引言

在日常烹饪过程中，厨房中容易产生大量油烟，长时间积累会对空气质量和墙面产生不良影响，甚至危害人体健康。智能厨房油烟监测与排风系统可以实时监测厨房内的油烟浓度，自动调节排风扇运行，确保空气清新。本文设计了一个基于STM32的智能厨房油烟监测系统，集成了油烟浓度检测、自动排风、报警和远程监控功能。

环境准备

1. 硬件设备

• STM32F103C8T6 开发板（或其他 STM32 系列）：用于系统控制和数据处理。
• 油烟传感器（如MQ-135）：用于检测厨房空气中的油烟和有害气体浓度。
• 温湿度传感器（如DHT22）：用于检测厨房的温度和湿度，优化排风系统的运作。
• 排风扇：用于加速空气流通，排出油烟和湿气。
• 继电器模块：用于控制排风扇的开关。
• OLED 显示屏：用于显示油烟浓度、温湿度和系统状态。
• Wi-Fi 模块（如ESP8266）：用于实现远程监控和报警提醒。
• 蜂鸣器：用于在油烟浓度过高时发出报警。
• LED 指示灯：用于显示系统的运行状态（如正常、警告和报警）。
• 电源模块、杜邦线、面包板等基础电子元件。

2. 软件工具

• STM32CubeMX：用于配置STM32的外设。
• Keil uVision 或 STM32CubeIDE：用于编写、调试和下载代码。
• ST-Link 驱动程序：用于烧录程序到STM32。

项目实现

1. 硬件连接

• 油烟传感器连接：将油烟传感器的输出引脚连接到STM32的ADC通道（如PA0），用于读取油烟浓度数据。
• 温湿度传感器连接：将温湿度传感器的数据引脚连接到STM32的GPIO（如PA1），用于读取厨房的温湿度。
• 排风扇连接：通过继电器模块连接到STM32的GPIO（如PA2），用于控制排风扇的开关。
• OLED显示屏连接：OLED显示屏的SDA和SCL引脚连接到STM32的I2C接口（如PB6、PB7），用于显示油烟浓度、温湿度等信息。
• Wi-Fi模块连接：Wi-Fi模块的TX/RX引脚连接到STM32的USART接口，用于远程监控和报警提醒。
• 蜂鸣器连接：蜂鸣器的控制引脚连接到STM32的GPIO（如PA3），用于高油烟浓度报警。
• LED指示灯连接：LED灯的引脚连接到STM32的GPIO（如PA4），用于指示油烟浓度状态（如绿灯正常，黄灯警告，红灯报警）。

2. STM32CubeMX 配置

• GPIO：配置多个GPIO引脚，用于连接油烟传感器、温湿度传感器、继电器、蜂鸣器、LED灯等外设。
• ADC：用于读取油烟传感器的模拟信号。
• I2C：用于OLED显示屏的数据通信。
• USART：用于Wi-Fi模块的通信，实现数据上传和远程监控。
• 系统时钟：使用外部高速时钟HSE，提高系统响应速度和性能。

生成代码后，在Keil uVision或STM32CubeIDE中进行开发。

3. 主程序设计

智能厨房油烟监测系统的核心功能是通过油烟传感器和温湿度传感器监测厨房环境，并根据油烟浓度自动控制排风扇和报警装置的运行。当检测到油烟浓度过高时，系统会报警并通过Wi-Fi提醒用户，确保厨房空气质量。以下是系统的代码示例：

#include "stm32f1xx_hal.h"
#include "smoke_sensor.h"
#include "humidity_sensor.h"
#include "oled.h"
#include "relay.h"
#include "wifi.h"
#include "gpio.h"// 定义油烟浓度和温湿度阈值
#define SMOKE_THRESHOLD 300       // 油烟浓度阈值（单位：ppm）
#define TEMPERATURE_THRESHOLD 40  // 温度超标阈值（单位：℃）
#define HUMIDITY_THRESHOLD 80     // 湿度超标阈值（单位：%）// 函数声明
void System_Init(void);
void Measure_Environment(void);
void Control_Fan(void);
void Display_Status(void);
void Send_Data_Remotely(void);
void Alarm_Control(void);// 全局变量
uint16_t smoke_level = 0;     // 油烟浓度
float temperature = 0;        // 温度
float humidity = 0;           // 湿度
uint8_t alarm_triggered = 0;  // 报警状态void System_Init(void)
{HAL_Init();SystemClock_Config();MX_GPIO_Init();MX_ADC1_Init();MX_I2C1_Init();MX_USART1_UART_Init();SmokeSensor_Init();HumiditySensor_Init();OLED_Init();Relay_Init();WiFi_Init();OLED_ShowString(0, 0, "Kitchen Air System");
}// 测量环境数据
void Measure_Environment(void)
{smoke_level = SmokeSensor_Read();HumiditySensor_Read(&temperature, &humidity);
}// 控制排风扇
void Control_Fan(void)
{// 如果油烟浓度或湿度高于阈值，打开排风扇if (smoke_level > SMOKE_THRESHOLD || humidity > HUMIDITY_THRESHOLD){Relay_Fan_On();  // 打开排风扇}else{Relay_Fan_Off(); // 关闭排风扇}
}// 显示系统状态
void Display_Status(void)
{OLED_Clear();OLED_ShowString(0, 0, "Smoke: ");OLED_ShowNumber(64, 0, smoke_level, 4);OLED_ShowString(0, 1, "Temp: ");OLED_ShowFloat(64, 1, temperature, 2);OLED_ShowString(0, 2, "Humidity: ");OLED_ShowFloat(64, 2, humidity, 2);
}// 发送数据到远程服务器
void Send_Data_Remotely(void)
{char buffer[100];sprintf(buffer, "Smoke:%d Temp:%.1f Humidity:%.1f", smoke_level, temperature, humidity);WiFi_SendData(buffer);  // 通过Wi-Fi发送数据
}// 控制报警
void Alarm_Control(void)
{if (smoke_level > SMOKE_THRESHOLD)  // 油烟浓度超标{HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_3, GPIO_PIN_SET);  // 打开蜂鸣器alarm_triggered = 1;}else{HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_3, GPIO_PIN_RESET);  // 关闭蜂鸣器alarm_triggered = 0;}
}int main(void)
{System_Init();while (1){Measure_Environment();  // 读取环境数据Control_Fan();          // 控制排风扇Display_Status();       // 显示系统状态Send_Data_Remotely();   // 上传数据Alarm_Control();        // 控制报警HAL_Delay(5000);        // 每5秒更新一次}
}

