李楠鑫 寧媛

摘 要：隨著人們對(duì)電飯煲的要求越來越高，導(dǎo)致了電飯煲的相關(guān)技術(shù)也需要不斷的向前發(fā)展。如今人們對(duì)電飯煲的要求不僅僅是煮飯一樣簡(jiǎn)單，更重要的是能夠提供快捷方便且多功能的服務(wù)。于是提出一種機(jī)智云平臺(tái)的電飯煲的設(shè)計(jì)，采用STM32F401RE為控制芯片，ESP8266WIFI模塊為通信模塊，結(jié)合其它硬件電路與設(shè)計(jì)完成對(duì)電飯煲的遠(yuǎn)程控制，能夠自動(dòng)加食材、加水，工作于不同的模式之下完成稀飯、米飯、粥等不同的要求。

關(guān)鍵詞：智能電飯煲;STM32F401RE;云平臺(tái)

文章編號(hào)：2095-2163（2019）04-0159-04 中圖分類號(hào)：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引 言

當(dāng)今社會(huì)人們的生活節(jié)奏和工作節(jié)奏變得越來越快，物質(zhì)生活水平不斷的提高，人們對(duì)生活的舒適度、便捷度有了更高的要求[1-2]。很多人不愿意花費(fèi)更多的時(shí)間去做飯，相比起自己做飯，人們更愿意去選擇外賣，去餐廳等方法來解決自己的吃飯問題。智能互聯(lián)電飯煲的提出就是為了解決這些問題，當(dāng)前市場(chǎng)上有很多的電飯煲向著智能化發(fā)展，但實(shí)際上幾乎所有的電飯煲都沒有徹底解決這個(gè)問題，大部分的電飯煲只是實(shí)現(xiàn)了通過控制不同溫度與加熱時(shí)間來做不同的料理，而其中部分的電飯煲能夠通過遠(yuǎn)程控制開始工作，然而還是需要人們將所有原料準(zhǔn)備好后放入鍋里。本文旨在提出一種完全自動(dòng)化的電飯煲，該設(shè)計(jì)以STM32F401RE為主控芯片，通信部分利用機(jī)智云平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，步進(jìn)電機(jī)與食材存儲(chǔ)盒組成放食材模塊，電磁閥對(duì)放水多少進(jìn)行控制，此外，利用加熱盤來完成加熱部分，DS18B20完成溫度檢測(cè)。

1 總體方案設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)了一種智能電飯煲系統(tǒng)，能夠通過機(jī)智云平臺(tái)與手機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)傳輸。設(shè)計(jì)包括了通信模塊、放食材模塊、放水模塊、加熱控制模塊、報(bào)警模塊。系統(tǒng)能夠通過手機(jī)端發(fā)送指令到通信模塊，之后主控芯片通過判斷指令分步打開放食材與放水模塊，通過控制加熱溫度與加熱時(shí)間完成不同模式的工作，當(dāng)內(nèi)部溫度值高于報(bào)警溫度值時(shí)，電飯煲停止工作，手機(jī)端同時(shí)產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)。設(shè)計(jì)能夠通過軟件與硬件并行的方式在后續(xù)添加更多的工作模式。設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2 硬件設(shè)計(jì)

2.1 放食材模塊設(shè)計(jì)

放食材模塊的設(shè)計(jì)主要由5V驅(qū)動(dòng)的步進(jìn)電機(jī)與2個(gè)大小內(nèi)徑相近但不同的柱狀存儲(chǔ)盒組成，較大的存儲(chǔ)盒盒面開2個(gè)口，小的存儲(chǔ)盒開1個(gè)口，當(dāng)小存儲(chǔ)盒開口與上端開口重合時(shí)可向里面加入食材，與下端開口重合將會(huì)把食材放入鍋中，當(dāng)需要工作時(shí)通過步進(jìn)電機(jī)控制轉(zhuǎn)動(dòng)角度，使大小存儲(chǔ)盒開口位于同一角度完成放入食材的工作，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。

采用步進(jìn)電機(jī)型號(hào)為24BYJ48，需要5V驅(qū)動(dòng)，單脈沖產(chǎn)生角度為ω，其角度計(jì)算方法如下：

在需要小存儲(chǔ)盒開口與大存儲(chǔ)盒上端或下端開口重合的情況下，控制其正反轉(zhuǎn)動(dòng)角度皆為45°，則計(jì)算可得所需脈沖X為：

