[Arduino World] 瓦斯爐開關警示燈

    已經不只一次了,忘了瓦斯爐上的水壺還在燒,人卻跑出門。等到記起來掉頭查看,廚房熱烘烘,亮麗的不銹鋼水壺表面已經空燒成碳黑,而爐火仍然持續燃燒中。另外一個場景是,瓦斯爐上開著細火燉熬食材,人雖然在家,倒數計時器設定了卻沒聽到聲響,食材變成了炭焦。

    雖然瓦斯爐本身有熄火斷氣的安全裝置,天然瓦斯微電腦表也有瓦斯流量異常自動遮斷功能,都可以有效預防瓦斯熄火的風險,但這些都無法防範我的蠢動作。某些廠家開發附有爐火定時開關的瓦斯爐,有些則是安裝外接式的定時開關裝置,看來都是針對智能退化的我設計的,都是不錯的選擇。不過在考慮這些產品之前還是想動動腦,看看應用Arduino能否解決自身居家安全問題。

     假如在居家玄關安裝一個瓦斯使用中的警示裝置,就能夠及時提醒要外出的自己。或是,走到玄關準備外出時,也不用再疑神疑鬼跑回廚房檢查爐火是否關閉。


瓦斯流量偵測器

    如何得知瓦斯爐開火使用中?最直接有效的方法就是從瓦斯流量著手。瓦斯流量開關偵測器,接在瓦斯爐的瓦斯管出口,讓微處理器知道瓦斯爐火的開關狀態。可惜網路上找不到這種產品,倒是有種工業用途的瓦斯流量表可拉出信號線,不過流量表功能複雜,天價級的產品也不適合DIY用途。既然不能直接從瓦斯氣體著手,只好另覓途徑。


火焰感測器

     從Arduino學習套件翻出一只紅外線火焰感測模組。這只火焰感應器在無其他光源下對著打火機火焰測試,如果瞄準角度正確,大約20公分以內的距離可以正常感應。但是對對火焰更旺的瓦斯爐反而更要貼近火源才能感測得到,當瓦斯爐架上放有鍋子,對中小火的反應更是遲鈍。我推測火焰的顏色可能影響到感測器的靈敏度。瓦斯爐火是完全燃燒的甲烷,色溫高,火焰呈現純淨的晴空藍;打火機的火焰交雜黃紅色彩,色溫低,火焰雖然比前者小,但反而更容易被偵測到。

    從火焰判斷瓦斯爐火是否開啟,理應能夠滿足我的應用要求。可惜這只感測器必須貼近火源,恐怕本身還沒能完成任務之前就被高溫烤焦了;在不能妨礙大廚身手的原則下也不找不到爐火台合適的安裝位置,加上對爐中小火的感應不良,看來這組廉價的火焰感測器僅能當作學習實驗的材料,尚不足以披甲上陣。


微波雷達

    微波雷達偵測器常用來作為燈光控制的自動開關,利用微波偵測人體或物體的移動,自動開啟暗室裡的照明。突發奇想,微波雷達偵測物體的移動的功能可否偵測到搖曳的火焰?微波雷達偵測的距離可達數公尺,距離內任何風吹草動都可以輕易抓到,非常適合我的應用場景。我拿了一個現成的微波雷達燈泡對準爐火測試,才發現原先的預期落空了:答案是不行的。火焰屬於一種光能量,不占空間,不能反射電波,等同隱形物體一般,無法被微波雷達偵測到。


溫度感測

    打開瓦斯爐火,瓦斯台作業空間溫度急速上升,溫度可做為瓦斯爐火使用的指標之一。但是溫度量測屬於間接判斷,無法與爐火開關同步,失真率比較高,尤其是開啟小火燜燉食物時,溫度不易拉升,判斷容易失準。但是在沒有其他比較理想的感測器選擇下,就暫時用溫度感測器DS18B20來進行這次的設計。


材料

資料收集端(BT Slave)

  • ESP32
  • DS18B20高溫型感測線
  • 黑色萬用盒**mm
  • 線材
資料顯示端(BT Master)
  • ESP32
  • WS2812B三色環型燈條
  • TM1637 LED顯示屏
  • 黑色萬用盒120*80*32mm
  • 線材

ESP32與藍牙通訊

    上次設計網路時鐘溫度計過程中,最後閒置不用的溫度感測器材料與藍牙通訊協定,這次通通重新派上用場。

  • 資料收集端:藍牙從端,收集爐火溫度,並傳送至主端。安裝於廚房瓦斯爐台的上方。
  • 資料顯示端:藍牙主端,接收從端的傳來的爐火溫度資料並予呈現。安裝於玄關出口處。


警示溫度規劃

    如何利用溫度變化來判斷瓦斯爐火是否打開?經過多次的實驗,歸納三種爐火溫度狀態:

溫度快速上升:一分鐘以內溫度上升超過一度C。

溫度快速下降:一分鐘以內溫度下降超過一度C。

溫度正常升降:33度C以下,且非前述兩種狀態,都歸到日常室溫。33度C只是目前觀察到的打開廚房瓦斯爐開關,設定於中火位置開始燃燒的溫度。

    為了方便觀察溫度變化,藍牙主端安裝了TM1637顯示屏用來顯示廚房溫度。由於入春後才開始測試爐火溫度,尚未經過寒冬與炎夏的考驗,溫度狀態的變化,仍須假以時日持續觀察與調校。


↑資料收集端黑盒子內部。

↑DS18B20高溫型溫度感測矽膠線。

↑溫度感測線安裝於瓦斯爐台上方的排油煙機。

↑溫度感測探頭的圓孔,剛好可以跟排油煙機照明燈罩的螺絲孔鎖在一起。

↑溫度感測線拉入隱藏排油煙機風管的櫥櫃裡,並銜接資料收集端黑盒子。

↑資料顯示端黑盒子外觀。由於客廳裡充斥各式家電、器材的LED燈號,嚴重汙染視覺,所以在外殼加裝顯示屏的按鈕開關,需要觀察廚房溫度的時候才打開來看。屏幕左邊兩位數字是瓦斯台爐火溫度,右邊兩位則是記錄此次升溫來的最高溫度。圖片上方是從黑盒子拉出的WS2812B三色LED環形燈條。

↑資料顯示端黑盒子內部與WS2812B環形燈條。

↑燈號:廚房爐火台溫度正常。

↑燈號:廚房爐火台溫度快速上升。

↑燈號:廚房爐火台溫度快速下降。

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