基于手機(jī)短信控制的智能電飯煲的研究

引言

目前，電飯煲已經(jīng)實現(xiàn)了通過人們手動操作預(yù)約煮飯,其預(yù)約功能是先淘好米，放入電飯煲并加入適量水，按照設(shè)定的時間煮飯，這種方式不能夠通過遠(yuǎn)程控制實現(xiàn)自動供米、洗米和煲飯，存在米泡久了，會造成營養(yǎng)大量流失，容易發(fā)酵,煮出來的飯口感差的問題。

國內(nèi)外眾多的科研機(jī)構(gòu)、公司都投入到全自動煲飯的研究當(dāng)中，但現(xiàn)有的電飯煲不能很好實現(xiàn)自動供米、洗米和煲飯功能，或多或少存在缺陷。某專利《帶水箱的全自動智能電飯煲》提供了一種工作前無需人工加水，可自動調(diào)整工作時間的電飯煲，但這種電飯煲不能定時自動淘米，需要人工淘米，也存在米已經(jīng)過浸泡，營養(yǎng)流失，容易發(fā)酵的問題。

本文提出了一種基于手機(jī)短信遠(yuǎn)程控制的智能電飯煲的設(shè)計方案，采用機(jī)電一體化技術(shù)研發(fā)了能夠通過手機(jī)短信遠(yuǎn)程控制，具有自動量米、淘米、加水、啟動煲飯等功能的智能電飯煲。該電飯煲可利用手機(jī)發(fā)送設(shè)定煲飯時間和飯量，只需要簡單的幾個操作能夠?qū)崿F(xiàn)自動供米、洗米和煲飯。

1方案設(shè)計

基于手機(jī)短信遠(yuǎn)程控制的智能電飯煲是由機(jī)械結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)二部分組成，其組成框圖如圖1所示。

機(jī)械結(jié)構(gòu)由量米裝置、淘米裝置、加水排水裝置、放米裝置、煲飯裝置等組成。量米裝置負(fù)責(zé)量取指定量的米，并放入淘米裝置；淘米裝置負(fù)責(zé)攪拌淘米；加水排水裝置負(fù)責(zé)在淘米前和放米后，加入一定量水，將淘米水排出；放米裝置負(fù)責(zé)將淘好的米放入煲飯裝置；煲飯裝置負(fù)責(zé)啟動煲飯并保溫。

圖1智能電飯煲組成框圖

控制系統(tǒng)主要包含由主控制器、TC35遠(yuǎn)程控制模塊、傳感與報警模塊、電機(jī)驅(qū)動模塊、手動輸入模塊、開關(guān)模塊等組成的硬件和軟件。TC35遠(yuǎn)程控制模塊負(fù)責(zé)接收用戶手機(jī)遠(yuǎn)程發(fā)送的設(shè)定煲飯時間和飯量等信息，并能將電飯煲的工作狀態(tài)通過短信的方式回饋給用戶；傳感與報警模塊能夠通過紅外傳感器檢測米缸有無米信號，送給主控制器，并在無米時接收主控制器信號，發(fā)出報警聲音；電機(jī)驅(qū)動模塊負(fù)責(zé)驅(qū)動量米裝置、淘米裝置、放米裝置中的電機(jī)和加水排水裝置中的水泵；手動輸入模塊為用戶手動輸入煲飯指令；開關(guān)模塊負(fù)責(zé)自動啟動煲飯；主控制器負(fù)責(zé)通過傳感與報警模塊檢測米紅有無米，并在無米時通過TC35遠(yuǎn)程控制模塊給用戶反饋報警信息，發(fā)送報警信號給傳感與報警模塊，接收手動輸入模塊的輸入信號檢測煲飯指令，實現(xiàn)通過電機(jī)驅(qū)動模塊、開關(guān)模塊對電機(jī)和繼電器的控制。

2機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計

智能電飯煲機(jī)械結(jié)構(gòu)如圖2所示。量米裝置是由米紅、紅外傳感器、擋板1、螺母1、絲杠1、聯(lián)軸器1、電機(jī)1等組成；淘米裝置是由淘米器等組成；加水排水裝置是由排水管、排水泵和送水泵等組成；放米裝置是由電機(jī)2、聯(lián)軸器2、螺母2、擋板2等組成；煲飯裝置是由電磁繼電器開關(guān)和煲飯鍋等組成。

米紅存有一定量的米，工作時，紅外傳感器檢測米紅有無存米，當(dāng)有存米時，電機(jī)1通過聯(lián)軸器1帶動絲杠1回轉(zhuǎn),與螺母1相固定的擋板1將回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為直線運動，從而實現(xiàn)擋板1水平伸縮運動實現(xiàn)量米，米漏到淘米器中；送水泵啟動送水，達(dá)到規(guī)定水量送水泵停止，在淘米器開始攪拌淘米,當(dāng)淘米完成，排水泵啟動從排水管排出淘米水；淘米結(jié)束后,電機(jī)2通過聯(lián)軸器2帶動絲杠2回轉(zhuǎn)，與螺母2相固定的擋板2將回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為直線運動，從而實現(xiàn)擋板2水平伸縮運動實現(xiàn)放米，米漏到煲飯層里，送水泵啟動注入適當(dāng)?shù)乃?送水泵停止，電磁繼電器開關(guān)通電閉合，開始煲飯，直到煲飯完成。

