基于STM32的厨房环境检测控制系统

该系统能够实时监测厨房内的温湿度、烟雾、燃气浓度和明火状态，并根据预设逻辑自动控制排烟扇和报警器，同时支持本地按键和手机APP远程控制燃气灶（模拟）开关，有效提升了厨房的安全性和智能化水平，预防事故发生。该芯片资源丰富，提供多路ADC用于读取模拟传感器（MQ-2, MQ-5），多个UART用于连接Wi-Fi模块，I2C用于驱动OLED，以及充足的GPIO控制执行器和读取数字传感器，性价比极高，完全

殷忆枫

1281人浏览 · 2025-09-09 11:51:42

殷忆枫 · 2025-09-09 11:51:42 发布

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一、引言

厨房是家庭安全事故的高发区域，燃气泄漏、火灾和油烟污染是主要隐患。传统厨房设备缺乏智能监测和联动控制能力。本项目设计一款以STM32为核心的厨房环境检测控制系统。该系统能够实时监测厨房内的温湿度、烟雾、燃气浓度和明火状态，并根据预设逻辑自动控制排烟扇和报警器，同时支持本地按键和手机APP远程控制燃气灶（模拟）开关，有效提升了厨房的安全性和智能化水平，预防事故发生。

二、系统总体设计

（一）系统架构

本系统采用分层模块化设计，STM32作为核心控制器。

感知层：负责采集厨房环境数据，包括温湿度、烟雾、燃气浓度和火焰信号。
控制层：STM32，负责数据处理、阈值判断、执行自动控制逻辑。
执行层：包括排烟扇、报警蜂鸣器、LED灯（模拟燃气灶），根据控制指令行动。
交互层：OLED显示屏用于状态显示，按键用于本地设置和控制。
通信层：Wi-Fi模块，连接云平台，实现手机APP的远程监控与控制。

（二）功能模块划分

环境监测模块：多传感器数据采集与预处理。
显示模块：实时刷新显示所有环境参数和系统状态。
自动控制模块：核心安全逻辑，根据环境数据自动控制排烟扇和报警。
设备控制模块：管理燃气灶（LED）的开关状态，响应本地和远程指令。
通信模块：负责与手机APP进行数据交换和指令传输。

三、硬件设计与实现

（一）系统硬件框架图

（二）主控模块选型及介绍

核心控制器采用STM32F103C8T6。该芯片资源丰富，提供多路ADC用于读取模拟传感器（MQ-2, MQ-5），多个UART用于连接Wi-Fi模块，I2C用于驱动OLED，以及充足的GPIO控制执行器和读取数字传感器，性价比极高，完全满足本系统需求。

（三）传感器模块选型及电路设计

DHT11：数字温湿度传感器，单总线协议，连接普通GPIO，需上拉电阻。
MQ-2（烟雾）：模拟输出，连接STM32的ADC引脚（如PA0），对烟雾、油烟敏感。
MQ-5（燃气）：模拟输出，连接另一路ADC引脚（如PA1），对天然气、液化气敏感。
- *注意：MQ-2和MQ-5工作时需加热，建议采用5V供电，其模拟输出口与3.3V ADC兼容。*
火焰传感器：使用其数字输出（DO）引脚，直接连接STM32的GPIO。检测到火焰时输出低电平。调节板上电位器可改变灵敏度。

（四）执行模块选型及驱动电路

排烟扇/LED灯：采用5V继电器模块进行控制。继电器模块输入侧为低电平有效，直接连接STM32 GPIO即可。输出侧接220V排烟扇或LED灯。
- 重要： 控制220V强电部分必须严格规范，防止触电危险！建议使用现成的、带有塑料外壳的继电器模块。
蜂鸣器：采用有源蜂鸣器，只要通电就会响。连接STM32 GPIO，通过三极管（如S8050）驱动，因为STM32的GPIO驱动电流可能不足。

