基于物聯網技術的智能電飯煲

朱慧君，王健偉，陳 軻，賴志鋒，仇興雷

（江蘇大學能源與動力工程學院 江蘇 鎮江 212013）

1 國內外的研究現狀及研究意義

物聯網的概念是1999年提出的，被視為互聯網的應用擴展，應用創新是物聯網的核心。在智能電網、智能交通、物流管理、醫療領域都有著典型的應用。從2008年以來，歐美等發達國家在物聯網技術方面都投入了大量的人力物力，著重來發展物聯網技術。而我國在雖然也非常重視物聯網技術的應用，但是由于計算機技術相較于歐美國家存在一定得差距，因此物聯網的發展存在不足。特別地，在國內的家電行業，物聯網技術并沒有得到充分地利用。

壓力傳感器是將壓力轉換成電信號輸出的傳感器，在現代工業過程控制和各領域壓力測量、控制中發揮著十分重要的作用。1945年史密斯依據硅與鍺的壓阻效應制成了壓力傳感器，經過了半個多世紀的發展國內外的壓力傳感技術已完全成熟。壓力傳感器在工業配料稱重、汽車行業、醫療市場等領域的應用都取得了良好的效果。尤其是，壓力傳感技術在家電行業的應用已十分成熟，并表現出其突出的優點，但在電飯煲上的應用并不常見，國內上沒有將壓力傳感器應用于電飯煲。

這項設計旨在利用物聯網技術實現對家用電飯煲的遠程遙控，同時結合壓力傳感技術和電磁閥，實現電飯煲的自主進米進水，全程實現無人化自動操作，從而解放了用戶的勞動力，方便了用戶的生活。本項目的研究意義在于既能使物聯網技術及壓力傳感技術在家電領域取得實際突破，又能通過技術創新體現科技提高人們生活質量的理念。

2 研究目標

將壓力傳感技術與電磁閥相結合應用到電飯煲上，實現了電飯煲自動進水進米。進行生活調查，采集數據，得到不同蒸煮方式下水和米的配比關系，進行擬合，得到數學函數，轉化為程序加入單片機中。由壓力傳感器測得的實時壓力得到電飯煲中物質的實時質量，以此為根據對電磁閥線圈通斷電，實現閥門開合。通過合理的結構設置，能夠準確得將水和米輸送到電飯煲中，實現自動化設計。

應用物聯網技術加入通信模塊，實現遠程控制及實時交互。加入GMS模塊，與單片機通過串口連接，進而控制家電。用戶在遠程控制端輸入指令，即可實現對家電的遠程控制。用戶也可以發送指令以了解家電的實時工作狀態，實現實時交互。

3 設計工作原理

3.1 智能電飯煲的工作原理

智能電飯煲主要由電源部分和控制電路組成。智能煲的工作原理是利用微電腦芯片，控制加熱器件的溫度，精準的對鍋底溫度進行自動控制。當接通電源后，所有指示燈亮，進入功能選擇狀態，用戶可以根據自己的需要來自主選擇蒸煮方式。

3.2 壓力傳感器的原理

壓力傳感器是將壓力轉換為電信號輸出的傳感器。壓力傳感器一般由彈性敏感元件和位移敏感元件(或應變計)組成。彈性敏感元件的作用是使被測壓力作用于某個面積上并轉換為位移或應變，然后由位移敏感元件或應變計轉換為與壓力成一定關系的電信號。壓力傳感器結構圖如圖1所示。

圖1 壓力傳感器結構圖

3.3 遠程控制原理

圖2為遠程控制系統工作原理圖，系統在空閑狀態進行監控；用戶通過發送指令激活系統，經GSM模塊接受指令，單片機解碼，驅動控制電路去控制相應的家電工作，從而實現遠程控制的目的。

整個系統GSM模塊通過串口與單片機模塊相連接，將接受的指令傳給單片機控制模塊，由單片機根據接受的指令驅動相應電路進行具體控制。

圖2 遠程控制系統工作原理

3.4 電磁閥的工作原理

分布直動式電磁閥主要由電磁閥電磁線圈，閥體，閥蓋，主閥芯，動鐵芯，彈簧和卸壓孔等組成具體結構見圖3。我們的設計中采用的是常閉型電磁閥。對于常閉型電磁閥，當電磁線圈通電時，動鐵芯吸合，打開卸壓孔，同時拉動主閥芯，主閥芯靠拉力和介質的壓差力推動，閥打開。當電磁線圈斷電時，動鐵芯靠彈簧回位關閉卸壓孔，同時推動主閥芯回位，閥關閉。帶信號反饋其的原理：當電磁閥打開是，公共線與開信號線不通；當電磁閥關閉時，公共線與關信號線相通，與開信號線不通。分布直動電磁閥采用不銹鋼活塞，使閥的承壓能力大大提高，活塞伸展自如，金屬活塞與閥腔不產生直接摩擦，克服了易卡死的弊端，介質戒指處采用相對應的材料密封，提高閥的密封性能，延長了電磁閥的使用壽命。

圖3 分布直動式電磁閥結構圖

4 應用壓力傳感技術和電磁閥的電飯煲的結構設計

考慮到市場上現有的智能電飯煲都不是遠程遙控來自動進米給水這一類，基于傳感技術及物聯網技術，我們設計了這款遠程遙控的智能電飯煲，突破了電飯煲在人工加米加水的模式，開創了遠程遙控電飯煲的新理念。相較于現有的智能電飯煲，這一設計使得家用電器更加的人性化、網絡化，大大節約了人們的時間，方便了人們的生活。

技術路線：在電飯煲的蓋子里安裝上加水和加米的電磁閥，其次將壓力傳感器設置于電飯煲的底部，用來測量加米加水的量，同時結合單片機合理的計算出所要加的米水的比例關系；最后利用物聯網技術實現遠程遙控和實時交互。智能電飯煲結構原理圖見圖4。

圖4 智能電飯煲結構原理圖

5 工作流程

（1）用戶在遠程控制端，如手機，進行用戶登錄，輸入指令，如“煮粥，50g米”。

（2）指令經過解碼，控制米桶電磁閥，配合壓力傳感器進行調控，放入50g米。

（3）電飯煲芯片根據函數算出煮粥時50g米需要多少水，如“500g”，打開進水電磁閥，配合壓力傳感器，在總質量達到550g時關閉電磁閥。

（4）開始煮粥。見圖5。

圖5 工作流程圖

6 設計創新特色概述

（1）壓力傳感技術與電磁閥相結合。利用壓力傳感器能夠準確測量地出所加的水和米的量，同時通過接收到壓力傳感器傳輸過來的反饋值—電信號，電磁閥也能夠精確地打開和閉合，實現了智能電飯煲的自主加水加米。通過應用這兩種技術，電飯煲的性能變得更加的全面化，大大解放了人們的勞動力，方便了人們的生活。

（2）應用物聯網技術加入通信模塊，實現遠程控制及實時交互。加入通信模塊，與單片機通過串口連接，進而控制家電。用戶在遠程控制端輸入指令，即可實現對家電的遠程控制。用戶也可以發送指令以了解家電的實時工作狀態，實現實時交互。

（3）遠程智能，實用快捷。這項設計只需要用戶通過手機或者電腦對電飯煲發布命令，當用戶選擇好所要做的米量及蒸煮方式后，電飯煲收到用戶指令開始工作，自主加米加水蒸煮。完全不需要用戶在現場去操作電飯煲，非常實用快捷，節約了用戶時間，也解放了用戶的勞動力。

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