基于机智云平台的智能电饭煲设计

李楠鑫 宁媛

摘 要：随着人们对电饭煲的要求越来越高，导致了电饭煲的相关技术也需要不断的向前发展。如今人们对电饭煲的要求不仅仅是煮饭一样简单，更重要的是能够提供快捷方便且多功能的服务。于是提出一种机智云平台的电饭煲的设计，采用STM32F401RE为控制芯片，ESP8266WIFI模块为通信模块，结合其它硬件电路与设计完成对电饭煲的远程控制，能够自动加食材、加水，工作于不同的模式之下完成稀饭、米饭、粥等不同的要求。

關键词：智能电饭煲;STM32F401RE;云平台

文章编号：2095-2163（2019）04-0159-04 中图分类号：TP273 文献标志码：A

0 引 言

当今社会人们的生活节奏和工作节奏变得越来越快，物质生活水平不断的提高，人们对生活的舒适度、便捷度有了更高的要求[1-2]。很多人不愿意花费更多的时间去做饭，相比起自己做饭，人们更愿意去选择外卖，去餐厅等方法来解决自己的吃饭问题。智能互联电饭煲的提出就是为了解决这些问题，当前市场上有很多的电饭煲向着智能化发展，但实际上几乎所有的电饭煲都没有彻底解决这个问题，大部分的电饭煲只是实现了通过控制不同温度与加热时间来做不同的料理，而其中部分的电饭煲能够通过远程控制开始工作，然而还是需要人们将所有原料准备好后放入锅里。本文旨在提出一种完全自动化的电饭煲，该设计以STM32F401RE为主控芯片，通信部分利用机智云平台进行数据传输，步进电机与食材存储盒组成放食材模块，电磁阀对放水多少进行控制，此外，利用加热盘来完成加热部分，DS18B20完成温度检测。

1 总体方案设计

本文设计了一种智能电饭煲系统，能够通过机智云平台与手机进行实时的数据传输。设计包括了通信模块、放食材模块、放水模块、加热控制模块、报警模块。系统能够通过手机端发送指令到通信模块，之后主控芯片通过判断指令分步打开放食材与放水模块，通过控制加热温度与加热时间完成不同模式的工作，当内部温度值高于报警温度值时，电饭煲停止工作，手机端同时产生报警信号。设计能够通过软件与硬件并行的方式在后续添加更多的工作模式。设计结构如图1所示。

2 硬件设计

2.1 放食材模块设计

放食材模块的设计主要由5V驱动的步进电机与2个大小内径相近但不同的柱状存储盒组成，较大的存储盒盒面开2个口，小的存储盒开1个口，当小存储盒开口与上端开口重合时可向里面加入食材，与下端开口重合将会把食材放入锅中，当需要工作时通过步进电机控制转动角度，使大小存储盒开口位于同一角度完成放入食材的工作，其结构示意图如图2所示。

采用步进电机型号为24BYJ48，需要5V驱动，单脉冲产生角度为ω，其角度计算方法如下：

在需要小存储盒开口与大存储盒上端或下端开口重合的情况下，控制其正反转动角度皆为45°，则计算可得所需脉冲X为：

放食材模块中，小存储盒在需要向其中加入食材时，通过按键进入加食材模式使步进电机带动小存储盒转动使小存储盒开口与大存储盒上端开口重合，在重合8min后将自动转回原位，而工作时小存储盒将在转动后与大存储盒下端开口重合，向锅内加入食材。在保持20 s后转回原位。其定时利用STM32内部时钟完成。大存储盒与小存储盒组成1个存储单元，设计中共有3个单元，其中2个单元放米，1个单元加入红豆。

2.2 放水模块

放水电路由5V驱动继电器模块与12V驱动的电磁阀所组成。电磁阀入口连接到水箱，另外一段连接一小段水管通过电饭煲锅盖，继电器设置为高电平触发，当主控芯片发出信号后电磁阀打开阀门，水通过水箱经过电磁阀、水管后进入锅内。电磁阀供电源使用电路为220V AC转12 DC电源电路。通过内部时钟控制放水时间的形式来达到控制放水量的多少。

2.3 加热控制模块与报警模块

加热控制模块里有不同的加热方式，分别通过控制加热盘的温度来完成。设计中使用加热底盘为220V额定功率500 W的加热底盘。供电直接使用市电即可。对其加热盘通断的控制通过带光耦隔离的双向可控硅模块来完成，能够实现低压控制高压[3]。模块驱动电压3.3～24 V，可控制功率为1 100 W以下的设备，设计采用5V直流电源驱动模块完成对加热盘的通断控制。设计中采用了DS18B20数字温度传感器来完成温度的测量，拥有数字式、需要引脚资源少、通信简单等优点[4-5]。将DS18B20紧贴锅的外底侧锅壁，而DS18B20将会将实时的温度传送到STM32主控芯片之中，在主控芯片在收到工作信号后，加热盘开始加热，之后通过DS18B20将检测温度传回，达到某一设定上限温度后断开连接;而恢复至下限温度后恢复连接，从而使电饭煲能够工作在一个恒定的工作范围以内。而不同的模式下的上下限温度不同，且加热的时间不同。在达到规定的加热时间之后，电饭煲将会进入保温模式，而此模式中上下限温度都会产生变化。

为了防止意外，加热盘串联一个110°的温控开关，而主控芯片设置了一个108°的报警上限，当温度达到108°时APP端会产生报警，达到110°时温控开关将会直接断开。

2.4 通信模块

通信模块主要采用ALIENTEK公司推出的AKT-ESP8266为核心模块，该模块为UART-WiFi模块，串口工作电压为3.3～5 V，性价比很高[6-7]。在通过对STM32的串口初始化后模块与主控芯片能够进行串口通信。选用平台为机智云平台，机智云拥有大量的经验和技术积累，从而为物联网领域提供了一套完整的云平台的工具和服务，以此降低硬件厂家以及开发者的开发门槛[8-9]，其所提供的GAgent通信协议能与模块发生交互以进行数据交换[10]。平台软件兼容并支持ESP8266模块。在对ESP8266完成初始化之后，工作时通过机智云的手机APP与ESP8266进行能够云端的数据交换传输，从而完成对设计的控制。而其中的通信内容能够被存储到云平台的开发者中心。