多功能分体养生电饭煲的设计

2021-08-09赵俊凯石昊

电子制作 2021年15期

赵俊凯，石昊

（山西工程技术学院，山西阳泉，045000）

0 前言

随着我国经济不断的发展提高，人们生活水平也随着提高，人们的饮食结构逐渐改变，由过去的对五谷主食的大量摄取变为了摄取少量的主食和大量菜品，并且这种趋势日趋显著。其次，人们的健康意识不断增强，对生活质量和身体健康的要求不断的加大，更加促进了食物烹饪方式的健康化和多样化，良好的膳食结构是保障营养充足的基础。本产品正是针对人们对烹饪方式的新的要求而开发的，在充分保证人体摄取食物营养的多样性的同时，大大提高了电饭煲的使用效率，节省了人们做饭时花费的时间，使得本产品更加符合人们的使用。

现在社会中有很多独居老人或单身人士，他们每顿饭的食用量较小，传统电饭煲锅体的单一的煮饭功能，不能同时煮汤和焖饭，面对这些消费者，传统电饭煲耗时耗力，不能满足他们便捷的生活，也不符合现有的经济发展趋势。

另外，对于一些有糖尿病、高血压、高血脂等特殊患者的家庭中，这类患者对饮食的要求较高，在食物的烹饪过程往往过于繁琐，给做饭带来了很多不便。

1 电饭煲在家庭中的重要作用

电饭煲虽然是很小的一件家用电器，但它却是每个家庭中必不可少的家用电器。电饭煲在饮食方面发挥了重要的作用，如果能够拥有一台适合家庭使用的电饭煲来烹饪食物，一定会给烹饪者带来很多便利。不仅能够节省烹饪的时间，提高做饭效率，还会增加食物的鲜美，给消费者带来更好的做饭体验。

2 目前市面上电饭煲所存在的问题分析

现在市面上电饭煲的种类多种多样，深受广大消费者的青睐。不同品牌，不同价格，不同容量都是消费者在选择电饭煲时的依据，但最重要的选择依据便是电饭煲的容量，价格和品牌都是随之而后的。在选择电饭煲时，人们会根据自己家庭人口数及用途对自己购买的电饭煲的容量进行选择，虽然有些品牌的电饭煲会有几种不同的容量可供挑选。但是在消费者购买时，仍然会感觉电饭煲容量选择范围较小，因为选择一个不合适的电饭煲会带来很多问题，容量过小，做的饭不够吃，容量过大，浪费空间等，这样使得电饭煲的使用效率会大大降低。

现在市面上所销售的都是以一个独立锅体进行烹饪食物，一个电饭煲只有一个单独的锅体，每次加热也只能进行单一食物的加热，这种结构很不适合现代人们的需求。因为现在很多家庭大多都是三口之家，做菜都不需要做太多，如果只为了烹饪少量的食物，而使用电饭煲去烹饪，是非常不划算的，虽然电饭煲做出的食物更加鲜美，但是这样使用不仅会造成能源浪费，还会给自己清洗时带来麻烦。虽然也可以去购买小的电饭煲去烹饪食物，但是只要家里来客人一般都会不够用，现在市面上所有的电饭煲结构都存在这样的问题，锅体的单一性大大降低锅的使用效率。需要重复使用烹饪不同食物，使烹饪过程变得繁琐不仅浪费时间还浪费能源。

3 多功能分体养生电饭煲的设计

3.1 总体结构设计

多功能分体养生电饭煲最主要的设计是将传统的电饭煲单一锅体设计成为三个独立的锅体，可以同时加热三种不同的食物，不仅可以提高做饭的效率，还可以节约能源，节省居家空间，更加满足现代人们的对家用电器高标准、高要求。

图1 多功能分体养生电饭煲外观图

3.2 机械结构设计

在设计初期，只将电饭煲锅体分成三部分而加热装置只采用同一个加热装置进行加热，这样只达到了将加热空间分成三部分进行加热食物，可以同时加热三种不同的食物。可是只有一个加热装置，必须使食物的加热时间相近才能够使用，而且不能单独控制锅体进行加热，很容易导致能量的浪费和食物没有熟透的问题。

