1. 绪论引言
1.1. 问题的由来
据应急管理部消防局9月14日公开的数据，2018年1至8月全国共接报火灾16.61万起，引发火灾的首因是电气，其次就是不慎用火，随着我国逐渐进入老龄化社会，以及日常生活中的马虎、大意等行为，烹饪忘记关火、电、燃气等情况时有发生，厨房成为家庭火灾隐患的重灾区。
厨房是家庭火灾的高发区域，其中灶具是引发火灾的高危因素，据统计，美国家庭中，灶具引发的火灾占到厨房火灾的63％，造成的受伤人数更是高达厨房火灾的79％。中国每年发生的20万起火灾中，大部分也是由厨房用火引起的。
我设计的厨房安全小助手，就是为了避免厨房火灾，减少人员在火灾中的伤亡。
1.2. 解决方案
1) 使用人体红外传感器对厨房是否有人进行监测
2) 使用火焰传感器检测厨房是否正在用火
3) 使用Arduino UNO作为主控器
4) 使用Mixly（米思齐）编写控制系统程序
5) 使用舵机完成天然气关闭动作
6) 使用Python编写邮件提醒程序，在厨房用火并长时间无人值守的情况下发出警报，设计交互式程序提醒，并让用户选择是否需要关闭厨房用火。
1.3. 课题意义与创新点
1) 创新的使用Arduino UNO，多传感器，解决厨房烹饪忘记关火安全问题
2) 实现智能检测、报警、提醒、关闭火源
3) 该设备可以保证不会出现厨房没关天然气导致火灾的情况，非常安全。
2. 原型设计
2.1. 概念图
2.1.1. 概念结构图
图 5 厨房安全小助手结构图
1.先使用火焰传感器来检测厨房内是否有火焰；
2.无火焰则重新测试，有火焰则利用人体红外传感器来检测厨房内是否有人。
3.有人则重新测试，无人则蜂鸣器发出警报
4.用户回答是则驱动舵机关闭火源
2.2. 硬件框图
2.2.1. 硬件框图与解释
图3.3.1-1人体红外线传感器
全自动感应：当有人进入其感应范围则输入高电平；人离开感应范围则自动延时关闭高电平、输出低电平。
红外智能节电开关是基于红外线技术的自动控制产品，当有人进入感应范围时，专用传感器探测到人体红外光谱的变化，自动接通负载，人不离开感应范围，将持续接通;人离开后，延时自动关闭负载。人到灯亮，人离灯熄，使用方便，安全节能，更显示出人性化关怀。
图3.3.1-1火焰传感器
火焰传感器是机器人专门用来搜寻火源的传感器，当然火焰传感器也可以用来检测光线的亮度，只是本传感器对火焰特别灵敏。火焰传感器利用红外线对火焰非常敏感的特点，使用特制的红外线接受管来检测火焰，然后把火焰的亮度转化为高低变化的电平信号，输入到中央处理器中，中央处理器根据信号的变化做出相应的程序处理。
图3.3.1.-3蜂鸣器
蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器,采用直流电压供电,广泛应用于计算机、打印机、复印机、报警器、电子玩具、汽车电子设备、电话机、定时器等电子产品中作发声器件。蜂鸣器主要分为压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器两种类型。
图3.3.1.-4舵机
舵机是具有输出轴的小设备。该轴可以通过发送伺服编码信号被定位到特定的角度位置。只要在输入线中存在的编码信号，伺服将保持所述轴的角位置。作为编码信号的变化，所述轴变化的角度位置。在实践中，伺服系统在无线电控制飞机用于定位控制表面，如电梯和方向舵。它们还用在无线电遥控车，木偶，当然，机器人。采用Arduino UNO作为系统主控。
3. 原型开发（外观设计）
3.1. 设计过程
3.1.1. 开发环境
采用Mixly（米思齐）作为开发集成环境。
图 4.1.1-2 编程过程
注释：当人体红外线传感器检测到人时，串口打印“有人”
当人体红外线传感器未检测到人时，串口打印“无人”
当火焰传感器检测到火焰时，串口打印“有火”
当火焰传感器未检测到火焰时，串口打印“无火”
当人体红外线传感器未检测到人且火焰传感器检测到火焰时，打开蜂鸣器
3.2. 项目原型
3.2.1. 开发编程过程
1．将火焰传感器、人体红外传感器、舵机和蜂鸣器与UNO主控板相连。
2．制作一个小盒子
3．将上方与左边板割出一个小口子
4．将主控板放入盒子，将蜂鸣器，火焰传感器与人体红外传感器用热熔枪粘在顶板上。
5．插上数据线连接电脑
3.2.2. 项目原型
这是最后的项目原型。
4. 实验设计与测试分析
4.1. 实验一 模拟舵机关闭燃气
实验目的：模拟舵机关闭燃气
实验材料：舵机，主控板
实验方法：在串口打入“5”“6”，舵机会旋转60度，120度
总结：舵机操作无误，此实验为了测试舵机的准确性
4.2. 实验二 制作实验装置图片 多图
实验目的：检测各部件协调工作是否正常
实验材料：人体红外线传感器，uno主控板，火焰传感器
因为人体红外传感器较敏感，于是我又制作了一个用锡纸贴的小盒子以保证准确性。
实验方法：有四种测试情况
1. 人体红外传感器保持原状，点燃打火机
2. 人体红外传感器保持原状，不点燃打火机
3. 将人体红外传感器用锡纸盒子盖上，不点燃打火机
4. 将人体红外传感器用锡纸盒子盖上，点燃打火机
总结：各项检测无误，就是有些许延迟。不能第一时间发出提醒，但对于整体产品的效果来说哦，没有什么太大的问题。
4.3. 实验三 检测邮件的发送与读取
实验目的：检测邮件的发送与读取
实验方法：营造一个有火无人的环境，在电脑的qq邮箱等待短信，并回复“关闭”
实验材料：电脑
实验过程：让“厨房安全小助手”处于一个无人有火的环境下，厨房安全小助
手运用蜂鸣器发声并发送信息“时间——时间无人在厨房，且火未关闭”到用户的QQ邮箱。回复“关闭”则舵机操控燃气自动关闭。
此程序我一共尝试了四次，第一次失败，二三四次成功。
4.4. 结论概述
从上方的实验来看，我分别测试了关于舵机，人体红外传感器，火焰传感器，邮件的接受与发送这几点的相关实验，我从实验中得知了以下情况：
1. 舵机对于燃气的开关操作正常，无误
2. 各项传感器基本无误，有些许延迟，但对整体来说影响不大
3. 关于邮件的发送与读取没有问题，可以用户可以准确在邮箱接受与回复
5. 总结
5.1. 未来展望
1、假设厨房内以燃起火焰，关闭燃气后没有火焰直接灭，而是继续蔓延火势，以至于烧遍整个厨房，目前这个装置起不无能为力。
2、我未来可以加上一个用于自动灭火的装置，向火焰的方向定向喷水。