4. 各模块代码

油烟传感器读取

#include "smoke_sensor.h"// 初始化油烟传感器
void SmokeSensor_Init(void)
{// 配置ADC引脚，读取油烟传感器的模拟信号
}// 读取油烟浓度
uint16_t SmokeSensor_Read(void)
{// 返回油烟浓度的模拟值return 250;  // 假设当前油烟浓度为250 ppm
}

温湿度传感器读取

#include "humidity_sensor.h"// 初始化温湿度传感器
void HumiditySensor_Init(void)
{// 配置温湿度传感器的GPIO引脚
}// 读取温度和湿度
void HumiditySensor_Read(float *temp, float *hum)
{// 从传感器读取温湿度数据*temp = 30.0;   // 假设当前温度为30℃*hum = 65.0;    // 假设当前湿度为65%
}

继电器控制

#include "relay.h"// 初始化继电器模块
void Relay_Init(void)
{// 配置继电器引脚
}// 打开排风扇
void Relay_Fan_On(void)
{HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_2, GPIO_PIN_SET);  // 打开排风扇继电器
}// 关闭排风扇
void Relay_Fan_Off(void)
{HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_2, GPIO_PIN_RESET);  // 关闭排风扇继电器
}

OLED显示

#include "oled.h"// 初始化OLED显示屏
void OLED_Init(void)
{// OLED初始化代码
}// 显示字符串
void OLED_ShowString(uint8_t x, uint8_t y, const char *str)
{// 在OLED显示屏上显示字符串
}// 显示浮点数
void OLED_ShowFloat(uint8_t x, uint8_t y, float num, uint8_t decimal_places)
{// 显示浮点数
}// 显示整数
void OLED_ShowNumber(uint8_t x, uint8_t y, uint32_t num, uint8_t len)
{// 显示整数值
}// 清除显示内容
void OLED_Clear(void)
{// 清除OLED显示
}

Wi-Fi数据发送

#include "wifi.h"// 初始化Wi-Fi模块
void WiFi_Init(void)
{// Wi-Fi初始化代码
}// 发送数据到服务器
void WiFi_SendData(char* data)
{// 通过Wi-Fi将数据上传到服务器
}

系统工作原理

• 智能油烟控制：系统通过油烟传感器实时监测油烟浓度，当浓度超标时自动开启排风扇清除油烟。
• 温湿度监测与调节：系统结合温湿度数据，优化排风条件，防止厨房温湿度过高。
• 报警功能：当油烟浓度超标时，系统通过蜂鸣器发出警报，并通过Wi-Fi发送提醒。
• 远程监控和实时显示：系统可将数据上传到云端，并实时在OLED显示屏上展示厨房环境数据。

常见问题与解决方法

1. 油烟传感器数据波动大

• 问题原因：传感器受环境干扰较大。
• 解决方法：增加数据滤波算法或多次采样，提高数据稳定性。

2. 排风扇不工作

• 问题原因：继电器模块故障或电源问题。
• 解决方法：检查继电器和电源连接，确保排风扇正常工作。

3. Wi-Fi连接失败

• 问题原因：Wi-Fi模块配置错误或网络信号弱。
• 解决方法：确保Wi-Fi信号覆盖良好，并正确配置模块参数。

扩展功能

• 空气净化模块：增加空气净化装置，进一步提升厨房空气质量。
• 智能烹饪监控：结合燃气检测和火灾报警功能，提升厨房安全性。
• 历史数据分析：通过数据存储与分析，了解厨房的油烟情况，优化通风策略。

结论

本项目设计的基于STM32的智能厨房油烟监测系统，通过油烟和温湿度监测、自动通风与报警功能，为厨房提供了高效的空气净化解决方案。系统具备智能化、远程监控和报警功能，适用于家庭厨房、餐厅等场景。未来可以通过增加空气净化和智能监控功能，进一步提升系统的智能化水平和用户体验。