基于SIM900A的全自動電飯煲系統(tǒng)的設計與實現

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的優(yōu)化改進，采用短息和GPRS技術實現STM32F103單片機與用戶手機遠程通信，STM32F103單片機根據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。測試結果表明，本系統(tǒng)運行穩(wěn)定，實現了電飯煲的遠程控制，形成了快捷、智能、及時的煮飯模式。

現在的電飯煲正在向集煮飯、煲湯、保溫于一體的方向發(fā)展，雖現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和無線通訊技術，不僅實現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，同時能夠根據電飯煲的工作狀態(tài)智能報警，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。

2 機械結構設計

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

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，淘米機構在步進電機的帶動下進行淘米操作，淘洗結束后，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、電機驅動電路、電源電路、報警電路等構成，硬件電路如圖3所示。

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，并內置2個12位的A/D模數轉換器。

SIM900A無線數據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。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，從而實現了電飯煲的遠程控制，SIM900A與控制器的連接如圖4所示。

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。

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CPRS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)根據工作狀態(tài)智能報警，STM32F103控制電飯煲實現自動漏米、淘米、煮飯等功能，主程序流程如圖6所示。

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;再將數據發(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，并結束程序，漏米器的流程如圖7所示。

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m值調取程序中淘米的水量，并根據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。

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，電飯煲根據短信控制指令來設定工作模式，在此工作模式下根據設定的吃飯人數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，米量和加水量根據人數以此類推。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。

6 結束語

系統(tǒng)基于SIM900A模塊實現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、機械手等機械結構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。