基于SIM900A的全自動電飯煲系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

基于SIM900A的全自動電飯煲系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

朱超,高祥

(四川理工學院 機械工程學院,四川 自貢643000)

摘要針對普通電飯煲不便遠程控制問題,提出了一種基于SIM900A的全自動電飯煲設計方案。對普通電飯煲進行了機械機構(gòu)的優(yōu)化改進,采用短息和GPRS技術(shù)實現(xiàn)STM32F103單片機與用戶手機遠程通信,STM32F103單片機根據(jù)用戶指令控制電飯煲從取米到煮飯的全自動化過程,實時檢測電飯煲的工作狀態(tài)并智能報警。測試結(jié)果表明,本系統(tǒng)運行穩(wěn)定,實現(xiàn)了電飯煲的遠程控制,形成了快捷、智能、及時的煮飯模式。

關鍵詞SIM900A;電飯煲;自動化;遠程控制

收稿日期:2015-03-28

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

作者簡介:朱超(1991—),男,本科。研究方向:光機電一體化,非標自動化設備。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,光機電一體化技術(shù)與設備。

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)在的電飯煲有預約煮飯功能,但由于預約時間過長而影響了米的口感,本文設計的全自動電飯煲融合嵌入式技術(shù)和無線通訊技術(shù),不僅實現(xiàn)了煮飯的遠程智能化控制,同時保證了煮飯的良好口感。

1全自動電飯煲的工作原理

設計的電飯煲在未工作時處于待機狀態(tài),當SIM900A模塊接收到用戶手機發(fā)來的短信或GPRS的控制指令后,將指令發(fā)送到STM32F103單片機,單片機對指令進行解析,然后控制電飯煲自動漏米、淘米、煮飯的整個過程,并且實時采用溫度傳感器檢測電飯煲的工作溫度,同時能夠根據(jù)電飯煲的工作狀態(tài)智能報警[3],保證了電飯煲的可靠穩(wěn)定工作,系統(tǒng)的總體設計如圖1所示。

圖1　系統(tǒng)總體設計圖

2機械結(jié)構(gòu)設計

本系統(tǒng)對普通電飯煲進行全新機械結(jié)構(gòu)改進,從儲米器、淘米機構(gòu)、煮飯器等3方面進行設計,具體如圖2所示。

圖2　全自動電飯煲機械結(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出,淘米機構(gòu)在步進電機的帶動下進行淘米操作,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送到指定的工作位置進行煮飯,同時機械手在電機的帶動下將電飯煲鍋蓋自動放置到煮飯器上,裝置在單片機的控制下自動完成。

3硬件電路設計

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

圖3　硬件電路結(jié)構(gòu)圖

主控電路芯片應具有高性能、低成本、低功耗、存儲速度快等特點。本電路以ARM內(nèi)核的32位單片機STM32F103作為控制核心,其工作溫度范圍廣,具有7個定時器和9種通信接口;自帶7通道DMA控制器,并內(nèi)置2個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、支持實時時鐘、支持軟件控制RTS/CTS硬件流控等特點[6-9]。本設計中的SIM900A用于接收手機發(fā)來的短信或GPRS控制指令,然后將指令傳輸給STM32F103芯片,從而實現(xiàn)了電飯煲的遠程控制,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通、電飯煲總電源的關斷,其工作原理如圖5所示。

圖5　繼電器電路圖

4軟件設計

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)并實時監(jiān)測工作溫度,同時系統(tǒng)根據(jù)工作狀態(tài)智能報警[10],STM32F103控制電飯煲實現(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　漏米器的軟件設計

STM32F103接收SIM900A無線通訊模塊發(fā)出的指令:假如n個人吃飯所需米量為m1;此時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)送到控制核心進行計算得出差額米量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m3=m4時關閉儲米器開關,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　淘米器的軟件設計

漏米器完成漏米動作,淘米器開始工作并進行初始化,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中的定時器來控制電磁閥,該電磁閥控制洗米進水量,同時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,放水時間根據(jù)STM32F103的延時程序來確定。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)設計完成后進入整機測試階段,將電飯煲的控制指令遠程發(fā)送給電飯煲,電飯煲接收到短信后進行指令分析,按照控制指令設置工作模式自動完成取米、淘米、煮飯等操作,同時監(jiān)控電飯煲的工作狀態(tài),當電飯煲煮飯完成或出現(xiàn)工作故障時發(fā)送提示短信到用戶手機。

系統(tǒng)進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)短信控制指令來設定工作模式,在此工作模式下根據(jù)設定的吃飯人數(shù)自動計算所需米量和加水量,并精確控制煮飯時間。測試程序設定1個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行了5次實驗,每次實驗重復3次,測試結(jié)果如表1和表2所示。從表中可看出,系統(tǒng)實際測試值與設定值較為接近,計量誤差小,同時煮飯和煲粥的口感較好,系統(tǒng)運行穩(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模塊實現(xiàn)了遠程控制電飯煲智能加米、智能淘米、智能煮飯、溫度檢測及報警等功能,同時采用皮帶機、機械手等機械結(jié)構(gòu)來輔助完成電飯煲的自動化,具有零件裝配簡便、整體設備廉價、系統(tǒng)運行穩(wěn)定、控制簡單等優(yōu)點。

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