基于單片機的智能電飯煲的設計

徐彬凱

遼寧錦州渤海大學工學院

基于單片機的智能電飯煲的設計

徐彬凱

遼寧錦州渤海大學工學院

本文設計的智能電飯煲實現的功能主要包括了顯示時間，輸入時間，控制溫度等，本文展開了硬件設計，軟件設計，其中硬件設計部分的中央處理器部分是通過單片機實現的，軟件部分實現了控制溫度芯片，控制外置器件等，從而設計的智能電飯煲更加人性化。

智能電飯煲 單片機 外置器件

1 引言

隨著社會發展水平的不斷提高，人們對生活水平的需求逐漸提高，在飲食方面的質量水平也日增強，傳統意義上的電飯煲采用的是機械式的工作原理，而現今的電飯煲采用的是電子式的工作方式。隨著社會的發展趨勢，傳統意義上機械式的電飯煲必將被電子式的電飯煲所替代，電子式的電飯煲相比于機械式的電飯煲在性能方面更加簡潔，實用性更高，而且更加節能。本文設計了基于單片機的智能電飯煲，該設計主要是圍繞著單片機進行展開。該電飯煲主要是將溫度信號向電壓信號進行轉化，實現的手段采用的是熱敏電阻，接著電壓信號就會轉換成數字信號，最終實現控制溫度。基于國內外電飯煲的研究分析，對智能電飯煲的功能進行了設計，功能實現了自動化的加熱，同時液晶顯示功能以及時間預定等。

2 研究意義

傳統意義上對米飯進行加熱，通常選擇的是加熱方式是用煤、油以及氣，通過這種能源進行加熱會在一定的程度上浪費大量的資源，也會污染環境，同時會大大地地降低工作效率。導體的熱效應會使得鍋底的溫度增高，但是這個發熱的過程沒有用到熱傳遞。采用電磁感應的方式進行加熱相比于以往的通過煤、油、氣實現加熱，都能大大地減少環境的污染以及減少能源的損耗，而且在性能方面也得到了大大地提高。現今，國內的很多的電飯煲的實現方式都是選擇的機械式工作，也有的電飯煲的加熱工作方式是通過固定功率實現的，而且在能源方面損耗比較低，所投入的成本也會有所增加，利用率低，功能實現不豐富。智能電飯煲走入人們的生活中，使得人們的生活得到了極大的改善，同時智能電飯煲也是適應了社會的發展趨勢。所以，研制出功能齊備，可靠性高，同時價格方面也比較低廉的電飯煲有著重要的意義。

3 總體設計

中央處理模塊主要是分析鍵盤輸入以及采集溫度，和輸入數據模塊等，根據系統設置的程序對相關的數據分析，保存。其中顯示模塊主要是顯示相關的數據信息。定時模塊所實現的功能是將當前的時間顯示的同時還實現了對時間進行修改，以及時間設置的輸入等。溫度采集模塊的采集對象是電飯煲的溫度，中央處理模塊會保存采集的數據。

4 米飯量的模糊推理

在對米飯量進行控制的過程中，米飯量和加熱控制以及需要加熱的時間長短有著直接的聯系。所以，最先要做的是測定米飯量，接著就是控制米飯量。當電飯煲處于吸水的工作過程中，當還不能確定初始條件的時候，加熱過程就需要用到熱水熱鍋，煮飯時也可以選擇用冷水冷鍋，此時煮飯處于吸水階段，這個時候很難把握米量，所以測定米飯量的過程必要在加熱階段完成。

用戶根據規定刻度對米飯量添加水，處于加熱時，當升高鍋內溫度時候，就能對米量進行判斷，當鍋內溫度升高較慢時，就能夠知道米量比較多。讀取鍋內的溫度需要用到2個熱敏線。這2個熱敏線其中一個是對鍋底的溫度進行讀取，另一個熱敏線是對鍋頂的溫度進行讀取，鍋底溫度是和米的溫度是一樣的，當水和米飯同時處于加熱的時候很難形成對流，因此溫度交換就比較差，因此如果鍋底溫度升高快的話，就很難對整個鍋中的溫度進行分析，鍋蓋的溫度在一定程度上是和鍋中的溫度相等得。

