨房火灾隐患。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的安全阀装置的第一角度结构示意图；

图3为本发明的安全阀装置的第二角度结构示意图；

图4为本发明的安全阀装置的第三角度结构示意图；

图5为本发明的安全阀装置的第四角度结构示意图；

图6为本发明的安全阀装置的第五角度结构示意图。

图中标记：1-安全阀本体、2-进气口、3-出气口、4-进气通道、5-超声波通道、6-电机阀、7-压力检测传感器、8-连通孔、9-超声波换能器a、10-超声波换能器b、11-供电电池、12-阀门控制模块、13-超声波模块、141-出线口一、142-出线口二。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个......”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

一种主动型厨房安全监测系统，包括为系统各个组成部分提供电能的电源管理模块和用于警示的报警模块，还包括通过私网通信模块进行数据传输的火灾预防报警装置和安全阀装置。火灾预防报警装置包括红外阵列传感器、厨房状态参数采集模块、私网通信模块、公网通信模块和数据处理模块，安全阀装置包括燃气参数采集模块、阀门控制模块、私网通信模块。私网通信模块的选择包括但不限于lora模块、zigbee模块。公网通信模块的选择包括但不限于gprs模块、wifi模块，如：esp8266-12s、m6310。报警模块包括语音提示单元、蜂鸣器和led指示单元。其中：

红外阵列传感器，用于实时监测厨房灶具上若干个位置点的温度，并将每次监测到的所有温度数据发送至数据处理模块。红外阵列传感器的选择包括但不限于mlx90621、mlx90640。

厨房状态参数采集模块，用于检测厨房环境中的环境参数和人体参数，并将检测到的环境参数和人体参数发送至数据处理模块。环境参数包括但不限于co浓度、室内温度。

数据处理模块，用于接收采集到的温度数据、燃气参数和环境参数，并对其进行综合分析及计算，根据计算结果判断是否需要报警、根据分析结果判断是否需要关闭安全阀装置。若需要报警，则将报警信号发送至报警模块；若需要关闭安全阀装置，则将关闭阀门信号发送至阀门控制模块。

燃气参数采集模块，用于检测燃气在安全阀装置内流动的参数，燃气参数包括超声波通道压力和燃气流经超声波通道的燃气瞬时流量。

阀门控制模块，用于根据燃气参数采集模块检测到的燃气参数控制安全阀装置的开启和关闭，并将接收到的燃气参数发送至数据处理模块，同时接收来自于数据处理模块的指令，根据指令控制安全阀装置的开启和关闭。阀门控制模块中设有超声波通道中燃气瞬时流量、超声波通道压力的上下两个阈值，分别记作fmin、fmax、pmin和pmax。当检测到的燃气瞬时流量数据小于fmin或大于fmax时，则阀门控制模块立即关闭电机阀，即在燃气泄漏初期或燃气管道脱落初期，还未造成大面积的燃气泄漏前，及时阻止燃气的持续泄漏，完全避免燃气泄漏导致的燃气爆炸、爆燃等安全事故。当检测到的超声波通道压力数据小于pmin或大于pmax时，阀门控制模块也关闭电机阀。

进一步地，还包括用户终端、数据管理系统和公网通信模块，数据处理模块、用户终端和数据管理系统之间均通过公网通信模块连接。数据处理模块将接收到的各种数据通过公网通信模块上传至数据管理系统，用户终端可从数据管理系统和火灾预防报警装置处获取采集到的数据。其中，公网通信模块的选择包括但不限于gprs模块、wifi模块，如：esp8266-12s、m6310。当燃气瞬时流量数据小于fmin或大于fmax时，及时通知用户检测燃气管道存在微小流量泄漏或燃气管道脱落的情况。当检测到的超声波通道压力数据小于pmin或大于pmax时，及时告知客户此时燃气管道欠压或超压的情况，此情况下，若继续用户，将导致安全事故，待管道压力恢复正常后，方可打开阀门继续使用。

