【正文】 方法 15 煮飯功能模糊控制器 16 米量的模糊推理 18 副加熱盤的模糊控制 20 整體軟件流程圖 25結(jié)論 32參考文獻(xiàn) 33致謝 34附錄 35整體電路圖 35部分源程序 36【摘要】：電飯煲是人們?nèi)粘Ｉ钪凶钇毡榈募矣秒娖鳎S著人們生活水平的提到，電飯煲也日趨智能化，本課題主要基于家電智能化的背景下，根據(jù)智能電飯煲的發(fā)展和現(xiàn)狀，探討智能電飯煲如何實(shí)現(xiàn)智能化的煮飯、預(yù)約、再加熱等功能。針對煮飯功能，提出了易于實(shí)現(xiàn)并且有效的米量與實(shí)時溫度控制的模糊控制理論，制定了不同的煮飯功能對應(yīng)的炊煮模糊控制方案。智能家用電器不僅僅實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品的原始屬性，更融入了我們?nèi)祟惖闹腔劢Y(jié)晶。伴隨著生活水平的提高，電飯煲的智能化和網(wǎng)絡(luò)化將成為一種趨勢，機(jī)械式飯煲必將退出市場舞臺。嵌入式系統(tǒng)是將計(jì)算機(jī)硬件和軟件結(jié)合起來，構(gòu)成一個專門的計(jì)算裝置，完成特定的功能和任務(wù)。在中國市場上銷售的家用電器，應(yīng)用了嵌入式微控系統(tǒng)的智能產(chǎn)品層出不窮。比較出色的公司主要集中在日本。家電中的模糊控制技術(shù)為了探索人工智能，使電腦模仿人腦，進(jìn)行更多的智力勞動，模糊數(shù)學(xué)便應(yīng)運(yùn)而生，1965年美因著名系統(tǒng)及控制論專家、加州大學(xué)教授Zandeh創(chuàng)立的模糊集合論，在電腦與人腦之間架起了一座橋梁[14]。模糊控制器的設(shè)計(jì)相對較簡單，開發(fā)周期短、成本低，用傳統(tǒng)控制方法需PC機(jī)才能完成的，控制目標(biāo)用一個8位單片機(jī)就可實(shí)現(xiàn)，因此它具有很強(qiáng)的滲透性，應(yīng)用前景十分廣泛。本課題主要任務(wù)及相關(guān)問題：168。 在軟件上的實(shí)現(xiàn)預(yù)約、保溫、米量推算、智能炊煮和冷飯加熱等功能。168。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。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。加熱盤模塊與220V市電直接相連，分為主、副加熱盤，并且分別對其采用繼電器和可控硅來控制功率。軟件整體框架軟件整體框架包括溫度采集程序模塊、RTC時鐘程序模塊、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存儲程序模塊。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作為模糊推理米飯量的兩個輸入量，根據(jù)上、下兩溫度傳感器達(dá)到所設(shè)定溫度的時間差來進(jìn)行推算。EEPROM存儲程序作用是當(dāng)接收到中斷信號后立即把單片機(jī)所執(zhí)行的所有數(shù)據(jù)存入存儲器內(nèi)。圖32 電源電路圖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，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。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。圖34 加熱盤電路時鐘電路設(shè)計(jì)時鐘電路如圖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，把這兩個引腳與作為反饋元件的晶體諧振器連接?？紤]到從電源接通到電源電壓穩(wěn)定需要一定的時間，故圖36所示RC復(fù)位時間一般均應(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。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。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，CPU對應(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，對應(yīng)I/O口變低電平，同時在VCC=5V的情況下，I/O輸出灌電流在5mA左右[16]。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，數(shù)據(jù)線必須提供足夠功率，此時必須提供一個強(qiáng)上拉。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。