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嵌入式调制解调器

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一款全自动电饭煲系统的设计与实现

2017-10-26 [责任编辑:lina]
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【导读】现在的电饭煲正在向集煮饭、煲汤、保温于一体的方向发展,虽现在的电饭煲有预约煮饭功能,但由于预约时间过长而影响了米的口感,本文设计的全自动电饭煲融合嵌入式技术和无线通讯技术,不仅实现了煮饭的远程智能化控制,同时保证了煮饭的良好口感。

 

  1 全自动电饭煲的工作原理

  设计的电饭煲在未工作时处于待机状态,当SIM900A模块接收到用户手机发来的短信或GPRS的控制指令后,将指令发送到 STM32F103单片机,单片机对指令进行解析,然后控制电饭煲自动漏米、淘米、煮饭的整个过程,并且实时采用温度传感器检测电饭煲的工作温度,同时能够根据电饭煲的工作状态智能报警,保证了电饭煲的可靠稳定工作,系统的总体设计如图1所示。

  一款全自动电饭煲系统的设计与实现

  2 机械结构设计

  本系统对普通电饭煲进行全新机械结构改进,从储米器、淘米机构、煮饭器等3方面进行设计,具体如图2所示。

  一款全自动电饭煲系统的设计与实现

  装置的顶端为储米器,一次性最大可储存5 kg的米量。压力传感器可精确地测出所需煮饭的米量,由电磁阀控制米和水的进出,淘米机构在步进电机的带动下进行淘米操作,淘洗结束后,将米和适量的水送入煮饭器,然后由传送带将煮饭器从空闲位置运送到指定的工作位置进行煮饭,同时机械手在电机的带动下将电饭煲锅盖自动放置到煮饭器上,装置在单片机的控制下自动完成。

  3 硬件电路设计

  装置的硬件电路由主控电路、SIM900A无线通信电路、传感器电路、继电器电路、电机驱动电路、电源电路、报警电路等构成,硬件电路如图3所示。

  一款全自动电饭煲系统的设计与实现

  主控电路芯片应具有高性能、低成本、低功耗、存储速度快等特点。本电路以ARM内核的32位单片机STM32F103作为控制核心,其工作温度范围广,具有7个定时器和9种通信接口;自带7通道DMA控制器,并内置2个12位的A/D模数转换器。

  SIM900A无线数据通讯电路的工作频段是EGSM900和DSC1800,工作温度范围为-30~+80℃,其具有省电、传输速率快、支持分组广播控制通道、支持实时时钟、支持软件控制RTS/CTS硬件流控等特点。本设计中的SIM900A用于接收手机发来的短信或GPRS控制指令,然后将指令传输给STM32F103芯片,从而实现了电饭煲的远程控制,SIM900A与控制器的连接如图4所示。

  一款全自动电饭煲系统的设计与实现

  继电器主要用于控制电磁阀的断开和导通、电饭煲总电源的关断,其工作原理如图5所示。

  一款全自动电饭煲系统的设计与实现

  4 软件设计

  4.1 主程序软件

  系统的软件控制流程为:SIM900A无线通讯模块接收到外来短信或CPRS指令后,将指令发送给STM32F103主控芯片,然后启动电饭煲系统并实时监测工作温度,同时系统根据工作状态智能报警,STM32F103控制电饭煲实现自动漏米、淘米、煮饭等功能,主程序流程如图6所示。

  一款全自动电饭煲系统的设计与实现

  4.2 漏米器的软件设计

  STM32F103接收SIM900A无线通讯模块发出的指令:假如n个人吃饭所需米量为m1;此时启动漏米器的程序并初始化,测得初始化储米器的米量为 m2;再将数据发送到控制核心进行计算得出差额米量m3=m2-m1,再使漏米器继续漏米并通过压力传感器检测储米器中米的重量m4,当m3=m4时关闭储米器开关,返回子程序中的m2和m4值,并结束程序,漏米器的流程如图7所示。

  一款全自动电饭煲系统的设计与实现

4.3 淘米器的软件设计

  漏米器完成漏米动作,淘米器开始工作并进行初始化,为减小误差,将返回主程序的m2和m4值送到控制中心得出实际漏米量m=m4-m2,并根据m值调取程序中淘米的水量,并根据STM32F103中的定时器来控制电磁阀,该电磁阀控制洗米进水量,同时用这种方法控制煮饭的水量。淘米器的淘米动作完成后,再打开电磁阀将淘米水排出,放水时间根据STM32F103的延时程序来确定。出水口的电磁阀上安装有滤水膜,防止出现米随水漏掉或水堵塞电磁阀等情况,淘米器的流程如图8所示。

  一款全自动电饭煲系统的设计与实现

  5 系统测试

  系统设计完成后进入整机测试阶段,将电饭煲的控制指令远程发送给电饭煲,电饭煲接收到短信后进行指令分析,按照控制指令设置工作模式自动完成取米、淘米、煮饭等操作,同时监控电饭煲的工作状态,当电饭煲煮饭完成或出现工作故障时发送提示短信到用户手机。

  系统进行了自动煮饭和自动煲粥两种工作方式的测试,电饭煲根据短信控制指令来设定工作模式,在此工作模式下根据设定的吃饭人数自动计算所需米量和加水量,并精确控制煮饭时间。测试程序设定1个人煮饭模式所需米量为100 g,增量间隔为100 g,加水量为米量的2倍,煲粥模式所需米量为50 g,增量间隔为50 g,加水量为米量的4倍,米量和加水量根据人数以此类推。煮饭和煲粥测试分别进行了5次实验,每次实验重复3次,测试结果如表1和表2所示。从表中可看出,系统实际测试值与设定值较为接近,计量误差小,同时煮饭和煲粥的口感较好,系统运行稳定可靠。

  一款全自动电饭煲系统的设计与实现

  6 结束语

 

  系统基于SIM900A模块实现了远程控制电饭煲智能加米、智能淘米、智能煮饭、温度检测及报警等功能,同时采用皮带机、机械手等机械结构来辅助完成电饭煲的自动化,具有零件装配简便、整体设备廉价、系统运行稳定、控制简单等优点。



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关键字:SIM900A模块 智能化控制 全自动电饭煲 
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