现今社会越加注重安全防护，不论交通、居家或者饮食…等。因此，选择和日常生活息息相关却又时常忽略的居家安全作为这次作品的主要轴心。而居家安全细分多种小项，包含用电相关之安全、火灾相关之安全，甚至儿童与老人居家照护相关之安全。此次作品以火灾相关之安全作为主题之应用。而与火灾事故最为密切之居家地点以厨房最为相关。抽油烟机为此研究作品相关延伸与应用。

研究动机与目的

食物为人类每日所需能量之来源，但在烹饪过程中时常需要使用瓦斯炉进行烹煮，此时，火与瓦斯是烹饪过程与人们最接近之危险根源，因此，厨房火灾之防护极为重要。

近几年，国内社会新闻经常看见因不当使用厨房设备，进而造成厨房火灾发生之事件。在今年（2014年），国内更加发生了多起气爆案件，新店、苗栗、台南皆有民宅或店家发生瓦斯气爆造成多人伤亡之实例。由此可知，厨房安全为当前最引人担忧之问题。例如，瓦斯炉之瓦斯未完全点燃或烹煮人员离开厨房导致滚沸水流出浇熄火焰而瓦斯持续释放，加上抽油烟机也未有瓦斯侦测系统，也因室内通风不良导致瓦斯持续在屋内蔓延，此时若有些许任何小火花都将有可能造成气爆之危险；亦或是烹调过程中火势过大引起许多烟雾，而市面上的抽油烟机未有自动调整抽风转速之功能，将会导致火焰加大进而引发火灾之可能。尤其以商业用厨房为最多。因此，为防范厨房火灾发生及维护人命安全之目的，必须强化厨房相关之安全。

实验步骤与流程

本作品以HOLTEK HT66FU50单晶片微控制器作为核心控制，另有瓦斯感测、红外线感测、电磁阀、瓦斯开关及按钮选择模式给予单晶片讯号，再将讯号以微控制器把收到之资料传至LED照明灯、抽风马达、电磁阀及警报器，进而达到提醒使用者与防止火灾发生之功用。当红外线感测器未侦测到人体​​温度时，代表使用者离开瓦斯炉附近，5分钟未回来时将会开起警报，提醒使用者正在使用瓦斯炉，同时也将自动切断瓦斯；当红外线感测器侦测到人体​​温度时，便会开启LED照明灯。瓦斯漏气或滚水熄灭火焰导致瓦斯未燃烧时，瓦斯感测器便会侦测到瓦斯，并将讯号传至单晶片进而控制警报声响，提醒使用者有危险，同时瓦斯也将自动切断，并会因火焰大小来调整马达转速，将抽风器调至适当转速抽去油烟。

图1 : 硬体架构图

硬体设计

硬体部分，输入讯号使用:瓦斯感测器、红外线感测器、大小火感测器、按钮，给予单晶片讯号再做处理，处理完后输出给继电器电路、七段显示器与喇叭，而电灯与马达方面利用继电器来控制，如图1、硬体架构图。

(a) 大小火感测器

为判断、调节瓦斯(火焰)大小，并给予单晶片讯号，而单晶片再判断火焰之大小，进而改变马达转速。

瓦斯开关为使用瓦斯旋钮，如图2：瓦斯旋钮，与可变电阻做组合。当旋钮改变时，可变电阻电压也将随之改变，再由比较器判断现在是为大火或小火。

图2 : 瓦斯旋钮

(b)瓦斯感测器

采用TG-135瓦斯感测元件，如图3：TG-135，当TG-135感测SO2、H2、酒精、烟雾、CO、CH4时，会依浓度不同而造成不同之电压，利用气体之浓度差与导电率，给予电压变化，但电压之变化无法表示瓦斯外漏，所以需加上比较器判断真或假。

为侦测瓦斯是否外漏，并给予单晶片讯号，再由单晶片判断是否启动警报器。

图3 : TG-135

(c)红外线感测器

作为判断人是否存在，并给予讯号传至单晶片，再由单晶片判断是否使LED产生亮暗。

利用红外线元件，图4：红外线感测元件，产生dt，再由OPA做放大与比较之功用。

图4 : 红外线感测元件

利用上述之感测器、按钮使单晶片决定马达转速、LED灯、喇叭、七段显示器。

(d)按钮与七段显示器

i.利用总开关按钮给予单晶片讯号，再由单晶片内部判断做开启电磁阀的作用。如图5：总开关按钮。

ii.选择模式按钮给予单晶片讯号，由内部单晶片判断模式与定时时间，将其显示于七断显示器，图6：选择模式按钮与七段显示器。

iii.抽风按钮可以选择自动抽风模式或手动抽风模式。

图5 : 总开关按钮

图6 : 选择模式按钮与七段显示器

(e)瓦斯电磁阀

i.当每次使用瓦斯炉时，必须按下总开关按钮开启瓦斯电磁阀，才能开起火源。

ii.单晶片判断环境为危险状态时,给予讯号于瓦斯电磁阀,利用瓦斯电磁阀切断瓦斯,以防止厨房意外发生。

(f)喇叭(警报器)

