智能電飯煲開(kāi)發(fā)方案

　　目前，市場(chǎng)上的電飯煲大部分采用機械式或者是采用固定功率的方式加熱，能源利用率低，功能單一，難以滿(mǎn)足人們日益增長(cháng)的生活需要。因此，開(kāi)發(fā)功能齊全，安全可靠的微電腦電飯煲是非常有必要的。電飯煲從機械式原理到現在的智能電飯煲，設計了可全自動(dòng)化控制的電飯鍋，并采用GPRS模塊，普通手機等簡(jiǎn)單、廉價(jià)的設備開(kāi)發(fā)出了一款可靠性較好的遠程電飯鍋控制系統，能使電飯鍋及時(shí)、適量、準確的為人們做飯。

　　1 系統的硬件構成及原理

　　系統總體框圖如圖1所示，設計采用的是模塊化的設計思想，有利于系統的組裝和調試，縮短開(kāi)發(fā)周期。

　　

 

　　由于電飯鍋信息傳輸的數據量少，時(shí)效性要求不是很高，因此系統主要采用基于GSM網(wǎng)絡(luò )提供的短信業(yè)務(wù)。

　　它的原理如下：手機通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò )發(fā)送控制短信到GSM模塊中，單片機通過(guò)讀GSM模塊取得控制命令字并解析得到明確的命令信息，控制繼電器動(dòng)作，完成對電飯鍋的控制并以短消息的形式將命令執行情況通過(guò)GSM模塊反饋到用戶(hù)的手機上。

　　2 系統的各硬件實(shí)現

　　本系統主要由全自動(dòng)電飯鍋和智能控制電路系統組成。全自動(dòng)電飯鍋在傳統電飯鍋的基礎上添加機械裝置改造而成，智能控制電路系統則由電源模塊、GSM模塊、單片機模塊、狀態(tài)檢測和控制模塊四個(gè)主要部分組成。

　　2.1 全自動(dòng)電飯鍋的設計

　　傳統的電飯鍋無(wú)論是保溫自動(dòng)式、定時(shí)保溫式、還是新型的微電腦控制式，在實(shí)時(shí)方面已得到長(cháng)足的發(fā)展，但仍然存在明顯的缺陷與不足，如定時(shí)時(shí)間過(guò)長(cháng)會(huì )影響飯的口感等，有效地解決目前電飯鍋存在的各種缺陷，是創(chuàng )新與發(fā)展的方向。其中電飯鍋的全自動(dòng)化和遠程智能控制是未來(lái)電飯鍋技術(shù)發(fā)展的一個(gè)方向，要實(shí)現電飯鍋全自動(dòng)控制，全自動(dòng)電飯鍋是前提，本文結合全自動(dòng)洗衣機的設計思想，在傳統電飯鍋的基礎上，通過(guò)增加適當的機械裝置，設計出來(lái)的全自動(dòng)電飯鍋如圖2所示。

　　設計包括儲米、取米、淘米、放米以及加水裝置。頂端漏斗為儲米裝置，直徑25cm，高12cm，可一次性存放約5kg大米。取米裝置由儲米漏斗底端的電磁鐵實(shí)現，電磁鐵選用直流電磁鐵HCNE1-1039，由于卡槽采用傾斜設計，減小了米粒的摩擦阻力。淘米裝置由洗米電機和淘米漏斗構成，其中洗米電機選用TN40.180/HC685G100618.

　　放米裝置由電磁鐵和檔桿構成，電磁鐵同樣選用HCNE1-1039，檔桿由可逆電機控制，可以升降，采用行程開(kāi)關(guān)限位，實(shí)現電飯鍋鍋蓋的開(kāi)閉。加水裝置由電磁閥和進(jìn)水管構成，電磁閥選用2W160-15.總的機械動(dòng)作有儲米、取米、淘米、放米以及加水等，單片機接收到控制命令后通過(guò)I/O輸出高低電平控制繼電器來(lái)實(shí)現。