进一步地，安全阀装置包括安全阀本体、进气通道和设置在进气通道上的电机阀，燃气参数采集模块包括用于计算燃气瞬时流量的超声波模块和用于检测超声波通道压力的压力检测传感器，阀门控制模块用于根据燃气瞬时流量或压力值判断是否打开或关闭电机阀，压力检测传感器采用压力传感器或其它具有压力采集功能的压力传感器芯片。电机阀内部包含有阀门驱动电路，阀门驱动电路可选择spx3010型号或者其它集成芯片或分立器件电路。安全阀装置还包括：

与进气通道连通的超声波通道；

设置在超声波通道上的超声波换能器a和超声波换能器b；

超声波模块，用于根据超声波换能器a和超声波换能器b检测到的数据计算燃气瞬时流量；

设置在进气通道上的压力检测传感器，用于将检测到超声波通道压力数据并传输给阀门控制模块。

安全阀本体上开设有用于燃气进出的进气口、出气口，安全阀本体内设有相互连通的进气通道和超声波通道，超声波通道连通出气口；

超声波换能器a和超声波换能器b均设置在安全阀本体上；

进气通道在远离进气口一端开设有连通孔；

超声波通道远离连通孔的一端与出气口连通；

安全阀本体上还设置有供电电池；

超声波换能器a、超声波换能器b均连接超声波模块；

阀门控制模块与供电电池连接。

进一步地，还包括设置于安全阀本体外侧并与阀门控制模块连接的按键a，按键a用于控制电机阀的开启和关闭。

进一步地，还包括设置于安全阀本体外侧并与阀门控制模块连接的语音播放模块，语音播放模块用于告知用户异常检测信息和当前系统状态。

进一步地，还包括设置于安全阀本体外侧并与阀门控制模块连接的按键b，按键b用于查询系统状态，并通过语音播放模块播放当前系统状态信息。

进一步地，数据处理模块内设有用于在烹饪过程中，计算用户离开厨房时间的定时单元，定时单元集成于数据处理模块内部。

以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

实施例1

本发明较佳实施例提供的一种主动型厨房安全监测系统，如图1所示，包括为系统各个组成部分提供电能的电源管理模块和用于警示的报警模块，还包括通过私网通信模块进行数据传输的火灾预防报警装置和安全阀装置。火灾预防报警装置包括红外阵列传感器、厨房状态参数采集模块、私网通信模块、数据处理模块，安全阀装置包括燃气参数采集模块、阀门控制模块12、私网通信模块。火灾预防报警装置安装于厨房内的吊顶上，并使灶具刚好位于红外阵列传感器的视场范围的中间位置。安全阀装置的输入口连接燃气表后端球阀，输入口连接燃气灶的波纹管或软管。

其中，红外阵列传感器实时监测厨房灶具上若干个位置点的温度，并将每次监测到的所有温度数据发送至数据处理模块。厨房状态参数采集模块检测厨房内co浓度、温度和人体信号，并将检测到的环境参数和人体参数发送至数据处理模块。数据处理模块接收采集到的各种数据并对其进行综合分析及计算，根据计算结果判断是否需要报警，根据分析结果判断是否需要关闭安全阀装置。若需要报警，则将报警信号发送至报警模块；若需要关闭安全阀装置，则将关闭阀门信号发送至阀门控制模块12。阀门控制模块12中设有超声波通道5中燃气瞬时流量、超声波通道5压力的上下两个阈值，分别为0.016m³/h、4m³/h、800pa和10kpa。

如图2至图6所示，安全阀装置包括安全阀本体1，安全阀本体1上开设有进气口2和出气口3，安全阀本体1上还设置有进气通道4和超声波通道5，进气通道4上设置有电机阀6和压力检测传感器7，且压力检测传感器7能感受压力信号的一侧朝向安全阀本体1内侧，压力检测传感器7的导线朝向安全阀本体1外侧，进气通道4在远离进气口2一端开设有连通孔8并与超声波通道5连通。安全阀本体1上位于超声波通道5的两端分别设有超声波换能器a9和超声波换能器b10，超声波通道5远离连通孔8一端与出气口3连通；安全阀本体1上还设置有供电电池11、阀门控制模块12和超声波模块13。超声波换能器a9、超声波换能器b10均通过屏蔽线连接超声波模块13，阀门控制模块12通过导线与超声波模块13、压力检测传感器7、电机阀6及供电电池11进行连接，阀门控制模块12上设有将供电电池11电压转换成3.3v电压给其他器件供电的电源转换芯片。电机阀6与阀门控制模块12的连接导线均从出线口一141引出，压力检测传感器7与阀门控制模块12的连接导线从出线口二142引出。阀门控制模块12与超声波模块13之间通过串口信号进行数据交互，压力检测传感器7与阀门控制模块12之间通过i2c信号进行数据传输。

