一種全自動(dòng)電飯鍋遠(yuǎn)程智能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案

隨著物聯(lián)網(wǎng)和軟件技術(shù)的快速發(fā)展，輕松便捷的煮飯方式越來(lái)越受人們青睞，智能、環(huán)保、節(jié)能型高端電飯鍋將會(huì)成為未來(lái)備受矚目的商品，特別是可遠(yuǎn)程控制的全自動(dòng)智能電飯鍋將會(huì)成為未來(lái)發(fā)展的方向。

目前國(guó)內(nèi)外對(duì)智能家居的技術(shù)研究較多，多數(shù)是用無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)實(shí)現(xiàn)，但系統(tǒng)設(shè)計(jì)成本高。而對(duì)電飯鍋的全自動(dòng)化技術(shù)研究則少之有少，沒(méi)有引起人們的重視。本文改造了傳統(tǒng)的電飯鍋，設(shè)計(jì)了可全自動(dòng)化控制的電飯鍋，并采用GPRS模塊，普通手機(jī)等簡(jiǎn)單、廉價(jià)的設(shè)備開(kāi)發(fā)出了一款可靠性較好的遠(yuǎn)程電飯鍋控制系統(tǒng)，能使電飯鍋及時(shí)、適量、準(zhǔn)確的為人們做飯。

1 系統(tǒng)的硬件構(gòu)成及原理

系統(tǒng)總體框圖如圖1所示，設(shè)計(jì)采用的是模塊化的設(shè)計(jì)思想，有利于系統(tǒng)的組裝和調(diào)試，縮短開(kāi)發(fā)周期。

由于電飯鍋信息傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量少，時(shí)效性要求不是很高，因此系統(tǒng)主要采用基于GSM網(wǎng)絡(luò)提供的短信業(yè)務(wù)。

它的原理如下：手機(jī)通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)發(fā)送控制短信到GSM 模塊中，單片機(jī)通過(guò)讀GSM 模塊取得控制命令字并解析得到明確的命令信息，控制繼電器動(dòng)作，完成對(duì)電飯鍋的控制并以短消息的形式將命令執(zhí)行情況通過(guò)GSM模塊反饋到用戶的手機(jī)上。

2 系統(tǒng)的各硬件實(shí)現(xiàn)

本系統(tǒng)主要由全自動(dòng)電飯鍋和智能控制電路系統(tǒng)組成。全自動(dòng)電飯鍋在傳統(tǒng)電飯鍋的基礎(chǔ)上添加機(jī)械裝置改造而成，智能控制電路系統(tǒng)則由電源模塊、GSM模塊、單片機(jī)模塊、狀態(tài)檢測(cè)和控制模塊四個(gè)主要部分組成。

2.1 全自動(dòng)電飯鍋的設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)的電飯鍋無(wú)論是保溫自動(dòng)式、定時(shí)保溫式、還是新型的微電腦控制式，在實(shí)時(shí)方面已得到長(zhǎng)足的發(fā)展，但仍然存在明顯的缺陷與不足，如定時(shí)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)影響飯的口感等，有效地解決目前電飯鍋存在的各種缺陷，是創(chuàng)新與發(fā)展的方向。其中電飯鍋的全自動(dòng)化和遠(yuǎn)程智能控制是未來(lái)電飯鍋技術(shù)發(fā)展的一個(gè)方向，要實(shí)現(xiàn)電飯鍋全自動(dòng)控制，全自動(dòng)電飯鍋是前提，本文結(jié)合全自動(dòng)洗衣機(jī)的設(shè)計(jì)思想，在傳統(tǒng)電飯鍋的基礎(chǔ)上，通過(guò)增加適當(dāng)?shù)臋C(jī)械裝置，設(shè)計(jì)出來(lái)的全自動(dòng)電飯鍋如圖2所示。

設(shè)計(jì)包括儲(chǔ)米、取米、淘米、放米以及加水裝置。頂端漏斗為儲(chǔ)米裝置，直徑25 cm,高12 cm,可一次性存放約5 kg大米。取米裝置由儲(chǔ)米漏斗底端的電磁鐵實(shí)現(xiàn)，電磁鐵選用直流電磁鐵HCNE1-1039,由于卡槽采用傾斜設(shè)計(jì)，減小了米粒的摩擦阻力。淘米裝置由洗米電機(jī)和淘米漏斗構(gòu)成，其中洗米電機(jī)選用TN-40.180/HC685G100618.

放米裝置由電磁鐵和檔桿構(gòu)成，電磁鐵同樣選用HCNE1-1039,檔桿由可逆電機(jī)控制，可以升降，采用行程開(kāi)關(guān)限位，實(shí)現(xiàn)電飯鍋鍋蓋的開(kāi)閉。加水裝置由電磁閥和進(jìn)水管構(gòu)成，電磁閥選用2W160-15.總的機(jī)械動(dòng)作有儲(chǔ)米、取米、淘米、放米以及加水等，單片機(jī)接收到控制命令后通過(guò)I/O輸出高低電平控制繼電器來(lái)實(shí)現(xiàn)。

2.2 智能控制電路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2.2.1 電源模塊設(shè)計(jì)

GTM900C 在上電啟動(dòng)，登陸GPRS 網(wǎng)絡(luò)，發(fā)送數(shù)據(jù)等過(guò)程中，通常有較高的電流消耗[3],最高達(dá)2 A,故電源芯片必須滿足至少2 A 的最大電流供給。電源電路主要由MIC29302 -BT組成，其芯片產(chǎn)生3.8 V電壓，給單片機(jī)和GTM900C模塊供電，如圖3所示，該電路基本能滿足條件。另外1腳是使能端，可接到單片機(jī)端口使在不進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)時(shí)芯片不工作，降低功耗。

2.2.2 單片機(jī)模塊設(shè)計(jì)

系統(tǒng)MCU選用美國(guó)德州儀器公司生產(chǎn)的MSP430系列單片機(jī)MSP430F149.它是一款低電壓(1.8~3.6 V)，高性能16位單片機(jī)，其中斷源多，可以任意嵌套，使用時(shí)很靈活。此單片機(jī)還具有低功耗空閑和掉電模式，支持軟件設(shè)置睡眠和喚醒，能滿足本系統(tǒng)需求。

2.3 GSM模塊設(shè)計(jì)

出于制作成本和兼容性的考慮，系統(tǒng)采用華為公司的GTM900C芯片，由于單片機(jī)的I/O口邏輯電平為3.6 V,與GTM900C的I/O口2.85 V的邏輯電平相差不大，所以無(wú)需電平轉(zhuǎn)換就能進(jìn)行硬件對(duì)接。GSM模塊和單片機(jī)的連接較簡(jiǎn)單，將兩者串口接好，在單片機(jī)端將串口參數(shù)設(shè)置好即可發(fā)送相應(yīng)的AT指令對(duì)模塊進(jìn)行操作。GSM模塊與單片機(jī)的連接情況如圖4 所示。通信速率為9 600 Kb/s,采用8位異步通信方式。