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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