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

朱超,高祥

(四川理工學(xué)院 機(jī)械工程學(xué)院,四川 自貢643000)

摘要針對普通電飯煲不便遠(yuǎn)程控制問題,提出了一種基于SIM900A的全自動電飯煲設(shè)計(jì)方案。對普通電飯煲進(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。

關(guān)鍵詞SIM900A;電飯煲;自動化;遠(yuǎn)程控制

收稿日期:2015-03-28

基金項(xiàng)目:四川省教育廳基金資助項(xiàng)目(13CZ0018);四川省智慧旅游研究基地基金資助項(xiàng)目(ZHZ13-02);四川理工學(xué)院科研基金資助項(xiàng)目(2014KY03);企業(yè)信息化與物聯(lián)網(wǎng)測控技術(shù)四川省高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室基金資助項(xiàng)目(2013WYY05)

作者簡介:朱超(1991—),男,本科。研究方向:光機(jī)電一體化,非標(biāo)自動化設(shè)備。E-mail:353712216@qq.com。通訊作者:高祥(1983—),男,碩士,助教。研究方向:物聯(lián)網(wǎng)測控技術(shù),智能儀器儀表,光機(jī)電一體化技術(shù)與設(shè)備。

doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2015.09.026

中圖分類號TP273.5;TM925

Research on and Realization of Automatic Rice Cooker System Based on SIM900A

ZHU Chao,GAO Xiang

(School of Mechanical Engineering,Sichuan University of Science & Engineering,Zigong 643000,China)

AbstractAiming at the inconvenient remote control of ordinary rice cookers,a design scheme of automatic rice cooker based on SIM900A is proposed with improved mechanical structure.Remote communication is realized between the STM32F103 microcontroller and the user mobile phone by short messages and GPRS technology.STM32F103 controls the rice cooker according to user instructions to realize fully automated process from rice taking to cooking,real-time detection of the working states and intelligent alarm.The test results show that the system runs stably and realizes the remote control of rice cooker with a fast,smart,and timely cooking mode.

KeywordsSIM900A;rice cooker;automation;remote control

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[1-2],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)對指令進(jìn)行解析,然后控制電飯煲自動漏米、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[3],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。

圖1　系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)圖

2機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)對普通電飯煲進(jìn)行全新機(jī)械結(jié)構(gòu)改進(jìn),從儲米器、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。

圖2　全自動電飯煲機(jī)械結(jié)構(gòu)圖

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(jìn)出,淘米機(jī)構(gòu)在步進(jìn)電機(jī)的帶動下進(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)的帶動下將電飯煲鍋蓋自動放置到煮飯器上,裝置在單片機(jī)的控制下自動完成。

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)動電路、電源電路、報(bào)警電路等構(gòu)成[4-5],硬件電路如圖3所示。

圖3　硬件電路結(jié)構(gòu)圖

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(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)[6-9]。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。

圖4　SIM900A與STM32F103電路連接圖

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。

圖5　繼電器電路圖

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GPRS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(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[10],STM32F103控制電飯煲實(shí)現(xiàn)自動漏米、淘米、煮飯等功能,主程序流程如圖6所示。

圖6　主程序流程圖

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(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米器中米的重量m4,當(dāng)m3=m4時(shí)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。

圖7　漏米器的軟件流程圖

4.3　淘米器的軟件設(shè)計(jì)

漏米器完成漏米動作,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。

圖8　淘米器的軟件流程圖

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(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[11]。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。

表1　煮飯模式米量和水量測試

表2　煲粥模式米量和水量測試

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)。

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