智能燃气灶旋钮：一种基于物联网技术的燃气安全主动防护系统

1. 引言

燃气作为家庭主要能源，其安全问题日益突出。传统燃气安全监测手段存在精度低、响应慢、缺乏主动干预和远程管理能力弱等局限性，尤其对于用户忘记关火等错误操作行为，缺乏有效防护。随着物联网技术及智能控制技术的发展为解决这些问题提供了新思路。本文提出一种基于智能燃气灶旋钮的燃气安全主动防护系统，通过集成高精度传感、无线通信和智能控制等技术，实现对燃气灶用气状态的实时监测与主动安全干预，旨在弥补现有技术的不足，提升户内燃气安全水平。

2. 技术背景与现有技术分析

2.1 燃气安全现状与挑战

户内燃气事故频发，主要源于用户操作失误（如忘记关火导致干烧、火灾）和传统监测手段的局限性。现有燃气泄漏报警器多为事后预警，自闭阀基于压差的用气异常监测精度和灵活性也不足，易误判或延误预警 [1]。此外，传统燃气设备缺乏智能化和远程管理能力，用户和燃气公司均难以实时掌握用气安全状况并能及时干预。

2.2 物联网与智能燃气技术发展

物联网技术的发展为户内燃气安全提供了新方案。智能燃气表和智能燃气报警器已实现远程监控和自动切断功能。燃气安全管理平台 [1] 也提升了监管效率。然而，这些手段多为被动监测，对用户操作失误的主动干预仍是空白。

2.3 传感器与无线通信技术应用

燃气安全主动防护系统依赖先进传感器和无线通信技术。高精度传感器可精确监测燃气灶使用温度和用气时间。其中非接触式 MEMS 温度传感器 [3] 具有小尺寸、低功耗、高灵敏度等优势。无线通信方面 4G 无线通讯技术 [4] 速率高但功耗大，NB-IoT技术 [4] 则以低功耗、高稳定性更适用于户内的一些家居设备。

3. 智能燃气旋钮系统设计与实现

本系统旨在通过集成高精度传感器、无线通信芯片和智能控制器，实现对燃气灶用气状态的实时监测与主动安全干预。

3.1 系统总体架构

系统由智能燃气旋钮、新奥燃气监管平台和用户智能终端（APP）组成，通过无线通信互联。

1. 智能燃气灶旋钮：核心部件，直接安装在燃气灶的开关旋钮位置，不仅继承传统旋钮的点火和火力调节功能，更集成了计时、异常判断和本地控制等智能模块。当检测到异常用气行为时，可直接执行本地关闭操作，也支持通过无线通信发送关闭指令[5]。

2. 智能控制阀（可选）：通过智能球阀，实现实现燃气管道流量监控和自动启闭，当检测到异常时，从燃气总管道层面切断燃气供给，提供更高级别安全保障。

3. 用户智能终端（APP）：远程监控、报警和控制界面。

3.2 智能燃气旋钮硬件设计

智能燃气旋钮的硬件设计是实现其智能功能的关键。其主要组成部分如图1 所示：

图1 智能燃气旋钮硬件设计图

1. 高精度温度传感器：选用高精度 MEMS 温度传感器 [3]，监测火焰温度和点火状态。

2. 主控单元（MCU）：系统大脑，负责数据处理、计时、状态判断和通信控制。

3. 计时模块：精确记录燃气灶持续使用时间。

4. 无线通信模块：采用NB-IOT 通讯模块 [2]，负责数据传输和指令接收。

5. 高精密电机执行机构：本地关闭燃气灶。

6. 时间调节模块：用户自定义超时时间。

3. 系统工作流程

系统工作流程如图2 所示：

图2 燃气安全主动防护系统系统工作流程图

1. 点火与监测启动：用户点火，内部计时模块启动计时，温度传感器监控火焰温度。

2. 持续用气状态判断：系统实时监测火焰温度及对比对用气时间与用户设定的超时时间

3. 异常用气识别与主动干预：超时或温度异常后，系统自动关闭燃气灶切断燃气。

4. 远程通知与控制：用户通过APP 接收异常通知，并可远程控制。

3.4 关键技术分析

1. 高精度传感器感知与异常判断：MEMS 温度传感器结合可自定义超时阈值，精准识别异常用气。

2. 多重安全干预机制：本地关闭与远程联动关阀，提供双重保障。

3. 低功耗无线通信网络：NB-IOT 通讯技术确保设备长续航和通信稳定。

4. 智能终端远程交互：APP 实现实时监控和远程控制，提升用户体验。

4. 实验验证与性能分析

本节主要分析系统预期性能，并展望未来实验验证重点。

4.1 预期性能分析

1. 异常用气识别的准确性与及时性：高精度温度感知和灵活的超时设置，实现快速响应和低误报率。2. 安全防护的可靠性与全面性：双重安全保障和主动干预机制，从源头避免事故。3. 系统运行的稳定性和低功耗：低功耗设计和稳定通信，确保长期可靠运行。4. 用户体验的便捷性与智能化：远程监控、控制和人性化设置，提升用户满意度。

4.2 未来实验验证展望

未来将开展温度传感器精度、超时识别误报率、无线通信稳定性、电池续航、系统联动响应时间及用户体验评估等实验，全面验证系统性能。

5. 结论与展望

本文提出并设计了基于智能燃气灶旋钮的燃气安全主动防护系统，通过集成高精度传感器、无线通信和智能控制技术，实现了燃气灶用气状态的实时监测与主动安全干预，有效解决了用户操作失误和传统监测手段局限性问题。该系统为家庭燃气安全提供了全新主动防护方案，具有重要理论和应用价值。

未来研究方向包括：多模态传感器融合、人工智能与大数据分析、系统集成与标准化、能源管理与优化以及商业化与市场推广。

参考文献：

[1] 中国燃气协会安全委 . (2020). 家驻守 ∘ledast 厨房 AI 主动安全系统技术白皮书[R]. 中国城市燃气协会安全委全国燃气安全大会.

[2] 田德利, 刘振磊, 曹宏. (2025). 智能化燃气表安装与远程监测系统设计与实现 [J]. 化工设计通讯 , 51(2), 45-47.

[3] 奥迪威 . (2025). MEMS 超声波气体能量表方案 [EB/OL]. https://m.sohu.com/a/928838449_121894774.

[4] 中国移动 . (2024).NB-IoT 技术白皮书 [R]. 中国移动通信集团研究院 .

[5] 万宾科技 . (2025). 燃气管网监测系统技术方案 [EB/OL].http://m.163.com/news/article/JPGCIMH60553Q2G5.html.