本实施例中，供电电池11可采用锂电池或碱性电池，压力检测装置可采用任意具有压力检测功能的传感器。本实施例中，阀门控制模块12所使用的单片机型号采用stm32l051c8，超声波模块13采用超声波芯片max35104作为其核心器件，红外阵列传感器的型号选用mlx90621，该红外阵列传感器采集灶台上64个位置点的温度以及室温，采集co浓度的传感器型号选用me-zeo7，私网通信模块的型号选用sx1278，压力传感器的型号选用bmp180，阀门驱动电路的型号选用spx3010。数据处理模块包括处理芯片和flash存储模块，处理芯片的型号采用stm32f030cc，flash存储模块的型号采用sst26vf032。

工作原理如下：电源管理模块为火灾预防报警装置和安全阀装置供电，开启火灾预防报警装置和安全阀装置，红外矩阵传感器每隔50s采集一次灶台上64个位置点的温度，超声波模块13根据超声波换能器a9和超声波换能器b10检测到的数据计算燃气瞬时流量，压力检测传感器7采集超声波通道5上的压力数据，并将采集到的燃气瞬时流量数据和压力数据发送至阀门控制模块12，通过阀门控制模块12将接收到的数据通过私网通信模块发送至火灾预防报警装置。当计算到的燃气瞬时流量数据小于0.016m³/h或大于4m³/h时，则阀门控制模块12立即关闭电机阀6。当检测到的超声波通道5压力数据小于800pa或大于10kpa时，阀门控制模块12也关闭电机阀6。火灾预防报警装置中数据处理模块根据接收到的燃气瞬时流量数据、压力数据及温度数据和环境参数、人体参数进行综合判断，并作出相应的预警处理。

情况一，当单次监测到的温度数据中的最大温度值与室温相差小于5℃，而获得的燃气瞬时流量数据为平均0.5m³/h的速度在传输，co浓度维持在空气中co的正常浓度(即低于0.5ppm)，且此状态持续时间超过3min，则认为燃气管道存在泄漏风险，并及时通过警示模块进行报警，即语音提示单元提醒用户燃气管道存在泄漏风险问题、蜂鸣器响起、led指示灯从正常状态转至异常状态。同时，火灾预防报警装置通过私网通信模块向安全阀装置发送关闭阀门信号，阀门控制模块12接收信号并关闭安全阀装置，阻止燃气继续泄漏，从而避免造成安全事故。

情况二，当单次监测到的温度数据中的最大温度值与室温相差小于5℃，而获得的燃气瞬时流量数据为平均0.5m³/h的速度在传输，co浓度明显高于0.5ppm且有明显上升的趋势，并趋于高于0.5ppm的一个值稳定、且此状态持续时间超过10min，则认为红外阵列传感器可能损坏或灶具不在红外阵列传感器的可测范围内，则及时通过警示模块进行报警，即蜂鸣器响起、led指示灯从正常状态转至异常状态以及语音提示单元提醒用户检查灶具是否位于红外阵列传感器的可测范围内，若确定灶具位于红外阵列传感器的可测范围内，则提醒用户红外阵列传感器可能损坏、需要及时更换的问题。

情况三，当红外阵列传感器监测到的温度达到100℃以上，且通过co传感器检测到的co浓度也高于0.5ppm，而燃气瞬时流量接近于零且持续时间超过5min时，则认为安全阀装置的超声波流量检测部分存在故障，无法准确对超声波通道5瞬时流量进行计量。此时，通过警示模块进行报警，即蜂鸣器响起、led指示灯从正常状态转至异常状态、语音提示单元提醒用户需要及时修护安全阀装置。

