【導讀】本文提出了全自動電飯鍋遠程智能控制系統(tǒng)設計，與傳統(tǒng)電飯鍋不同的是，設計思路主要圍繞全自動的電飯鍋，采用GPS模塊，開發(fā)出一款電路簡單、成本低廉的遠程電飯鍋控制系統(tǒng)，不僅能夠實現(xiàn)傳統(tǒng)電飯鍋能夠實現(xiàn)的所有功能，而且能夠進行遠程智能控制。
1 系統(tǒng)的硬件構成及原理
系統(tǒng)總體框圖如圖1所示，設計采用的是模塊化的設計思想，有利于系統(tǒng)的組裝和調試，縮短開發(fā)周期。
它的原理如下：手機通過GPRS網絡發(fā)送控制短信到GSM模塊中，單片機通過讀GSM模塊取得控制命令字并解析得到明確的命令信息，控制繼電器動作，完成對電飯鍋的控制并以短消息的形式將命令執(zhí)行情況通過GSM模塊反饋到用戶的手機上。
2 系統(tǒng)的各硬件實現(xiàn)
本系統(tǒng)主要由全自動電飯鍋和智能控制電路系統(tǒng)組成。全自動電飯鍋在傳統(tǒng)電飯鍋的基礎上添加機械裝置改造而成，智能控制電路系統(tǒng)則由電源模塊、GSM模塊、單片機模塊、狀態(tài)檢測和控制模塊四個主要部分組成。
2.1 全自動電飯鍋的設計
傳統(tǒng)的電飯鍋無論是保溫自動式、定時保溫式、還是新型的微電腦控制式，在實時方面已得到長足的發(fā)展，但仍然存在明顯的缺陷與不足，如定時時間過長會影響飯的口感等，有效地解決目前電飯鍋存在的各種缺陷，是創(chuàng)新與發(fā)展的方向。其中電飯鍋的全自動化和遠程智能控制是未來電飯鍋技術發(fā)展的一個方向，要實現(xiàn)電飯鍋全自動控制，全自動電飯鍋是前提，本文結合全自動洗衣機的設計思想，在傳統(tǒng)電飯鍋的基礎上，通過增加適當?shù)臋C械裝置，設計出來的全自動電飯鍋如圖2所示。
放米裝置由電磁鐵和檔桿構成，電磁鐵同樣選用HCNE1-1039，檔桿由可逆電機控制，可以升降，采用行程開關限位，實現(xiàn)電飯鍋鍋蓋的開閉。加水裝置由電磁閥和進水管構成，電磁閥選用2W160-15.總的機械動作有儲米、取米、淘米、放米以及加水等，單片機接收到控制命令后通過I/O輸出高低電平控制繼電器來實現(xiàn)。
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2.2 智能控制電路系統(tǒng)的設計
2.2.1 電源模塊設計
GTM900C在上電啟動，登陸GPRS網絡，發(fā)送數(shù)據等過程中，通常有較高的電流消耗，最高達2A，故電源芯片必須滿足至少2A的最大電流供給。電源電路主要由MIC29302-BT組成，其芯片產生3.8V電壓，給單片機和GTM900C模塊供電，如圖3所示，該電路基本能滿足條件。另外1腳是使能端，可接到單片機端口使在不進行聯(lián)網時芯片不工作，降低功耗。
系統(tǒng)MCU選用美國德州儀器公司生產的MSP430系列單片機MSP430F149.它是一款低電壓(1.8~3.6V)，高性能16位單片機，其中斷源多，可以任意嵌套，使用時很靈活。此單片機還具有低功耗空閑和掉電模式，支持軟件設置睡眠和喚醒，能滿足本系統(tǒng)需求。
2.3 GSM模塊設計
出于制作成本和兼容性的考慮，系統(tǒng)采用華為公司的GTM900C芯片，由于單片機的I/O口邏輯電平為3.6V，與GTM900C的I/O口2.85V的邏輯電平相差不大，所以無需電平轉換就能進行硬件對接。GSM模塊和單片機的連接較簡單，將兩者串口接好，在單片機端將串口參數(shù)設置好即可發(fā)送相應的AT指令對模塊進行操作。
GSM模塊與單片機的連接情況如圖4所示。通信速率為9600Kb/s，采用8位異步通信方式。