5 硬件設計

5.1 電飯煲模糊控制機理

機械式的電飯煲設計中不涉及到探測溫度傳感器，所以溫度的控制只能是機械式地進行，比如如果需要將鍋底溫度增加到103℃的時候，最后再將加熱停止后進入保溫狀態，這個加熱的過程的實現包括了幾個工藝階段，然而考慮到不能對時間控制合理的控制，所以很難使得做出的米飯可口。而模糊機理實現的電飯煲在煮米飯的過程中能夠自動地吸水、自動加熱以及燜飯功能的實現。米飯質量的好壞取決于加熱階段，在這個加熱的階段中要推算出米量。傳統的電飯煲不太容易滿足這些需求的。

5.2 電飯煲控制板

在電飯煲的控制電路中的組成部分主要有單片機、蜂鳴報警電路、鍵盤輸入電路以及穩壓電路等。本文的控制芯片選擇的是68HC08JL3，控制板中的集成了LED顯示，以及液晶顯示和按鍵輸入電路等。

5.3 火力控制模塊設計

在火力控制模塊中的PNP三極管和單片機中的P13進行直接連接，Q1表示的是基極端，Q1接地，ec級連接繼電器的另一端，電源連接了繼電器。將低電壓輸入到PNP三極管中，Q1eb極的電壓設置成0.7V，另外的ec極電壓設置成0.7V，此時的電路無法導通，但是將高電壓輸入到三極管的時候，Q1端與ec極就能夠導通，這時繼電器中就會通過電流，電磁鐵就會形成吸引力會將開關打開和關閉，當電流不存在的時候，磁力也就對應地不存在，從而開關就會斷開。下圖1為火力控制電路圖。

圖1 火力控制電路

6 系統軟件設計

系統軟件設計部分設計方法是結構化以及模塊化的思想，軟件設計部分主要包括了主程序的初始化、輸入時間以及顯示時間程序、控制火力和溫度等程序。主程序流程圖如圖2所示。

圖2 主程序流程圖

6.1 智能煮飯程序設計

根據煮飯的工藝的整個過程，基于單片機的智能電飯煲的實現具體分為了以下的幾個過程。如表1所示。

表1 智能電飯煲的實現過程

煮飯過程底溫度如圖3所示。

圖3 煮飯過程底溫度曲線

本文設計的智能電飯煲，相比較于傳統意義的機械式電飯煲，所做出的米飯在口感上更好，機械式的電飯煲所做出的米飯如果放的米量過多的話，電飯煲的上面一側米飯會和下一側米飯的效果會有所不同。

6.2 顯示及輸入程序設計

顯示子程序顯示是動態的，顯示中主要包括了溫度的改變以及時間的改變。LCD1602顯示器是顯示字符的，顯示器中還設置了字符和數字，顯示子程序中需要需要數據信息進行從二進制轉化為十進制，最終LCD1602顯示芯片會存儲十進制的數據。而輸入程序中的按鍵是單獨進行的，并且這種設計模式實現了中斷，按鍵中的功能選擇鍵是用K1表示的，遞增的按鍵是用K2表示的，遞減按鍵是用K3表示，而退出鍵用的是K4鍵表示。

7 結論

本文分析了電飯煲的研究意義以及現狀發展，本文設計的基于單片機的智能電飯煲的功能包括了定時顯示時間，加熱顯示以及保溫功能，煮飯的時間可以自動設定時間，溫度也可以自動設置溫度，能夠實現溫度的控制。

[1]徐愷.基于用戶心智模型的智能廚電操作界面可用性研究[D].杭州：浙江工業大學，2013

[2]李黨娟，吳慎將，常攀.新型智能電飯煲控制器設計與實現[J].機電產品開發與創新,2010（4）：66-68

[3]肖健華,經順林.模糊控制在家電產品中的應用與展望[J].五邑大學學報(自然科學版),2001

[4]王陽.PIC16F872單片機在智能電飯煲控制系統中的應用[J].電腦編程技巧與維護，2007（6）：74-78