【正文】 ，經(jīng)過單片機(jī)的模糊推理后來控制可控硅的導(dǎo)通時(shí)間，從而實(shí)現(xiàn)煮飯的模糊化控制。168。 主要遇到問題是要實(shí)現(xiàn)智能電飯煲預(yù)約、炊煮功能所對(duì)應(yīng)的硬件電路該如何選擇，在整個(gè)炊煮過程中如何進(jìn)行相應(yīng)的模糊化控制。其中包括用何種方法進(jìn)行米量推算。在確定米量后如何進(jìn)行實(shí)時(shí)的溫度模糊化控制，此問題還包含有如何劃分模糊控制器輸入的量的隸屬度函數(shù)，采用何種方法計(jì)算控制量，這些問題也是本課題所要解決的。第2章 智能電飯煲整體設(shè)計(jì)智能電飯煲整體設(shè)計(jì)包含兩部分：硬件的整體設(shè)計(jì)和軟件的整體設(shè)計(jì)，硬件的整體框架主要是以單片機(jī)為核心集合了顯示，提示音，溫控等功能的外圍模塊電路。軟件整體框架主要是以單片機(jī)實(shí)施模糊控制為主，實(shí)現(xiàn)此功能必需的溫度采集模塊、時(shí)鐘定時(shí)模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊等[1]。 硬件整體框架硬件的整體框架包括MCU、電源、溫度傳感器、LCD顯示、EEPROM、RTC、加熱盤以及按鍵[9]。如圖21所示。按鍵溫度傳感器DS18B20EEPROMLCD顯示加熱盤RTC電源蜂鳴器MCU圖21 硬件結(jié)構(gòu)框圖. 各模塊介紹(1)、 電源模塊電源分為為加熱盤模塊提供電的220V電源，和為溫度傳感器模塊、按鍵模塊、顯示模塊和EEPROM模塊等提供電的5V電源。(2)、 按鍵模塊按鍵采用獨(dú)立式按鍵接口，分為6個(gè)按鍵，分別對(duì)應(yīng)確認(rèn)、取消、預(yù)約、功能、時(shí)間加、時(shí)間減的功能。(3)、 顯示模塊采用LCD 1602 實(shí)現(xiàn)時(shí)間顯示，功能選擇，是此電飯煲的人機(jī)對(duì)話界面。(4)、 溫度傳感器模塊利用溫度傳感器DS18B20來檢測溫度的變化從而使單片機(jī)進(jìn)行模糊控制。(5)、 加熱盤模塊與220V市電直接相連，分為主、副加熱盤，并且分別對(duì)其采用繼電器和可控硅來控制功率。(6)、 時(shí)鐘模塊提供單片機(jī)的工作時(shí)序，控制炊煮時(shí)間和預(yù)約功能的實(shí)現(xiàn)。(7)、 EEPROM模塊利用EEPROM AT24C16擴(kuò)展實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)斷電后的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。(8)、 蜂鳴器模塊炊煮結(jié)束后能提供音樂和燈光提示。 軟件整體框架軟件整體框架包括溫度采集程序模塊、RTC時(shí)鐘程序模塊、MCU的模糊控制程序模塊、LCD顯示程序模塊、蜂鳴器程序模塊和EEPROM存儲(chǔ)程序模塊。溫度傳感器模塊時(shí)鐘程序 顯示程序MCU模糊控制控制對(duì)象附加功能圖22 軟件結(jié)構(gòu)框圖. 各模塊主要功能(1)、 溫度采集模塊分為采集子程序和控制子程序，前者涉及定時(shí)器的定時(shí)、溫度對(duì)照等環(huán)節(jié)。后者是當(dāng)溫度采集值與設(shè)定值產(chǎn)生偏差時(shí)需要對(duì)加熱盤功率進(jìn)行控制[2]。