　　2.2 智能控制電路系統的設計

　　2.2.1 電源模塊設計

　　GTM900C在上電啟動(dòng)，登陸GPRS網(wǎng)絡(luò )，發(fā)送數據等過(guò)程中，通常有較高的電流消耗[3]，最高達2A，故電源芯片必須滿(mǎn)足至少2A的最大電流供給。電源電路主要由MIC29302-BT組成，其芯片產(chǎn)生3.8V電壓，給單片機和GTM900C模塊供電，如圖3所示，該電路基本能滿(mǎn)足條件。另外1腳是使能端，可接到單片機端口使在不進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)時(shí)芯片不工作，降低功耗。

　　

 

　　2.2.2 單片機模塊設計

　　系統MCU選用美國德州儀器公司生產(chǎn)的MSP430系列單片機MSP430F149.它是一款低電壓(1.8~3.6V)，高性能16位單片機，其中斷源多，可以任意嵌套，使用時(shí)很靈活。此單片機還具有低功耗空閑和掉電模式，支持軟件設置睡眠和喚醒，能滿(mǎn)足本系統需求。

　　2.3 GSM模塊設計

　　出于制作成本和兼容性的考慮，系統采用華為公司的GTM900C芯片，由于單片機的I/O口邏輯電平為3.6V，與GTM900C的I/O口2.85V的邏輯電平相差不大，所以無(wú)需電平轉換就能進(jìn)行硬件對接。GSM模塊和單片機的連接較簡(jiǎn)單，將兩者串口接好，在單片機端將串口參數設置好即可發(fā)送相應的AT指令對模塊進(jìn)行操作。GSM模塊與單片機的連接情況如圖4所示。通信速率為9600Kb/s，采用8位異步通信方式。

　　

 

　　系統上電以后，單片機啟動(dòng)GTM900C，查詢(xún)SIM卡狀態(tài)，再控制GTM900C完成模塊初始化單片機進(jìn)入睡眠狀態(tài)。

　　當有新短消息到達時(shí)，由GTM900C模塊向單片機發(fā)送指令喚醒，單片機讀取短信內容并解碼，I/O口輸出高低電平，控制繼電器動(dòng)作，完成對電飯鍋的控制，處理完畢后用指令將短信從SIM卡中刪除，然后重復上述過(guò)程。

　　2.4 狀態(tài)檢測與控制模塊設計

　　本模塊主要包括狀態(tài)檢測電路和智能控制電路，狀態(tài)檢測電路主要是采集電飯鍋的故障信息與完成狀態(tài)信息，分別有“開(kāi)始煮飯”，“煮飯結束”，“出現故障”等，各模塊采集的數據通過(guò)統一的SPI總線(xiàn)傳輸給單片機，由單片機根據各狀態(tài)數據編碼后經(jīng)GPRS網(wǎng)絡(luò )發(fā)送至手機中。智能控制模塊包括機械控制和煮飯控制兩部分。機械控制主要通過(guò)單片機的I/O口輸出高低電平控制繼電器來(lái)實(shí)現，系統選用HF32FA/005-HS型繼電器，單片機與固態(tài)繼電器的接口如圖5所示，圖中驅動(dòng)電路是為了提高單片機驅動(dòng)能力和抗干擾能力。

　　

 

　　煮飯控制主要是實(shí)現電飯鍋的煮飯方式的選擇，包括“精煮”，“快煮”，“稀飯”，“蒸煮”，“粥”等方式，本系統以“美的FD302”智能電飯鍋的控制電路和加熱電路為基礎，外加繼電器實(shí)現煮飯方式的選擇，單片機由相應的I/O口輸出高低電平控制相應繼電器接通，短時(shí)間后，繼電器斷開(kāi)，以實(shí)現電飯鍋煮飯方式選擇的全自動(dòng)按鍵功能。

　　3 系統的軟件設計

　　軟件設計主要任務(wù)是編寫(xiě)應用程序，本系統的應用程序重點(diǎn)是單片機的程序，其實(shí)現的主要功能包括以下幾方面：

　　(1)對GSM模塊的初始化;

