【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(diào)試,縮短開發(fā)周期。
它的原理如下:手機通過GPRS網(wǎng)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(wǎng)絡,發(fā)送數(shù)據(jù)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(chǎn)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(wǎng)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(chǎn)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(nèi)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(jù)通過統(tǒng)一的SPI總線傳輸給單片機,由單片機根據(jù)各狀態(tài)數(shù)據(jù)編碼后經(jīng)GPRS網(wǎng)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(jù)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(wǎng)絡上,獲得網(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)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(diào)試,GPRS能順利接通并返回正確的數(shù)據(jù)。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(jīng)過4次測試,煮飯煮完成后,手機分別在7s,9s,11s,10s內(nèi)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(jù)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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