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(shí)現(xiàn)了通過(guò)人們手動(dòng)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(shí)間煮飯，這種方式不能夠通過(guò)遠(yuǎn)程控制實(shí)現(xiàn)自動(dòng)供米、洗米和煲飯，存在米泡久了，會(huì)造成營(yíng)養(yǎng)大量流失，容易發(fā)酵,煮出來(lái)的飯口感差的問(wèn)題。

國(guó)內(nèi)外眾多的科研機(jī)構(gòu)、公司都投入到全自動(dòng)煲飯的研究當(dāng)中，但現(xiàn)有的電飯煲不能很好實(shí)現(xiàn)自動(dòng)供米、洗米和煲飯功能，或多或少存在缺陷。某專(zhuān)利《帶水箱的全自動(dòng)智能電飯煲》提供了一種工作前無(wú)需人工加水，可自動(dòng)調(diào)整工作時(shí)間的電飯煲，但這種電飯煲不能定時(shí)自動(dòng)淘米，需要人工淘米，也存在米已經(jīng)過(guò)浸泡，營(yíng)養(yǎng)流失，容易發(fā)酵的問(wèn)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(jì)方案，采用機(jī)電一體化技術(shù)研發(fā)了能夠通過(guò)手機(jī)短信遠(yuǎn)程控制，具有自動(dòng)量米、淘米、加水、啟動(dòng)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(shí)間和飯量，只需要簡(jiǎn)單的幾個(gè)操作能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)供米、洗米和煲飯。

1方案設(shè)計(jì)

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(dòng)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(bào)警模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、手動(dòng)輸入模塊、開(kāi)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(hù)手機(jī)遠(yuǎn)程發(fā)送的設(shè)定煲飯時(shí)間和飯量等信息，并能將電飯煲的工作狀態(tài)通過(guò)短信的方式回饋給用戶(hù)；傳感與報(bào)警模塊能夠通過(guò)紅外傳感器檢測(cè)米缸有無(wú)米信號(hào)，送給主控制器，并在無(wú)米時(shí)接收主控制器信號(hào)，發(fā)出報(bào)警聲音；電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)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(dòng)輸入模塊為用戶(hù)手動(dòng)輸入煲飯指令；開(kāi)關(guān)模塊負(fù)責(zé)自動(dòng)啟動(dòng)煲飯；主控制器負(fù)責(zé)通過(guò)傳感與報(bào)警模塊檢測(cè)米紅有無(wú)米，并在無(wú)米時(shí)通過(guò)TC35遠(yuǎn)程控制模塊給用戶(hù)反饋報(bào)警信息，發(fā)送報(bào)警信號(hào)給傳感與報(bào)警模塊，接收手動(dòng)輸入模塊的輸入信號(hào)檢測(cè)煲飯指令，實(shí)現(xiàn)通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、開(kāi)關(guān)模塊對(duì)電機(jī)和繼電器的控制。

2機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

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(kāi)關(guān)和煲飯鍋等組成。

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

3控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

3.1硬件設(shè)計(jì)

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(tái)灣合泰公司的HT46RU232單片機(jī)，該單片機(jī)通過(guò)外部4MHz晶振起振，低電平復(fù)位，其中TX、RX、IGT管腳分別作為T(mén)C35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(pán)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(cè)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(guò)天線連接至GSM移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò)。用戶(hù)通過(guò)手機(jī)短信的方式給TC35模塊發(fā)送煮飯時(shí)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(guò)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(dòng)作。

傳感與報(bào)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(wú)米,連接至主控制器外部中斷接口，一旦紅外傳感器檢測(cè)到無(wú)米，將通過(guò)主控制器I/O端口發(fā)出信號(hào)，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(bào)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(shí)，單片機(jī)輸出電流，通過(guò)三極管驅(qū)動(dòng)蜂鳴器，使其報(bào)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(duì)。當(dāng)米缸無(wú)米時(shí)，接收管接收到發(fā)射管發(fā)射的紅色激光信號(hào)，輸入至單片機(jī)，從而檢查米紅有無(wú)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(shí)器結(jié)合RC震蕩產(chǎn)生），激光波長(zhǎng)為650nm；接收管固定檢測(cè)180kHz左右頻率紅光（接收到其余頻率與波長(zhǎng)時(shí)，接收管無(wú)反應(yīng)）。

電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊由主控制器發(fā)出的PWM波直接驅(qū)動(dòng)，供電采用外置24V獨(dú)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(diǎn)。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(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的選擇和控制。

手動(dòng)輸入模塊與顯示模塊通過(guò)并行總線與主控制器連接,分時(shí)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(shí)現(xiàn)單片機(jī)檢查鍵盤(pán)輸入信號(hào)并將相關(guān)信息通過(guò)1602LCD顯示屏顯示。

開(kāi)關(guān)模塊由主控制器I/O口驅(qū)動(dòng)，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(guò)三極管驅(qū)動(dòng)電磁繼電器，使其開(kāi)關(guān)閉合，啟動(dòng)煲飯。

3.2軟件設(shè)計(jì)

控制系統(tǒng)軟件框圖如圖4所示。當(dāng)系統(tǒng)待機(jī)時(shí)，系統(tǒng)將檢測(cè)鍵盤(pán)和TC35遠(yuǎn)程控制模塊有無(wú)收到用戶(hù)指令，若收到用戶(hù)延時(shí)工作指令將開(kāi)始延時(shí)，并將在延時(shí)結(jié)束后開(kāi)始工作。若系統(tǒng)收到用戶(hù)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(huì)檢測(cè)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(huì)將米和適量水泵入電飯鍋中，系統(tǒng)將進(jìn)行倒計(jì)時(shí)，當(dāng)達(dá)到煮飯需要的時(shí)間后，電飯煲進(jìn)入保溫狀態(tài)并且及時(shí)通過(guò)聲響或短信方式通知用戶(hù)。若用戶(hù)長(zhǎng)時(shí)間不進(jìn)行操作，將自動(dòng)斷電保護(hù)。

圖4控制系統(tǒng)軟件框圖

4樣機(jī)及實(shí)驗(yàn)結(jié)果

本智能電飯煲的實(shí)驗(yàn)樣機(jī)如圖5所示。筆者分別對(duì)實(shí)驗(yàn)樣機(jī)進(jìn)行了分模塊實(shí)驗(yàn)和整機(jī)運(yùn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)結(jié)果等實(shí)驗(yàn)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(shí)間和飯量，并完成煲飯。

圖5實(shí)驗(yàn)樣機(jī)

5結(jié)語(yǔ)

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(jì)方案，釆用機(jī)電一體化技術(shù)研發(fā)了能夠通過(guò)手機(jī)短信遠(yuǎn)程控制，具有自動(dòng)量米、淘米、加水、啟動(dòng)煲飯等功能的智能電飯煲。設(shè)計(jì)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(shí)驗(yàn)樣機(jī)，并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)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(shí)間和飯量，只需要簡(jiǎn)單的幾個(gè)操作能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)供米、洗米和煲飯，具有使用方便、保持米飯營(yíng)養(yǎng)等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于家庭生活中。

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