(2)、 時(shí)鐘模塊利用單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)器0作為時(shí)鐘定時(shí)，按鍵方式1，每隔100ms溢出中斷一次。(3)、 MCU模糊控制模塊此模塊是系統(tǒng)主要功能程序模塊，其中把上、下溫度傳感器的信號(hào)作為模糊推理米飯量的兩個(gè)輸入量，根據(jù)上、下兩溫度傳感器達(dá)到所設(shè)定溫度的時(shí)間差來進(jìn)行推算。鍋身傳感器的溫度與預(yù)設(shè)溫度之間的偏差及其導(dǎo)數(shù)作為溫度模糊控制的兩個(gè)輸入量，通過溫控子程序進(jìn)行煮飯的各階段控制，每階段都有計(jì)時(shí)[3]。(4)、 附加功能附加功能有冷飯?jiān)偌訜?、炊煮完成后的保溫子程序，這些功能用了簡單的加熱器通斷功能實(shí)現(xiàn)，根據(jù)生活經(jīng)驗(yàn)，冷飯?jiān)偌訜嵋蟮氖强?，因?yàn)樾枰偌訜岬臇|西往往是熟的，且量也不會(huì)太多，只要達(dá)到適合使用的溫度即可，保溫功能也與其類似。(5)、 其他程序模塊蜂鳴器程序主要功能是判斷煮飯過程是否結(jié)束，如結(jié)束，則發(fā)出聲音來提醒使用者煮飯過程已結(jié)束，同時(shí)小燈點(diǎn)亮進(jìn)入保溫狀態(tài)。EEPROM存儲(chǔ)程序作用是當(dāng)接收到中斷信號(hào)后立即把單片機(jī)所執(zhí)行的所有數(shù)據(jù)存入存儲(chǔ)器內(nèi)。第3章 智能電飯煲硬件部分的詳細(xì)設(shè)計(jì) 單片機(jī)外圍電路設(shè)計(jì)本課題所設(shè)計(jì)的智能電飯煲是以美的FS406為參照，如圖31所示，實(shí)現(xiàn)其大部分功能，包括了開始、關(guān)、預(yù)約、功能、時(shí)、分功能。圖31 美的FS406面板. 電源電路該單元為本系統(tǒng)的其他電路提供工作所需要的電源。如圖32，它由變壓器降壓后得到20V的交流電壓經(jīng)過全波整流電路和濾波電路變成15V左右的直流電壓，再經(jīng)過三固定輸出電壓的集成穩(wěn)壓電路的穩(wěn)壓輸出5V的穩(wěn)恒直流電源，為單片機(jī)及其周圍電路提供工作需要的電源[5]。圖32 電源電路圖(1)、 抗浪涌電路壓敏電阻和PCB電流熔斷絲（長約ｌ5mm很細(xì)的PCB銅箔）共同組成了抗浪涌電路當(dāng)有異常高電壓輸入時(shí)，壓敏電阻瞬間短路，這樣電源、壓敏電阻和PCB電流熔斷絲（PARTTERNFUSE）構(gòu)成的回路電流瞬間增大，當(dāng)電流尖峰值瞬間超過PCB電流熔斷絲的電流容量，PCB電流熔斷絲立即熔斷，從而保護(hù)了后面電路元件的安全。電容C1又稱安規(guī)電容或者靜噪電容，一方面能夠抑制電網(wǎng)向電源電路傳導(dǎo)的騷擾，另一方面也降低了自身電路向電網(wǎng)傳導(dǎo)的騷擾。. 過零檢測電路可控硅及繼電器的觸發(fā)信號(hào)需要對(duì)市電進(jìn)行過零檢測，以實(shí)現(xiàn)觸發(fā)脈沖的相位延時(shí)，該電路的目的是檢測交流220V電源信號(hào)，也可稱之為交流電過零點(diǎn)檢測電路。如圖33所示，當(dāng)交流220VAC電源開始工作時(shí)，由C點(diǎn)產(chǎn)生基本上與交流電源同步的方波，這樣INTl就能產(chǎn)生周期性的中斷，從而在中斷程序中就可以處理一些與交流信號(hào)有關(guān)的控制，控制可控硅的觸發(fā)。