這種溫度發(fā)生變化大致分為5個階段：低溫吸水：讓大米在30~40℃的溫水中浸泡足夠時間，使米粒充分吸水膨脹，米粒內(nèi)外隨水溫慢慢升高至60℃~70℃。烘飯：在高溫沸騰停止后，鍋內(nèi)的水蒸汽將冷卻液化，滴回米飯表面。電源一旦接通，就持續(xù)加熱。如圖42所示為煮飯最佳曲線圖。沸騰階段是將米中不易溶于水、難以消化的淀粉轉(zhuǎn)變?yōu)橐兹苡谒?、易于消化的淀粉，?yīng)保持一定的時間。一般燜飯之后的米飯含水率在69％左右。在模糊控制過程中，將測到的過程精確量轉(zhuǎn)化為模糊量，再經(jīng)過根據(jù)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)成的若干模糊規(guī)則和必要的模糊處理后，模糊判斷系統(tǒng)根據(jù)輸入的模糊信息按照控制規(guī)則和推理法則，做出模糊決策，然后輸出解模糊后的控制量并作用于執(zhí)行系統(tǒng)，完成控制動作，且這種動作足以精確量表現(xiàn)出來的[13]。模糊推理模糊推理包括三個組成部分：大前提、小前提和結(jié)論。它的目標(biāo)是產(chǎn)化確切的控制動作，應(yīng)該能夠最好的反映出推理出的模糊控制動作分配的可能性。查表法是將輸入的隸屬度函數(shù)、模糊控制規(guī)則和輸出隸屬度函數(shù)都用表格來表示，從輸入量的模糊化、模糊推理和模糊判決都通過查表來實(shí)現(xiàn)。Warmup: 下傳感器預(yù)約溫度 初始值：30～80℃Steam: 上傳感器檢測到的蒸汽溫度 初始值：60～90℃Qtystart: 下傳感器米量判斷開始溫度 初始值：50～70℃Hightem: 上傳感器防凝露控制溫度 初始值：95～115℃米量的模糊推理電飯煲的結(jié)構(gòu)不允許采用重量傳感器等可以直接測量的方法，根據(jù)多年的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，采用上、下溫度傳感器配合測出飯溫信號，利用模糊推理，組成測定飯量的軟傳感器，最后通過模糊決策來判斷米量的值是一種十分有效的、可行的方法。本項(xiàng)課題采用的方法是通過設(shè)定底部傳感器溫度值，當(dāng)?shù)撞繙刂蹬c設(shè)定值(qtystart)相等時，取上傳感器一個適當(dāng)?shù)墓潭ǖ臏囟取皊team”，不同的米量加熱到電飯煲上傳感器達(dá)到這個溫度“steam”的時間Trx是不同的。30時間段內(nèi)，得到的Q值為0。表41 FS460的米量判斷對應(yīng)表精煮 Trx快煮 Trx對應(yīng)米量少量米 Trx對應(yīng)米量判定值~539。50～639。302杯~539。402杯3~939。50～1039。204杯~939。204杯7~2039。表42 主加熱盤加熱模式表 模式 TP (s)Q精煮快煮少量米01113811214102131612314181541620175182219620242172326238252825通過控制主加熱盤的通斷，保證基本的煮飯功率，如表所示，之所以不能讓TP完全導(dǎo)通，一方面為了不讓鍋底過熱，導(dǎo)致鍋里的飯下面焦而上面未熟透，另一方面也為副加熱盤進(jìn)行模糊溫度控制從而更逼近最佳炊煮曲線提供了必要的初始、穩(wěn)定的溫度保障。進(jìn)行模糊推理，根據(jù)E和△E量化后的模糊集合A和B得出每條規(guī)則的模糊算子進(jìn)而求的輸出量的模糊集合C。本課題采用線性的變換方法，實(shí)際輸入量為E變化范圍為[2,2]，要求的論域?yàn)閇6,6],則量化因子為: (1)量化公式為: (2)同理，也可以得到△E的量化值。和△E39。其中T(E39。經(jīng)過以上公式計(jì)算后得到下表45到表47中數(shù)據(jù)。隸屬度函數(shù) △e隸屬值△E39。表48 模糊控制規(guī)則表 △E39。=NB and △E39。=NS then Z39。 是 SS已知輸入e0和△e0模糊化運(yùn)算采用單點(diǎn)模糊集合，則相應(yīng)的輸入量模糊集合A39。解模糊運(yùn)算通過模糊推理得到的控制量的模糊集合C39。根據(jù)以上的論述，通過MATLAB繪制出相應(yīng)的曲線圖和輸入/輸出曲面如圖43所示。第二個功能是設(shè)定預(yù)約時間，精確到分，預(yù)約設(shè)定完成后，等到預(yù)約時間到，即開始煮飯階段，如不選預(yù)約功能，就直接進(jìn)入煮飯階段。其中下傳感器設(shè)定值為60℃，上傳感器設(shè)定值為80℃。其中設(shè)定植為70℃。圖411 時鐘子程序圖圖412 預(yù)約子程序圖其他程序流程圖圖413所示為EEPROM讀寫程序和蜂鳴器程序，前者通過判斷中斷信號來進(jìn)行寫操作，通過處理器發(fā)送讀信號來進(jìn)行讀操作。