后期将三口锅改成相互独立的个体，这样在使用中会更加方便，紧接着将加热系统改为三个独立的部分，三个加热系统可以受到不同的控制，可以单独也可以全部使用。分区域加工食物，可以对不同的食物采用不同的火力，使得能够更好的爆发出食物的鲜美。后期将三个锅体也改为不同大小的，更加方便烹饪。

图2 多功能分体养生电饭煲内部图

在多功能分体养生电饭煲的其他部位也设计了很多更加方便使用的细节，在锅盖部分，不仅设计了更加贴合内胆的密封材料，还在最外圈增加了整体的密封圈，使锅体密封性更好，做饭速度加快，更能够提高使用效率。内胆采用IH砂锅内胆，陶瓷锅在烹饪时能够更好的保持食物的原汁原味，是健康、环保、安全的烹饪器具之一[1]。

3.3 控制系统设计

对于多功能分体养生电饭煲的控制系统，最核心的是用AT89C51单片机对电饭煲各个功能模块进行控制[3]。本系统的主要电路有AT89C51单片机控制模快、显示模块、IH电磁加热模块、开关模块、人机控制模块、压力传感模块[2]、水位传感模块、食物识别模块、温度传感模块。

图3 系统功能框架设计图

3.3.1 AT89C51单片机控制模块

单片机收到指令，开始对指令进行解析，然后控制多功能分体养生电饭煲开始工作：识别食物种类、确定加热锅体和加热方式、最后开始烹饪的整个过程，并且实时采集温度传感器、压力传感器、水位传感器采集回来的信息，及时调节烹饪所需的最佳条件，不仅保证了食物的味道，也更加保证了电饭煲的稳定可靠的工作。

图4 主程序设计流程图

3.3.2 人机控制模块

人机控制模块采用WIFI模块进行人机联系，WIFI模块的工作方式主要有两种[4]，一种是主动型串口设备联网，就是在每次数据交换前，都是由串口WIFI模块设备主动发起连接，然后进行数据交换。第二种是被动型串口设备联网，在每次数据交换前，所有的WIFI模块都是处于等待状态，然后服务器发起连接邀请，最后进行数据交换。

WIFI模块充当手机和多功能分体养生电饭煲之间的数据“中转站”，实时的将多功能分体养生电饭煲的数据传到手机APP，及将手机APP的控制信息传送至电饭煲，使电饭煲开始时根据指令进行工作。

3.3.3 IH电磁加热模块

电磁加热技术简称为IH加热技术，其原理为电磁线圈接交变电流，使线圈周围产生交变磁场，进而在导体表面产生涡流，最终将电能转化为热能。IH加热直接对金属材质内胆进行加热，使整个内胆均匀受热，温度控制更加精确。

IH加热技术不仅加热速度快、效率高、无污染，其对食物的口感也会有一定程度的提升。

3.3.4 压力传感模块

常见的压力传感器主要有；应变片压力传感器、陶瓷压力传感器、扩散硅压力传感器、蓝宝石压力传感器、压电压力传感器，这里主要采用压电压力传感器[5]。压电压力传感器基本上是利用正压电效应制成的。正压电效应指：当晶体受到某固定方向外力作用时，内部就会产生电极化现象，同时在某两个表面上产生符号相反的电荷；当外力撤去后，晶体又恢复到不带电的状态；当外力作用方向改变时，电荷的极性也随之改变；晶体受力所产生的电荷量与外力的大小成正比。逆压电效应有称为电致伸缩效应，是指对晶体施加交变电场引起晶体机械形变的现象。因为本装置需要的精确度较高，故采用压电传感器。

3.3.5 开关控制模块

采用触摸屏、按键同时对锅体进行控制，使控制变得更加方便，即使老人在使用时也能够顺利操作。

3.3.6 温度传感模块

在温度测量中选择了MLX90614型号的红外测温模块，其信号调节芯片中采用了先进的低噪音放大器，一个17位的模数转换器和数字信号处理器单元放大微小的热电偶电压并将其数字化，可在-40℃～+125℃范围内测温，精确度在±1℃。