（五）通信模块选型

采用ESP-01S ESP8266模块。通过UART（如USART2）与STM32连接。STM32通过AT指令控制其连接家庭Wi-Fi并接入云平台（如阿里云、OneNET），实现与手机APP的数据透传。

四、软件设计与实现

（一）开发环境搭建

IDE：Keil uVision 5。
配置工具：使用STM32CubeMX进行硬件初始化配置，生成HAL库代码工程。
库移植：移植OLED、DHT11、ESP8266的驱动程序库。

（二）系统软件流程图

（三）核心代码逻辑

// 定义全局变量
int smoke_threshold = 300;
int gas_threshold = 300;
uint8_t stove_state = 0; // 0: OFF, 1: ON

void main() {
  // 初始化...
  while(1) {
    // 1. 读取传感器
    temp = DHT11_GetTemperature();
    humi = DHT11_GetHumidity();
    smoke_val = ADC_Read(MQ2_CHANNEL);
    gas_val = ADC_Read(MQ5_CHANNEL);
    fire_detected = (HAL_GPIO_ReadPin(FLAME_GPIO_Port, FLAME_Pin) == GPIO_PIN_RESET);

    // 2. OLED显示
    OLED_ShowString(0, 0, "T:");
    OLED_ShowNumber(20, 0, temp);
    OLED_ShowString(0, 2, "Smoke:");
    OLED_ShowNumber(60, 2, smoke_val);
    // ... 显示其他数据和控制状态

    // 3. 自动安全逻辑
    // 3.1 排烟扇控制 (烟雾或火焰)
    if (smoke_val > smoke_threshold || fire_detected) {
      FAN_RELAY_ON();
    } else {
      FAN_RELAY_OFF();
    }

    // 3.2 燃气报警控制
    if (gas_val > gas_threshold) {
      BUZZER_ON();
      FAN_RELAY_ON(); // 燃气泄漏也强制开扇通风
    } else {
      BUZZER_OFF();
      // 注意: 排烟扇不会因为燃气恢复正常而关闭, 因为它可能因烟雾而开启
    }

    // 4. 处理通信 (上传数据和执行远程指令)
    if (time_to_send_data()) {
      sprintf(json_buffer, "{\"temp\":%d,\"humi\":%d,\"smoke\":%d,\"gas\":%d,\"stove\":%d}",
              temp, humi, smoke_val, gas_val, stove_state);
      ESP8266_SendToCloud(json_buffer);
    }
    // 串口中断中解析的APP指令会设置变量如 `stove_state`
    // 主循环中根据最终状态控制LED
    HAL_GPIO_WritePin(STOVE_LED_GPIO_Port, STOVE_LED_Pin, stove_state ? GPIO_PIN_SET : GPIO_PIN_RESET);

    HAL_Delay(1000); // 每秒检测一次
  }
}

// 在串口中断回调函数中解析APP指令
void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart) {
  if (huart == &huart2) { // 假设ESP8266连接在USART2
    if (strstr((char*)rx_buffer, "stove=on")) {
      stove_state = 1;
    } else if (strstr((char*)rx_buffer, "stove=off")) {
      stove_state = 0;
    }
    // ... 解析其他控制指令，如直接控制风扇
  }
}

五、系统测试与优化

（一）测试方案

功能测试：
- 烟雾测试：点燃一支吹灭的香烟产生烟雾，靠近MQ-2，观察排烟扇是否自动启动。
- 燃气测试：向MQ-5喷射少量打火机气体，观察是否触发蜂鸣器报警并启动排烟扇。
- 火焰测试：用打火机在火焰传感器前方点燃，观察排烟扇是否启动。
- 远程控制测试：通过APP点击开关按钮，观察LED灯（模拟燃气灶）是否相应地点亮或熄灭。
可靠性测试：
- 防误报测试：在正常烹饪（产生油烟、水蒸气）时运行系统，观察是否有误报警。
- 网络稳定性测试：测试Wi-Fi断开重连后，系统是否能自动重新连接云平台。