在煮飯的軟件實(shí)現(xiàn)當(dāng)中，引入了模糊控制器的理論，實(shí)現(xiàn)了米量判斷時間來判定米量值，并且著重寫了如何進(jìn)行溫度的實(shí)時控制，本文中列舉了大量的數(shù)據(jù)和圖片，作為支持理論的依據(jù)。目前國內(nèi)的電腦電飯煲大部分都是使用模糊控制理論來控制加熱系統(tǒng)，模糊控制的優(yōu)點(diǎn)在于它可以模擬人的思維，用推理的方式進(jìn)行飯量的檢測和加熱的控制，這種控制技術(shù)在國內(nèi)已經(jīng)開始普及和成熟。但如果是帶有學(xué)習(xí)功能的電飯煲，它可以根據(jù)用戶使用功能菜單的次數(shù)進(jìn)行計(jì)算，將默認(rèn)功能設(shè)定在用戶使用最多的菜單上，這樣用戶就可以省卻繁瑣的操作，輕輕一按就可以實(shí)現(xiàn)想要的功能。1．模板的使用方法（1）請不要刪除任何具有格式的模版文字?。?）按照提示直接單擊或者單擊后執(zhí)行“選擇性粘貼”－“無格式文本”就可以添加相應(yīng)的內(nèi)容！2．論文的構(gòu)成畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）主要包括緒論、正文主體、結(jié)論、參考文獻(xiàn)、附錄和致謝等。3．在撰寫緒論時應(yīng)注意的問題緒論包括本課題的研究意義、研究目的、主要研究內(nèi)容、研究范圍和應(yīng)該解決的問題。（1）插圖的標(biāo)示和引用每幅插圖都必須有圖編號和圖標(biāo)題（即圖的名稱）。（2）插圖應(yīng)設(shè)置于文章中首次提到處附近[5]，先見文字后見插圖。（4）在本模板中，每章已有1～2幅插圖示例，其圖編號和圖標(biāo)題使用了統(tǒng)一的樣式，在正式成文后可以自動生成圖目錄。（1）表格的標(biāo)示和引用每張表格都必須有表編號和表標(biāo)題（即表的名稱）。（2）表格應(yīng)設(shè)置于文章中首次提到處附近，先見文字后見表格[9]。如果作者需要更多的表格，請先粘貼表格示例的表編號和表標(biāo)題，再修改表編號和表標(biāo)題的內(nèi)容。每一章的公式都要統(tǒng)一編號，編號加圓括號，公式號右對齊[13]。模板的使用方法：（1）請不要刪除任何具有格式的模版文字?。?）按照提示直接單擊或者單擊后執(zhí)行“選擇性粘貼”－“無格式文本”就可以添加相應(yīng)的內(nèi)容! 以下是說明文字和插圖示例，正式成文后請刪除。 描述1ζR(1?ζ)R描述2ζR（重復(fù)）(1?ζ)R 以下是說明文字和公式示例，正式成文后請刪除。插圖的標(biāo)示和引用方法請參見畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）。公式的標(biāo)示和引用方法請參見畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）。ABCD 以下是說明文字和表格示例，正式成文后請刪除。 （ ） 第6章 以下是說明文字，正式成文后請刪除。表格的標(biāo)示和引用方法請參見畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）。模板的使用方法：（1）請不要刪除任何具有格式的模版文字?。?）按照提示直接單擊或者單擊后執(zhí)行“選擇性粘貼”－“無格式文本”就可以添加相應(yīng)的內(nèi)容！ 結(jié)論以下是說明文字，正式成文后請刪除。（2）所得的結(jié)果與已有結(jié)果的比較。（2）結(jié)論應(yīng)反映個人的研究工作，對于他人已有的結(jié)論要盡量少提。同時，引用的資料應(yīng)具有權(quán)威性，并對畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）有直接的參考價值。（5）各類參考文獻(xiàn)條目的編排格式。（7）載體類型標(biāo)識的標(biāo)注方法以紙張為載體的文獻(xiàn)在引做參考文獻(xiàn)時不必注明其載體類型。1．模板的使用方法：（1）請不要刪除任何具有格式的模版文字?。?）按照提示直接單擊或者單擊后執(zhí)行“選擇性粘貼”－“無格式文本”就可以添加相應(yīng)的內(nèi)容!2．對于一些不宜放入正文，又是畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）不可缺少的部分，或有重要參考價值的內(nèi)容，可編入附錄中。1．模板的使用方法：（1）請不要刪除任何具有格式的模版文字?。?）按照提示直接單擊或者單擊后執(zhí)行“選擇性粘貼”－“無格式文本”就可以添加相應(yīng)的內(nèi)容!2．簡述自己通過畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的體會，向給予指導(dǎo)、合作、支持及協(xié)助完成研究工作的單位、組織或個人