圖33 過零檢測電路圖. 加熱盤電路圖34所示是加熱盤電路，主加熱器是電飯煲的基本加熱單元，是實(shí)現(xiàn)各種加熱功能的基礎(chǔ)，采用盤狀的外觀所以也被稱為加熱盤。加熱盤與電飯煲的內(nèi)膽（內(nèi)鍋）底部緊密接觸以便更高的利用加熱所產(chǎn)生的熱能，其中繼電器功能是在其選定工作模式或冷飯?jiān)偌訜釙r(shí)控制其加熱功率。副加熱盤電熱絲的加熱功率由雙向可控硅控制[6]，控制可控硅的導(dǎo)通角，從而控制電熱絲的有效加熱功率。其中串聯(lián)在繼電器回路的熔點(diǎn)為160℃的熱保險(xiǎn)絲，當(dāng)溫度達(dá)到160℃時(shí)，熱保險(xiǎn)絲會(huì)熔斷，防止加熱盤干燒。圖34 加熱盤電路 時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)時(shí)鐘電路如圖35所示，采用的是系統(tǒng)振蕩為外部RC振蕩方式，單片機(jī)內(nèi)有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，引腳XTAL1和TXAL2分別是次放大器的輸入端和輸出端，把這兩個(gè)引腳與作為反饋元件的晶體諧振器連接。一般采用12MHZ的石英晶體和30PF的電容作為系統(tǒng)時(shí)鐘，以減少寄生電容，更好保證振蕩器的穩(wěn)定性[11]。圖35 時(shí)鐘電路 復(fù)位電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)要能長時(shí)間可靠工作就離不開復(fù)位電路，復(fù)位電路可在單片機(jī)運(yùn)行出錯(cuò)或進(jìn)入死循環(huán)時(shí)，通過復(fù)位使系統(tǒng)重新運(yùn)行。對(duì)于51單片機(jī)而言，只要REST端保持二個(gè)機(jī)器周期（24個(gè)時(shí)鐘振蕩周期）的高電平即可硬件復(fù)位。考慮到從電源接通到電源電壓穩(wěn)定需要一定的時(shí)間，故圖36所示RC復(fù)位時(shí)間一般均應(yīng)大于10ms，圖示復(fù)位電路是廣泛應(yīng)用的上電復(fù)位電路[12]，典型取值為R=1k C=22PF。圖36 復(fù)位電路 EEPROM擴(kuò)展電路設(shè)計(jì)本課題采用AT24C16的EEPROM擴(kuò)展，如圖37所示，用8052的P2口模擬I2C總線與EEPROM通信連接電路圖，由于AT24C16是漏極開路，圖中R1，R2為上拉電阻（10K），A0~A2和VCC地址引腳均接地。AT24C16的特性有：單電源供電，工作電壓范圍寬（~），低功耗CMOS技術(shù)100KHZ（）和400KHZ（5V）兼容，自定時(shí)寫周期（包含自動(dòng)擦除）、頁面寫周期的典型值為2ns，具有硬件保護(hù)[18]。圖37 EEPROM擴(kuò)展電路 顯示電路設(shè)計(jì)顯示器件采用LCD1602液晶顯示器，是目前最常用的顯示器件，其顯示容量為162個(gè)字符， mm，適合電飯煲時(shí)間和功能的字符顯示，如圖38，前三個(gè)引腳分別為電源地、電源正極和液晶顯示偏壓。RS和R/W為數(shù)據(jù)/命令選擇和讀/寫選擇，引腳15和16分別是背光源正、負(fù)極。