放食材模塊中，小存儲(chǔ)盒在需要向其中加入食材時(shí)，通過按鍵進(jìn)入加食材模式使步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)小存儲(chǔ)盒轉(zhuǎn)動(dòng)使小存儲(chǔ)盒開口與大存儲(chǔ)盒上端開口重合，在重合8min后將自動(dòng)轉(zhuǎn)回原位，而工作時(shí)小存儲(chǔ)盒將在轉(zhuǎn)動(dòng)后與大存儲(chǔ)盒下端開口重合，向鍋內(nèi)加入食材。在保持20 s后轉(zhuǎn)回原位。其定時(shí)利用STM32內(nèi)部時(shí)鐘完成。大存儲(chǔ)盒與小存儲(chǔ)盒組成1個(gè)存儲(chǔ)單元，設(shè)計(jì)中共有3個(gè)單元，其中2個(gè)單元放米，1個(gè)單元加入紅豆。

2.2 放水模塊

放水電路由5V驅(qū)動(dòng)繼電器模塊與12V驅(qū)動(dòng)的電磁閥所組成。電磁閥入口連接到水箱，另外一段連接一小段水管通過電飯煲鍋蓋，繼電器設(shè)置為高電平觸發(fā)，當(dāng)主控芯片發(fā)出信號(hào)后電磁閥打開閥門，水通過水箱經(jīng)過電磁閥、水管后進(jìn)入鍋內(nèi)。電磁閥供電源使用電路為220V AC轉(zhuǎn)12 DC電源電路。通過內(nèi)部時(shí)鐘控制放水時(shí)間的形式來達(dá)到控制放水量的多少。

2.3 加熱控制模塊與報(bào)警模塊

加熱控制模塊里有不同的加熱方式，分別通過控制加熱盤的溫度來完成。設(shè)計(jì)中使用加熱底盤為220V額定功率500 W的加熱底盤。供電直接使用市電即可。對(duì)其加熱盤通斷的控制通過帶光耦隔離的雙向可控硅模塊來完成，能夠?qū)崿F(xiàn)低壓控制高壓[3]。模塊驅(qū)動(dòng)電壓3.3～24 V，可控制功率為1 100 W以下的設(shè)備，設(shè)計(jì)采用5V直流電源驅(qū)動(dòng)模塊完成對(duì)加熱盤的通斷控制。設(shè)計(jì)中采用了DS18B20數(shù)字溫度傳感器來完成溫度的測(cè)量，擁有數(shù)字式、需要引腳資源少、通信簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)[4-5]。將DS18B20緊貼鍋的外底側(cè)鍋壁，而DS18B20將會(huì)將實(shí)時(shí)的溫度傳送到STM32主控芯片之中，在主控芯片在收到工作信號(hào)后，加熱盤開始加熱，之后通過DS18B20將檢測(cè)溫度傳回，達(dá)到某一設(shè)定上限溫度后斷開連接;而恢復(fù)至下限溫度后恢復(fù)連接，從而使電飯煲能夠工作在一個(gè)恒定的工作范圍以內(nèi)。而不同的模式下的上下限溫度不同，且加熱的時(shí)間不同。在達(dá)到規(guī)定的加熱時(shí)間之后，電飯煲將會(huì)進(jìn)入保溫模式，而此模式中上下限溫度都會(huì)產(chǎn)生變化。

為了防止意外，加熱盤串聯(lián)一個(gè)110°的溫控開關(guān)，而主控芯片設(shè)置了一個(gè)108°的報(bào)警上限，當(dāng)溫度達(dá)到108°時(shí)APP端會(huì)產(chǎn)生報(bào)警，達(dá)到110°時(shí)溫控開關(guān)將會(huì)直接斷開。

2.4 通信模塊

通信模塊主要采用ALIENTEK公司推出的AKT-ESP8266為核心模塊，該模塊為UART-WiFi模塊，串口工作電壓為3.3～5 V，性價(jià)比很高[6-7]。在通過對(duì)STM32的串口初始化后模塊與主控芯片能夠進(jìn)行串口通信。選用平臺(tái)為機(jī)智云平臺(tái)，機(jī)智云擁有大量的經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)積累，從而為物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域提供了一套完整的云平臺(tái)的工具和服務(wù)，以此降低硬件廠家以及開發(fā)者的開發(fā)門檻[8-9]，其所提供的GAgent通信協(xié)議能與模塊發(fā)生交互以進(jìn)行數(shù)據(jù)交換[10]。平臺(tái)軟件兼容并支持ESP8266模塊。在對(duì)ESP8266完成初始化之后，工作時(shí)通過機(jī)智云的手機(jī)APP與ESP8266進(jìn)行能夠云端的數(shù)據(jù)交換傳輸，從而完成對(duì)設(shè)計(jì)的控制。而其中的通信內(nèi)容能夠被存儲(chǔ)到云平臺(tái)的開發(fā)者中心。