3控制系統(tǒng)的設(shè)計

3.1硬件設(shè)計

控制系統(tǒng)的硬件電路原理圖如圖3所示。主控制器使用臺灣合泰公司的HT46RU232單片機(jī)，該單片機(jī)通過外部4MHz晶振起振，低電平復(fù)位，其中TX、RX、IGT管腳分別作為TC35遠(yuǎn)程控制模塊上下行串口通訊端口和使能端口；PA0-7管腳為4X4鍵盤掃描輸入、輸出與1602LCD液晶屏8位數(shù)據(jù)并行輸入的復(fù)用端口；PB1為650nm紅光檢測端口；PB4-7作為4-16譯碼器數(shù)據(jù)選擇端口；PC2-4作為1602LCD液晶屏?xí)r鐘與數(shù)據(jù)控制位端口。

TC35遠(yuǎn)程控制模塊使用RS232串口總線與主控制器通訊，并通過天線連接至GSM移動通訊網(wǎng)絡(luò)。用戶通過手機(jī)短信的方式給TC35模塊發(fā)送煮飯時間和煮飯米量的命令，TC35遠(yuǎn)程控制模塊接收到短信后，提取相應(yīng)信息，通過串口給單片機(jī)發(fā)送控制指令，單片機(jī)接收到指令后執(zhí)行相應(yīng)煮飯動作。

傳感與報警模塊由紅外傳感器和蜂鳴器組成，直接連接至主控制器I/O端口。其中紅外傳感器負(fù)責(zé)檢查米紅有無米,連接至主控制器外部中斷接口，一旦紅外傳感器檢測到無米，將通過主控制器I/O端口發(fā)出信號，系統(tǒng)將進(jìn)入外部中斷并停止系統(tǒng)工作，蜂鳴器負(fù)責(zé)報警，其控制引腳與單片機(jī)I/O口相連，當(dāng)出現(xiàn)意外情況時，單片機(jī)輸出電流，通過三極管驅(qū)動蜂鳴器，使其報警。發(fā)射管與接收管分別按照在米缸與淘米器接口處，分別相對。當(dāng)米缸無米時，接收管接收到發(fā)射管發(fā)射的紅色激光信號，輸入至單片機(jī)，從而檢查米紅有無米。發(fā)射管固定發(fā)射頻率為180kHz頻閃激光（180kHz頻率由555定時器結(jié)合RC震蕩產(chǎn)生），激光波長為650nm；接收管固定檢測180kHz左右頻率紅光（接收到其余頻率與波長時，接收管無反應(yīng)）。

電機(jī)驅(qū)動模塊由主控制器發(fā)出的PWM波直接驅(qū)動，供電采用外置24V獨立電源。采用L393D、L298N芯片，工作電壓高，最高電壓可達(dá)36V；輸出電流大，瞬間峰值可達(dá)2A，持續(xù)工作電流為1A的特點。YY0-YY9連接4-16譯碼器，單片機(jī)PB4-7作為4-16譯碼器數(shù)據(jù)選擇端口，從而實現(xiàn)對電機(jī)的選擇和控制。

手動輸入模塊與顯示模塊通過并行總線與主控制器連接,分時復(fù)用同一組8位并行總線，節(jié)約了主控制器的I/O口,實現(xiàn)單片機(jī)檢查鍵盤輸入信號并將相關(guān)信息通過1602LCD顯示屏顯示。

開關(guān)模塊由主控制器I/O口驅(qū)動，并使用繼電器進(jìn)行隔離和擴(kuò)流。放米并加入一定量的水后，單片機(jī)輸出高電平，通過三極管驅(qū)動電磁繼電器，使其開關(guān)閉合，啟動煲飯。

3.2軟件設(shè)計

控制系統(tǒng)軟件框圖如圖4所示。當(dāng)系統(tǒng)待機(jī)時，系統(tǒng)將檢測鍵盤和TC35遠(yuǎn)程控制模塊有無收到用戶指令，若收到用戶延時工作指令將開始延時，并將在延時結(jié)束后開始工作。若系統(tǒng)收到用戶立即工作指令，將依次進(jìn)行進(jìn)米和進(jìn)水操作,在操作之前會檢測相應(yīng)原料是否充足。進(jìn)米進(jìn)水后將進(jìn)行淘米操作，淘米結(jié)束后會將米和適量水泵入電飯鍋中，系統(tǒng)將進(jìn)行倒計時，當(dāng)達(dá)到煮飯需要的時間后，電飯煲進(jìn)入保溫狀態(tài)并且及時通過聲響或短信方式通知用戶。若用戶長時間不進(jìn)行操作，將自動斷電保護(hù)。

圖4控制系統(tǒng)軟件框圖

4樣機(jī)及實驗結(jié)果

本智能電飯煲的實驗樣機(jī)如圖5所示。筆者分別對實驗樣機(jī)進(jìn)行了分模塊實驗和整機(jī)運行實驗，實驗內(nèi)容、實驗方法和實驗結(jié)果等實驗情況如表1所列。結(jié)果表明，所研發(fā)的智能電飯煲可利用手機(jī)發(fā)送設(shè)定時間和飯量，并完成煲飯。

圖5實驗樣機(jī)

5結(jié)語

本文提出了一種基于手機(jī)短信遠(yuǎn)程控制的智能電飯煲設(shè)計方案，釆用機(jī)電一體化技術(shù)研發(fā)了能夠通過手機(jī)短信遠(yuǎn)程控制，具有自動量米、淘米、加水、啟動煲飯等功能的智能電飯煲。設(shè)計了智能電飯煲的機(jī)械結(jié)構(gòu)，以及控制系統(tǒng)的硬件和軟件；制作了實驗樣機(jī)，并進(jìn)行了實驗測試，結(jié)果表明所研發(fā)的智能電飯煲可利用手機(jī)發(fā)送設(shè)定煲飯時間和飯量，只需要簡單的幾個操作能夠?qū)崿F(xiàn)自動供米、洗米和煲飯，具有使用方便、保持米飯營養(yǎng)等優(yōu)點，可廣泛應(yīng)用于家庭生活中。

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