基于手机短信控制的智能电饭煲的研究

引言

目前，电饭煲已经实现了通过人们手动操作预约煮饭,其预约功能是先淘好米，放入电饭煲并加入适量水，按照设定的时间煮饭，这种方式不能够通过远程控制实现自动供米、洗米和煲饭，存在米泡久了，会造成营养大量流失，容易发酵,煮出来的饭口感差的问题。

国内外众多的科研机构、公司都投入到全自动煲饭的研究当中，但现有的电饭煲不能很好实现自动供米、洗米和煲饭功能，或多或少存在缺陷。某专利《带水箱的全自动智能电饭煲》提供了一种工作前无需人工加水，可自动调整工作时间的电饭煲，但这种电饭煲不能定时自动淘米，需要人工淘米，也存在米已经过浸泡，营养流失，容易发酵的问题。

本文提出了一种基于手机短信远程控制的智能电饭煲的设计方案，采用机电一体化技术研发了能够通过手机短信远程控制，具有自动量米、淘米、加水、启动煲饭等功能的智能电饭煲。该电饭煲可利用手机发送设定煲饭时间和饭量，只需要简单的几个操作能够实现自动供米、洗米和煲饭。

1方案设计

基于手机短信远程控制的智能电饭煲是由机械结构和控制系统二部分组成，其组成框图如图1所示。

机械结构由量米装置、淘米装置、加水排水装置、放米装置、煲饭装置等组成。量米装置负责量取指定量的米，并放入淘米装置；淘米装置负责搅拌淘米；加水排水装置负责在淘米前和放米后，加入一定量水，将淘米水排出；放米装置负责将淘好的米放入煲饭装置；煲饭装置负责启动煲饭并保温。

图1智能电饭煲组成框图

控制系统主要包含由主控制器、TC35远程控制模块、传感与报警模块、电机驱动模块、手动输入模块、开关模块等组成的硬件和软件。TC35远程控制模块负责接收用户手机远程发送的设定煲饭时间和饭量等信息，并能将电饭煲的工作状态通过短信的方式回馈给用户；传感与报警模块能够通过红外传感器检测米缸有无米信号，送给主控制器，并在无米时接收主控制器信号，发出报警声音；电机驱动模块负责驱动量米装置、淘米装置、放米装置中的电机和加水排水装置中的水泵；手动输入模块为用户手动输入煲饭指令；开关模块负责自动启动煲饭；主控制器负责通过传感与报警模块检测米紅有无米，并在无米时通过TC35远程控制模块给用户反馈报警信息，发送报警信号给传感与报警模块，接收手动输入模块的输入信号检测煲饭指令，实现通过电机驱动模块、开关模块对电机和继电器的控制。

2机械结构设计

智能电饭煲机械结构如图2所示。量米装置是由米紅、红外传感器、挡板1、螺母1、丝杠1、联轴器1、电机1等组成；淘米装置是由淘米器等组成；加水排水装置是由排水管、排水泵和送水泵等组成；放米装置是由电机2、联轴器2、螺母2、挡板2等组成；煲饭装置是由电磁继电器开关和煲饭锅等组成。

米紅存有一定量的米，工作时，红外传感器检测米紅有无存米，当有存米时，电机1通过联轴器1带动丝杠1回转,与螺母1相固定的挡板1将回转运动转化为直线运动，从而实现挡板1水平伸缩运动实现量米，米漏到淘米器中；送水泵启动送水，达到规定水量送水泵停止，在淘米器开始搅拌淘米,当淘米完成，排水泵启动从排水管排出淘米水；淘米结束后,电机2通过联轴器2带动丝杠2回转，与螺母2相固定的挡板2将回转运动转化为直线运动，从而实现挡板2水平伸缩运动实现放米，米漏到煲饭层里，送水泵启动注入适当的水,送水泵停止，电磁继电器开关通电闭合，开始煲饭，直到煲饭完成。

