單片機助推小家電的智能化發展

孫礪寒

關鍵詞：單片機 智能化 小家電

單片機又稱單片微控制器，它利用集成電路技術將一個計算機系統集成到一個芯片上，體積小、質量輕、價格便宜、能耗低，為學習、開發和應用提供了一個便利的條件。

廚房小家電的種類越來越多，從機械化到智能化，從單一功能到多種功能，可以說單片機（MCU）起到了非常大的作用。而植入到小家電產品內部的單片機雖然沒有電腦系統那么強大，仍然讓產品實現了諸多智能化的功能。

單片機的資源豐富是基本條件

設計家電產品控制器的核心是成本，功耗，資源等。早期的廚房小家電產品大多使用一個單片機和一個用于擴展I/O端口的三-八譯碼器。最初的智能小家電產品因為智能化的功能較少，大多使用的是4位元單片機。

以電飯煲為例，當電飯煲接通電源并選擇好功能后，單片機對由傳感器檢測的信息做分析，并判斷溫度的變化，按照預先設定的程序，在各烹飪階段發出不同的指令，控制不同的部件完成相應的功能。最初的智能飯煲是電熱盤加熱。單片機主要實現如下的一些功能：

1、檢測鍋蓋傳感器、鍋底傳感器的信號。

2、根據檢測到的信號和預設的烹飪程序控制主加熱器、保溫加熱器等加熱單元的工作。

3、實現友好的人機界面，包括顯示，按鍵，聲音等。

再看早期的電壓力鍋，應用了4位元單片機的電壓力鍋，和電飯煲相比，需要增加壓力控制單元，在需要上壓和泄壓的階段，單片機控制壓力控制單元工作。

隨著小家電產品設計的智能化功能的增多，8位元單片機被大量使用，有的產品甚至用16位元單片機或者32位元單片機，還有的產品使用了2個單片機。現在普遍使用的8位元單片機技術更加成熟，穩定性強，負載能力強，存儲量大，速度更快，程序移植性好，可編程性更好。

以目前小家電行業采購較多的臺灣中穎的某款專為智能化家電產品開發的8位元單片機為例。該產品具有最高工作頻率為8MHz，工作電壓2.0V～5.5V，有1280字節的RAM和64K字節的FLASHROM，42～46個可編程I/O口，8通道10位A/D轉換器，3通道16位定時/計數器，2個12位PWM輸出口，集成了可調光LED、LCD驅動器，看門狗、定時器，低電壓復位功能及系統時鐘監控功能。當然，實際上51系列單片機才是主流。

因為引腳和程序空間更多，使用了8位元單片機電飯煲可實現的功能就更多，使用者可選擇的包括米種、口感、功能、定時、LED屏幕、時鐘顯示、保溫及開關。米種和口感分別有4個選項，功能有8個選項。目前廚房小家電使用單片機的引腳多在20個以上，如果控制系統可以連接的外部資源多，甚至要采購44個引腳的單片機。研發人員選擇單片機的時候既要考慮成本，也要考慮到后期的產品提升，預留出幾個引腳，以待后期產品改進的時候，與相應的端口連接。

因為搭載了資源足夠豐富、引腳更多的單片機，目前的智能電飯煲可實現的功能就更加符合消費者的需求，包括一些個性化的需求。蘇泊爾開發的行業獨有的IH蒸汽飯煲的控制系統要求單片機增加檢測蒸汽溫度的資源，A/D轉換需要對模擬數字信號做處理，而這個端口不是所有的單片機都具備的。還有的單片機只有3個端口具備這個功能，但是實際上控制需要4路測溫，就需要選擇資源更豐富、成本更高的單片機。

蘇泊爾的IH球釜電飯煲，為了讓加熱更加均勻，采用了立體加熱的方式，內膽的周圍搭載有IH加熱系統，頂部則是普通的加熱系統，相當于兩個控制單元，整體的控制系統較普通的電飯煲更加復雜。因此，控制板的廠家為了讓控制板的線路更加簡潔，工程師開發更方便，程序移植性更優，就開發了2個控制系統，也就有2個單片機。其中，底部的單片機主要用于對IGBT、傳感器等外圍數據的檢測，以及IH加熱系統的驅動和系統的保護；電飯煲頂部的單片機主要是用于處理外部傳感器的數據，并發出相應精準的指令。與普通的電飯煲相比蘇泊爾IH電飯煲使用2個單片機，控制更加集成化和穩定。

有些用戶希望能夠記憶自己的使用習慣，避免每次的重復操作，所以需要單片機具有掉電存儲功能。又有一些飯煲考慮到為用戶節電的目的，會要求單片機具有低功耗模式等等。

當然，很多小家電的智能化還在逐步的提升，包括WIFI接入、視頻顯示等，這些都要選擇資源豐富的單片機。

大品牌定制單片機是方向

國內廚房小家電使用的單片機大多為產自臺灣、歐美、日本和韓國的產品，大陸企業自主研發的單片機較少。

作為一個標準產品，單片機的品牌很多，型號也很多，通用性很強。某一類型的產品使用的單片機功能大多相似，甚至型號都是一樣的。例如，A、B、C三家企業的電飯煲均使用了韓國現代的某型號的單片機，因此，會把該款單片機分別命名為AH、BH、CH。但其實，這三個單片機是同一款產品。可以說，這是單片機生產商為某一類產品設計研發的標準產品，成本低，穩定性強。

隨著企業產品的個性化需求在不斷增加，具有一定規模的品牌為了降低成本，提高電器產品控制的穩定性，開始向單片機的企業反向定制單片機。例如，蘇泊爾的產品中規模較大的電磁爐、電飯煲和電壓力鍋有很多功能是相似的，就可以使用同一款單片機。2018年，蘇泊爾也嘗試定制了2款單片機，目前正處于測試期。雖然與之前的單片機相比改動并不大，但是可以滿足更多個性化開發的需求。

當然，定制單片機要建立在規模和穩定性以及成本三個綜合因素的基礎上，盲目為了個性化，是不經濟的。因為單片機的結構復雜，研發周期和測試時間較長，而技術的更迭又很快，一旦某個環節出了紕漏，風險就很大。一個品牌的產品最合適哪個系列的單片機、成本最優，才是最佳的選擇。

單片機的功能集成化

除了產品的穩定性和存儲處理能力以外，單片機在應用領域上還有集成化的趨勢。例如，電飯煲、電壓力鍋和電磁爐都屬于廚房小家電的品類，其在控制系統上有很多相類似的性能，那么品牌完全可以采購通用性強的同一款單片機。作為單片機的廠家，就可以將以上幾個產品外圍設計的功能集成到一個單片內，不但可以降低成本，可靠性更好，穩定性更強。因此，單片機的設計集成化對于應用領域來說，是一個非常好的研發方向。

單片機在工業領域的應用更加廣泛，且工業用單片機更加復雜。中國的工業制造4.0與單片機息息相關。但是單片機在家用電器領域的應用，仍然給整個行業帶來質的提升與改變。

單片機只是小家電產品實現自動控制的一個載體，廚房小家電產品想要提高性能，主要還是來自于深入的了解消費需求，著重于功能的開發以及相應程序的設計。隨著電子技術的不斷發展，單片機將助推小家電產品的智能化提升到更高的水平。