实施例2

在实施例一的基础上，还包括通过公网通信模块与火灾预防报警装置连接的用户终端，用户终端在添加上火灾预防报警装置和安全阀装置的编号后，即可从火灾预防报警装置处获取检测到的各种数据。用户终端可将数据处理模块接收到的数据进行实时更新显示，并查看数据处理模块发送的报警及提示信息，例如：可查看当前厨房环境温度、灶具的用火状态、co浓度、阀门的开关状态、燃气瞬时流量大小、通道压力大小、人是否出现厨房的情况、以及用户操作记录。同时，用户终端也可对安全阀装置的开启和关闭进行控制，也可设置关闭安全阀装置的时间，便于用户了解设备和厨房的使用情况可控制安全阀装置。用户终端可通过添加多户房屋中的火灾预防报警装置和安全阀装置的编号，实现监控多户房屋的用火安全。

实施例3

在实施例二的基础上，还包括公网通信模块与火灾预防报警装置、用户终端连接的数据管理系统。数据处理模块将采集到的各种数据通过公网通信模块上传至数据管理系统，用户终端在添加上火灾预防报警装置和安全阀装置的编号后，即可从数据管理系统中获取其存储的数据。本实施例中，公网通信模块采用wifi模块。

通过公网通信模块将火灾预防报警装置、数据管理系统和用户终端进行连接，连接成功后，火灾预防报警装置将接收到的数据实时传输至数据管理系统，通过数据管理系统对数据进行保存和管理，包括通过私网通信模块发送至数据处理模块的燃气参数和温度数据及环境参数。用户终端可执行向数据管理系统请求查看某段时间内监测到的各种数据等操作，避免将监测到的所有数据保存在用户终端导致内存占用率高、实用性低的问题，使用方便。

实施例4

在上述实施例二的基础上，还包括设置于安全阀本体1外侧、通过导线与阀门控制模块12连接的按键a、按键b以及语音播放模块。其中，按键a是单独的阀门控制按键，由阀门控制模块12进行打开电机阀6与关闭电机阀6两个操作之间切换。按键b用于查询系统状态。语音播放模块用于在检测到异常情况需要报警或用户通过按键b进行查询操作时，通过语音播放的方式告知用户。本实施例中，语音播放模块采用普通扬声器。

当按下按键时，阀门控制模块12获得低电平信号，当松开按键时，阀门控制模块12获得高电平信号，从而判断按键状态是按下或者释放。具体地，按下按键a，当从关阀状态切换到打开阀门状态时，阀门控制模块12自动判断当前超声波通道5压力状态是否在正常范围内，只有超声波通道5压力在正常范围内时，才启动打开电机阀6动作，以确保安全。按下按键b时，由阀门控制模块12控制语音播放模块播放当前系统状态，比如播放供电电池11电量、压力状态、流量状态、通信状态等系统信息。当瞬时流量小于预先设定的最小流量时，可通过语音播放模块提示燃气泄漏报警。当阀门控制模块12从压力检测传感器7处获得的压力数据高于预先设定的压力上限值时，可通过语音播放模块提示管道超压报警。当阀门控制模块12从压力检测传感器7处获得的压力数据低于预先设定的压力下限值时，可通过语音播放模块提示管道欠压报警。

实施例5

在上述实施例二的基础上，火灾预防报警装置还包括用于在烹饪过程中，计算用户离开厨房时间的定时单元，定时单元集成于数据处理模块内部，并记数据处理模块中设定的时间阈值为s。在厨房内灶具正在烹饪的情况下，当检测到厨房内没人时，数据处理模块自动启动集成于其内部的定时单元，定时单元开始计算用户离开厨房的时间，在时间s内，若用户一次都未出现在厨房内时，处理芯片通过警示模块进行主动报警。在定时单元处于启动的前提下，在时间s内，若用户再次出现在厨房内时，数据处理模块自动关闭定时单元，定时单元停止计算。若火灾预防报警装置连接有终端设备，如连接有手机app，则可通过手机app提醒用户进行及时处理。同时，用户也可通过终端设备更改时间阈值s。如在需要较长烹饪时间的情况下，用户可以将时间阈值30min更改为1h。解决了需要手动参与厨房定时器的开启、关闭、时间设定，不能根本解决因为忘记关火而引起的安全隐患问题。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。