當有新短消息到達時，由GTM900C模塊向單片機發(fā)送指令喚醒，單片機讀取短信內容并解碼，I/O口輸出高低電平，控制繼電器動作，完成對電飯鍋的控制，處理完畢后用指令將短信從SIM卡中刪除，然后重復上述過程。
2.4 狀態(tài)檢測與控制模塊設計
本模塊主要包括狀態(tài)檢測電路和智能控制電路，狀態(tài)檢測電路主要是采集電飯鍋的故障信息與完成狀態(tài)信息，分別有“開始煮飯”，“煮飯結束”，“出現(xiàn)故障”等，各模塊采集的數(shù)據通過統(tǒng)一的SPI總線傳輸給單片機，由單片機根據各狀態(tài)數(shù)據編碼后經GPRS網絡發(fā)送至手機中。智能控制模塊包括機械控制和煮飯控制兩部分。機械控制主要通過單片機的I/O口輸出高低電平控制繼電器來實現(xiàn)，系統(tǒng)選用HF32FA/005-HS型繼電器，單片機與固態(tài)繼電器的接口如圖5所示，圖中驅動電路是為了提高單片機驅動能力和抗干擾能力。
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3 系統(tǒng)的軟件設計
軟件設計主要任務是編寫應用程序，本系統(tǒng)的應用程序重點是單片機的程序，其實現(xiàn)的主要功能包括以下幾方面：
(1)對GSM模塊的初始化；
(2)智能控制；
(3)數(shù)據通信。
GSM模塊是系統(tǒng)中最關鍵的部件之一，因此對它的初始化操作必須十分仔細.單片機通過串口向GTM900C模塊寫入相應的AT設置命令，進行初始化，使模塊成功粘附在GPRS網絡上，獲得網絡運行商分配的動態(tài)IP地址，與目的終端建立連接。GTM900C的初始化主要包括如下指令：
(1)ATE，關閉回顯；
(2)AT+CPIN，檢查SIM是否正常；
(3)AT+CGREG設置模塊注冊提示；
(4)AT+CREG測試聯(lián)網情況等。除此之外程序還包括CPU的初始化、來短信檢測、外部電源掉電檢測等，軟件系統(tǒng)在初始化CPU時加入了看門狗程序，能夠在系統(tǒng)出現(xiàn)問題時自動復位。圖6是主程序的流程圖。
全自動電飯鍋遠程智能控制系統(tǒng)硬件和軟件設計完成后，需要對系統(tǒng)進行測試，以驗證設計方案的有效性。系統(tǒng)上電后，GPRS網絡指示燈突然熄滅，模塊自動關機，后在供電電壓輸出端接電容去紋波后，模塊正常工作。用SocketTool軟件對無線模塊進行調試，GPRS能順利接通并返回正確的數(shù)據。選用酷派8050手機編輯設置米量和煮飯方式的信息“300g，快煮”并發(fā)送。單片機收到指令后，完成取米、淘米、放米、加水及煮飯的全部流程，并把煮飯狀態(tài)反饋給手機。經過4次測試，煮飯煮完成后，手機分別在7s，9s，11s，10s內收到反饋信息，能基本滿足要求。系統(tǒng)對米量和水量的計量是根據所選擇的煮飯方式并通過單片機對電磁鐵和電磁閥定時控制實現(xiàn)的，測試過程中設置米量300~500g，間隔50g，“快煮”方式，水量設定為米量的1.8倍，即米量為300g時，水量為540mL，依此類推，米量和水量各測試3次，測試值和設定值如表1所示。
從實驗結果來看，本文設計的全自動電飯鍋遠程控制系統(tǒng)的方案是可行的。米量和水量的計量采用單片機定時控制替代了復雜的流量控制裝置，使得操作更簡單，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，同時也使得系統(tǒng)成本更低。
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