基于SIM900A的全自动电饭煲系统的设计与实现

2016-01-12朱超,高祥

电子科技 2015年9期

朱超,高祥

(四川理工学院机械工程学院,四川自贡643000)

摘要针对普通电饭煲不便远程控制问题,提出了一种基于SIM900A的全自动电饭煲设计方案。对普通电饭煲进行了机械机构的优化改进,采用短息和GPRS技术实现STM32F103单片机与用户手机远程通信,STM32F103单片机根据用户指令控制电饭煲从取米到煮饭的全自动化过程,实时检测电饭煲的工作状态并智能报警。测试结果表明,本系统运行稳定,实现了电饭煲的远程控制,形成了快捷、智能、及时的煮饭模式。

关键词SIM900A;电饭煲;自动化;远程控制

收稿日期:2015-03-28

基金项目:四川省教育厅基金资助项目(13CZ0018);四川省智慧旅游研究基地基金资助项目(ZHZ13-02);四川理工学院科研基金资助项目(2014KY03);企业信息化与物联网测控技术四川省高校重点实验室基金资助项目(2013WYY05)

作者简介:朱超(1991—),男,本科。研究方向:光机电一体化,非标自动化设备。E-mail:353712216@qq.com。通讯作者:高祥(1983—),男,硕士,助教。研究方向:物联网测控技术,智能仪器仪表,光机电一体化技术与设备。

doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2015.09.026

中图分类号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

现在的电饭煲正在向集煮饭、煲汤、保温于一体的方向发展[1-2],虽现在的电饭煲有预约煮饭功能,但由于预约时间过长而影响了米的口感,本文设计的全自动电饭煲融合嵌入式技术和无线通讯技术,不仅实现了煮饭的远程智能化控制,同时保证了煮饭的良好口感。

1全自动电饭煲的工作原理

设计的电饭煲在未工作时处于待机状态,当SIM900A模块接收到用户手机发来的短信或GPRS的控制指令后,将指令发送到STM32F103单片机,单片机对指令进行解析,然后控制电饭煲自动漏米、淘米、煮饭的整个过程,并且实时采用温度传感器检测电饭煲的工作温度,同时能够根据电饭煲的工作状态智能报警[3],保证了电饭煲的可靠稳定工作,系统的总体设计如图1所示。

图1　系统总体设计图

2机械结构设计

本系统对普通电饭煲进行全新机械结构改进,从储米器、淘米机构、煮饭器等3方面进行设计,具体如图2所示。

图2　全自动电饭煲机械结构图

装置的顶端为储米器,一次性最大可储存5 kg的米量。压力传感器可精确地测出所需煮饭的米量,由电磁阀控制米和水的进出,淘米机构在步进电机的带动下进行淘米操作,淘洗结束后,将米和适量的水送入煮饭器,然后由传送带将煮饭器从空闲位置运送到指定的工作位置进行煮饭,同时机械手在电机的带动下将电饭煲锅盖自动放置到煮饭器上,装置在单片机的控制下自动完成。

3硬件电路设计

装置的硬件电路由主控电路、SIM900A无线通信电路、传感器电路、继电器电路、电机驱动电路、电源电路、报警电路等构成[4-5],硬件电路如图3所示。

图3　硬件电路结构图

主控电路芯片应具有高性能、低成本、低功耗、存储速度快等特点。本电路以ARM内核的32位单片机STM32F103作为控制核心,其工作温度范围广,具有7个定时器和9种通信接口;自带7通道DMA控制器,并内置2个12位的A/D模数转换器。

SIM900A无线数据通讯电路的工作频段是EGSM900和DSC1800,工作温度范围为-30～+80 ℃,其具有省电、传输速率快、支持分组广播控制通道、支持实时时钟、支持软件控制RTS/CTS硬件流控等特点[6-9]。本设计中的SIM900A用于接收手机发来的短信或GPRS控制指令,然后将指令传输给STM32F103芯片,从而实现了电饭煲的远程控制,SIM900A与控制器的连接如图4所示。

图4　SIM900A与STM32F103电路连接图

继电器主要用于控制电磁阀的断开和导通、电饭煲总电源的关断,其工作原理如图5所示。

图5　继电器电路图

4软件设计

4.1　主程序软件

系统的软件控制流程为:SIM900A无线通讯模块接收到外来短信或GPRS指令后,将指令发送给STM32F103主控芯片,然后启动电饭煲系统并实时监测工作温度,同时系统根据工作状态智能报警[10],STM32F103控制电饭煲实现自动漏米、淘米、煮饭等功能,主程序流程如图6所示。

图6　主程序流程图

4.2　漏米器的软件设计

STM32F103接收SIM900A无线通讯模块发出的指令:假如n个人吃饭所需米量为m1;此时启动漏米器的程序并初始化,测得初始化储米器的米量为m2;再将数据发送到控制核心进行计算得出差额米量m3=m2-m1,再使漏米器继续漏米并通过压力传感器检测储米器中米的重量m4,当m3=m4时关闭储米器开关,返回子程序中的m2和m4值,并结束程序,漏米器的流程如图7所示。

图7　漏米器的软件流程图

4.3　淘米器的软件设计

漏米器完成漏米动作,淘米器开始工作并进行初始化,为减小误差,将返回主程序的m2和m4值送到控制中心得出实际漏米量m=m4-m2,并根据m值调取程序中淘米的水量,并根据STM32F103中的定时器来控制电磁阀,该电磁阀控制洗米进水量,同时用这种方法控制煮饭的水量。淘米器的淘米动作完成后,再打开电磁阀将淘米水排出,放水时间根据STM32F103的延时程序来确定。出水口的电磁阀上安装有滤水膜,防止出现米随水漏掉或水堵塞电磁阀等情况,淘米器的流程如图8所示。

图8　淘米器的软件流程图

5系统测试

系统设计完成后进入整机测试阶段,将电饭煲的控制指令远程发送给电饭煲,电饭煲接收到短信后进行指令分析,按照控制指令设置工作模式自动完成取米、淘米、煮饭等操作,同时监控电饭煲的工作状态,当电饭煲煮饭完成或出现工作故障时发送提示短信到用户手机。

系统进行了自动煮饭和自动煲粥两种工作方式的测试,电饭煲根据短信控制指令来设定工作模式,在此工作模式下根据设定的吃饭人数自动计算所需米量和加水量,并精确控制煮饭时间。测试程序设定1个人煮饭模式所需米量为100 g,增量间隔为100 g,加水量为米量的2倍,煲粥模式所需米量为50 g,增量间隔为50 g,加水量为米量的4倍,米量和加水量根据人数以此类推[11]。煮饭和煲粥测试分别进行了5次实验,每次实验重复3次,测试结果如表1和表2所示。从表中可看出,系统实际测试值与设定值较为接近,计量误差小,同时煮饭和煲粥的口感较好,系统运行稳定可靠。