于洋　葉子　郭聞麒　王春峰　李志鵬　侯琳

摘要：隨著物聯(lián)網(wǎng)軟件技術的高速發(fā)展，家電產品趨向智能化，煮飯方式也有革命性變化。為了提高上班族生活質量，提出一種智能煮飯的解決方案，即通過手機APP，利用4G網(wǎng)絡遠程控制自動式淘米煮飯的智能電飯煲的設計方案。運用物聯(lián)網(wǎng)技術實現(xiàn)了對電飯煲的遠程控制和實時交互，即利用手機端APP與用戶交互，服務器監(jiān)聽端口的程序獲取到數(shù)據(jù)后傳送給WiFi模塊，再利用壓力傳感器、水位檢測傳感器和單片機，測定出淘米和煮飯所需的水量后，利用電機驅動水泵完成自動淘米的功能。在電飯煲中，部分電路使用了橋式整流電路將交流變?yōu)橹绷麟娂叭蹼娍刂茝婋姷姆椒ǎ闺娐钒踩愿觾?yōu)良，成本低，操作簡便，移植性強。

關鍵詞：自動淘米;遠程控制;4G;低成本

中圖分類號：TM925.52

文獻標識碼：A

DOI： 10.15913/j.cnki.kjycx.2019.08.065

1 選題背景

各種智能家電產品的不斷涌現(xiàn)，給人們的生活帶來了極大的便利。目前國內外的大部分電飯煲主打功能的側重點都在如何更精致煮飯，讓米飯煮得更香、更好吃，比如自動控溫、高壓等。市場上現(xiàn)有電飯煲只有不同模式的煮飯方式和保溫時長，但還不具備遠程控制功能，所以還有諸多需要改進的方面。大部分操作仍然需要人為操作，比如手動淘米、測出適量煮飯水位等，然后由用戶再設置時間，按下按鈕。可是用戶不能跨地域、跨時間地控制電飯煲，而且市面上智能化程度高的電飯煲價格昂貴，且內部電路復雜，遭到損壞后，即使是送到專業(yè)維修點，維修起來比較困難。

本項目的研究意義在于，使物聯(lián)網(wǎng)遠程控制技術在家電領域取得實際性的突破，又通過技術創(chuàng)新體現(xiàn)科技提升人們生活水平的理念。

2 總體設計方案

2.1 具體設計方案

該遠程智能電飯煲的主要部件有單片機、繼電器、電飯煲、水泵、電機驅動模塊（單片機控制的驅動系統(tǒng)，驅動系統(tǒng)根據(jù)接口過來的單片機指令調整輸出功率從而驅動馬達）、導水管、水位檢測模塊（又名“液位計”，可以通過水位的高低來改變阻值的大小，電阻值的大小再反饋給單片機，實現(xiàn)水位監(jiān)測的目的）、電機、整流降壓模塊（降壓部分利用變壓器原理，整流部分利用二極管整流橋，兩部分結合把交流電整流為直流電），WiFi通信模塊。當手機APP發(fā)出的信號通過網(wǎng)絡傳送到WiFi通信模塊后，再由WiFi通信模塊將數(shù)據(jù)上傳到主控板單片機，主控單片機通過控制電機驅動模塊，從而控制電機轉動的時間和水泵的抽水及吸水，以此實現(xiàn)淘米功能，與此同時，通過水位傳感器模塊來控制水位，最后通過主控板單片機打開繼電器，電飯煲開始煮飯。遠程智能電飯煲系統(tǒng)總體設計數(shù)據(jù)流圖如圖1所示。

2.2 硬件電路設計

在整個遠程控制系統(tǒng)中，在原有的電飯煲電路基礎上做了電路及功能的改進，將原來的半自動改為現(xiàn)在的遠程控制全自動系統(tǒng)。步驟如下：①弱電控制強電，安全節(jié)能。②實現(xiàn)遠程控制，方便實用。適用人群為上班族，農民工，外出租房的學生黨，懶人黨等。

2.3 應用場景

整流降壓部分.利用降壓蠻壓器將交流電壓南220 V隆至5-12V，再由橋式整流電路，將交流電整流轉化為直流電，由整流后的電壓為電機驅動模塊向主控單片機提供相應的電壓和電流來驅動各個環(huán)節(jié)的電機以及其他用電設備;在控制電飯煲電源通斷部分，單片機具有體積小、重量輕、抗干擾能力強，綜合性價比高等特點。所以主控制單片機是整個系統(tǒng)的核心，也是系統(tǒng)司令部，由主控單片機下達相應功能指令控制繼電器，通過對繼電器內部的電磁線圈通斷電來控制繼電器的吸合與斷開，進而控制電源的開閉;自動進水部分，單片機控制水泵，再通過壓力傳感器及反饋條件求出水泵的預設淘米進水量，待水量達到設定水位時，主控單片機發(fā)出相應信號給水泵，此時水泵停止進水。進水部分設計有進水次數(shù)，根據(jù)用戶可自定義進水次數(shù)，用戶未設置次數(shù)時，也提供了默認選項。

