基于SIM900A的全自动电饭煲系统的设计与实现

摘要 针对普通电饭煲不便远程控制问题，提出了一种基于SIM900A的全自动电饭煲设计方案。对普通电饭煲进行了机械机构的优化改进，采用短息和GPRS技术实现STM32F103单片机与用户手机远程通信，STM32F103单片机根据用户指令控制电饭煲从取米到煮饭的全自动化过程，实时检测电饭煲的工作状态并智能报警。测试结果表明，本系统运行稳定，实现了电饭煲的远程控制，形成了快捷、智能、及时的煮饭模式。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。