3控制系统的设计

3.1硬件设计

控制系统的硬件电路原理图如图3所示。主控制器使用台湾合泰公司的HT46RU232单片机，该单片机通过外部4MHz晶振起振，低电平复位，其中TX、RX、IGT管脚分别作为TC35远程控制模块上下行串口通讯端口和使能端口；PA0-7管脚为4X4键盘扫描输入、输出与1602LCD液晶屏8位数据并行输入的复用端口；PB1为650nm红光检测端口；PB4-7作为4-16译码器数据选择端口；PC2-4作为1602LCD液晶屏时钟与数据控制位端口。

TC35远程控制模块使用RS232串口总线与主控制器通讯，并通过天线连接至GSM移动通讯网络。用户通过手机短信的方式给TC35模块发送煮饭时间和煮饭米量的命令，TC35远程控制模块接收到短信后，提取相应信息，通过串口给单片机发送控制指令，单片机接收到指令后执行相应煮饭动作。

传感与报警模块由红外传感器和蜂鸣器组成，直接连接至主控制器I/O端口。其中红外传感器负责检查米紅有无米,连接至主控制器外部中断接口，一旦红外传感器检测到无米，将通过主控制器I/O端口发出信号，系统将进入外部中断并停止系统工作，蜂鸣器负责报警，其控制引脚与单片机I/O口相连，当出现意外情况时，单片机输出电流，通过三极管驱动蜂鸣器，使其报警。发射管与接收管分别按照在米缸与淘米器接口处，分别相对。当米缸无米时，接收管接收到发射管发射的红色激光信号，输入至单片机，从而检查米紅有无米。发射管固定发射频率为180kHz频闪激光（180kHz频率由555定时器结合RC震荡产生），激光波长为650nm；接收管固定检测180kHz左右频率红光（接收到其余频率与波长时，接收管无反应）。

电机驱动模块由主控制器发出的PWM波直接驱动，供电采用外置24V独立电源。采用L393D、L298N芯片，工作电压高，最高电压可达36V；输出电流大，瞬间峰值可达2A，持续工作电流为1A的特点。YY0-YY9连接4-16译码器，单片机PB4-7作为4-16译码器数据选择端口，从而实现对电机的选择和控制。

手动输入模块与显示模块通过并行总线与主控制器连接,分时复用同一组8位并行总线，节约了主控制器的I/O口,实现单片机检查键盘输入信号并将相关信息通过1602LCD显示屏显示。

开关模块由主控制器I/O口驱动，并使用继电器进行隔离和扩流。放米并加入一定量的水后，单片机输出高电平，通过三极管驱动电磁继电器，使其开关闭合，启动煲饭。

3.2软件设计

控制系统软件框图如图4所示。当系统待机时，系统将检测键盘和TC35远程控制模块有无收到用户指令，若收到用户延时工作指令将开始延时，并将在延时结束后开始工作。若系统收到用户立即工作指令，将依次进行进米和进水操作,在操作之前会检测相应原料是否充足。进米进水后将进行淘米操作，淘米结束后会将米和适量水泵入电饭锅中，系统将进行倒计时，当达到煮饭需要的时间后，电饭煲进入保温状态并且及时通过声响或短信方式通知用户。若用户长时间不进行操作，将自动断电保护。

图4控制系统软件框图

4样机及实验结果

本智能电饭煲的实验样机如图5所示。笔者分别对实验样机进行了分模块实验和整机运行实验，实验内容、实验方法和实验结果等实验情况如表1所列。结果表明，所研发的智能电饭煲可利用手机发送设定时间和饭量，并完成煲饭。

图5实验样机

5结语

本文提出了一种基于手机短信远程控制的智能电饭煲设计方案，釆用机电一体化技术研发了能够通过手机短信远程控制，具有自动量米、淘米、加水、启动煲饭等功能的智能电饭煲。设计了智能电饭煲的机械结构，以及控制系统的硬件和软件；制作了实验样机，并进行了实验测试，结果表明所研发的智能电饭煲可利用手机发送设定煲饭时间和饭量，只需要简单的几个操作能够实现自动供米、洗米和煲饭，具有使用方便、保持米饭营养等优点，可广泛应用于家庭生活中。

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