　　(2)智能控制;

　　(3)數據通信。

　　GSM模塊是系統中最關(guān)鍵的部件之一，因此對它的初始化操作必須十分仔細[6].單片機通過(guò)串口向GTM900C模塊寫(xiě)入相應的AT設置命令，進(jìn)行初始化，使模塊成功粘附在GPRS網(wǎng)絡(luò )上，獲得網(wǎng)絡(luò )運行商分配的動(dòng)態(tài)IP地址，與目的終端建立連接。GTM900C的初始化主要包括如下指令：

　　(1)ATE，關(guān)閉回顯;

　　(2)AT+CPIN，檢查SIM是否正常;

　　(3)AT+CGREG設置模塊注冊提示;

　　(4)AT+CREG測試聯(lián)網(wǎng)情況等。除此之外程序還包括CPU的初始化、來(lái)短信檢測、外部電源掉電檢測等，軟件系統在初始化CPU時(shí)加入了看門(mén)狗程序[7]，能夠在系統出現問(wèn)題時(shí)自動(dòng)復位。圖6是主程序的流程圖。

　　

 

　　4 系統測試

　　全自動(dòng)電飯鍋遠程智能控制系統硬件和軟件設計完成后，需要對系統進(jìn)行測試，以驗證設計方案的有效性。系統上電后，GPRS網(wǎng)絡(luò )指示燈突然熄滅，模塊自動(dòng)關(guān)機，后在供電電壓輸出端接電容去紋波后，模塊正常工作。用SocketTool軟件對無(wú)線(xiàn)模塊進(jìn)行調試，GPRS能順利接通并返回正確的數據。選用酷派8050手機編輯設置米量和煮飯方式的信息“300g，快煮”并發(fā)送。單片機收到指令后，完成取米、淘米、放米、加水及煮飯的全部流程，并把煮飯狀態(tài)反饋給手機。經(jīng)過(guò)4次測試，煮飯煮完成后，手機分別在7s，9s，11s，10s內收到反饋信息，能基本滿(mǎn)足要求。系統對米量和水量的計量是根據所選擇的煮飯方式并通過(guò)單片機對電磁鐵和電磁閥定時(shí)控制實(shí)現的，測試過(guò)程中設置米量300~500g，間隔50g，“快煮”方式，水量設定為米量的1.8倍，即米量為300g時(shí)，水量為540mL，依此類(lèi)推，米量和水量各測試3次，測試值和設定值如表1所示。

　　

 

　　從表1可看出，米量、水量的設定值與測試值比較接近，說(shuō)明利用定時(shí)控制進(jìn)行計量基本準確。通過(guò)對電飯鍋遠程控制系統的多次實(shí)驗，系統均能按要求完成所有動(dòng)作，而且米量、水量的計量也是較為準確的，說(shuō)明該系統遠程通信良好，電飯鍋工作穩定，計量準確。

　　從實(shí)驗結果來(lái)看，本文設計的全自動(dòng)電飯鍋遠程控制系統的方案是可行的。米量和水量的計量采用單片機定時(shí)控制替代了復雜的流量控制裝置，使得操作更簡(jiǎn)單，提高了系統的穩定性，同時(shí)也使得系統成本更低。

　　5 結語(yǔ)

　　本文所介紹的一種應用于家庭，使用普通手機對電飯鍋進(jìn)行遠程全自動(dòng)智能控制的系統的設計方案，系統用GTM900C發(fā)送和接收短信，用單片機MSP430F149控制電飯鍋工作，無(wú)需其他設備，用戶(hù)使用普通手機即可方便發(fā)送中文指令短信遠程遙控電飯鍋，并能及時(shí)地以短信的形式收到電飯鍋對用戶(hù)指令執行情況的反饋信息。該系統已應用在“電飯鍋節能與遠程控制技術(shù)研究及開(kāi)發(fā)”項目中。如用RF芯片進(jìn)行擴展，則可使全部家用電器接入因特網(wǎng)絡(luò )，實(shí)現家居的智能化，應用非常廣泛。