單片機(jī)P0口用于對(duì)LCD的數(shù)據(jù)傳輸，～，選擇數(shù)據(jù)寄存器或指令寄存器，以及是否進(jìn)行顯示[19]。圖38 LCD顯示電路 蜂鳴器電路設(shè)計(jì)蜂鳴器電路要求在炊煮結(jié)束時(shí)“奏出”出悅耳的提示音給使用者。選擇PFD驅(qū)動(dòng)蜂鳴器，這樣可以節(jié)省一個(gè)I/O引腳，同時(shí)PFD輸出的信號(hào)頻率可以采用一個(gè)內(nèi)部定時(shí)計(jì)數(shù)器控制[17]，如圖39所示。圖39 蜂鳴器電路 鍵盤接口電路設(shè)計(jì)獨(dú)立式鍵盤是直接用I/O口構(gòu)成的單個(gè)按鍵電路，如圖310所示，每根I/O口線上按鍵的工作狀態(tài)不會(huì)影響其他I/O口的工作狀態(tài)，該電路屬于查詢方式電路，當(dāng)按鍵沒有按下時(shí)，CPU對(duì)應(yīng)的I/O口由于有上拉電阻，其輸入為高電平；當(dāng)某按鍵按下后，對(duì)應(yīng)I/O口變低電平，同時(shí)在VCC=5V的情況下，I/O輸出灌電流在5mA左右[16]。圖310 按鍵電路 溫度傳感器電路設(shè)計(jì)本課題中溫度傳感器DS18B20采用數(shù)據(jù)線供電方式，其工作電壓范圍在3～，溫度測量范圍在55℃～125℃精度為177。2℃，在10℃～85℃范圍內(nèi)，其精度為177?！?，可編程為9～12位A/D轉(zhuǎn)換精度[10]。，如圖311所示，為了保證DS18B20溫度變換的精確性，當(dāng)溫度轉(zhuǎn)換時(shí)，數(shù)據(jù)線必須提供足夠功率，此時(shí)必須提供一個(gè)強(qiáng)上拉。[8]。圖311 溫度傳感器電路第4章 智能電飯煲軟件部分的詳細(xì)設(shè)計(jì)電飯煲的基本功能就是煮飯，如何將米煮成香噴噴的米飯是電飯煲需要解決的主要問題。為了得到最佳的煮飯效果，可通過傳統(tǒng)的和科學(xué)的煮飯方法確定最佳的煮飯工藝流程即煮飯的過程控制，最后根據(jù)確定的煮飯流程編寫參數(shù)調(diào)試程序，從而得到最終的最佳煮飯流程和溫度控制曲線。 理想的最佳煮飯方法生米煮成熟飯的過程是相當(dāng)復(fù)雜的生化轉(zhuǎn)化過程。在這一過程中，大米中的淀粉、葡萄糖等成份進(jìn)行一系列的轉(zhuǎn)化。影響轉(zhuǎn)化的最主要因素是溫度及溫度的變化。鐵鍋柴灶煮飯時(shí)，有經(jīng)驗(yàn)的“巧婦”，在小知不覺中，運(yùn)用灶膛中火力大小，使飯鍋的溫度發(fā)生變化，滿足了大米的最佳轉(zhuǎn)化條件，從而蒸煮出香噴噴的米飯。這種溫度發(fā)生變化大致分為5個(gè)階段：(1)、 低溫吸水：讓大米在30~40℃的溫水中浸泡足夠時(shí)間，使米粒充分吸水膨脹，米粒內(nèi)外隨水溫慢慢升高至60℃~70℃。(2)、 快速升溫：當(dāng)米粒內(nèi)外溫度達(dá)到70℃時(shí)，米粒將開始糊化，糊化首先發(fā)生在米粒表面。為了避免米粒表面糊化后不向內(nèi)部傳熱，這時(shí)應(yīng)快速升溫，使米粒內(nèi)外在極短時(shí)問內(nèi)，同時(shí)達(dá)到高溫，有利于米粒內(nèi)外同時(shí)糊化、熟化。(3)、 高溫沸騰：促使米粒內(nèi)外同時(shí)熟透，并蒸發(fā)掉鍋內(nèi)多余水分，避免米粒含水過多而稀化，也就是常說的“爛飯”。(4)、 烘飯：在高溫沸騰停止后，鍋內(nèi)的水蒸汽將冷