現今社會越加注重安全防護，不論交通、居家或者飲食…等。因此，選擇和日常生活息息相關卻又時常忽略的居家安全作為這次作品的主要軸心。而居家安全細分多種小項，包含用電相關之安全、火災相關之安全，甚至兒童與老人居家照護相關之安全。此次作品以火災相關之安全作為主題之應用。而與火災事故最為密切之居家地點以廚房最為相關。抽油煙機為此研究作品相關延伸與應用。

研究動機與目的

食物為人類每日所需能量之來源，但在烹飪過程中時常需要使用瓦斯爐進行烹煮，此時，火與瓦斯是烹飪過程與人們最接近之危險根源，因此，廚房火災之防護極為重要。

近幾年，國內社會新聞經常看見因不當使用廚房設備，進而造成廚房火災發生之事件。在今年（2014年），國內更加發生了多起氣爆案件，新店、苗栗、台南皆有民宅或店家發生瓦斯氣爆造成多人傷亡之實例。由此可知，廚房安全為當前最引人擔憂之問題。例如，瓦斯爐之瓦斯未完全點燃或烹煮人員離開廚房導致滾沸水流出澆熄火焰而瓦斯持續釋放，加上抽油煙機也未有瓦斯偵測系統，也因室內通風不良導致瓦斯持續在屋內蔓延，此時若有些許任何小火花都將有可能造成氣爆之危險；亦或是烹調過程中火勢過大引起許多煙霧，而市面上的抽油煙機未有自動調整抽風轉速之功能，將會導致火焰加大進而引發火災之可能。尤其以商業用廚房為最多。因此，為防範廚房火災發生及維護人命安全之目的，必須強化廚房相關之安全。

實驗步驟與流程

本作品以HOLTEK HT66FU50單晶片微控制器作為核心控制，另有瓦斯感測、紅外線感測、電磁閥、瓦斯開關及按鈕選擇模式給予單晶片訊號，再將訊號以微控制器把收到之資料傳至LED照明燈、抽風馬達、電磁閥及警報器，進而達到提醒使用者與防止火災發生之功用。當紅外線感測器未偵測到人體溫度時，代表使用者離開瓦斯爐附近，5分鐘未回來時將會開起警報，提醒使用者正在使用瓦斯爐，同時也將自動切斷瓦斯；當紅外線感測器偵測到人體溫度時，便會開啟LED照明燈。瓦斯漏氣或滾水熄滅火焰導致瓦斯未燃燒時，瓦斯感測器便會偵測到瓦斯，並將訊號傳至單晶片進而控制警報聲響，提醒使用者有危險，同時瓦斯也將自動切斷，並會因火焰大小來調整馬達轉速，將抽風器調至適當轉速抽去油煙。

圖1 : 硬體架構圖

硬體設計

硬體部分，輸入訊號使用:瓦斯感測器、紅外線感測器、大小火感測器、按鈕，給予單晶片訊號再做處理，處理完後輸出給繼電器電路、七段顯示器與喇叭，而電燈與馬達方面利用繼電器來控制，如圖1、硬體架構圖。

(a) 大小火感測器

為判斷、調節瓦斯(火焰)大小，並給予單晶片訊號，而單晶片再判斷火焰之大小，進而改變馬達轉速。

瓦斯開關為使用瓦斯旋鈕，如圖2：瓦斯旋鈕，與可變電阻做組合。當旋鈕改變時，可變電阻電壓也將隨之改變，再由比較器判斷現在是為大火或小火。

圖2 : 瓦斯旋鈕

(b)瓦斯感測器

採用TG-135瓦斯感測元件，如圖3：TG-135，當TG-135感測SO2、H2、酒精、煙霧、CO、CH4時，會依濃度不同而造成不同之電壓，利用氣體之濃度差與導電率，給予電壓變化，但電壓之變化無法表示瓦斯外漏，所以需加上比較器判斷真或假。

為偵測瓦斯是否外漏，並給予單晶片訊號，再由單晶片判斷是否啟動警報器。

圖3 : TG-135

(c)紅外線感測器

作為判斷人是否存在，並給予訊號傳至單晶片，再由單晶片判斷是否使LED產生亮暗。

利用紅外線元件，圖4：紅外線感測元件，產生dt，再由OPA做放大與比較之功用。

圖4 : 紅外線感測元件

利用上述之感測器、按鈕使單晶片決定馬達轉速、LED燈、喇叭、七段顯示器。

(d)按鈕與七段顯示器

i.利用總開關按鈕給予單晶片訊號，再由單晶片內部判斷做開啟電磁閥的作用。如圖5：總開關按鈕。

ii.選擇模式按鈕給予單晶片訊號，由內部單晶片判斷模式與定時時間，將其顯示於七斷顯示器，圖6：選擇模式按鈕與七段顯示器。

iii.抽風按鈕可以選擇自動抽風模式或手動抽風模式。

圖5 : 總開關按鈕

圖6 : 選擇模式按鈕與七段顯示器

(e)瓦斯電磁閥

i.當每次使用瓦斯爐時，必須按下總開關按鈕開啟瓦斯電磁閥，才能開起火源。

ii.當單晶片判斷環境為危險狀態時，給予訊號於瓦斯電磁閥，利用瓦斯電磁閥切斷瓦斯，以防止廚房意外發生。

(f)喇叭(警報器)