以提醒使用者是否正处于危险之状态，让使用者能够及时防止意外发生。

软体设计

由于安全性考量，因此将瓦斯警报器保持开启状态，不论瓦斯旋纽是否启动，只要侦测到瓦斯即开启警报器，图7：瓦斯侦测流程图。

图7 : 瓦斯侦测流程图

●瓦斯开启时：

(a) 利用瓦斯开关电路，侦测火源大小，如图8：瓦斯开关流程图。

i.小火时，马达转速呈现低转速。

ii.大火时，马达转速呈现高转。

图8 : 瓦斯开关流程图

(b) 红外线侦测是否有人正在使用炉火。

i.侦测到人体​​温度:LED照明将会开启，照明可调延迟时间，利用可变电阻改变。

ii.未侦测到人体​​温度:LED照明将会关闭，5分钟后将启动警报器，同时将自动切断瓦斯。

图9 : 红外线流程图

(c)定时功能，如图10：计数流程架构。

i.按钮A：设定模式

a.按钮B:设定分钟

利用按钮A切换至定时模式，再利用按钮B设定定时之分钟数。当定时之时间到时，将开启警报。若警报器响30次后，没有手动切断警报，将自动切断瓦斯。

图10 : 计数流程图

●警报分为3种：瓦斯警报、使用者离开警报、定时设定警报。

(a)瓦斯警报：声音较为急促，令人感到危险。随时随地都在侦测，若有瓦斯未完全点燃或火焰被浇熄导致瓦斯不断释放之情况时，瓦斯警报便会响起。

(b)使用者离开警报：由2种音调组成。当瓦斯旋钮被转开，瓦斯炉呈现正在使用状态时，红外线感测器便即刻启动，若使用者离开超过设定之时间，红外线未侦测到人体​​温度，便立即响起警报声

(c)设定时间警报：单一音调，与以往大众使用之定时器雷同。当启动定时模式时，依使用者设定时间，当时间计数完时，便会启动警声。

结果与讨论

本作品包含按钮、显示器、红外线人体感测器、喇叭、瓦斯感测器与旋钮来做环境侦测，在利用切割器切割出各位置的大小与形状，最后把所有感测器与零件跟抽油烟机结合。电路与抽油烟机结合，使抽油烟机成为一个有智慧、省电之家电，图14：内部结构图。

本作品制成模组化是为了电路部分损毁或功能增加时，不需要全部更换，只要汰换损毁或更新之电路即可。于红框内为HT66FU50单晶片，为整个抽油烟机功能的核心。

如瓦斯感测实体电路，为硬体中之一部分。电路左方为TG-135感测元件之接脚，此电路共有1个类比讯号输入与1个数位讯号输出，利用LM324比较器IC配合电阻、电容，做放大、比较、延迟之功能，使TG -135侦测到的瓦斯类比讯号转换成稳定之数位讯号。

如大小火感测实体电路，图中之红框处，为模拟旋钮的可变电阻之讯号输入，使用之元件与瓦斯感测实体电路相同，而电路设计为不同。此有1个类比讯号输入接收可变电阻之电压值，与2个数位输出给予单晶片讯号。

如驱动电路，继电器、喇叭与七段显示器需要较大之电流驱动，若未有电晶体做为驱动将导致单晶片输出电流过大而烧毁。因此，经由电晶体放大后，单晶片能以小电流输出达到继电器之驱动。

电晶体输出之讯号，经由电晶体驱动后，最后由继电器做为开关控制，进而达到省电之功能，如继电器开关电路。

本作品重点核心为居家安全，未来想利用无线传输ZigBee，在大门上装置面板，出门时可以知道厨房瓦斯炉是否正在使用、瓦斯管线是否有漏气之情形，亦或连接至手机APP，使不在家的人也能即时掌握厨房的当前状况。

结论

依据最常见之厨房危险情况设计出此作品，如：接电话后容易忘记正在使用瓦斯炉；烹调汤品或煮开水时，滚沸之液体满溢出浇灭火焰造成瓦斯仍继续释放；锅子干烧冒出浓浓烟雾…等，诸如此类日常使用未注意之情形。期望本作品可发挥提醒使用者多加注意，进而防止厨房灾难发生。亦期盼未来能加上居家用电安全、热水器安全…等相关居家安全之防护，甚至结合保全业者，并与网路作联系，即使外出也能随时随地了解住家状况，使居家安全系统更加地完整。

（本文作者叶旻彦为高雄海洋科技大学微电子工程系教授，廖俊翔、潘美妗为高雄海洋科技大学微电子工程系学生）

参考文献

[1] 陈柏恺，民99。模糊RFID资讯处理于居家安全，硕士论文；台北：淡江大学资讯工程研究所。

[2]陈柏志，民97。植基于红外线影像分析技术之居家厨房火灾侦测系统，硕士论文；台北：国立台湾师范大学工业教育研究所。

[3]赖协隆，2011。商业用厨房火害因子研析与防范之研究，硕士论文；台北：国立台北科技大学土木与防灾研究所。

[4]益众科技股份有限公司，人体红外线感测器。

[5]钟启仁，2011。 HT66Fxx Flash MCU 原理与实务​​－Ｃ语言，初版；新北市，全华图书股份有限公司。

[6]Donald A. Neamen%2C 2009%2C Microelectronics Circuit Analysis and Design%2C 4退货%2C Higher Education。

[7]James W. Nilsson%2C 2011%2C Susan A. Riedel%2C Electric Circuits%2C 9退货%2C PEARSON。

[8]江昭皑,2008。数位逻辑设计,第4版;沧海书局。