1 全自動電飯煲的工作原理
設(shè)計的電飯煲在未工作時處于待機狀態(tài)，當(dāng)SIM900A模塊接收到用戶手機發(fā)來的短信或GPRS的控制指令后，將指令發(fā)送到 STM32F103單片機，單片機對指令進行解析，然后控制電飯煲自動漏米、淘米、煮飯的整個過程，并且實時采用溫度傳感器檢測電飯煲的工作溫度，同時能夠根據(jù)電飯煲的工作狀態(tài)智能報警，保證了電飯煲的可靠穩(wěn)定工作，系統(tǒng)的總體設(shè)計如圖1所示。
2 機械結(jié)構(gòu)設(shè)計
本系統(tǒng)對普通電飯煲進行全新機械結(jié)構(gòu)改進，從儲米器、淘米機構(gòu)、煮飯器等3方面進行設(shè)計，具體如圖2所示。
裝置的頂端為儲米器，一次性最大可儲存5 kg的米量。壓力傳感器可精確地測出所需煮飯的米量，由電磁閥控制米和水的進出，淘米機構(gòu)在步進電機的帶動下進行淘米操作，淘洗結(jié)束后，將米和適量的水送入煮飯器，然后由傳送帶將煮飯器從空閑位置運送到指定的工作位置進行煮飯，同時機械手在電機的帶動下將電飯煲鍋蓋自動放置到煮飯器上，裝置在單片機的控制下自動完成。
3 硬件電路設(shè)計
裝置的硬件電路由主控電路、SIM900A無線通信電路、傳感器電路、繼電器電路、電機驅(qū)動電路、電源電路、報警電路等構(gòu)成，硬件電路如圖3所示。
主控電路芯片應(yīng)具有高性能、低成本、低功耗、存儲速度快等特點。本電路以ARM內(nèi)核的32位單片機STM32F103作為控制核心，其工作溫度范圍廣，具有7個定時器和9種通信接口;自帶7通道DMA控制器，并內(nèi)置2個12位的A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器。
SIM900A無線數(shù)據(jù)通訊電路的工作頻段是EGSM900和DSC1800，工作溫度范圍為-30～+80℃，其具有省電、傳輸速率快、支持分組廣播控制通道、支持實時時鐘、支持軟件控制RTS/CTS硬件流控等特點。本設(shè)計中的SIM900A用于接收手機發(fā)來的短信或GPRS控制指令，然后將指令傳輸給STM32F103芯片，從而實現(xiàn)了電飯煲的遠程控制，SIM900A與控制器的連接如圖4所示。
繼電器主要用于控制電磁閥的斷開和導(dǎo)通、電飯煲總電源的關(guān)斷，其工作原理如圖5所示。
4 軟件設(shè)計
4.1 主程序軟件
系統(tǒng)的軟件控制流程為：SIM900A無線通訊模塊接收到外來短信或CPRS指令后，將指令發(fā)送給STM32F103主控芯片，然后啟動電飯煲系統(tǒng)并實時監(jiān)測工作溫度，同時系統(tǒng)根據(jù)工作狀態(tài)智能報警，STM32F103控制電飯煲實現(xiàn)自動漏米、淘米、煮飯等功能，主程序流程如圖6所示。
4.2 漏米器的軟件設(shè)計
STM32F103接收SIM900A無線通訊模塊發(fā)出的指令：假如n個人吃飯所需米量為m1;此時啟動漏米器的程序并初始化，測得初始化儲米器的米量為 m2;再將數(shù)據(jù)發(fā)送到控制核心進行計算得出差額米量m3=m2-m1，再使漏米器繼續(xù)漏米并通過壓力傳感器檢測儲米器中米的重量m4，當(dāng)m3=m4時關(guān)閉儲米器開關(guān)，返回子程序中的m2和m4值，并結(jié)束程序，漏米器的流程如圖7所示。
4.3 淘米器的軟件設(shè)計
漏米器完成漏米動作，淘米器開始工作并進行初始化，為減小誤差，將返回主程序的m2和m4值送到控制中心得出實際漏米量m=m4-m2，并根據(jù)m值調(diào)取程序中淘米的水量，并根據(jù)STM32F103中的定時器來控制電磁閥，該電磁閥控制洗米進水量，同時用這種方法控制煮飯的水量。淘米器的淘米動作完成后，再打開電磁閥將淘米水排出，放水時間根據(jù)STM32F103的延時程序來確定。出水口的電磁閥上安裝有濾水膜，防止出現(xiàn)米隨水漏掉或水堵塞電磁閥等情況，淘米器的流程如圖8所示。
5 系統(tǒng)測試
系統(tǒng)設(shè)計完成后進入整機測試階段，將電飯煲的控制指令遠程發(fā)送給電飯煲，電飯煲接收到短信后進行指令分析，按照控制指令設(shè)置工作模式自動完成取米、淘米、煮飯等操作，同時監(jiān)控電飯煲的工作狀態(tài)，當(dāng)電飯煲煮飯完成或出現(xiàn)工作故障時發(fā)送提示短信到用戶手機。
系統(tǒng)進行了自動煮飯和自動煲粥兩種工作方式的測試，電飯煲根據(jù)短信控制指令來設(shè)定工作模式，在此工作模式下根據(jù)設(shè)定的吃飯人數(shù)自動計算所需米量和加水量，并精確控制煮飯時間。測試程序設(shè)定1個人煮飯模式所需米量為100 g，增量間隔為100 g，加水量為米量的2倍，煲粥模式所需米量為50 g，增量間隔為50 g，加水量為米量的4倍，米量和加水量根據(jù)人數(shù)以此類推。煮飯和煲粥測試分別進行了5次實驗，每次實驗重復(fù)3次，測試結(jié)果如表1和表2所示。從表中可看出，系統(tǒng)實際測試值與設(shè)定值較為接近，計量誤差小，同時煮飯和煲粥的口感較好，系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠。
6 結(jié)束語
系統(tǒng)基于SIM900A模塊實現(xiàn)了遠程控制電飯煲智能加米、智能淘米、智能煮飯、溫度檢測及報警等功能，同時采用皮帶機、機械手等機械結(jié)構(gòu)來輔助完成電飯煲的自動化，具有零件裝配簡便、整體設(shè)備廉價、系統(tǒng)運行穩(wěn)定、控制簡單等優(yōu)點。
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