在防止米飯營養(yǎng)價值流失的基礎上，還添加了進水次數(shù)的限制的功能;淘米功能，是以豆?jié){機和洗衣機的運轉機制為基本構思，電飯鍋底部的電機轉動則帶動鍋內的米和水一起轉動，使米和水的混合體在左右來回的轉動下實現(xiàn)淘米功能，淘米操作完成后主控單片機發(fā)出指令啟動鍋內水泵（或者打開出水閥）排出鍋內淘米水，一次排水結束后，電飯鍋會再一次啟動外部的水泵裝置進水淘米。待淘米流程完全結束后，通過算法計算米與水的最佳配比，最后一次水泵壓水。隨后，反饋系統(tǒng)向主控單片機傳送數(shù)據(jù)信號，主控單片機又一次對繼電器發(fā)送信號以啟動繼電器，開始利用高壓進行蒸煮米飯，提升米飯的口感。煮飯結束后，智能電飯煲會自動切換到保溫模式。智能電飯鍋實物如圖2所示。

2.4 軟件設計

軟件設計則體現(xiàn)在Android部分。手機端APP部分：客戶端設置開關按鈕向云服務器發(fā)送信號，并設置APP所綁定的電飯鍋標識號?？蛻舳吮O(jiān)聽云服務器端口，獲取云服務器發(fā)送過來的數(shù)據(jù)。在電飯鍋的控制上，還提供了可視化文本框界面“遠程遙控電飯鍋”，以此來提示用戶是否需要選擇“遠程控制電飯鍋”的服務。服務器程序部分：在端口處監(jiān)聽獲取的數(shù)據(jù)，服務器端接收數(shù)據(jù)后做出相應的應答判斷，再將信號發(fā)給單片機中WiFi模塊，WiFi模塊將單片機串口轉化成無線WiFi信號，讓傳統(tǒng)串口設備可以連接到網(wǎng)絡。而每個WiFi模塊都綁定了后臺服務器，單片機利用WiFi模塊傳送網(wǎng)絡數(shù)據(jù)。每臺單片機具有唯一的ID號，如果想使用智能電飯煲的服務，客戶需先輸入單片機ID號，再向服務器中存儲的單片機ID號進行確認綁定，APP與ID號綁定后，APP與服務器之間就建立起基于TCP/IP協(xié)議的socket通信方式的網(wǎng)絡通訊。用戶端APP首先向服務器發(fā)送特定數(shù)值，服務器將接收到的數(shù)值轉化為特定信號后，再將信號傳回WiFi模塊，單片機接收信號后做出指令判斷，選擇是否啟用電飯鍋的工作模式。單片機開發(fā)部分：單片機中導入WiFi模塊庫，開發(fā)4G環(huán)境從而驅動4G模塊，并時刻監(jiān)聽服務器是否傳來數(shù)據(jù)，根據(jù)獲取的數(shù)據(jù)做出具體情況具體分析后，執(zhí)行功能所相應的函數(shù)。與此同時，后臺服務器會記錄APP、單片機和其他相關設備的狀態(tài)和信息參數(shù)。軟件APP的界面圖如圖3所示。

2.5 載荷組合

智能電飯煲的工作過程：單片機WiFi模塊接收用戶端發(fā)出的數(shù)據(jù)信息，再將數(shù)據(jù)轉化成特定信號向主控單片機傳送，單片機獲得信號之后，電飯煲由休眠模式進入工作模式。待工作完成之后，電飯煲又回歸休眠模式。

3 創(chuàng)新點

應用物聯(lián)網(wǎng)技術結合通信模塊，實現(xiàn)遠程控制以及實時交互。WiFi模塊與單片機通過串口相連，進而控制電飯煲。用戶在手機APP上輸入指令后，就可對電飯煲遠程控制，進行實時交互。4G遠程控制，智能便捷。電路簡單，可移植性強。還適用于其他各種遠程檢測和控制的情形，如遠程澆花、遠程養(yǎng)魚等系統(tǒng)。易推廣，受眾范圍廣。本設計貼近大眾的購買力水平，且產品實用功能強大，滿足消費者需求，易于推廣。

4 總結

本項目采用了物聯(lián)網(wǎng)技術結合通信模塊及4G遠程控制的先進技術，達到了遠程控制以及人機實時交互的效果。通過手機APP設定用戶要求，包括電飯煲啟動時間、淘米量、煮飯方式等。網(wǎng)絡通訊隨即將收集的數(shù)據(jù)信息參數(shù)傳到后臺云服務器，服務器監(jiān)聽端口的程序獲取到數(shù)據(jù)后再傳送給與單片機結合的WiFi模塊，通過WiFi模塊將數(shù)據(jù)進一步傳輸給單片機和水位傳感器，單片機和水位檢測傳感器得到數(shù)據(jù)指令后，測出淘米和煮飯分別所需的水量后，再利用電機驅動水泵完成白動淘米，淘米結束后裝置進入煮飯模式。在智能電飯煲電路設計中，部分電路采用了橋式整流電路的方法將交流電轉化為直流電，避免了使用全波整流電路改造的復雜，又能達到全波整流的良好效果，再結合弱電控制強電的方式，使整個電路安全性更加優(yōu)良。在保證安全性高的前提下，裝置可操作性高、成本低、可移植性強。

本文設計的電飯鍋，可以增加定時開關功能，用戶向電飯煲加入米后，設定電飯鍋開啟T作的時問，使電飯煲自主啟動。該設計方案實現(xiàn)了遠程控制家電，使家電智能化，有效地減少了人力和時問成本，實現(xiàn)了智能家居生活。

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