以提醒使用者是否正處於危險之狀態，讓使用者能夠及時防止意外發生。

軟體設計

由於安全性考量，因此將瓦斯警報器保持開啟狀態，不論瓦斯旋紐是否啟動，只要偵測到瓦斯即開啟警報器，圖7：瓦斯偵測流程圖。

圖7 : 瓦斯偵測流程圖

●瓦斯開啟時：

(a) 利用瓦斯開關電路，偵測火源大小，如圖8：瓦斯開關流程圖。

i.小火時，馬達轉速呈現低轉速。

ii.大火時，馬達轉速呈現高轉。

圖8 : 瓦斯開關流程圖

(b) 紅外線偵測是否有人正在使用爐火。

i.偵測到人體溫度:LED照明將會開啟，照明可調延遲時間，利用可變電阻改變。

ii.未偵測到人體溫度:LED照明將會關閉，5分鐘後將啟動警報器，同時將自動切斷瓦斯。

圖9 : 紅外線流程圖

(c)定時功能，如圖10：計數流程架構。

i.按鈕A：設定模式

ii.按鈕B：設定分鐘

利用按鈕A切換至定時模式，再利用按鈕B設定定時之分鐘數。當定時之時間到時，將開啟警報。若警報器響30次後，沒有手動切斷警報，將自動切斷瓦斯。

圖10 : 計數流程圖

●警報分為3種：瓦斯警報、使用者離開警報、定時設定警報。

(a)瓦斯警報：聲音較為急促，令人感到危險。隨時隨地都在偵測，若有瓦斯未完全點燃或火焰被澆熄導致瓦斯不斷釋放之情況時，瓦斯警報便會響起。

(b)使用者離開警報：由2種音調組成。當瓦斯旋鈕被轉開，瓦斯爐呈現正在使用狀態時，紅外線感測器便即刻啟動，若使用者離開超過設定之時間，紅外線未偵測到人體溫度，便立即響起警報聲

(c)設定時間警報：單一音調，與以往大眾使用之定時器雷同。當啟動定時模式時，依使用者設定時間，當時間計數完時，便會啟動警聲。

結果與討論

本作品包含按鈕、顯示器、紅外線人體感測器、喇叭、瓦斯感測器與旋鈕來做環境偵測，在利用切割器切割出各位置的大小與形狀，最後把所有感測器與零件跟抽油煙機結合。電路與抽油煙機結合，使抽油煙機成為一個有智慧、省電之家電，圖14：內部結構圖。

本作品製成模組化是為了電路部分損毀或功能增加時，不需要全部更換，只要汰換損毀或更新之電路即可。於紅框內為HT66FU50單晶片，為整個抽油煙機功能的核心。

如瓦斯感測實體電路，為硬體中之一部分。電路左方為TG-135感測元件之接腳，此電路共有1個類比訊號輸入與1個數位訊號輸出，利用LM324比較器IC配合電阻、電容，做放大、比較、延遲之功能，使TG-135偵測到的瓦斯類比訊號轉換成穩定之數位訊號。

如大小火感測實體電路，圖中之紅框處，為模擬旋鈕的可變電阻之訊號輸入，使用之元件與瓦斯感測實體電路相同，而電路設計為不同。此有1個類比訊號輸入接收可變電阻之電壓值，與2個數位輸出給予單晶片訊號。

如驅動電路，繼電器、喇叭與七段顯示器需要較大之電流驅動，若未有電晶體做為驅動將導致單晶片輸出電流過大而燒毀。因此，經由電晶體放大後，單晶片能以小電流輸出達到繼電器之驅動。

電晶體輸出之訊號，經由電晶體驅動後，最後由繼電器做為開關控制，進而達到省電之功能，如繼電器開關電路。

本作品重點核心為居家安全，未來想利用無線傳輸ZigBee，在大門上裝置面板，出門時可以知道廚房瓦斯爐是否正在使用、瓦斯管線是否有漏氣之情形，亦或連接至手機APP，使不在家的人也能即時掌握廚房的當前狀況。

結論

依據最常見之廚房危險情況設計出此作品，如：接電話後容易忘記正在使用瓦斯爐；烹調湯品或煮開水時，滾沸之液體滿溢出澆滅火焰造成瓦斯仍繼續釋放；鍋子乾燒冒出濃濃煙霧…等，諸如此類日常使用未注意之情形。期望本作品可發揮提醒使用者多加注意，進而防止廚房災難發生。亦期盼未來能加上居家用電安全、熱水器安全…等相關居家安全之防護，甚至結合保全業者，並與網路作聯繫，即使外出也能隨時隨地瞭解住家狀況，使居家安全系統更加地完整。

（本文作者葉旻彥為高雄海洋科技大學微電子工程系教授，廖俊翔、潘美妗為高雄海洋科技大學微電子工程系學生）

參考文獻

[1] 陳柏愷，民99。模糊RFID資訊處理於居家安全，碩士論文；台北：淡江大學資訊工程研究所。

[2]陳柏志，民97。植基於紅外線影像分析技術之居家廚房火災偵測系統，碩士論文；台北：國立台灣師範大學工業教育研究所。

[3]賴協隆，2011。商業用廚房火害因子研析與防範之研究，碩士論文；台北：國立台北科技大學土木與防災研究所。

[4]益眾科技股份有限公司，人體紅外線感測器。

[5]鍾啟仁，2011。HT66Fxx Flash MCU 原理與實務－Ｃ語言，初版；新北市，全華圖書股份有限公司。

[6]Donald A. Neamen, 2009, Microelectronics Circuit Analysis and Design, 4th, Higher Education。

[7]James W. Nilsson, 2011, Susan A. Riedel, Electric Circuits, 9th, PEARSON。

[8]江昭暟，2008。數位邏輯設計，第4版；滄海書局。