基于SIM900A的全自動(dòng)電飯煲系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

摘要 針對(duì)普通電飯煲不便遠(yuǎn)程控制問題，提出了一種基于SIM900A的全自動(dòng)電飯煲設(shè)計(jì)方案。對(duì)普通電飯煲進(jìn)行了機(jī)械機(jī)構(gòu)的優(yōu)化改進(jìn)，采用短息和GPRS技術(shù)實(shí)現(xiàn)STM32F103單片機(jī)與用戶手機(jī)遠(yuǎn)程通信，STM32F103單片機(jī)根據(jù)用戶指令控制電飯煲從取米到煮飯的全自動(dòng)化過程，實(shí)時(shí)檢測電飯煲的工作狀態(tài)并智能報(bào)警。測試結(jié)果表明，本系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)了電飯煲的遠(yuǎn)程控制，形成了快捷、智能、及時(shí)的煮飯模式。

現(xiàn)在的電飯煲正在向集煮飯、煲湯、保溫于一體的方向發(fā)展，雖現(xiàn)在的電飯煲有預(yù)約煮飯功能，但由于預(yù)約時(shí)間過長而影響了米的口感，本文設(shè)計(jì)的全自動(dòng)電飯煲融合嵌入式技術(shù)和無線通訊技術(shù)，不僅實(shí)現(xiàn)了煮飯的遠(yuǎn)程智能化控制，同時(shí)保證了煮飯的良好口感。

1 全自動(dòng)電飯煲的工作原理

設(shè)計(jì)的電飯煲在未工作時(shí)處于待機(jī)狀態(tài)，當(dāng)SIM900A模塊接收到用戶手機(jī)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(jī)，單片機(jī)對(duì)指令進(jìn)行解析，然后控制電飯煲自動(dòng)漏米、淘米、煮飯的整個(gè)過程，并且實(shí)時(shí)采用溫度傳感器檢測電飯煲的工作溫度，同時(shí)能夠根據(jù)電飯煲的工作狀態(tài)智能報(bào)警，保證了電飯煲的可靠穩(wěn)定工作，系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)如圖1所示。

2 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)對(duì)普通電飯煲進(jìn)行全新機(jī)械結(jié)構(gòu)改進(jìn)，從儲(chǔ)米器、淘米機(jī)構(gòu)、煮飯器等3方面進(jìn)行設(shè)計(jì)，具體如圖2所示。

裝置的頂端為儲(chǔ)米器，一次性最大可儲(chǔ)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(jìn)出，淘米機(jī)構(gòu)在步進(jìn)電機(jī)的帶動(dòng)下進(jìn)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(yùn)送到指定的工作位置進(jìn)行煮飯，同時(shí)機(jī)械手在電機(jī)的帶動(dòng)下將電飯煲鍋蓋自動(dòng)放置到煮飯器上，裝置在單片機(jī)的控制下自動(dòng)完成。

3 硬件電路設(shè)計(jì)

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(jī)驅(qū)動(dòng)電路、電源電路、報(bào)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(chǔ)速度快等特點(diǎn)。本電路以ARM內(nèi)核的32位單片機(jī)STM32F103作為控制核心，其工作溫度范圍廣，具有7個(gè)定時(shí)器和9種通信接口;自帶7通道DMA控制器，并內(nèi)置2個(gè)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(shí)時(shí)時(shí)鐘、支持軟件控制RTS/CTS硬件流控等特點(diǎn)。本設(shè)計(jì)中的SIM900A用于接收手機(jī)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(shí)現(xiàn)了電飯煲的遠(yuǎn)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(jì)

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(dòng)電飯煲系統(tǒng)并實(shí)時(shí)監(jiān)測工作溫度，同時(shí)系統(tǒng)根據(jù)工作狀態(tài)智能報(bào)警，STM32F103控制電飯煲實(shí)現(xiàn)自動(dòng)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(jì)

STM32F103接收SIM900A無線通訊模塊發(fā)出的指令：假如n個(gè)人吃飯所需米量為m1;此時(shí)啟動(dòng)漏米器的程序并初始化，測得初始化儲(chǔ)米器的米量為 m2;再將數(shù)據(jù)發(fā)送到控制核心進(jìn)行計(jì)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(chǔ)米器中米的重量m4，當(dāng)m3=m4時(shí)關(guān)閉儲(chǔ)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(jì)

漏米器完成漏米動(dòng)作，淘米器開始工作并進(jìn)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(shí)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(shí)器來控制電磁閥，該電磁閥控制洗米進(jìn)水量，同時(shí)用這種方法控制煮飯的水量。淘米器的淘米動(dòng)作完成后，再打開電磁閥將淘米水排出，放水時(shí)間根據(jù)STM32F103的延時(shí)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(jì)完成后進(jìn)入整機(jī)測試階段，將電飯煲的控制指令遠(yuǎn)程發(fā)送給電飯煲，電飯煲接收到短信后進(jìn)行指令分析，按照控制指令設(shè)置工作模式自動(dòng)完成取米、淘米、煮飯等操作，同時(shí)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(shí)發(fā)送提示短信到用戶手機(jī)。

系統(tǒng)進(jìn)行了自動(dòng)煮飯和自動(dòng)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(dòng)計(jì)算所需米量和加水量，并精確控制煮飯時(shí)間。測試程序設(shè)定1個(gè)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(jìn)行了5次實(shí)驗(yàn)，每次實(shí)驗(yàn)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(shí)際測試值與設(shè)定值較為接近，計(jì)量誤差小，同時(shí)煮飯和煲粥的口感較好，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠。

6 結(jié)束語

系統(tǒng)基于SIM900A模塊實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程控制電飯煲智能加米、智能淘米、智能煮飯、溫度檢測及報(bào)警等功能，同時(shí)采用皮帶機(jī)、機(jī)械手等機(jī)械結(jié)構(gòu)來輔助完成電飯煲的自動(dòng)化，具有零件裝配簡便、整體設(shè)備廉價(jià)、系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、控制簡單等優(yōu)點(diǎn)。