基于手機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約煮飯,其預約功能是先淘好米,放入電飯煲并加入適量水,按照設定的時間煮飯,這種方式不能夠通過遠程控制實現(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)外眾多的科研機構、公司都投入到全自動煲飯的研究當中,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短信遠程控制的智能電飯煲的設計方案,采用機電一體化技術研發(fā)了能夠通過手機短信遠程控制,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發(fā)送設定煲飯時間和飯量,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方案設計
基于手機短信遠程控制的智能電飯煲是由機械結構和控制系統(tǒng)二部分組成,其組成框圖如圖1所示。
機械結構由量米裝置、淘米裝置、加水排水裝置、放米裝置、煲飯裝置等組成。量米裝置負責量取指定量的米,并放入淘米裝置;淘米裝置負責攪拌淘米;加水排水裝置負責在淘米前和放米后,加入一定量水,將淘米水排出;放米裝置負責將淘好的米放入煲飯裝置;煲飯裝置負責啟動煲飯并保溫。
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遠程控制模塊、傳感與報警模塊、電機驅(qū)動模塊、手動輸入模塊、開關模塊等組成的硬件和軟件。TC35遠程控制模塊負責接收用戶手機遠程發(fā)送的設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;電機驅(qū)動模塊負責驅(qū)動量米裝置、淘米裝置、放米裝置中的電機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;開關模塊負責自動啟動煲飯;主控制器負責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)通過電機驅(qū)動模塊、開關模塊對電機和繼電器的控制。
2機械結構設計
智能電飯煲機械結構如圖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,當有存米時,電機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,達到規(guī)定水量送水泵停止,在淘米器開始攪拌淘米,當淘米完成,排水泵啟動從排水管排出淘米水;淘米結束后,電機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?shù)乃?送水泵停止,電磁繼電器開關通電閉合,開始煲飯,直到煲飯完成。
3控制系統(tǒng)的設計
3.1硬件設計
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,該單片機通過外部4MHz晶振起振,低電平復位,其中TX、RX、IGT管腳分別作為TC35遠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液晶屏時鐘與數(shù)據(jù)控制位端口。
TC35遠程控制模塊使用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。用戶通過手機短信的方式給TC35模塊發(fā)送煮飯時間和煮飯米量的命令,TC35遠程控制模塊接收到短信后,提取相應信息,通過串口給單片機發(fā)送控制指令,單片機接收到指令后執(zhí)行相應煮飯動作。
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。其中紅外傳感器負責檢查米紅有無米,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)將進入外部中斷并停止系統(tǒng)工作,蜂鳴器負責報警,其控制引腳與單片機I/O口相連,當出現(xiàn)意外情況時,單片機輸出電流,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,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)。
電機驅(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36V;輸出電流大,瞬間峰值可達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)單片機檢查鍵盤輸入信號并將相關信息通過1602LCD顯示屏顯示。
開關模塊由主控制器I/O口驅(qū)動,并使用繼電器進行隔離和擴流。放米并加入一定量的水后,單片機輸出高電平,通過三極管驅(qū)動電磁繼電器,使其開關閉合,啟動煲飯。
3.2軟件設計
控制系統(tǒng)軟件框圖如圖4所示。當系統(tǒng)待機時,系統(tǒng)將檢測鍵盤和TC35遠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,并將在延時結束后開始工作。若系統(tǒng)收到用戶立即工作指令,將依次進行進米和進水操作,在操作之前會檢測相應原料是否充足。進米進水后將進行淘米操作,淘米結束后會將米和適量水泵入電飯鍋中,系統(tǒng)將進行倒計時,當達到煮飯需要的時間后,電飯煲進入保溫狀態(tài)并且及時通過聲響或短信方式通知用戶。若用戶長時間不進行操作,將自動斷電保護。
圖4控制系統(tǒng)軟件框圖
4樣機及實驗結果
本智能電飯煲的實驗樣機如圖5所示。筆者分別對實驗樣機進行了分模塊實驗和整機運行實驗,實驗內(nèi)容、實驗方法和實驗結果等實驗情況如表1所列。結果表明,所研發(fā)的智能電飯煲可利用手機發(fā)送設定時間和飯量,并完成煲飯。
圖5實驗樣機
5結語
本文提出了一種基于手機短信遠程控制的智能電飯煲設計方案,釆用機電一體化技術研發(fā)了能夠通過手機短信遠程控制,具有自動量米、淘米、加水、啟動煲飯等功能的智能電飯煲。設計了智能電飯煲的機械結構,以及控制系統(tǒng)的硬件和軟件;制作了實驗樣機,并進行了實驗測試,結果表明所研發(fā)的智能電飯煲可利用手機發(fā)送設定煲飯時間和飯量,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,可廣泛應用于家庭生活中。
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